JP7528469B2 - シリンダブロック - Google Patents

Description

この発明は、車両用エンジンのシリンダブロックに関する。

直列する複数の気筒を取り囲むように上面側に開口するウォータジャケットが形成された、オープンデッキタイプのシリンダブロックを採用したエンジンにおいては、特にディーゼルエンジンのように燃焼圧力が高い（例えば１８ＭＰａ）ときに、例えばアルミダイカストで製造された気筒が、その上端側が周囲の部材によって支持されていないことに起因して、エンジンの左右方向（複数の気筒の直列方向と直交する方向）に倒れるように振動することがある。この振動によって各気筒に形成されたライナーに引張力が作用すると、このライナーの上部にクラックなどの不具合が生じるなどの問題が生じる。

また、隣り合う気筒間のデッキ面近傍は燃焼室が近く、しかも、ウォータジャケットから少し離れており冷却効果が十分に及ばないため、気筒間の温度が高温になりやすいという問題もある。

例えば特許文献１には、シリンダブロック１０の冷却効率を高めるべく、ウォータジャケット２０の中に整流部２２を設けた構成が示されている。この整流部２２を設けることによって、ウォータジャケット２０の深さＤを冷却水の流れ方向の上流側から下流側に向かうほど漸次浅くし、シリンダ軸方向の上方に向かう冷却水の流れを形成している（特許文献１の特に段落００２０、００２５～００３４、図１～２を参照）。

特開２０１０－１４０６７号公報

特許文献１に示す構成は、整流部２２によってウォータジャケット２０内の冷却水を上方に向かいやすくして、デッキ面近傍を冷却する効果が高まる可能性がある一方で、高温になりやすい隣り合う気筒間まで冷却水が到達しないため、この気筒間を十分冷却することができない虞がある。また、整流部２２によってシリンダバレル１１の比較的上部側が支持されるため、シリンダバレル１１の振動をある程度抑制できる可能性があるものの、＃１のシリンダおよび＃２～＃４のシリンダの冷却水入口１６の反対側には整流部２２が設けられていない（特許文献１の図１を参照）ことからも明らかなように、振動抑制の効果も限定的である。

そこで、この発明は、オープンデッキタイプのシリンダブロックに形成された気筒の振動を防止しつつ、気筒間の高い冷却効率を確保することを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明においては、
直列に形成された複数の気筒と、
前記複数の気筒を取り囲むように形成され、デッキ面に開口するウォータジャケットと、
下端が前記ウォータジャケットと接続し、上端が隣り合う前記気筒の間において前記デッキ面側に開口するように延設される気筒間水路と、
前記ウォータジャケットの内外壁の間に介在し、底部側から上向きに立設され、上端が前記気筒間水路の下端よりも高い位置となる柱部と、
を備えたことを特徴とするシリンダブロックを構成した。

前記構成においては、
前記柱部は前記各気筒の前記直列の方向と直交する方向の一方側と他方側にそれぞれ設けられ、一方側の柱部の高さが、他方側の柱部の高さよりも高く、前記気筒間水路の下端よりも高い位置となる構成とするのが好ましい。

前記構成においては、
一方がスラスト側、他方が反スラスト側であり、スラスト側に立設された前記柱部の高さが、反スラスト側に立設された前記柱部の高さよりも高い構成とするのが好ましい。

前記構成においては、
前記ウォータジャケットへの冷却水の供給口が前記一方側に形成され、前記ウォータジャケットからの冷却水の排出口が前記他方側に形成されている構成とするのが好ましい。

前記構成においては、
前記柱部に、一端が前記ウォータジャケット内を流れる冷却水の上流側に開口し、他端が前記ウォータジャケット内を流れる冷却水の下流側に開口し、かつ、一端側の開口よりも他端側の開口の方が上側に位置している構成とするのが好ましい。

この発明では、上記のように柱部を設けた構成としたので、この柱部による補強効果によって各気筒の振動を防止するとともに、気筒間水路を流れる冷却水によって気筒間の高い冷却効率を確保することができる。

