JP7327684B2 - Cooling structure of internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダブロック及びシリンダヘッドの内部にウォータジャケットが形成された内燃機関の冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for an internal combustion engine in which a water jacket is formed inside a cylinder block and a cylinder head.
従来、内燃機関のシリンダボアの周囲に形成されたウォータジャケットの内部にスペーサを挿入することで、冷媒(例えばエンジン冷却水)の流れを制御する技術が知られている。例えば、ウォータジャケット内における冷媒の流通方向や流速をスペーサで調節し、複数のシリンダボアを均等に冷却できるようにした冷却構造が提案されている(特許文献1,2参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a technique of controlling the flow of coolant (for example, engine cooling water) by inserting a spacer inside a water jacket formed around a cylinder bore of an internal combustion engine. For example, a cooling structure has been proposed in which a plurality of cylinder bores can be evenly cooled by adjusting the flow direction and flow velocity of the coolant in the water jacket (see
一方、ウォータジャケット内に冷媒を導入するための導入口の位置やウォータジャケットの形状によっては冷媒の流れに偏りが生じうる。例えば、シリンダブロック側のウォータジャケットに導入された冷媒の多くがそのままシリンダヘッド側へと流出してしまい、シリンダボアの冷却効率が低下することがある。 On the other hand, depending on the position of the introduction port for introducing the refrigerant into the water jacket and the shape of the water jacket, the flow of the refrigerant may be uneven. For example, most of the refrigerant introduced into the water jacket on the cylinder block side flows out to the cylinder head side as it is, which may reduce the cooling efficiency of the cylinder bores.
本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成で冷媒による冷却効率を改善できるようにした内燃機関の冷却構造を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。 One of the objects of the present invention is to provide a cooling structure for an internal combustion engine which has been invented in view of the above-mentioned problems, and is capable of improving the cooling efficiency of a refrigerant with a simple structure. In addition to this purpose, it is also possible to achieve actions and effects derived from each configuration shown in the "Mode for Carrying out the Invention" described later and which cannot be obtained with conventional techniques. can be positioned as a goal.
開示の内燃機関の冷却構造は、内燃機関のシリンダボアの周囲を囲んでシリンダブロック及びシリンダヘッドの内部に形成されたウォータジャケットと、ウォータジャケットの内部に配置されるスペーサと、シリンダブロック側のウォータジャケットに冷媒を導入する第一導入口と、を備える。スペーサには、第一導入口のシリンダヘッド側に位置する堰部と、堰部に立設されるリブと、が設けられる。 The disclosed cooling structure for an internal combustion engine includes a water jacket formed inside a cylinder block and a cylinder head surrounding a cylinder bore of the internal combustion engine, a spacer arranged inside the water jacket, and a water jacket on the cylinder block side. and a first introduction port for introducing a refrigerant into. The spacer is provided with a dam portion positioned on the cylinder head side of the first inlet, and a rib erected on the dam portion.
開示の内燃機関の冷却構造によれば、簡素な構成で冷媒による冷却効率を改善できる。 According to the disclosed cooling structure for an internal combustion engine, it is possible to improve the cooling efficiency of the refrigerant with a simple configuration.
