(57)【要約】【課題】シリンダブロックの冷却ジャケットの深さの適正化を図り、シリンダヘッドとのボルト締結により生じ易いライナ変形を抑え、しかも、冷却水による過冷却を防止できるエンジンの冷却水通路構造を提供する。【解決手段】  ピストン７が摺動可能に収容されるシリンダＳを有するシリンダブロック２と、シリンダ周りに形成される冷却ジャケット１９と、シリンダブロック２の冷却ジャケット外側に形成されたヘッドボルト穴１８に螺合されるヘッドボルト３とを備え、冷却ジャケット１９はヘッドボルト軸中心Ｏｂとシリンダ軸中心Ｏｓを結んだ線上に位置する箇所において最深部ｅ３を得るように形成される。【選択図】図１
2005337140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが摺動可能に収容されるシリンダを有するシリンダブロックと、
上記シリンダ周りに形成される冷却ジャケットと、
上記シリンダブロックの冷却ジャケット外側に形成されたヘッドボルト穴に螺合されるヘッドボルトとを備え、
上記冷却ジャケットは上記ヘッドボルト軸中心と上記シリンダ軸中心を結んだ線上に位置する箇所において最深部を得るように形成される
ことを特徴とするエンジンの冷却水通路構造。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの冷却水通路構造において、
上記冷却ジャケットは上記最深部を含む深底部を有し、
該深底部は上記ヘッドボルト軸中心と上記シリンダ周面の接線を結んだ範囲内に形成されることを特徴とするエンジンの冷却水通路構造。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンの冷却水通路構造において、
上記深底部よりも浅底に形成された浅底部を有し、
該浅底部と上記最深部は同最深部を除く上記深底部を斜面によって形成することにより滑らかに繋がるように形成されることを特徴とするエンジンの冷却水通路構造。
【請求項４】
請求項１記載のエンジンの冷却水通路構造において、
上記冷却ジャケットの最深部はピストン作動範囲と同等に形成されることを特徴とするエンジンの冷却水通路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッドとシリンダブロックとがボルト締結されたエンジンに設けられ、シリンダブロックに冷却水の循環する冷却ジャケットを設けると共にその外側にボルト穴が位置するエンジンの冷却水通路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒エンジンはシリンダブロック及びシリンダヘッド内にそれぞれ冷却ジャケットを設け、エンジンの発生する燃焼熱を冷却ジャケット内を循環する冷却水で吸収し、これをラジエータ側で大気に放出する冷却装置を備える。このような冷却装置を備えるエンジンのシリンダブロックの冷却に当たっては気筒毎の温度格差、ライナ深さ、ライナ周方向の温度格差をそれぞれ抑制し、ライナ全周にわたり均一な温度分布となることが基本的に要求される。一方、フリクションの観点から言えば、シリンダブロックは温度がそこそこ高いほうがよく、更に、出力の観点からは低いほうが良い。
【０００３】
ところで、ライナ下部の温度を低くしても、充填効率や吸入空気温度低下にはほとんど効かないため、ライナ下部温度は高めに保ちたい。また、シリンダブロックのライナに達する熱は上側ほど高く、下側ほど低いため、ライナ下部はさほど冷却を必要としないことより、冷却ジャケットの深さは適度に浅くして良いみなされる。
【０００４】
ところで、シリンダヘッドとシリンダブロックとの結合剛性の向上のために、ヘッドボルトの螺子部と螺合するシリンダブロックに設けたボルト螺子穴はシリンダブロック下方のバルクヘッドに設けることが好ましい。このようにした場合、シリンダブロックのトップデッキ面全体を持ち上げ、これとガスケットを介し対向するシリンダヘッドの下壁とのシール性を確保する上で有効なためである。しかし、このような構造は他の設計要件が加わることで、必ずしも有効な構造として採用し難く、通常は、可能な限りバルクヘッドに接近させるが、結局、シリンダライナの深さのほぼ中間位置ぐらいに位置することとなり易い。
【０００５】