この発明に係るシリンダブロックの一実施形態を示す平面図である。 図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。 エンジン内の冷却水の流路を模式的に示す斜視図である。 ウォータジャケット内の冷却水の流れを模式的に示す断面図である。 図４に示す柱部の変形例を示す断面図である。 図２の変形例を示す断面図である。 図１に示すシリンダブロックの変形例を示す断面図である。

この発明に係るシリンダブロック１の一実施形態を図面に基づいて説明する。このシリンダブロック１は、図１および図２に示すように、直列に形成された４本の気筒２（以下、必要に応じて、第１気筒２ａ、第２気筒２ｂ、第３気筒２ｃ、第４気筒２ｄと称する。）と、この４本の気筒２を取り囲むように形成され、デッキ面３に開口するウォータジャケット４と、下端がウォータジャケット４と接続し、上端が隣り合う気筒２の間においてデッキ面３に開口するよう延設される気筒間水路５と、ウォータジャケット４の内外壁の間に介在し、底部側から上向きに立設され、上端が気筒間水路５の下端よりも高い位置となる柱部６と、を有する。

ウォータジャケット４は、ウォータジャケット４への冷却水の入口である冷却水入口７が形成された入口側ウォータジャケット４ａと、ウォータジャケット４からの冷却水の出口である冷却水出口８が形成された出口側ウォータジャケット４ｂの２つの部分から構成されている。

気筒間水路５は、ウォータジャケット４に接続された下端からデッキ面３に開口する上端まで斜め方向に形成されている。この気筒間水路５は、入口側ウォータジャケット４ａとデッキ面３を接続する入口側気筒間水路５ａと、デッキ面３と出口側ウォータジャケット４ｂを接続する出口側気筒間水路５ｂから構成されている。

柱部６は、入口側ウォータジャケット４ａと出口側ウォータジャケット４ｂのそれぞれの内部に、各気筒２の位置に対応して設けられている。なお、柱部６の高さは、両ウォータジャケット４ａ、４ｂの水深よりは低く、両ウォータジャケット４ａ、４ｂ内の冷却水の流れが柱部６によって堰き止められることがないように構成されている。

各気筒２のそれぞれの前記直列の方向と直交する対称位置に柱部６を設けることにより各気筒２が補強されるため、前記直交する方向への気筒２の振動を抑制することができる。このため、この振動に伴う引張応力によって、各気筒２に形成されたライナーの上部にクラックが生じるなどの不具合を確実に防止することができる。

冷却水の流路を図３に模式的に示す。本図は、シリンダブロック１（図１参照）およびシリンダヘッド（図示せず）の内部に形成されたウォータジャケット４、９の形状（すなわち、シリンダブロック１やシリンダヘッドの内部にウォータジャケット４、９を形成するための中子の形状）を示している。シリンダブロック１とシリンダヘッドの間には、両者間を流れる冷却水およびエンジンオイルの液密、並びに、気筒２の気密を確保するためのシリンダヘッドガスケット１０が設けられている。

シリンダヘッドガスケット１０には、各気筒２の位置に対応して貫通穴１１が形成されており、この貫通穴１１の周囲には、ウォータジャケット４、９を連通する複数の水穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが形成されている。この複数の水穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのうち、隣り合う気筒２（貫通穴１１）の間に形成された水穴１２ｂ、１２ｄは、気筒間水路５（５ａ、５ｂ）の上端に接続している。なお、図３においては、図面の視認性を確保するため、水穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを通る冷却水の流れの図示（破線で示した矢印）を一部省略している。

冷却水入口７を通って入口側ウォータジャケット４ａに導入された冷却水は、入口側ウォータジャケット４ａ内を第１気筒２ａから第４気筒２ｄに向かう水平方向および上向き（図３の入口側ウォータジャケット４ａに付した実線の矢印を参照）に流れる。水平方向に流れる冷却水は、図４に示すように、入口側ウォータジャケット４ａ内に形成された柱部６によって上向きの流れに変わる（図４中の矢印ｆ１を参照）。上向きに流れる冷却水の一部は、入口側気筒間水路５ａを通って上向きに流れる（図４中の矢印ｆ２を参照）。