[1.構成]
図1は、実施例としての冷却構造が適用された内燃機関1の構成を説明するための模式的な分解斜視図である。この内燃機関1は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジン(本例では四気筒エンジン)であり、車両のエンジンルーム内に搭載される。[1. composition]
FIG. 1 is a schematic exploded perspective view for explaining the configuration of an
内燃機関1は、シリンダブロック2と、シリンダブロック2に固定されるシリンダヘッド3と、を備える。シリンダブロック2には、その内部が燃焼室となる筒状のシリンダボア4が複数(本例では四つ)並んで形成される。シリンダヘッド3には燃焼室の上面をなす天井面部5が形成される。シリンダボア4の形状は例えば円筒状であり、天井面部5の形状は例えば円錐状である。天井面部5には図示しない吸気ポートや排気ポートが接続される。シリンダブロック2とシリンダヘッド3との間にはガスケット8が挟装される。
An
ガスケット8は、各気筒の気密と、冷却水及び潤滑油の液密を確保する機能を有している。ガスケット8には、各シリンダボア4に対応する位置に穿孔された複数の貫通孔31と、各貫通孔31の周囲に穿孔された、貫通孔31よりも小さな複数の連通孔32と、が設けられる。複数の貫通孔31は、シリンダボア4と天井面部5とを連通する。複数の連通孔32は、後述するように、シリンダブロック2に設けられるウォータジャケット6と、シリンダヘッド3に設けられるウォータジャケット7と、を連通する。
The
シリンダブロック2には、シリンダボア4の周囲を囲むウォータジャケット6が形成される。このウォータジャケット6は、シリンダブロック2の上面側(シリンダヘッド3が配置される側)に開放された形状である。
A
また、シリンダヘッド3には、天井面部5や図示しない吸気ポート,排気ポートなどの周囲を囲むウォータジャケット7が形成される。このウォータジャケット7は、シリンダヘッド3の下面側(シリンダブロック2が配置される側)に開放された形状である。
Further, the
ウォータジャケット6,7の内部には冷媒(例えばエンジン冷却水)が流通し、シリンダブロック2及びシリンダヘッド3が冷媒によって冷却される。また、シリンダブロック2側のウォータジャケット6は、ガスケット8に穿孔された複数の連通孔32を介してシリンダヘッド3側のウォータジャケット7と連通している。
A coolant (for example, engine cooling water) flows through the
図2に示すように、シリンダブロック2の吸気側には、ウォータジャケット6への冷媒の流入口となる入口部9が設けられる。なお、吸気側とは、上面視で吸気ポートや吸気マニホールドが配置される側であり、図1及び図2において符号Aで示される側である。また、排気側とは、上面視で排気ポートや排気マニホールドが配置される側であり、図1及び図2において符号Bで示される側である。
As shown in FIG. 2 , an
入口部9は、シリンダボア4の拡径方向にウォータジャケット6を拡大した形状に形成される部分である。入口部9の位置は、図2に示すように、列設された複数のシリンダボア4のうち端部に位置するシリンダボア4の吸気側Aに配置される。
The
シリンダブロック2には、その外周面と入口部9とを繋ぐ第一導入口21が設けられる。第一導入口21は、シリンダブロック2側のウォータジャケット6に冷媒を導入するための通路となる部位である。第一導入口21の位置は、図1に示すように、シリンダブロック2の最上面2aよりも下方へ離隔した位置に設定される。また、ガスケット8に穿孔される連通孔32のうち、入口部9の直上方に配置されるものを第二導入口22と呼ぶ。第二導入口22は、シリンダブロック2側のウォータジャケット6とシリンダヘッド3側のウォータジャケット7とを連通させる連通孔32であって、上面視で入口部9に重なる位置に設けられる。
The
なお、シリンダブロック2側のウォータジャケット6とシリンダヘッド3側のウォータジャケット7とを連通させる第二導入口22には、ガスケット8に穿孔される連通孔32以外の孔や開口部が含まれる。例えば、シリンダブロック2及びシリンダヘッド3にこれらを連通させる通路を形成し、その通路の接合箇所を第二導入口22と呼称してもよい。したがって、第二導入口22は必ずしもガスケット8には形成されず、言い換えればガスケット8のない内燃機関1においても第二導入口22が存在しうる。
The
ウォータジャケット6の内部には、冷媒の流れを制御するための部材であるスペーサ10が配置される。図1に示す内燃機関1には、排気側スペーサ11と吸気側スペーサ12とを有するスペーサ10が設けられる。排気側スペーサ11は、シリンダボア4よりも排気側Bのウォータジャケット6内に挿入されるスペーサである。吸気側スペーサ12は、シリンダボア4よりも吸気側Aのウォータジャケット6内に挿入されるスペーサである。排気側スペーサ11及び吸気側スペーサ12の概形は、ウォータジャケット6の内部形状に対応する曲面形状であって、上面視で複数の筒面を波形に連結した形状に準えられる。図2中の黒矢印は、ウォータジャケット6の内部における冷媒の流通方向である。