このようなシリンダブロックではそのボルト螺子穴にシリンダヘッドボルトの螺子部が螺合する際、ボルト軸力により多大な応力が発生し、シリンダブロック上部、特に、トップデッキ面近傍のボアに変形が生じ、これがボア内側のシリンダライナにも変形を生じさせることとなる。このようなシリンダライナの変形はピストンリングやオイルリングの追従性悪化という問題を生じ、ライナの偏磨耗を招くという問題を生じている。
【０００６】
そこで、特開平１１−６４６２号公報（特許文献１）の技術では、冷却ジャケットをボルト螺子穴より深くして、冷却ジャケットの低壁に歪集中部を設け、ボルト螺子穴のボス部側よりシリンダライナに向かう変形を歪集中部が遮断し、シリンダライナの変形を防止している。
【０００７】
更に、特開平７−１２７５１９号公報（特許文献２）にはスラスト側とアンチスラスト側の部分の冷却ジャケットを浅底部としたものを開示している。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−６４６２号公報
【特許文献２】特開平７−１２７５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の技術の場合、歪集中部が肉薄となるような特殊構造を必要とするし、冷却ジャケットの全周がボルト螺子穴より深く、ライナの過冷却を招くという可能性がある。特許文献２の技術の場合、アンチスラスト側もしくはスラスト側に設けられた浅底部によってボルト締結時の応力がシリンダライナに伝わり易く、シリンダボアの変形を防止できないし、不必要に深底部を設けているので、最適なシリンダブロック冷却を得ることも出来ない。
【００１０】
このように、従来のシリンダブロックでは、ボルト螺子穴のボス部が冷却ジャケットの深さより浅い場合、冷却ジャケットの外側に位置するボス部の変形は冷却ジャケットに干渉されて防止される。しかし、上述の最適なシリンダブロック冷却を勘案した場合、冷却ジャケット深さがむやみに深いため、不要にライナ下部を冷却してフリクション増加を招く傾向にある。即ち、従来のシリンダブロックではその冷却ジャケットの形状設定にあたって、ライナ変形防止と過冷却防止のバランスを採ることが困難であった。
【００１１】
本発明は、以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、シリンダブロックの冷却ジャケットの深さの適正化を図り、シリンダヘッドとのボルト締結により生じ易いライナ変形を抑えることと、冷却ジャケットの冷却水による過冷却を防止することとの両立を図れるエンジンの冷却水通路構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の請求項１に係るエンジンの冷却水通路構造は、ピストンが摺動可能に収容されるシリンダを有するシリンダブロックと、上記シリンダ周りに形成される冷却ジャケットと、上記シリンダブロックの冷却ジャケット外側に形成されたヘッドボルト穴に螺合されるヘッドボルトとを備え、上記冷却ジャケットは上記ヘッドボルト軸中心と上記シリンダ軸中心を結んだ線上に位置する箇所において最深部を得るように形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載のエンジンの冷却水通路構造において、上記冷却ジャケットは上記最深部を含む深底部を有し、該深底部は上記ヘッドボルト軸中心と上記シリンダ周面の接線を結んだ範囲内に形成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２記載のエンジンの冷却水通路構造において、上記深底部よりも浅底に形成された浅底部を有し、該浅底部と上記最深部は同最深部を除く上記深底部を斜面によって形成することにより滑らかに繋がるように形成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１記載のエンジンの冷却水通路構造において、上記冷却ジャケットの最深部はピストン作動範囲と同等に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、ボルト締結時にボルトからボアヘ最も応力が伝わりやすく最もボアが変形し易いボルト穴の箇所の冷却ジャケットの深さを他の箇所に比べて深くしたので、エンジンの過冷却を防止しつつ、ボルト軸力によるシリンダライナの変形を防止することができる。
【００１７】
更に、冷却ジャケット全体を深くつくり、不要にライナ下部を過冷却することによるフリクション増大を防止しながら、ヘッドボルト締結時のシリンダライナに伝わる応力を低減でき、より一層ボルト軸力によるシリンダライナの変形を効果的に防止できる。