上向きに流れる冷却水は、シリンダヘッドガスケット１０に形成された入口側ウォータジャケット４ａ寄りの水穴１２ａを通ってシリンダヘッドのウォータジャケット９に至る。また、入口側気筒間水路５ａを流れる冷却水は、気筒２間に形成された水穴１２ｂを通って同様にシリンダヘッドのウォータジャケット９に至る。

シリンダヘッドのウォータジャケット９に至った冷却水は、シリンダヘッドを冷却した後に流れを下向きに変えて、シリンダヘッドガスケット１０に形成された出口側ウォータジャケット４ｂ寄りの水穴１２ｃを通って出口側ウォータジャケット４ｂに戻る。また、下向きに流れる冷却水の一部は、気筒２間に形成された水穴１２ｄを通り、出口側気筒間水路５ｂを経由して出口側ウォータジャケット４ｂに至る。出口側ウォータジャケット４ｂに戻った冷却水は、冷却水出口８から排出された後にラジエター（図示せず）によって冷却され、冷却水入口７まで循環する。なお、上記において説明した冷却水の流路は一例に過ぎず、エンジンの排気量や形状などに対応して、その流路は適宜決定される。

この実施形態においては、各柱部６の上端が、気筒間水路５の下端よりも高い位置となるようにしたので、図４に示したように、柱部６によって生じた冷却水の上向きの流れを入口側気筒間水路５ａにスムーズに導いて、気筒２間の高い冷却効率を確保することができる。また、冷却水をスムーズに上方に導くことにより、気筒２に形成されたライナーの下部の冷却損失が低減され、ライナーの上下の温度差が小さくなるため、フリクションを低減することができる。

この実施形態においては、図５に示すように、柱部６に冷却水の通り抜けを許容する貫通水路１３を形成することもできる。この貫通水路１３は、その一端が入口側ウォータジャケット４ａ内を流れる冷却水の上流側（この実施形態では第１気筒２ａ側）に開口する一方で、他端が入口側ウォータジャケット４ａ内を流れる冷却水の下流側（この実施形態では第４気筒２ｄ側）に開口し、かつ、一端側の開口よりも他端側の開口の方が上側に位置している構成となっている。

このように、柱部６に貫通水路１３を形成することにより、冷却水の滞留が生じやすい柱部６の下部における上向きの流れが促進され（図５中の矢印ｆ３を参照）、気筒２の下部の温度をコントロールすることができる。なお、この貫通水路１３は、冷却水をスムーズに上向きの流れに変更する必要がある入口側ウォータジャケット４ａ内の柱部６のみに設ければ十分である。また、出口側ウォータジャケット４ｂ内の柱部６に冷却水の下向きの流れを促す貫通水路１３を形成して、シリンダブロック１およびシリンダヘッドのウォータジャケット４、９全体としての冷却水の流れを促す構成とすることもできる。

この実施形態においては、入口側気筒間水路５ａと出口側気筒間水路５ｂを個別に形成したが、図６に示すように、単独の気筒間水路５の下端を入口側ウォータジャケット４ａに接続するとともに、その上端を出口側ウォータジャケット４ｂ寄りのデッキ面３側に開口するように斜め方向に形成することもできる。このようにすると、気筒間水路５が気筒２間を直接横切るため、この気筒２間の冷却効率をさらに高めることができる。

この実施形態においては、入口側ウォータジャケット４ａ内の柱部６と、出口側ウォータジャケット４ｂ内の柱部６の高さを同じとしたが、図７に示すように、両柱部６の高さを異ならせてもよい。例えば、入口側ウォータジャケット４ａ内の各柱部６を出口側ウォータジャケット４ｂ内のいずれの柱部６よりも高くすることにより、入口側ウォータジャケット４ａ内の柱部６によって冷却水の上向きの流れを形成しながら、相対的に低い出口側ウォータジャケット４ｂ内の柱部６によって、気筒２の補強効果を発揮させつつ冷却水を冷却水出口８に向けてスムーズに導くことができる。

