JP7327684B2 - 内燃機関の冷却構造 - Google Patents

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。

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）。

日本国特許第６３１５０２２号公報 日本国特許第６０５２１３４号公報

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。

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。

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。

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。

実施例としての冷却構造が適用された内燃機関の分解斜視図である。 図１に示すスペーサの上面図である。 図２に示すスペーサの要部を拡大して示す図である。 図１に示すスペーサの斜視図である。 図１に示すスペーサの斜視図である。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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）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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

［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。

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。

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

Claims (7)

1. 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、
   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。
2. 前記シリンダブロック側の前記ウォータジャケットと前記シリンダヘッド側の前記ウォータジャケットとを連通させる第二導入口を備え、
   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。
3. 前記第二導入口は、前記堰部の前記シリンダヘッド側に位置し、
   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。
4. 前記堰部の前記シリンダヘッド側の面は、冷媒の流れ方向下流側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜するように形成される
   ことを特徴とする、請求項３記載の内燃機関の冷却構造。
5. 前記スペーサは、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が前記第一導入口側へと逆流することを防ぐ壁部を有し、
   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。
6. 前記リブは、前記シリンダヘッド側から見て前記堰部の前記シリンダヘッド側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に形成される
   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。
7. 前記第二導入口は、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとに挟装されるガスケットに形成されるとともに上面視で複数の前記リブの間に配置される
   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。

Images