A
排気側スペーサ11は、ウォータジャケット6の内部における冷媒の流通方向上流側、すなわち入口部9に向かうにつれて(図1中、右上から左下に向かうにつれて)高さが低くなるように形成されている。これにより、冷媒が排気側スペーサ11のシリンダヘッド3側(上方)へ流れやすくなっている。なお、排気側スペーサ11のウォータジャケット6の内部における冷媒の流通方向下流側(図1中、右上側)は、吸気側スペーサ12の高さと同程度となっており、ウォータジャケット6の深さよりも低く設定されている。
The exhaust-
吸気側スペーサ12は、ウォータジャケット6から入口部9の内部へと進入した形状に形成される。図3~図5に示すように、吸気側スペーサ12には、堰部13,リブ14,壁部15,及び段丘部16が設けられる。
The intake-
堰部13は、第一導入口21よりもシリンダヘッド3側に位置する面状の部位である。本実施例では、入口部9の内部における第一導入口21と第二導入口22との間に堰部13が設けられる。堰部13は、第一導入口21から第二導入口22への最短経路を遮る位置に配置される。堰部13を設けることで、第一導入口21から流入した冷媒が直接的にシリンダヘッド3側(上方)へと流出することが抑制され、第二導入口22から流出することが抑制される。
The
本実施例の堰部13は吸気側スペーサ12の高さよりも低い位置に設けられ、その形状は、上面視で入口部9の形状に沿った形状に形成される。堰部13は、好ましくは冷媒の流通方向下流側に向かうにつれてシリンダヘッド3側(上方)に傾斜した形状とされ、より好ましくはその勾配が徐々に急になるような滑らかな曲面形状とされる。堰部13により、図3に示す状態において、第一導入口21から流入した冷媒は堰部13の下面側に沿って流通し、黒矢印で示す左回転方向、すなわちシリンダブロック2の排気側Bへと徐々に旋回しながら左上方向へと誘導される。
The
このように、堰部13は、第一導入口21からシリンダボア4の径方向内側に向かい入口部9に流入した冷媒の流れをシリンダボア4の周方向へと屈曲させ、また、入口部9において第二導入口22側(上面側)へと向かう冷媒の流れをシリンダボア4の周方向へと屈曲させて、シリンダブロック2側のウォータジャケット6内で循環させるように機能する。左回転方向に誘導された冷媒の一部は、スペーサ10よりもシリンダヘッド3側(上方)を流れてシリンダボア4の周囲を循環し、堰部13の第二導入口22側(上面側)へと至る。
In this way, the
リブ14は、堰部13における第二導入口22側の面(上面側)に立設される板状の部位であり、堰部13よりも第二導入口22側の冷媒を整流するものである。ここで、シリンダボア4の周囲を循環してきた冷媒の流れを図3中に白抜き矢印で示す。リブ14は、この冷媒の流れを第二導入口22に向かって誘導する形状である。本実施例のリブ14は、二枚の平板を平行に並べたものであり、冷媒が二枚の平板の間を通って第二導入口22へと流入するようになっている。リブ14は、上面視で第二導入口22から冷媒の流通方向上流側に向かって直線状に延出する形状である。
The
本実施形態のリブ14は、上面視でウォータジャケット6と入口部9との境界と、第二導入口22と、を結ぶ線に平行に延びている。また、第二導入口22は、上面視で二枚のリブ14の間に配置される。なお、リブ14は、堰部13とウォータジャケット6及び入口部9との間の隙間から堰部13における第二導入口22側の面へとシリンダボア4の周囲を循環せずに流入した冷媒の流れを整流することで、第二導入口22付近の冷媒の流れを乱さないようにする作用も有する。
The
壁部15は、堰部13における第二導入口22側の面(上面側)に立設される板状の部位であり、堰部13よりも第二導入口22側の冷媒が第一導入口21側へと逆流することを防止する。この壁部15は、リブ14よりも入口部9の上流側(本実施形態では堰部13の冷媒の流通方向上流側端縁)に配置され、堰部13よりも第二導入口22側から堰部13と入口部9との間の隙間を通り第一導入口21側へと逆流しようとした冷媒を、図3中に白抜き矢印で示すようにリブ14に沿った方向へと案内するように機能する。
The
段丘部16は、堰部13における第二導入口22側の面(上面側)において、堰部13よりも上方へ膨出した形状に形成される段丘状の部位である。段丘部16は、上面視で入口部9から張り出して、入口部9より冷媒の流通方向下流側のシリンダブロック2側のウォータジャケット6まで至る。図4に示すように、段丘部16の上面は平面状に形成されて、ガスケット8の下面と面接触する。また、段丘部16は、堰部13よりも第二導入口22側の冷媒が再びシリンダボア4の周面に沿う方向へと流出することを阻止するとともに、入口部9より冷媒の流通方向下流側のウォータジャケット6を流通する冷媒が堰部13よりも第二導入口22側へ流れ込まないように機能する。段丘部16を設けることで、シリンダボア4の周囲を循環してきた冷媒が第二導入口22へと流入しやすくなる。第二導入口22を介してシリンダヘッド3側のウォータジャケット7の内部へ流入した冷媒は、図示しない流出口を通って内燃機関1の外部へと排出される。
The
[2.作用,効果]
