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水冷式エンジンの冷却構造 - トヨタ自動車株式会社
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発明の名称 水冷式エンジンの冷却構造
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−9743(P2007−9743A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−188786(P2005−188786)
出願日 平成17年6月28日(2005.6.28)
代理人 【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
発明者 大垣 重郎
要約 課題
分割型のシリンダブロックについてヘッドガスケットでのシール性が損なわれず、しかも、ウォータジャケットのシール部分でのシール性についても高い信頼性を確保することのできる水冷式エンジンの冷却構造を提供する。

解決手段
エンジン11は、シリンダボア20を画定するシリンダライナ部25とシリンダ外壁部31とを備えている。シリンダライナ部25の外周面とシリンダ外壁部31の内周面との間にはウォータジャケット24が形成され、それら外周面と内周面との間において、シリンダライナ部25の上下方向各端部には、それぞれシール部材41、42が介装されている。シリンダ外壁部31にはその外部とウォータジャケット24とを連通するように冷却水孔39が設けられ、冷却水孔39は、シリンダライナ部25の軸方向の略中央に対応するように形成されている。
特許請求の範囲
【請求項1】
シリンダボアを画定するシリンダライナ部とシリンダ外壁部とを備え、前記シリンダライナ部にヘッドガスケットを介してシリンダヘッドを組み付け、前記シリンダライナ部の外周面と前記シリンダ外壁部の内周面との間にウォータジャケットを形成するとともに、それら外周面及び内周面の間においてシリンダヘッド側の端部および反対側の端部にそれぞれシール部材を介装してなる水冷式エンジンの冷却構造であって、
前記シリンダ外壁部の外部から前記ウォータジャケット内に冷却水を供給するための冷却水孔を前記シリンダライナ部の軸方向の略中央に対応させて形成した
ことを特徴とする水冷式エンジンの冷却構造。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、水冷式エンジンの冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
水冷式エンジンでは、シリンダボアの周囲に冷却水を循環させるためのウォータジャケットが形成されている。このような水冷式エンジンでは、ウォータポンプが駆動されウォータジャケット内の冷却水を循環させることによって、混合気の燃焼に伴い高温となるシリンダボアの周囲から熱を奪い、同エンジンを適正な温度に保つようにしている。
【0003】
近時、水冷式エンジンの主要部をなすシリンダブロックを、ウォータジャケットを形成する領域を境に、シリンダボアを画定するシリンダライナ部と、シリンダ外壁部を含むシリンダブロック本体とに分割して形成するものがある。このような分割式のシリンダブロックについてその一例を図7に示す。
【0004】
図7に示されるシリンダブロック100では、シリンダボア101を画定するシリンダライナ部110と、シリンダ外壁部121及びクランクケース122を備えたシリンダブロック本体120とが各別の構造体として形成されている。このシリンダブロック100は、シリンダライナ部110が、シリンダブロック本体120の内側に上方から挿入された状態で、同シリンダブロック本体120に対して一体に組み付けられている。この場合、シリンダライナ部110は、その上端部に設けられた平板状のアッパデッキ111がシリンダ外壁部121の上部受け面123に当接される位置まで挿入され、同シリンダライナ部110の外周面110aの下端部に設けられた突起113がシリンダ外壁部121の内周面121aに当接されている。こうして構成されたシリンダブロック100においては、シリンダライナ部110の外周面110aと、シリンダ外壁部121の内周面121aとの間にウォータジャケット125が形成されている。また、シリンダ外壁部121には冷却水孔126が形成され、該冷却水孔126からウォータジャケット125内に冷却水が供給されるようになっている。
