JP2018109361A - 多気筒エンジンの水冷構造 - Google Patents

Abstract

【課題】更なる構造工夫により、エンジン長の大型化を招くことなく十分なボア間冷却が行えるようにして、エンジン長の小型化と冷却性能との両立が図れる多気筒エンジンの水冷構造を提供する。【解決手段】シリンダブロック１と、直列３気筒のシリンダ２と、シリンダ２の周りのウォータジャケットＷとを備え、ウォータジャケットＷは、シリンダ２の外側でシリンダ配列方向に延びる状態で形成された一対の主流路７，８と、一対の主水路７，８どうしを繋いで隣り合うシリンダ２，２どうしの間に形成されたボア間流路９，１０とを有して構成され、主流路７，８を流れる冷却水をボア間流路９，１０に導くことが可能なガイドリブｈを複数のボア間流路９，１０毎に設け、複数のガイドリブｈは、冷却水の流れ方向で下流側のガイドリブｈほどシリンダ軸心に交差する方向やシリンダ軸心方向への突出長さが長くなるように構成された多気筒エンジンの水冷構造。【選択図】図２

Description

本発明は、産業用ディーゼルエンジンなどに適用される水冷構造に係り、詳しくは、シリンダブロックに配列された複数のシリンダと、複数のシリンダの周囲に形成されたウォータジャケットとを備える多気筒エンジンの水冷構造に関するものである。

多気筒エンジンにおける水冷構造としては、発熱箇所であるシリンダやシリンダヘッドの周りにウォータジャケットを設け、冷却水を循環させる構成が一般的である。直列４気筒エンジンなどの２気筒以上の多気筒エンジンの場合、隣り合うシリンダ間の冷却、即ちボア間冷却も必要になることが多い。

シリンダが２つ以上ある場合、エンジン長をコンパクトにするには、隣り合うシリンダどうしをなるべく近付けて配置するのが好ましい。しかしながら、熱の発生源でもあるシリンダどうしの間、即ちボア間部分は、最も熱的負荷が厳しい。そこで、従来では、特許文献１において開示されるように、後加工によりシリンダのボア間部分にキリ穴をあけて水路とする手段が採られていた。

キリ穴の付設により、冷却水がボア間に通されて冷却性能は向上したが、高圧縮エンジンや大排気量エンジンなど、より熱的負荷の大きい場合には、ボア間冷却の強化が望まれる。そこで従来では、中子ケレンを用いるなどして、隣り合うシリンダを明確に分離させてボア間にも明確なウォータジャケットを設け、冷却性をさらに向上させる手段も採られている。

後者の従来技術では冷却性能は高められるが、その分ボア間距離が必要になり、結果的にエンジン長が大型化し易い問題がある。前者の従来技術では、エンジン長の点では好都合であるが、冷却性の点では後者の従来技術に劣る。このように、従来の水冷エンジンの水冷構造では、エンジン長の大型化の抑制と冷却性能向上とには相反する面があり、これらを両立させることは困難であった。

特開２００７−０２３８２４号公報 特開２００３−１９３８３６号公報

本発明の目的は、更なる構造工夫により、エンジン長の大型化を招くことなく十分なボア間冷却が行えるようにして、エンジン長の小型化と冷却性能との両立が図れる多気筒エンジンの水冷構造を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、多気筒エンジンの水冷構造において、
シリンダブロック１に配列された複数のシリンダ２と、
前記複数のシリンダ２の周囲に形成されたウォータジャケットＷと、
前記ウォータジャケットＷは、前記シリンダ２の外側でシリンダ配列方向に延びる状態で形成されている一対の主流路７，８と、前記一対の主流路７，８どうしを繋ぐ状態で隣り合うシリンダ２，２どうしの間に形成されているボア間流路９，１０とを有して構成され、
前記主流路７，８を流れる冷却水を前記ボア間流路９，１０に導くことが可能なガイドリブｈを複数の前記ボア間流路９，１０毎に設け、
複数の前記ガイドリブｈは、冷却水の流れ方向で下流側のガイドリブｈほどシリンダ軸心に交差する方向への突出長さが長くなるように構成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、多気筒エンジンの水冷構造において、
シリンダブロック１に配列された複数のシリンダ２と、
前記複数のシリンダ２の周囲に形成されたウォータジャケットＷと、
前記ウォータジャケットＷは、前記シリンダ２の外側でシリンダ配列方向に延びる状態で形成されている一対の主流路７，８と、前記一対の主水路７，８どうしを繋ぐ状態で隣り合うシリンダ２，２どうしの間に形成されているボア間流路９，１０とを有して構成され、
前記主流路７，８を流れる冷却水を前記ボア間流路９，１０に導くことが可能なガイドリブｈを複数の前記ボア間流路９，１０毎に設け、
複数の前記ガイドリブｈは、冷却水の流れ方向で下流側のガイドリブｈほどシリンダ軸心方向の長さが長くなるように構成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の多気筒エンジンの水冷構造において、
前記ガイドリブｈは、前記シリンダブロック１における前記シリンダ２を形成するバレル部４に形成されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の多気筒エンジンの水冷構造において、
前記ガイドリブｈは、前記シリンダブロック１における前記ウォータジャケットＷを外囲するシリンダ外枠部５に形成されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の多気筒エンジンの水冷構造において、
前記ガイドリブｈは、シリンダ２の周方向に沿った円弧状をなしていることを特徴とする。

