JP7338540B2 - シリンダブロック - Google Patents

Description

本発明はシリンダブロックに関し、詳しくは、水冷多気筒エンジンのシリンダブロックに関する。

多気筒エンジンのシリンダブロックには、シリンダ列の周囲を囲むようにウォータジャケットが形成されている。また、シリンダブロックには、ヘッドボルトを通すための複数のヘッドボルトボスがシリンダ列に沿って排気側と吸気側のそれぞれに形成されている。ウォータジャケットは、冷却水が複数のヘッドボルトボスとシリンダ列との間を通り抜けてシリンダ列の周囲に沿って流れるように形成されている。特許文献１には、ヘッドボルトボスを避けるようにウォータジャケットが形成されているシリンダブロックの一例が開示されている。

ところで、ウォータジャケットを流れる冷却水の流速が大きいほど、圧力損失は大きくなる。冷却水の流速を小さくして圧力損失を減らすためには、ウォータジャケットの通路幅は広くしたい。しかし、シリンダの近くにはヘッドボルトボスが形成されているため、ウォータジャケットの通路幅を広げようとしても、ヘッドボルトボスの付近において局所的に幅が狭い部分ができてしまう。シリンダとヘッドボルトボスとの間の通路幅を大きくとりたくとも、シール性や振動の観点からは、ヘッドボルトボスをシリンダから大きくずらすことはできない。つまり、ヘッドボルトボスの存在は冷却水の圧力損失を低減する妨げとなっている。ウォータジャケットに導入される冷却水の流速は冷却水導入口の近くほど大きいため、冷却水の経路上において冷却水導入口に最も近いヘッドボルトボスが圧力損失に与える影響は特に大きい。

特開２００８－８１９５号公報

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ウォータジャケットを流れる冷却水の圧力損失を低減することができるシリンダブロックを提供することを目的とする。

本発明に係るシリンダブロックは、複数のシリンダが直列に並べられたシリンダ列、シリンダ列の周囲を囲むように形成されたウォータジャケット、ウォータジャケットに冷却水を導入する冷却水導入口、及び、シリンダ列に沿って形成された複数のヘッドボルトボスを備える。ウォータジャケットは、主通路と副通路とを含む。主通路は、シリンダ列の周囲に沿って形成され、複数のヘッドボルトボスとシリンダ列との間を通っている。副通路は、主通路よりもシリンダ列から離れた位置に形成され、第１位置で主通路から分岐し、第１位置よりも下流に位置する第２位置で主通路に合流する。主通路と副通路とは、複数のヘッドボルトボスのうち、冷却水導入口から主通路に流入した冷却水が最初に通過する第１ヘッドボルトボスを間に挟んでいる。第１位置は、第１ヘッドボルトボスと冷却水導入口との間に位置している。第２位置は、冷却水が第１ヘッドボルトボスの次に通過する第２ヘッドボルトボスと第１ヘッドボルトボスとの間に位置している。

前述のように、ヘッドボルトボスの存在は冷却水の圧力損失を低減する上での障害になる。特に第１ヘッドボルトボスは冷却水導入口に近く、冷却水導入口の付近は冷却水の流速が大きいことから、その存在が冷却水の圧力損失に与える影響は大きい。しかし、上記の構成によれば、冷却水導入口からウォータジャケットに導入された冷却水は、第１位置において主通路を流れる冷却水の流れと副通路を流れる冷却水の流れとに分岐し、第１ヘッドボルトボスを通過した後で第２位置において合流する。このように、冷却水の一部をシリンダ列と第１ヘッドボルトボスとの間に流し、残りをシリンダ列から見て第１ヘッドボルトボスの裏側に流すことで、第１ヘッドボルトボスの付近での流路断面積を大きくすることが可能となる。これにより、第１ヘッドボルトボスの付近での冷却水の流速を低下させ、第１ヘッドボルトボスを通過する際の冷却水の圧力損失を低減することができる。

冷却水導入口は、第３ヘッドボルトボスと第１ヘッドボルトボスとの間に位置していてもよい。第３ヘッドボルトボスは、第１ヘッドボルトボスに関して第２ヘッドボルトボスとは反対側に位置するヘッドボルトボスである。このような構成によれば、冷却水導入口からウォータジャケットに導入された冷却水の流れが真っ直ぐにヘッドボルトボスにぶつかり、それにより冷却水導入口から見てヘッドボルトボスの裏側で流れが淀むことを避けることができる。