【特許文献1】特開平9−68041号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、エンジンでは、シリンダライナ部110に設けられたアッパデッキ111の上部に、ヘッドガスケット150を介してシリンダヘッド160が組み付けられている。こうしたエンジンでは、シリンダヘッド160が載置されるシリンダライナ部110の上端部付近、即ち、燃焼室170が形成されるシリンダライナ部110の上端部付近が混合気の燃焼に伴って最も高温になる。そのため、シリンダライナ部110はその上端部付近が、それ以外の部位(中央部や下端部等)に比して熱膨張による寸法変化が大きくなり、その分、冷却されたときの熱収縮による寸法変化も大きくなる傾向にある。このような理由から、シリンダライナ部110が冷却されたときの熱収縮に起因して、上記ヘッドガスケット150に作用する面圧が不均一になり易く、そうした結果、ヘッドガスケット150でのシール性が損なわれるおそれがある。
【0006】
また、このシリンダブロック100では、シリンダライナ部110の外周面110a及びシリンダ外壁部121の内周面121aの間において、シリンダヘッド160側の端部および反対側の端部にそれぞれシール部材131,132が介装されている。しかしながら、シリンダ外壁部121にはシール部材131の近傍に冷却水孔126が形成されているため、シール部材131の部分は冷却水による圧力の影響を受け易く、その部分のシール性が低下するおそれがある。
【0007】
なお、冷却水の流れを調整する技術として、ウォータジャケットを形成するシリンダ内壁の外周面において冷却水孔に対応する位置に突起を設けることにより、冷却水孔から供給された冷却水の流れを同外周面に沿ってシリンダの軸方向に変向させる構成が特許文献1に記載されている。
【0008】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、分割型のシリンダブロックについてヘッドガスケットでのシール性が損なわれず、しかも、ウォータジャケットのシール部分でのシール性についても高い信頼性を確保することのできる水冷式エンジンの冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、シリンダボアを画定するシリンダライナ部とシリンダ外壁部とを備え、前記シリンダライナ部にヘッドガスケットを介してシリンダヘッドを組み付け、前記シリンダライナ部の外周面と前記シリンダ外壁部の内周面との間にウォータジャケットを形成するとともに、それら外周面及び内周面の間においてシリンダヘッド側の端部および反対側の端部にそれぞれシール部材を介装してなる水冷式エンジンの冷却構造であって、前記シリンダ外壁部の外部から前記ウォータジャケット内に冷却水を供給するための冷却水孔を前記シリンダライナ部の軸方向の略中央に対応させて形成したことを要旨とする。
【0010】
上記構成によれば、シリンダ外壁部の外部からウォータジャケット内に冷却水を供給するための冷却水孔をシリンダライナ部の軸方向の略中央に対応させて形成しているため、エンジンの燃焼に伴い高温となるシリンダヘッド側の端部から冷却水孔が離間することとなる。これにより、シリンダライナ部のシリンダボア上端部付近にあっては、冷却水孔から供給される冷却水による過冷却が抑制されるため、熱収縮に伴う寸法変化の大きさを極力小さく抑えることができる。そのため、上記熱収縮による寸法変化に起因してヘッドガスケットに作用する面圧が不均一になるのを抑止でき、同ヘッドガスケットでのシール性が損なわれないようにすることができる。また、それぞれシール部材が介装されたシリンダヘッド側の端部および反対側の端部からも冷却水孔が離間することとなる。これにより、それらシール部材に対して、冷却水孔から供給される冷却水の圧力の影響が極力及ばないようにすることもできる。そのため、ウォータジャケットのシール部分でのシール性についても高い信頼性を確保することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明を車載用ガソリンエンジン(以下、エンジンと称す)の冷却構造に具体化した一実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。
図1に示されるように、エンジン11は、シリンダブロック12と、その上部にヘッドガスケット15を介して組み付けられるシリンダヘッド16とを備えている。シリンダヘッド16の上方にはヘッドカバー(図示略)が、また、シリンダブロック12の下方にはオイルパン(図示略)がそれぞれ取付けられるようになっている。
【0012】
次に、シリンダブロック12の構成について図2〜図4を参照して説明する。