本発明によれば、下流側のガイドリブのシリンダ軸心に交差する方向への突出長さやシリンダ軸心方向の長さを、上流側のガイドリブの対応する突出長さや長さよりも大に（長く）してあるから、ボア間流路への冷却水流入量が上流側及び下流側で互いに等しくなるようにバランスさせられるなど、冷却水の流れが弱くなる下流側におけるボア間流路への冷却水取り込み作用の強化が可能となる。
その結果、更なる構造工夫により、エンジン長の大型化を招くことなく十分なボア間冷却が行えるようにして、エンジン長の小型化と冷却性能との両立が図れる多気筒エンジンの水冷構造を提供することができる。

シリンダブロックを示すシリンダ部の平面図 図１に示すシリンダブロックのａ−ａ線断面図 図１に示すシリンダブロックのｂ−ｂ線断面図 図２に示すシリンダブロックのｃ−ｃ線断面図 ウォータジャケットでの冷却水の流れを示し、（ａ）は互に逆方向のガイド壁による場合（実施形態１）、（ｂ）は互に同方向のガイド壁による場合（実施形態２）

以下に、本発明による多気筒エンジンの水冷構造の実施の形態を、立形の直列３気筒水冷ディーゼルエンジンに適用されたものとして、図面を参照しながら説明する。

図１及び図４に示すように、このエンジンは、シリンダブロック１に複数（３個）のシリンダ２が直列に配列され、複数のシリンダ２の周囲に形成されたウォータジャケット（シリンダジャケット）Ｗを備えた水冷エンジンに構成されている。ウォータジャケットＷは、シリンダブロック１における各シリンダ２を形成する略筒状に起立形成されているバレル部（シリンダ壁）４，４，４と、シリンダブロック１におけるシリンダ外枠部５と、シリンダ天井壁３との間に形成されている冷却水循環用の内部空間である。なお、シリンダブロック１の前側で左側に張出した部分は燃料噴射ケース部２６である。

図１、図４において、シリンダブロック１の吸気側を左、排気側を右、ウォータジャケットＷへの冷却水入口６のある側を前、その反対側を後とする。
ウォータジャケットＷは、シリンダ２（バレル部４）の外側でシリンダ配列方向に延びる状態で形成されている一対の主流路である吸気側主流路７及び排気側主流路８と、一対の主流路７，８どうしを繋ぐ状態で隣り合うシリンダ２（バレル部４）どうしの間に形成されている第１及び第２ボア間流路９，１０、と主流路７，８の始端及び終端どうしを繋ぐ前及び後の端流路ｗｆ，ｗｒを有して構成されている。

図１、図４に示されるように、ガスケット（図外）を介してシリンダヘッド（図外）がその上面３Ａに連結されるシリンダ天井壁３には、ボルト挿通孔３ａ、連通孔３ｂ、キリ孔３ｃが形成されている。ボルト挿通孔３ａは、シリンダブロック１とシリンダヘッド（図外）などを連結するためのボルトを通す孔であり、各シリンダ２の周囲に複数個所（１４箇所）に開けられている。連通孔３ｂは、冷却水をウォータジャケットＷからシリンダヘッドのウォータジャケット（シリンダヘッドジャケット：図外）へ流すための比較的大き目の通路であり、何れかの主流路７，８に連通する状態で複数（１２箇所）に形成されている。

キリ孔３ｃは、シリンダ天井壁３の前後端において、ウォータジャケットＷの前端流路ｗｆ、後端流路ｗｒそれぞれの前後に連通する状態で計４箇所に形成されている。また、シリンダ天井壁３の隣り合うシリンダ２，２間には、第１ボア間流路９及び第２ボア間流路１０それぞれに連通する状態で、左上から右下に架けての斜め孔として、各１箇所ずつに形成されている。