主通路は、冷却水導入口から流入した冷却水が一方向に流れるように形成されていてもよい。例えば、主通路は、シリンダ列の吸気側の壁面に沿って形成された吸気側通路と、シリンダ列の排気側の壁面に沿って形成された排気側通路と、シリンダ列の一方の端部において吸気側通路と排気側通路とを接続する接続通路とを含んでもよい。この場合、冷却水導入口は、吸気側通路に接続されてもよい。第１ヘッドボルトボスは、シリンダ列の吸気側においてシリンダ列の他方の端部に最も近いシリンダと、２番目に近いシリンダとの間に形成されたヘッドボルトボスでもよい。このような構成によれば、主通路を通って第１ヘッドボルトボスを通過した冷却水と、副通路を通って第１ヘッドボルトボスを通過した冷却水とがぶつかり合うことによる流れの淀みを抑えることができる。

ウォータジャケットは、冷却水導入口と第１位置との間に、第１位置よりも下流の主通路よりも通路幅が広く、かつ、副通路と一体化された拡幅部を備えてもよい。このような構成によれば、冷却水導入口からウォータジャケット内に導入されてから第１ヘッドボルトボスを通り過ぎるまでの冷却水の流速をより低下させ、第１ヘッドボルトボスを通過する際の冷却水の圧力損失をより低減することができる。

以上述べたように、本発明に係るシリンダブロックによれば、冷却水導入口から主通路に流入した冷却水が最初に通過する第１ヘッドボルトボスの付近での冷却水の流速を低下させることで、ウォータジャケットを流れる冷却水の圧力損失を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックの上面視図である。 本発明の第２実施形態に係るシリンダブロックの上面視図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、特に明示する場合を除き、構成部品の構造や配置、処理の順序などを下記のものに限定する意図はない。本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックの構造について説明する。図１は、本実施形態に係るシリンダブロック１の上面視図である。シリンダブロック１は、直列４気筒エンジンのシリンダブロックである。シリンダブロック１には、４つのシリンダ４Ａ～４Ｄが等間隔に並んで形成されている。以下、これらを総称してシリンダ列４と呼ぶ。ただし、本発明は、複数のシリンダが並べられたシリンダ列を有するシリンダブロックであるならば、３気筒や６気筒などの４気筒以外のシリンダ列を有するシリンダブロックにも適用可能であるし、Ｖ型エンジンや水平対向エンジンのような複数のシリンダ列を有するエンジンのシリンダブロックにも適用可能である。

シリンダブロック１は、オープンデッキ構造を有するシリンダブロックであり、シリンダ列４の周囲を囲むウォータジャケット１０がデッキ面に全面開口している。また、デッキ面には、シリンダブロック１にシリンダヘッドを組み付けるためのヘッドボルトを通すヘッドボルトボス６Ａ～６Ｊが形成されている。ヘッドボルトボス６Ａ～６Ｊは、シリンダ列４に対して排気側と吸気側に５箇所ずつ、シリンダ列４を囲むようにほぼ等間隔で配置されている。なお、図１では、下側が吸気側であり、上側が排気側である。また、クランク軸から出力が取り出される側をシリンダブロック２の前側と称され、反対側は後側と称される。図１では、右側が前側であり、左側が後側である。なお、本発明はクローズドデッキ構造のシリンダブロックにも適用可能である。

ウォータジャケット１０は、吸気側から排気側へ、シリンダブロック１の前側を通って冷却水を一方向に流すＵターン型のウォータジャケットである。シリンダブロック２の吸気側の側面には、ウォータジャケット１０に冷却水を導入するための冷却水導入口８が形成されている。冷却水導入口８の形成位置は、第１シリンダ４Ａの外側に位置するヘッドボルトボス６Ａと、第１シリンダ４Ａと第２シリンダ４Ｂとの間に位置するヘッドボルトボス６Ｂとの間に向けて冷却水が導入されるように設定されている。

ウォータジャケット１０は、主通路１１と副通路１２と拡幅部１３とを備える。主通路１１は、ヘッドボルトボス６Ａ～６Ｊを避けるように、シリンダ列４の壁面に沿って形成されている。詳しくは、主通路１１は、吸気側通路１１ａと排気側通路１１ｂと接続通路１１ｃとからなる。吸気側通路１１ａは、吸気側のヘッドボルトボス６Ａ～６Ｅとシリンダ列４との隙間を通り、シリンダ列４の吸気側の壁面に沿って形成されている。前述の冷却水導入口８は、吸気側通路１１ａに連通している。排気側通路１１ｂは、排気側のヘッドボルトボス６Ｆ～６Ｊとシリンダ列４との隙間を通り、シリンダ列４の排気側の壁面に沿って形成されている。接続通路１１ｃは、シリンダ列４の前側の壁面に沿って形成され、吸気側通路１１ａと排気側通路１１ｂとを接続している。