【００１８】
更に、冷却ジャケットの製造の容易化、及び、ボアに伝達される応力がほぼ一定となるようにするために、浅底部と深底部は斜面によって滑らかに繋がるように形成されるので、砂中子、金型による冷却ジャケット造型の容易化を図れる。
【００１９】
更に、最深部を少なくともピストンストロークの範囲と同等に形成することによりボアの変形によるピストンリングやオイルリングの追従性悪化という問題が解消され、しかも、ライナ下部の過冷却を防止できるので温度低下によるフリクションの増大を防止できる。さらに、ピストン位置が下方になる程筒内圧は低下するため燃焼ガスの吹き抜け量を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１乃至３にはこの発明の一実施形態としてのエンジンの冷却水通路構造が適用された多気筒エンジンを示した。  
この多気筒エンジン（以後単にエンジンと記す）Ｅのエンジン本体１は複数のシリンダＳを直列に有するシリンダブロック２とその上側にヘッドボルト（以後単にボルト３と記す）で一体的に締結されたシリンダヘッド４及びヘッドカバー５と、シリンダブロック２の下側に一体結合されるクランクケース１０と、オイルパン６とを有する。エンジンＥは同一形状のシリンダＳをエンジン長手方向Ｘに４つ有し、各シリンダＳ内にはピストン７が上下摺動可能に配備され、シリンダライナ８、ピストン７、シリンダヘッド４の下壁９間に燃焼室Ｃが容積可変な状態で形成されている。
【００２１】
シリンダブロック２とその上側のシリンダヘッド４との間にはガスケット１１が配備され、両者は複数のヘッドボルト３の締付によってシリンダブロック２の上壁２０１ｕ（トップデッキ）とシリンダヘッド４のヘッド下壁９とがガスケット１１を挟持した状態で強固に一体結合されている。
【００２２】
シリンダヘッド４はシリンダブロック２の上壁２０１ｕ（図２、図３参照）にガスケット１１を介し圧接され各シリンダ対向部ａが形成されるヘッド下壁９と、その上側のヘッド冷却ジャケット１３と、その上側で動弁系収容空間１４の低壁となるヘッド中間壁１５とそれらの前後左右を囲む外周壁１６とを備える。
【００２３】
図４に示すように、シリンダヘッド４の各シリンダ対向部ａの外周回りには、ほぼ所定間隔を介してヘッドボルト３が嵌挿されるボルト貫通穴１７が形成される。各ボルト貫通穴１７はシリンダブロック２の上壁２０１ｕ（トップデッキ）のボルト穴１８（図５参照）に対向するように形成されている。これによりヘッドボルト３はボルト貫通穴１７、ガスケット１１の不図示の貫通穴、ボルト穴１８に順次差し込まれ、ボルト穴１８の螺子部（図６参照）に螺着され、シリンダヘッド４をシリンダブロック２に締結するように構成されている。
【００２４】
シリンダブロック２は図１、図５においてシリンダ長手方向Ｘに沿って等間隔で直列状に４つのシリンダＳを配設され、シリンダＳの外周回りを順次連続的に覆う冷却ジャケット１９が形成され、更に、その冷却ジャケット１９の外側が外壁２１で覆われている。しかも、冷却ジャケット１９はシリンダブロック２の長手方向Ｘの一端に不図示のウオーターポンプからの冷却水を流入させる流入口２０（図１参照）が形成され、更に、冷却水をシリンダヘッド４側のウオータージャケット１３に流動させるよう上壁２０１ｕ（トップデッキ）に連続する開口（図５参照）を有する。なお、この開口はシリンダヘッド４側の複数の連通口２２（図４参照）を通して冷却ジャケット１３に連通している。
【００２５】
シリンダブロック２はアルミニウム合金製とされるが、ピストン７との間の耐摩耗性を向上させるため、ブロック主部２０１の鋳造時に鋼合金（鋳鉄等でもよい）による別体のシリンダライナ８がシリンダブロック２に鋳ぐるみ処理される。シリンダブロック２はブロック主部２０１と、同ブロック主部２０１に鋳込まれる４つのシリンダライナ８と、各シリンダＳの外周部分に形成される冷却ジャケット１９と、ブロック主部２０１の下部をなすスカート部２０２とが一体的に鋳造されている。
【００２６】
シリンダライナ８はシリンダブロック２の上壁２０１ｕ（トップデッキ）側の段部Ｊに係合する鍔部８０１を設け、外表面全域がシリンダボア部ｂに鋳込まれた状態で一体鋳造される。  
図１に示すように、ブロック主部２０１はそのエンジン長手方向Ｘに沿って連続形成されるシリンダボア部ｂの外側を冷却ジャケット１９で覆い、更にその外側全域を外壁部２１により覆うように形成される。更に、図２に示すように、冷却ジャケット１９の上部は上壁２０１ｕ（トップデッキ）で、下部はジャケット下壁２０１ｄで覆われる。