なお、図３，４において、前端流路ｗｆに臨むようにシリンダブロック１の前端に設けられた孔は、サーモスタット（図外）や冷却水温度を測定するセンサ（図外）などの補機を装備するための装着孔２５であっても良い。

さて、ウォータポンプ（図外）により冷却水入口６からウォータジャケットＷに送られてきた冷却水は、まず前端流路ｗｆから左右に分離されて吸気側主流路７及び排気側主流路８を後方に向けて流れ、途中で第１及び第２ボア間流路９，１０にも流れる。そして、冷却水はウォータジャケットＷを後方に流れながらも上方にも流れ、複数個所の連通孔３ｂ及び複数個所のキリ孔３ｃを通って、シリンダヘッドジャケット（図外）に流入され、シリンダヘッドの冷却水出口（図外）に向かって流れていく。

〔実施形態１〕
図４、図５（ａ）に示されるように、シリンダブロック１に、主流路７，８を流れる冷却水をボア間流路９，１０に導くことが可能なガイドリブｈ（１１〜１４）が、片持ち突出壁として４箇所に形成されている。詳しくは、前後中間の第２バレル部４の前側部分から吸気側主流路７に突き出た第１ガイドリブ１１、前後中間の第２バレル部４の前側部分から排気側主流路８に突き出た第２ガイドリブ１２、後側の第３バレル部４の前側部分から吸気側主流路７に突き出た第３ガイドリブ１３、後側の第３バレル部４の前側部分から排気側主流路８に突き出た第４ガイドリブ１４により、各ガイドリブｈが構成されている。

上下方向視で前側の第１シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈する第１ガイドリブ１１により、第１シリンダ２の傍の吸気側主流路７にて前から後に向けて流れる冷却水を、右に向けて第１ボア間流路９に導くガイド作用が発揮される。上下方向視で前側の第１シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈する第２ガイドリブ１２により、第１シリンダ２の傍の排気側主流路８にて前から後に向けて流れる冷却水を、左に向けて第１ボア間流路９に導くガイド作用が発揮される。

上下方向視で第２シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈する第３ガイド壁１３により、第２シリンダ２の傍の吸気側主流路７にて前から後に向けて流れる冷却水を、右に向けて第２ボア間流路１０に導くガイド作用が発揮される。上下方向視で第２シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈する第４ガイド壁１４により、第２シリンダ２の傍の排気側主流路８にて前から後に向けて流れる冷却水を、左に向けて第２ボア間流路１０に導くガイド作用が発揮される。

このように、シリンダ配列方向で隣り合うボア間流路９，１０に対応した第１ガイドリブ１１と第３ガイドリブ１３どうしは、冷却水をボア間流路９，１０に導く向きが互いに同方向となる状態に形成されている。そして、排気側主流路８を流れる冷却水の第１ボア間流路９への入り込みを案内する第２ガイドリブ１２と、排気側主流路８を流れる冷却水の第２ボア間流路１０への入り込みを案内する第４ガイドリブ１４とも、互に同方向にガイド作用する状態に形成されている。

その結果、ウォータジャケットＷでは冷却水は、図５（ａ）に示されるように、第１〜第４ガイドリブ１１〜１４のガイド作用により、一対の主流路７，８を前から後に流れる流れと、第１及び第２ボア間流路９，１０において左端及び右端から左右中央に向けて流れる流れとが生じるように案内される。各ボア間流路９，１０の左右中央に流れて来た冷却水は、上部のキリ孔３ｃからシリンダヘッドジャケット（図外）に向けて流れ出て行く。このような円滑な冷却水の流れにより、第１及び第２ボア間流路９，１０には十分な流量（冷却水の単位時間当たりの流量も）が確保され、冷やし難い箇所であるボア間を、シリンダ２，２の配列間隔を広げなくても効率よく冷却できるように構成されている。

つまり、第１ボア間流路９には、第１及び第２ガイドリブ１１，１２による冷却水の取り込み（取水）促進作用が発揮されるので、第１ボア間流路９のボア間幅を広めることなく十分な流量を通して効率の良い冷却効果を得ることが可能である。同様に、第２ボア間流路１０には、第３及び第４ガイドリブ１３，１４による冷却水の取り込み（取水）促進作用が発揮されるので、第２ボア間流路１０のボア間幅を広めることなく十分な流量を通して効率の良い冷却効果を得ることが可能である。