(1)上記の内燃機関1の冷却構造では、第一導入口21の上方にスペーサ10の堰部13が配置される。第一導入口21の上方に堰部13を設けることで、第一導入口21から流入した冷媒がそのままシリンダヘッド3側へと流れることを抑制でき、冷媒をシリンダブロック2側のウォータジャケット6内で循環させることが容易となる。また、堰部13に立設されるリブ14を有することで、堰部13付近の冷媒の流れを整流することができる。したがって、簡素な構成で冷媒による冷却効率を改善できる。[2. action, effect]
(1) In the cooling structure for the
(2)上記の冷却構造には、シリンダブロック2側のウォータジャケット6とシリンダヘッド3側のウォータジャケット7とを連通させる第二導入口22が設けられ、第一導入口21と第二導入口22との間に堰部13が配置される。堰部13を設けることで、第一導入口21から流入した冷媒を第二導入口22から直接流出しにくくすることができ、冷媒をシリンダブロック2側のウォータジャケット6内で循環させることが容易となる。したがって、簡素な構成で冷媒による冷却効率を改善できる。これに加えて、堰部13の第二導入口22側にはリブ14が立設されるため、堰部13の上面(第二導入口22側の面)における冷媒を整流することができ、冷媒が効率よく第二導入口22を通ってシリンダヘッド3側のウォータジャケット7へと流れるようにすることができる。したがって、簡素な構成で冷媒による冷却効率を改善できる。
(2) The cooling structure described above is provided with a
(3)上記の第二導入口22は、堰部13のシリンダヘッド3側(上方)に位置し、堰部13は、第一導入口21から流入した冷媒をシリンダボア4の周面に沿う方向へ誘導する形状に形成される。また、堰部13によって誘導された冷媒は、シリンダボア4の周面を循環し堰部13のシリンダヘッド3側へ流入する。これにより、シリンダボア4の周面に沿って冷媒を循環させることが容易となり、冷媒による冷却効率をさらに改善できる。
(3) The
(4)また、堰部13のシリンダヘッド3側の面(上面)は、冷媒の流れ方向下流側に向かうにつれてシリンダヘッド側に傾斜するように形成される。これにより、シリンダボア4の周囲を循環してきた冷媒を効率よくスムーズに第二導入口22へと流すことができ、冷却効率を改善できる。なお、堰部13の表面のうち、シリンダヘッド3側の面(上面)だけでなくシリンダブロック2側の面(下面)も併せて傾斜した形状にしてもよい。言い換えれば、上記の堰部13を第一導入口21から流入した冷媒の流れに対して傾斜した曲面形状に形成してもよい。これにより、例えば図3に示す状態において、第一導入口21から流入した冷媒を黒矢印で示す左回転方向へと徐々に旋回させつつ左上方向へと誘導することができ、冷媒による冷却効率をさらに改善できる。
(4) The surface (upper surface) of the
(5)上記の吸気側スペーサ12には壁部15が設けられる。壁部15は、堰部13における第二導入口22側の面に立設されて、第二導入口22側の冷媒が第一導入口21側へと逆流することを防止している。このような壁部を設けることで、シリンダボア4の周囲を循環してきた冷媒をリブ14に沿った方向へと流れやすくすることができ、その冷媒を第二導入口22の近傍へと誘導することができる。したがって、簡素な構成で冷媒による冷却効率を改善できる。
(5) The intake-
(6)上記のリブ14は、図3に示すように、上面視で堰部13のシリンダヘッド3側の面(上面)を流れる冷媒の流れ方向に沿って直線状に延出する形状である。例えば図3に示すように、リブ14は、第二導入口22から第二導入口22の径方向外側に向かって直線状に延出する形状である。これにより、第二導入口22の近傍における冷媒の流れを安定させることができ、簡素な構成で冷媒による冷却効率を改善できる。
(6) As shown in FIG. 3, the
(7)上記の実施例では、リブ14が上面視で間隔をあけて複数並設される。また、第二導入口22がシリンダブロック2とシリンダヘッド3とに挟装されるガスケット8に形成されるとともに、上面視で複数のリブ14の間に配置される。このように、複数のリブ14を並設することで、冷媒の流れが乱れることを防止することができ、冷媒の流れやすさを高めることができる。また、複数のリブ14の間に第二導入口22を配置することで、冷媒をシリンダヘッド3側へ流れやすくすることができ、冷却効率をさらに改善できる。
(7) In the above embodiment, a plurality of
[3.変形例]
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせることができる。例えば、上記の実施例では入口部9がシリンダブロック2の吸気側Aに設けられた内燃機関1を例示したが、入口部9の位置はこれに限定されない。入口部9が排気側Bに設けられた内燃機関1においては、排気側スペーサ11に堰部13やリブ14を設けることで、上記の実施例と同様の作用,効果を実現することができる。[3. Modification]