副通路１２は、吸気側通路１１ａよりもシリンダ列４から離れた位置に、吸気側通路１１ａとの間でヘッドボルトボス６Ｂを挟み込むように形成されている。ヘッドボルトボス６Ｂは、複数のヘッドボルトボス６Ａ～６Ｊのうち、冷却水導入口８から吸気側通路１１ａに流入した冷却水が最初に通過するヘッドボルトボス（第１ヘッドボルトボス）である。そして、第２シリンダ４Ｂと第３シリンダ４Ｃとの間に位置するヘッドボルトボス６Ｃは、冷却水がヘッドボルトボス６Ｂの次に通過するヘッドボルトボス（第２ヘッドボルトボス）である。副通路１２は、ヘッドボルトボス６Ｂと冷却水導入口８との間に位置する第１位置Ｐ１で吸気側通路１１ａから分岐し、ヘッドボルトボス６Ｂとヘッドボルトボス６Ｃとの間の第２位置Ｐ２で吸気側通路１１ａに合流している。

拡幅部１３は、冷却水導入口８と第１位置Ｐ１との間に形成された冷却水の導入路であり、吸気側通路１１ａよりも幅の広い通路である。拡幅部１３は副通路１２と一体化され、冷却水導入口８から導入される冷却水の流れの向きと略垂直の方向に延びている。冷却水導入口８から導入された冷却水は、一部が第１位置Ｐ１を通過して吸気側通路１１ａに流れ込む。残りの冷却水は、拡幅部１３と一体化された副通路１２を通り、第２位置Ｐ２において吸気側通路１１ａを流れる冷却水に合流する。

次に、シリンダブロック１が有する上記構造の効果について説明する。冷却水導入口８からウォータジャケット１０に導入された冷却水は、ヘッドボルトボス６Ｂより上流で吸気側通路１１ａを流れる冷却水の流れと副通路１２を流れる冷却水の流れとに分岐し、ヘッドボルトボス６Ｂを通過した後で合流する。つまり、冷却水の一部はシリンダ列４とヘッドボルトボス６Ｂとの間を流れ、残りはシリンダ列４から見てヘッドボルトボス６Ｂの裏側を流れる。このような２つの通路が作られることで、ヘッドボルトボス６Ｂの付近での冷却水の流速は低下し、ヘッドボルトボス６Ｂを通過する際の冷却水の圧力損失は低く抑えられる。

また、冷却水導入口８は、シリンダブロック１の吸気側から見てヘッドボルトボス６Ｂの正面に位置しているのでなく、ヘッドボルトボス６Ａとヘッドボルトボス６Ｂとの間に位置している。ヘッドボルトボス６Ａは、冷却水導入口８からの冷却水の流れの方向とは反対の側に位置するヘッドボルトボス（第３ヘッドボルトボス）である。冷却水導入口８から導入された冷却水の流れが真っ直ぐにヘッドボルトボスにぶつかった場合、冷却水導入口８から見たヘッドボルトボスの裏側において流れに淀みが生じるおそれがある。しかし、上記構造のように、ヘッドボルトボス６Ｂに対して冷却水導入口８をオフセットして設けることで、冷却水導入口８から導入された冷却水の流れが真っ直ぐにヘッドボルトボス６Ｂにぶつからないようにすることができる。

さらに、冷却水導入口８と第１位置Ｐ１との間には、吸気側通路１１ａよりも通路幅が広い拡幅部１３が設けられている。冷却水導入口８の付近に拡幅部１３が設けられることで、冷却水導入口８からウォータジャケット１０内に導入された冷却水の流速は低減される。また、拡幅部１３は副通路１２と一体化されているので、多くの冷却水が副通路１２を流れるようになり、吸気側通路１１ａを通ってヘッドボルトボス６Ｂを通過する冷却水の流速は抑えられる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るシリンダブロックの構造について説明する。図２は、本実施形態に係るシリンダブロック２の上面視図である。図２では、第１実施形態に係るシリンダブロック１と共通の部品及び部位には、同一の符号が付されている。ただし、図２では、シリンダブロック２の構造は簡略化して示されている。