実施形態１による多気筒エンジンの水冷構造においては、ガイドリブｈは、冷却水の流れ方向で下流側のガイドリブｈほどシリンダ軸心に交差する方向（左右方向や前後方向などの横方向）への突出長さが長くなるように、かつ、シリンダ軸心方向（上下方向）の長さが長くなるように構成されている。つまり、図２、図４に示されるように、第１及び第３ガイドリブ１１，１３においては、対応するバレル部４からの吸気側主流路７への横突出量、及びジャケット底１５からの高さのいずれも、第１ガイドリブ１１よりも下流側の第３ガイドリブ１３の方が大きく設定されている（図３参照：第１ガイドリブ１１の高さｔ１と第３ガイドリブ３の高さｔ３とは、ｔ１＜ｔ３）。

同様に、第２及び第４ガイドリブ１２，１４においては、対応するバレル部４からの排気側主流路８への横突出量、及びジャケット底１５からの高さのいずれも、第２ガイドリブ１２よりも下流側の第４ガイドリブ１４の方が大きく設定されている。なお、ガイドリブｈの横突出量や高さの差は、各部の大きさや形状、角度、或は気筒数（ボア間流路の数）などの諸条件により適宜に設定される。例として、図２に示されるように、第１及び第２ガイドリブ１１，１２の高さは堰き止め壁１６（後述）の高さよりも低く、第３及び第４ガイドリブ１３，１４の高さは堰き止め壁１６の高さより高い。

下流側のガイドリブ１３，１４の横突出量を、上流側のガイドリブ１１，１２の横突出量よりも大に（長く）してあるから、第１及び第２ボア間流路９，１０への冷却水流入量が上流側及び下流側で互いに等しくなるようにバランスさせられるなど、冷却水の流れが弱くなる下流側におけるボア間流路への冷却水取り込み作用の強化が可能となる効果がある。
下流側のガイドリブ１３，１４の高さを、上流側のガイドリブ１１，１２の高さよりも高く（長く）してあるから、第１及び第２ボア間流路９，１０への冷却水流入量が上流側及び下流側で互いに等しくなるようにバランスさせられるなど、冷却水の流れが弱くなる下流側におけるボア間流路への冷却水取り込み作用の強化が可能となる効果がある。

また、ガイドリブｈ（１１〜１４）を、冷却水を送る対象であるボア間流路９，１０のシリンダ２の周方向と同心又は略同心の円弧状のものとされているので、ガイドリブ１１〜１４による冷却水のボア間流路９，１０への案内作用をより円滑なものにできる利点がある。

ウォータジャケットＷは、図２や図３に示されるように、ジャケット底１５を備えてバレル部４のほぼ上下長さに匹敵する深さ（上下幅）を有している。
図２に示されるように、ボア間においては、隣り合うバレル部４，４どうしの下半部を一体化する堰き止め壁１６がジャケット底１５から競り上がるように形成されており、かつ、隣り合うバレル部４，４どうしの上部を小断面積で一体化する点連結壁１７が形成されている。

左右に長く前後に短い形状の堰き止め壁１６は、図２に示されるように、左右の傾斜側面１８，１９を備えて上窄まり形状の台形とされている。なお、傾斜側面１８，１９が垂直な側面に形成されて前後方向視で矩形の堰き止め壁１６でも良い。ボア間流路９，１０に流れ込もうとする冷却水は、傾斜側面１８，１９によりガイドされ、ボア間流路９，１０においては、横斜め上方に向かう流れの成分が促進されるようになる。そして、ボア間流路９，１０の上面が鉢伏せ状の湾曲天井面２０に形成されていることもあり、ボア間流路９，１０においては、比較的上部における流れが促進されるように構成されている。

堰き止め壁１６と点連結壁１７との上下間においては、バレル部４から前後に張出し形成された上窄まり台形状の下リブ壁２１が設けられている。点連結壁１７の上側には、バレル部４から前後に張出し形成された上リブ壁２２が設けられている。これら下リブ壁２１及び上リブ壁２２により、ボア間流路９，１０の経路幅（前後幅）が規制され、冷却水の流速を早める効果や上方に導く効果を奏することが可能である。

また、ボア間流路９，１０の上部左右中間においてシリンダ天井壁３を上下に貫通するキリ孔３ｃが、湾曲天井面２０に開口する状態で形成されている。このキリ孔３ｃにより、ボア間流路９，１０の頂部からシリンダヘッドジャケット（図外）へも流れることができ、ボア間流路９，１０での流速アップや冷却面積の増大を行い、より冷却効率が高められるように構成されている。