The above embodiment is merely an example, and is not intended to exclude various modifications and application of techniques not explicitly described in this embodiment. Each configuration of this embodiment can be modified in various ways without departing from the scope of the invention. Also, they can be selected or combined as needed. For example, in the above embodiment, the
本出願は、2020年9月1日出願の日本特許出願2020-146595に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2020-146595 filed on September 1, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
1 内燃機関
2 シリンダブロック
2a 最上面
3 シリンダヘッド
4 シリンダボア
5 天井面部
6 ウォータジャケット
7 ウォータジャケット
8 ガスケット
9 入口部
10 スペーサ
11 排気側スペーサ
12 吸気側スペーサ
13 堰部
14 リブ
15 壁部
16 段丘部
21 第一導入口
22 第二導入口
31 貫通孔
32 連通孔1
Claims (7)
前記シリンダブロック側の前記ウォータジャケットの内部に配置されるスペーサと、
前記シリンダブロック側の前記ウォータジャケットにおいて、前記シリンダボアの拡径方向に前記ウォータジャケットを拡大した入口部と、
前記シリンダブロック側に設けられ前記入口部に冷媒を導入する第一導入口と、
を備え、
前記スペーサは、前記スペーサの前記シリンダブロック側の前記ウォータジャケット内に位置する箇所から前記入口部の内部に進入するとともに前記第一導入口よりも前記シリンダヘッド側に位置する堰部と、前記堰部に立設されるとともに冷媒の流通方向に沿って延びる複数のリブと、を有し、
前記複数のリブは、平行に配置されている
ことを特徴とする、内燃機関の冷却構造。 a water jacket formed inside the cylinder block and the cylinder head surrounding the cylinder bore of the internal combustion engine;
a spacer arranged inside the water jacket on the cylinder block side ;
an inlet portion of the water jacket on the cylinder block side, the water jacket being enlarged in a radial direction of the cylinder bore;
a first introduction port provided on the cylinder block side for introducing a refrigerant into the inlet ;
with
The spacer enters the interior of the inlet from a portion of the spacer positioned in the water jacket on the cylinder block side and is positioned closer to the cylinder head than the first introduction port; a plurality of ribs erected on the portion and extending along the direction of flow of the coolant ;
The plurality of ribs are arranged in parallel
A cooling structure for an internal combustion engine, characterized by:
前記堰部は、前記第一導入口と前記第二導入口との間に配置されて、前記第一導入口から流入した冷媒が前記第二導入口から直接流出することを抑制し、
前記リブは、前記堰部における前記第二導入口側の面に立設されて、前記第二導入口側の冷媒を整流する
ことを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の冷却構造。 a second inlet for communicating the water jacket on the cylinder block side and the water jacket on the cylinder head side;