【００２７】
図５、図６に示すように、シリンダブロック２の外壁部２１には各シリンダのシリンダ周方向に沿って複数のボルト穴１８が所定縦長さｈ１で形成され、各ボルト穴１８の周縁近傍のボス域２５が冷却ジャケット１９側に突き出すよう形成され、この部位の剛性強化が図られている。
【００２８】
図５、図６に示すように、シリンダブロック２の冷却ジャケット１９はそのジャケット下壁２０１ｄの縦方向Ｚでの深さが冷却ジャケット１９の長手方向（エンジン長手方向Ｘ）に沿って変化して形成される。即ち、冷却ジャケット１９の深さは比較的浅い深さＨａの浅底部ｅ１と、深さＨａより連続的に大きく成る、即ち、比較的深い傾斜壁を有する深底部ｅ２と、深底部ｅ２内で特に深い深さＨｃの最深部ｅ３及びその間の隆起部ｅ４を下記のように設定している。
【００２９】
即ち、図５に示すように、冷却ジャケット１９はその平面視において、各シリンダＳの外周のボルト穴１８のヘッドボルト軸中心Ｏｂと、これが対向するシリンダＳのシリンダ軸中心Ｏｓを結ぶ直線ｍ上に冷却ジャケット１９の最深部ｅ３が所定幅で形成される。
【００３０】
更に、図５に示すように、深底部ｅ２はヘッドボルト軸中心Ｏｂとシリンダ周面の接線ｎを結んだ範囲内（図５に複数の縦線で覆った領域）に形成される。この領域でシリンダライナ８はボス域２５と対向しているが、この対向部分に深底部ｅ２が形成されているため、ヘッドボルト３の締結によりボス域２５にボア中心方向に向けての応力が発生する場合、ボス域２５がボア部ｂ側に対して変位してもその変位は深底部ｅ２で吸収され、ボア部ｂ側のシリンダライナ８に加わらず、ヘッドボルト締結時のシリンダライナの変形を効果的に防止できる。
【００３１】
しかも、ここでの深底部ｅ２はその中間部に深さＨｃの最深部ｅ３を備える。各最深部ｅ３は上述のように、ヘッドボルト軸中心Ｏｂとシリンダ軸中心Ｏｓを結ぶ直線ｍ上に位置し、ヘッドボルト締結時に最もボス域２５がボア部ｂ側に変位する可能性の大きい部位であり、特に、深さが大きく設定されることで、シリンダライナの変形をより効果的に防止している。
【００３２】
更に、ここでは深底部ｅ２間に突き出し量ｔの隆起部ｅ４を設けた。このように隆起部ｅ４を設けることで、深底部ｅ２の全域における応力の分布が均一化されるようにしており、これにより各ボス域２５の変形を抑制し、シリンダライナの変形をより一層効果的に防止している。
【００３３】
ここでは気筒列中間部に位置する深底部ｅ２が中間部に一対の最深部ｅ３を設けているが、場合により、これら一対の最深部ｅ３を一体化させて、構成の簡素化を図ってもよい。  
なお、接線ｎに代えて、ヘッドボルト３の周面とシリンダライナ８の周面との接線ｎ’（図５の左端部に表示する）の範囲内に深底部ｅ２を設定しても、ほぼ同様の作用、効果が得られる。
【００３４】
更に、浅底部ｅ１の縦方向Ｚでの深さＨａはボルト穴１８の縦長さｈ１より短くしている。これによってシリンダ下部の過冷却を防止できる。  
傾斜壁を有する深底部ｅ２の深さＨｂは変化しており、ボス部２５の縦長さｈ１より短い上部位より大きな下部位にわたり変化するよう設定される。これにより、互いに隣り合う浅底部ｅ１と深底部ｅ２とを連続するように形成でき、互いが滑らかに繋がるように形成される。  
しかも、深底部ｅ２はその中間部に深さＨｃの最深部ｅ３を備え、ボス部２５に対し十分に縦方向に大きな深さＨｃの冷却ジャケット１９を対向配備している。最深部ｅ３の深さＨｃはピストン作動範囲Ｓｐ（図２参照）とほぼ同等に形成される。
【００３５】
このように、ここでは最深部ｅ３の深さＨｃを少なくともピストン作動範囲Ｓｐと同等若しくはそれよりも若干深く形成しており、この深さＨｃをシリンダライナ８の長さと同等長さとしてしまうことはない。これにより、シリンダボア部ｂのシリンダライナ８の変形によるピストンリングやオイルリングの追従性悪化という問題が解消できる。しかも、同値が過度に大きくならない範囲に設定されるため、ライナ下部の過冷却を防止できるので温度低下によるフリクションの増大を防止できる。
【００３６】
このようなエンジンの冷却水通路構造が適用されたエンジンＥでは、そのエンジンＥの組み付け時に、シリンダヘッド４側のボルト貫通穴１７より不図示のガスケット貫通穴を経てシリンダブロック２側のボルト穴１８にボルト３を挿通させ、ボルト穴内の螺子部にボルト３を所定の締結トルクで締結処理することでシリンダヘッド４をシリンダブロック２に締結させる。