このように、ウォータジャケットＷにおける隣り合うバレル部４，４どうしの間は、下半分に堰き止め壁１６があり、主流路７，８の深さの約半分となる断面積でシリンダ２の上部に位置する状態のボア間流路９，１０に形成されている。堰き止め壁１６と点連結壁１７とでバレル部４，４どうしが一体化されており、シリンダブロック１としての強度・剛性の向上に寄与できる構成とされている。

〔実施形態２〕
図５（ｂ）に示されるように、４箇所のガイドリブｈのうち、第２及び第４リブ１２，１４が図５（ａ）に示される実施形態１のものと異なる構成の冷却構造でも良い。即ち、上下方向視で第２シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈して第１バレル部４から排気側主流路８に突出する第２ガイドリブ１２と、上下方向視で第３シリンダ２の周方向に沿った円弧状を呈して中間のバレル部４から排気側主流路８に突出する第４ガイドリブ１４とを備えたガイドリブｈである。

第２ガイドリブ１２により、第１ボア間流路９にて左から右に（吸気側から排気側に）流れる冷却水を、右斜め後方に導きながら排気側主流路８に合流させるガイド作用が発揮される。同様に、第４ガイドリブ１４により、第２ボア間流路１０にて左から右に（吸気側から排気側に）流れる冷却水を、右斜め後方に導きながら排気側主流路８に合流させるガイド作用が発揮される。

従って、実施形態２よるガイドリブｈ（１１〜１４）によれば、各ボア間流路９，１０には吸気側主流路７から冷却水が取り込まれ、ボア間流路９，１０に取り込まれた冷却水は、排気側主流露８とキリ孔３ｃとの双方に流れ出すように、ウォータジャケットＷのおける流れが制御されるようになる。

この実施形態２の水冷構造においても、下流側となる第３及び第４ガイドリブ１２，１４の横突出量や高さは、対応する上流側となる第１及び第２ガイドリブ１１，１２の横突出量や高さよりも大に（長く）なるように設定されている。

〔別実施例〕
図示は省略するが、第１〜第４ガイドリブ１１〜１４の何れか又は全てを、シリンダ外枠部５から主流路７，８に突出する状態に構成されたガイドリブｈとする構成も可能である。その際、ガイドリブｈを、シリンダ２の軸心方向視でシリンダ２の周方向に沿う形状にするとか、直線状、屈曲状にするなど、種々の変更設定が可能である。

１ シリンダブロック
２ シリンダ
４ バレル部
５ シリンダ外枠部
７ 吸気側主流路
８ 排気側主流路
９，１０ ボア間流路
１１〜１４ ガイドリブ
Ｗ ウォータジャケット
ｈ ガイドリブ

Claims (5)

1. シリンダブロックに配列された複数のシリンダと、
   前記複数のシリンダの周囲に形成されたウォータジャケットと、
   前記ウォータジャケットは、シリンダの外側でシリンダ配列方向に延びる状態で形成されている一対の主流路と、前記一対の主水路どうしを繋ぐ状態で隣り合うシリンダどうしの間に形成されているボア間流路とを有して構成され、
   前記主流路を流れる冷却水を前記ボア間流路に導くことが可能なガイドリブを複数の前記ボア間流路毎に設け、
   複数の前記ガイドリブは、冷却水の流れ方向で下流側のガイドリブほどシリンダ軸心に交差する方向への突出長さが長くなるように構成されている多気筒エンジンの水冷構造。
2. シリンダブロックに配列された複数のシリンダと、
   前記複数のシリンダの周囲に形成されたウォータジャケットと、
   前記ウォータジャケットは、シリンダの外側でシリンダ配列方向に延びる状態で形成されている一対の主流路と、前記一対の主水路どうしを繋ぐ状態で隣り合うシリンダどうしの間に形成されているボア間流路とを有して構成され、
   前記主流路を流れる冷却水を前記ボア間流路に導くことが可能なガイドリブを複数の前記ボア間流路毎に設け、
   複数の前記ガイドリブは、冷却水の流れ方向で下流側のガイドリブほどシリンダ軸心方向の長さが長くなるように構成されている多気筒エンジンの水冷構造。
3. 前記ガイドリブは、前記シリンダブロックにおける前記シリンダを形成するバレル部に形成されている請求項１又は２に記載の多気筒エンジンの水冷構造。
4. 前記ガイドリブは、前記シリンダブロックにおける前記ウォータジャケットを外囲するシリンダ外枠部に形成されている請求項１又は２に記載の多気筒エンジンの水冷構造。
5. 前記ガイドリブは、シリンダボアに沿った円弧状をなしている請求項１〜４の何れか一項に記載の多気筒エンジンの水冷構造。

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