The weir portion is arranged between the first inlet and the second inlet, and suppresses the refrigerant flowing in from the first inlet from directly flowing out from the second inlet,
2. The cooling structure for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said rib is erected on a surface of said weir portion on the side of said second inlet, and rectifies the refrigerant on the side of said second inlet.
前記堰部は、前記第一導入口から流入した冷媒を前記シリンダボアの周面に沿う方向へ誘導し、
前記誘導された冷媒は、前記シリンダボアの周面を循環し前記堰部の前記シリンダヘッド側へ流入する
ことを特徴とする、請求項2記載の内燃機関の冷却構造。 The second inlet is located on the cylinder head side of the weir,
The weir guides the refrigerant that has flowed in from the first inlet in a direction along the peripheral surface of the cylinder bore,
3. The cooling structure for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the introduced coolant circulates around the peripheral surface of the cylinder bore and flows into the weir portion toward the cylinder head.
ことを特徴とする、請求項3記載の内燃機関の冷却構造。 4. The cooling structure for an internal combustion engine according to claim 3, wherein a surface of said weir portion on the cylinder head side is formed so as to be inclined toward the cylinder head side toward the downstream side in the flow direction of the coolant.
前記壁部は、冷媒の流れ方向において前記リブの上流側に位置する
ことを特徴とする、請求項2~4のいずれか1項に記載の内燃機関の冷却構造。 The spacer has a wall portion erected on a surface of the weir portion on the second inlet side to prevent the refrigerant on the second inlet side from flowing back to the first inlet side,
The wall portion is positioned upstream of the rib in a coolant flow direction.
A cooling structure for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, characterized in that:
ことを特徴とする、請求項2~5のいずれか1項に記載の内燃機関の冷却構造。 6. The rib is formed in a shape extending linearly along the flow direction of the refrigerant flowing on the cylinder head side of the weir when viewed from the cylinder head side. The cooling structure for an internal combustion engine according to any one of Claims 1 to 3.
ことを特徴とする、請求項2~6のいずれか1項に記載の内燃機関の冷却構造。 The second inlet is formed in a gasket that is sandwiched between the cylinder block and the cylinder head, and is arranged between the plurality of ribs when viewed from above. 7. The cooling structure for an internal combustion engine according to any one of 6.
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