本実施形態に係るシリンダブロック２は、ウォータジャケット２０の構造において第１実施形態に係るシリンダブロック１と違いを有している。本実施形態では、冷却水導入口８から導入された冷却水が２方向に流れるようにウォータジャケット２０が形成されている。具体的には、ウォータジャケット２０は、シリンダ列４の周囲を取り囲む環状の主通路２１と副通路２２と拡幅部２３とを備える。主通路２１は、吸気側通路２１ａと排気側通路２１ｂと接続通路２１ｃ，２１ｄとからなる。接続通路２１ｃは、シリンダ列４の前側の壁面に沿って形成され、吸気側通路２１ａと排気側通路２１ｂとを接続している。接続通路２１ｄは、シリンダ列４の後側の壁面に沿って形成され、吸気側通路２１ａと排気側通路２１ｂとを接続している。冷却水導入口８から吸気側通路２１ａに導入された冷却水は、ヘッドボルトボス６Ｂとヘッドボルトボス６Ａとの間において、接続通路２１ｃの方に向かう流れと、接続通路２１ｄの方に向かう流れとに分岐する。

副通路２２は、吸気側通路２１ａとの間でヘッドボルトボス６Ｂを挟み込むように、第１位置Ｐ１で吸気側通路２１ａから分岐し、第２位置Ｐ２で再び吸気側通路２１ａに合流している。また、冷却水導入口８と第１位置Ｐ１との間には、拡幅部２３が形成されている。拡幅部２３は副通路２２と一体化されている。冷却水導入口８から導入された冷却水の一部は、拡幅部２３と一体化された副通路２２を通り、第２位置Ｐ２において吸気側通路１１ａを接続通路２１ｃの方に流れる冷却水に合流する。このような副通路２２が設けられることで、ヘッドボルトボス６Ｂの付近での冷却水の流速は低下し、ヘッドボルトボス６Ｂを通過する際の冷却水の圧力損失は低く抑えられる。

なお、第２実施形態の変形例として、ヘッドボルトボス６Ａに対しても副通路を形成してもよい。つまり、ヘッドボルトボス６Ａとシリンダ列４との間を通る通路とは別に、シリンダ列４から見てヘッドボルトボス６Ａの裏側を通る冷却水の通路を形成してもよい。

１，２ シリンダブロック
４ シリンダ列
４Ａ～４Ｄ シリンダ
６Ａ～６Ｊ ヘッドボルトボス
８ 冷却水導入口
１０，２０ ウォータジャケット
１１，２１ 主通路
１１ａ，２１ａ 吸気側通路
１１ｂ，２１ｂ 排気側通路
１１ｃ，２１ｃ，２１ｄ 接続通路
１２，２２ 副通路
１３、２３ 拡幅部
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置

Claims (4)

1. ３つ以上のシリンダが直列に並べられたシリンダ列と、
   前記シリンダ列の周囲を囲むよう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に冷却水を導入する冷却水導入口と、
   前記シリンダ列に沿って形成された複数のヘッドボルトボスと、を備え、
   前記ウォータジャケットは、
   前記シリンダ列の周囲に沿って形成され、前記複数のヘッドボルトボスと前記シリンダ列との間を通る主通路と、
   前記主通路よりも前記シリンダ列から離れた位置に形成され、第１位置で前記主通路から分岐し、前記第１位置よりも下流に位置する第２位置のみで前記主通路に合流する副通路と、を含み、
   前記主通路と前記副通路とは、前記複数のヘッドボルトボスのうち、前記冷却水導入口から前記主通路に流入した冷却水が最初に通過する第１ヘッドボルトボスを間に挟み、
   前記第１位置は、前記第１ヘッドボルトボスと前記冷却水導入口との間に位置し、
   前記第２位置は、冷却水が前記第１ヘッドボルトボスの次に通過する第２ヘッドボルトボスと前記第１ヘッドボルトボスとの間に位置している
   ことを特徴とするシリンダブロック。
   
2. 前記冷却水導入口は、前記第１ヘッドボルトボスに関して前記第２ヘッドボルトボスとは反対側に位置する第３ヘッドボルトボスと前記第１ヘッドボルトボスとの間に位置している
   ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロック。
3. 前記主通路は、
   前記シリンダ列の吸気側の壁面に沿って形成された吸気側通路と、
   前記シリンダ列の排気側の壁面に沿って形成された排気側通路と、
   前記シリンダ列の一方の端部において前記吸気側通路と前記排気側通路とを接続する接続通路と、を含み、
   前記冷却水導入口は、前記吸気側通路に接続され、
   前記第１ヘッドボルトボスは、前記シリンダ列の吸気側において前記シリンダ列の他方の端部に最も近いシリンダと２番目に近いシリンダとの間に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は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は、前記冷却水導入口と前記第１位置との間に、前記第１位置よりも下流の前記主通路よりも通路幅が広い拡幅部を備え、
   前記副通路は、前記拡幅部と一体化されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のシリンダブロック。

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