図2に示されるように、シリンダブロック12において、その上部には4つのシリンダボア20が設けられ、下部にはクランクケース部21が設けられている。クランクケース部21は、その下方に取付けられるオイルパンとともにクランクケースを形成する。また、シリンダブロック12の頂部には、図1に示されるシリンダヘッド16が載置される平板状のアッパデッキ22が設けられている。
【0013】
図3に示されるように、シリンダブロック12は、各シリンダボア20の周囲にウォータジャケット24を備えている。ウォータジャケット24は、隣接するシリンダボア20間の連結部位を避けつつ、各シリンダボア20の外周を包囲するよう略環状に形成されている。シリンダブロック12は、このウォータジャケット24を形成する領域を境に以下に示される2つの構造体に分割されている。
【0014】
図4に示されるように、シリンダブロック12は、シリンダボア20を画定するシリンダライナ部25と、ウォータジャケット24の外側壁を構成するシリンダブロック本体30とに分割形成されている。シリンダライナ部25は、4つのシリンダライナ26aが一体に連結されたシリンダ連結体26と、その上部に設けられた上記アッパデッキ22とを備えている。シリンダ連結体26は、各気筒となる円筒状のシリンダライナ26aを直線状に配列し、それらの外周面同士を繋げるようにして一体に形成されている。
【0015】
シリンダ連結体26の上端部には、シリンダブロック12の頂部を構成するアッパデッキ22が一体形成されている。アッパデッキ22は平板状をなし、その上面にヘッドガスケット15を介してシリンダヘッド16が載置される(図1参照)。アッパデッキ22には、シリンダライナ部25とシリンダブロック本体30との締結に用いられる締結孔27や、ウォータジャケット24に連通される冷却水通路28が所定の位置にそれぞれ複数個ずつ形成されている。また、シリンダ連結体26の下端部には、各シリンダライナ26aの外周面に沿って支持突部29が周設されている。
【0016】
一方、シリンダブロック本体30は、クランクケース部21と、シリンダ連結体26の外周を囲むシリンダ外壁部31とを備えている。シリンダブロック本体30は、クランクケース部21の上部にシリンダ外壁部31を突出させた形状をなし、その外周には、複数の補強リブ33が縦横に延伸されるように形成されている。
【0017】
シリンダ外壁部31は、その内側にシリンダ連結体26の外周面と対向して配置される対向面を有してなり、全体として略四角枠状に形成されている。シリンダ外壁部31の上端部にはフランジ部35が設けられ、同フランジ部35の上面がシリンダライナ部25のアッパデッキ22の下面を当接支持する上部受け面35aとなっている。上部受け面35aにおいて、アッパデッキ22の締結孔27と同位置には、シリンダライナ部25とシリンダブロック本体30との締結に用いられる締結穴37が開口されている。
【0018】
シリンダ外壁部31には、その外側と内側とを連通するように冷却水孔39が形成されている(図6参照)。この冷却水孔39は、冷却水配管等を通じて、エンジン11の外側部に取付けられるウォータポンプ(図示せず)に接続されている。エンジン11は、水冷式エンジンであって、クランクシャフト10の回転力を得てウォータポンプが駆動されることによって、同ウォータポンプから吐出された冷却水が冷却水孔39からウォータジャケット24に供給されるようになっている。
【0019】
次に、シリンダヘッド16及びヘッドガスケット15の構成について説明する。
図5及び図6に示されるように、シリンダヘッド16には、シリンダボア20の上端部に形成される燃焼室60と連通する吸・排気通路61、62や、シリンダブロック12との締結に用いられる締結孔67等が形成されている。また、シリンダヘッド16には、これら吸・排気通路61、62や締結孔67等を避けるようにしてウォータジャケット64が形成されるとともに、このウォータジャケット64に連通する冷却水通路68がシリンダヘッド16の下面に開口されている。
【0020】
シリンダヘッド16と、シリンダブロック12を構成するシリンダライナ部25との接合面には、それらの間を気密に、かつ液密に閉塞するシール部材としてのヘッドガスケット15が介装されている。このヘッドガスケット15には、シリンダヘッド16とシリンダブロック12との締結に用いられる孔部57や、シリンダヘッド16の冷却水通路68とシリンダブロック12の冷却水通路28とを連通させる孔部58が透設されている。
【0021】
上記のように構成されたシリンダブロック12、シリンダヘッド16及びヘッドガスケット15は図5に示される締結構造によって組み付けられている。