【００３７】
この際、締結トルクを受けたボルト穴１８のボス域２５及びその近傍の外壁部２１が変形を生じるが、ボス域２５とシリンダボア部ｂを接続するジャケット下壁２０１ｄはその深底部ｅ２及び最深部ｅ３により上下に十分に離れ、左右近傍の深底部ｅ２の傾斜部位とも十分に離れている。このため、ボス域２５側の変形のみが生じるがこれは冷却ジャケット１９の空間で吸収され、冷却ジャケット１９の内側のシリンダボア部ｂのシリンダライナ８側の変形を招くということを確実に防止できる。
【００３８】
このように、ボルト締結の際、通常は、ボス域２５側よりシリンダボア部ｂ側ヘ応力が伝わりやすいのであるが、この箇所の冷却ジャケット１９の深さＨｃを他の箇所に比べて深くしたので、効果的にシリンダボア部ｂの変形を防止できる。  
次に、エンジンの冷却水通路構造が適用されたエンジンの駆動時において、冷却水がシリンダブロック２の冷却ジャケット１９を流動するとする。この場合、浅底部ｅ１では冷却水によるシリンダ上部が積極的に冷却され、深底部ｅ２では冷却水が滞留するためシリンダ下部の冷却は抑制され、過冷却を防止してピストン７とシリンダライナ８とを適度に加熱保持して両者間での温度低下によるフリクションの増大を防止し、適正な油膜を確保でき、シリンダライナ８の内壁間のガス、潤滑油のシール性を改善できる。
【００３９】
即ち、従来のように、冷却ジャケット全体を深くつくり、不要にライナ下部を過冷却することを本発明では抑制しており、これによりフリクション増大を防止しながら、ボルト３の締結時の応力によるシリンダライナ８の変位を効果的に防止できる。  
更に、燃焼室ではピストン位置が下方になる程、筒内圧が低下する傾向にあるため、燃焼ガスの吹き抜け量を低減できる。
【００４０】
更に、浅底部ｅ１と深底部ｅ２は急激に変化すると深底部ｅ２の冷却水の循環が悪化するが、本発明では深底部ｅ２には高い冷却性能を要求していないため、急激に変化しても問題はない。しかしながら、浅底部ｅ１と深底部ｅ２が急激に変化すると冷却ジャケット１９の造形時に中子や金型の抜き勾配を確保することが困難となる可能性があり、さらには、ボルト締結時にボアに伝達される応力が急激に変化する場合があるので、冷却ジャケット１９の製造の容易化、及び、ボアに伝達される応力をほぼ一定とするために、浅底部ｅ１と深底部ｅ２を傾斜面の深底部ｅ２によって滑らかに繋がるように形成している。
【００４１】
上述のところにおいて、シリンダライナの取り付け方法は鋳込みとしたが、圧入等の従来から実施されている方法、更にはライナレスシリンダブロックに対しても適応できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
上述のところにおいて、本発明のエンジンは複数のシリンダＳを直列に有するものとしたが、Ｖ型エンジン、更には単気筒エンジンにも同様に有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態としてのエンジンの冷却水通路構造が適用されたエンジンの概略側面図である。
【図２】は図１のエンジンのＡ−Ａ線位置での部分切欠断面図である。
【図３】は図１のエンジンのＢ−Ｂ線位置での部分切欠断面図である。
【図４】図１のエンジンのシリンダヘッドの底面図である。
【図５】図１のエンジンのシリンダブロックの上壁面図である。
【図６】図１のエンジンのシリンダブロックのジャケット下壁部の形状説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    エンジン本体
２    シリンダブロック
３    ボルトシリンダヘッド４
７    ピストン
１８    ボルト穴
２０１ｕ    シリンダブロックの上壁
２０１ｄ    ジャケット下壁
２５    ボス域
ｅ１    浅底部
ｅ２    深底部
ｅ３    最深部
ｅ４    隆起部
ｈ１    ボルト穴の縦長さ
Ｅ    エンジン
Ｈｃ    最深部の深さ
Ｏｂ    ヘッドボルト軸中心
Ｏｓ    シリンダ軸中心
Ｓ    シリンダ
Ｓｐ    ピストン作動範囲
Ｘ    前後方向
Ｙ    車幅方向
【図１】
2005337140.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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