また、図７に示すようにクランクシャフト１４が時計回りに回転するエンジンにおいては、本図において各気筒２の左側がスラスト側、右側が反スラスト側となる。この場合、スラスト側の柱部を反スラスト側の柱部６よりも高くすることができる。スラスト側では反スラスト側よりもピストン１５からより大きな横向きの力が作用するが、スラスト側の柱部６を高くすることによってこの力に対抗して、気筒２の振動を抑制することができる。柱部６の高さを高くする代わりに、または、柱部６の高さを高くするのとともに、柱部６の幅（各気筒が直列する方向の幅）を広くすることによっても、気筒２の振動を抑制することができる。

上記の実施形態においては、入口側ウォータジャケット４ａをエンジンの排気側に設け、出口側ウォータジャケット４ｂをエンジンの吸気側に設けた構成とするのが好ましい。排気側は吸気側と比較して高温となりやすいが、入口側ウォータジャケット４ａを排気側に設けることにより、高温の排気側を効率的に冷却することができる。

上記の各実施形態は、単なる例示に過ぎず、オープンデッキタイプのシリンダブロック１に形成された気筒２の振動を防止しつつ、気筒２間の高い冷却効率を確保する、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、各構成要素に適宜変更を加えることができる。

また、上記の実施形態においては、柱部６をウォータジャケット４の底部側から上向きに立設したが、柱部６を別体にしてウォータジャケットスペーサーとしてウォータジャケット４内に挿入してもよい。

１ シリンダブロック
２ 気筒
２ａ 第１気筒
２ｂ 第２気筒
２ｃ 第３気筒
２ｄ 第４気筒
３ デッキ面
４ （シリンダブロックの）ウォータジャケット
４ａ 入口側ウォータジャケット
４ｂ 出口側ウォータジャケット
５ 気筒間水路
５ａ 入口側気筒間水路
５ｂ 出口側気筒間水路
６ 柱部
７ 冷却水入口
８ 冷却水出口
９ （シリンダヘッドの）ウォータジャケット
１０ シリンダヘッドガスケット
１１ 貫通穴
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 水穴
１３ 貫通水路
１４ クランクシャフト
１５ ピストン

Claims (5)

1. 直列に形成された複数の気筒と、
   前記複数の気筒を取り囲むように形成され、デッキ面に開口するウォータジャケットと、
   下端が前記ウォータジャケットと接続し、上端が隣り合う前記気筒の間において前記デッキ面側に開口するように延設される気筒間水路と、
   前記ウォータジャケットの内外壁の間に介在し、底部側から上向きに立設される柱部と、
   を備え、前記柱部の上端が、前記ウォータジャケットとの接続部における前記気筒間水路の下端よりも前記デッキ面側に位置していることを特徴とするシリンダブロック。
2. 前記柱部は前記各気筒の前記直列の方向と直交する方向の一方側と他方側にそれぞれ設けられ、一方側の柱部の上端が、他方側の柱部の上端よりも前記デッキ面側に位置している
   請求項１に記載のシリンダブロック。
3. 一方がスラスト側、他方が反スラスト側であり、スラスト側に立設された前記柱部の上端が、反スラスト側に立設された前記柱部の上端よりも前記デッキ面側に位置している
   請求項２に記載のシリンダブロック。
4. 前記ウォータジャケットへの冷却水の供給口が前記一方側に形成され、前記ウォータジャケットからの冷却水の排出口が前記他方側に形成されている
   請求項２又は３に記載のシリンダブロック。
5. 前記柱部に、一端が前記ウォータジャケット内を流れる冷却水の上流側に開口し、他端が前記ウォータジャケット内を流れる冷却水の下流側に開口して貫通する貫通水路を設け、かつ、一端側の開口よりも他端側の開口の方が前記デッキ面側に位置している
   請求項１から４のいずれか１項に記載のシリンダブロック。

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