同図に示されるように、シリンダヘッド16の締結孔67、ヘッドガスケット15の孔部57、アッパデッキ22の締結孔27及びシリンダブロック本体30の締結穴37がそれぞれ同軸上に配置されている。そして、シリンダヘッド16の締結孔67の上方から挿入されるヘッドボルト77が、ヘッドガスケット15の孔部57、アッパデッキ22の締結孔27を挿通し、シリンダブロック本体30の締結穴37に締結されている。こうしたヘッドボルト77による締結を通じて、シリンダライナ部25がシリンダブロック本体30に組み付けられ、シリンダブロック12の頂部、即ち、アッパデッキ22の上部にヘッドガスケット15及びシリンダヘッド16が組み付けられている。
【0022】
このように、シリンダライナ部25がシリンダブロック本体30に組み付けられた状態では、シリンダ連結体26がシリンダ外壁部31の内側に挿入されている。また、シリンダライナ部25の上端部において、アッパデッキ22の下面がシリンダ外壁部31の上部受け面35aに当接され、下端部において支持突部29の先端面がシリンダ外壁部31の内周面に当接支持されている。そして、シリンダ外壁部31の内周面とシリンダライナ部25のシリンダ連結体26の外周面とが対向して配置されるとともに、それらシリンダ外壁部31の内周面とシリンダ連結体26の外周面との間には上記ウォータジャケット24が形成されている。
【0023】
また、アッパデッキ22の下面とシリンダ外壁部31の上部受け面35aとの間、及びシリンダ連結体26の支持突部29の先端面とシリンダ外壁部31の内周面との間には、それぞれシール部材41、42が介装されている。これらシール部材41,42によって、ウォータジャケット24のシリンダヘッド16側の端部とその反対側に位置するクランクケース部21側の端部とにおいてシール性が確保されている。
【0024】
また、上記のような組み付け状態では、シリンダヘッド16の冷却水通路68と、ヘッドガスケット15の孔部58と、シリンダブロック12の冷却水通路28とが連通されている。これにより、冷却水孔39を通じて冷却水が供給されると、その冷却水は、シリンダブロック12のウォータジャケット24に導入されるとともに、アッパデッキ22の冷却水通路28、ヘッドガスケット15の孔部58を通過した後、冷却水通路68を通じて、シリンダヘッド16のウォータジャケット64にも導入されるようになる。こうして、シリンダブロック12及びシリンダヘッド16の両方に冷却水が循環されることによって、エンジン11の駆動により高温となる各部位が冷却されるようになっている。
【0025】
また、ヘッドボルト77による締結を通じて、ヘッドガスケット15の両面に作用する面圧が高められているため、シリンダヘッド16とシリンダライナ部25との間が一層気密に、かつ液密に閉塞されることによって、ヘッドガスケット15によるシール性が好適に維持されるようになっている。しかしながら、特にエンジン11の駆動時には、図6に示される燃焼室60付近、即ちシリンダライナ部25の上端部付近がそれ以外の部位に比して高温となることから、シリンダヘッド16及びシリンダライナ部25はそれらの境界部付近において熱膨張による寸法変化が大きくなる。その分、冷却水により冷却されたときの熱収縮による寸法変化も大きくなり易い傾向にあるため、ヘッドガスケット15に作用する高い面圧を均一に保つことが困難になり、ヘッドガスケット15でのシール性が損なわれるおそれがある。
【0026】
こうしたことから、本実施形態においては、ウォータジャケット24に冷却水を供給する冷却水孔39の孔位置が、シリンダライナ部25の軸方向の略中央に対応する位置に設定されている。詳しくは、冷却水孔39は、その中心位置がシリンダライナ部25の軸方向の中央位置と対応するように形成されている。なお、この場合、冷却水孔39は、シリンダ外壁部31の軸方向の略中央に形成されている。
【0027】
冷却水孔39は、これと対向して配置されるシリンダライナ26aの上端部付近、即ち、エンジン11の駆動時に高温となる燃焼室60付近から離間して配置されている。これにより、シリンダライナ26aにあっては、熱膨張による寸法変化の最も大きい上端部近傍に、冷却水孔39からウォータジャケット24に供給される冷却水が直接当たることを回避することができる。このため、シリンダライナ26aの上端部付近では、冷却水孔39からの冷却水による過冷却が抑制されるようになり、熱収縮に伴う寸法変化の大きさを極力小さく抑えることができるようになる。そのため、上記熱収縮による寸法変化に起因してヘッドガスケット15に作用する面圧が局部的に低下するのを抑止でき、同ヘッドガスケット15によるシール性が好適に維持されるようになる。
【0028】
また、この場合、冷却水孔39は、シール部材41、42が介装されたシリンダライナ部25の上下方向各端部、換言すれば、ウォータジャケット24のシリンダヘッド16側の端部とその反対側に位置するクランクケース部21側の端部からも離間して配置されている。これにより、シール部材41、42が介装されたシリンダライナ部25の上下方向各端部においても、冷却水孔39から供給される冷却水が直接当たることを回避することができる。このため、それらシール部材41,42に対して、冷却水孔39から供給される冷却水の圧力の影響が極力及ばないようにすることもできる。そのため、ウォータジャケット24のシール部分でのシール性についても高い信頼性を確保することができるようになる。
【0029】
上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
(1)シリンダ外壁部31の外部からウォータジャケット24に冷却水を供給するための冷却水孔39をシリンダライナ部25の軸方向の略中央に対応させて形成しているため、エンジン11の駆動時に混合気が燃焼するのに伴い高温となるシリンダヘッド16側の端部から冷却水孔39が離間することとなる。これにより、シリンダライナ部25のシリンダボア20上端部付近にあっては、冷却水孔39から供給される冷却水による過冷却が抑制されるため、熱収縮に伴う寸法変化の大きさを極力小さく抑えることができる。そのため、上記熱収縮による寸法変化に起因してヘッドガスケット15に作用する面圧が不均一になるのを抑止でき、同ヘッドガスケット15でのシール性が損なわれないようにすることができる。また、それぞれシール部材41、42が介装されたシリンダライナ部25の上下方向各端部からも冷却水孔39が離間することとなる。これにより、それらシール部材41、42に対して、冷却水孔39から供給される冷却水の圧力の影響が極力及ばないようにすることができる。そのため、ウォータジャケット24のシール部分でのシール性についても高い信頼性を確保することができるようになる。
【0030】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態において、冷却水孔39は、その中心位置がシリンダライナ部25の軸方向の中央位置と対応するように形成されていたが、これに限定されることはなく、シリンダライナ部25の軸方向の略中央であれば、前記中央位置から上方或いは下方にずらした位置に冷却水孔39の中心位置を変更してもよい。例えば、ウォータジャケット24がシリンダライナ部25の上端部側に形成されたエンジン11では、冷却水孔39の孔位置を、前記中央位置よりも上方に設定するのがより望ましい。なお、この場合、冷却水孔39は、シリンダ外壁部31の軸方向の略中央よりも上方の位置に設定される。
【0031】
・本実施形態において、シリンダ外壁部31には冷却水孔39が1個形成されていたが、同冷却水孔39の個数を2個以上に変更してもよい。
・本実施形態において、冷却水孔39は、シリンダライナ部25を構成する4つのシリンダライナ26aのうち端部に配設されたものに対応して形成されていたが、前記各シリンダボア20のうち中央寄りに配設されたものに対応して形成するように変更してもよい。
【0032】
・本実施形態において、冷却水孔39は、それと対応して配設されたシリンダライナ26aについてクランクシャフト10の延設方向の略中央に形成されていたが、その孔位置を、同シリンダライナ26aの周方向について隣接するシリンダライナ26aとの連結部位を除く任意の位置に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本実施形態における水冷式エンジンの全体構成を示す斜視図。
【図2】同じく水冷式エンジンの主要部をなすシリンダブロックの斜視図。
【図3】同じくシリンダブロックの平面図。
【図4】同じくシリンダブロックの分割構造を示す分解斜視図。
【図5】図1のA−A断面図。
【図6】図1のB−B断面図。
【図7】従来の水冷式エンジンの概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
【0034】
15…ヘッドガスケット、16…シリンダヘッド、20…シリンダボア、24…ウォータジャケット、25…シリンダライナ部、31…シリンダ外壁部、39…冷却水孔、41,42…シール部材。




 

 


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