(57)【要約】【課題】簡単な構成でシリンダ壁面温度のピストン往復運動方向に関する分布を十分に均一化する。【解決手段】シリンダブロック１０には、シリンダブロック上部位置にて冷却水をウォータージャケット１８にピストン往復運動方向と垂直な方向に流入させる流入ポート２２と、シリンダブロック上部位置にて冷却水をウォータージャケット１８からピストン往復運動方向と垂直な方向に流出させる流出ポート２４と、が形成されている。ウォータージャケット１８は、シリンダボア周方向に沿った冷却水の主流をシリンダブロック上部位置に偏らせて形成し、主流よりもシリンダブロック下部位置にて主流とのせん断力によって主流よりも流速の遅い冷却水のせん断流を形成する。【選択図】図１
2007162596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが往復運動するシリンダボアの周囲に冷却用ジャケットが設けられたシリンダブロックであって、
シリンダブロック上部位置にて冷却液を冷却用ジャケットにピストン往復運動方向と略垂直な方向に流入させる流入ポートと、
シリンダブロック上部位置にて冷却液を冷却用ジャケットからピストン往復運動方向と略垂直な方向に流出させる流出ポートと、
が設けられていることを特徴とするシリンダブロック。
【請求項２】
ピストンが往復運動するシリンダボアの周囲に冷却用ジャケットが設けられたシリンダブロックであって、
シリンダブロック上部位置にて冷却液を冷却用ジャケットに流入させる流入ポートと、
シリンダブロック上部位置にて冷却液を冷却用ジャケットから流出させる流出ポートと、
が設けられており、
冷却用ジャケットは、シリンダブロック上部位置にてシリンダボア周方向にほぼ沿った冷却液の主流を形成し、該主流よりもシリンダブロック下部位置にて該主流とのせん断力によって冷却液のせん断流を形成することを特徴とするシリンダブロック。
【請求項３】
請求項２に記載のシリンダブロックであって、
流入ポートは、冷却液を冷却用ジャケットにピストン往復運動方向と略垂直な方向に流入させ、
流出ポートは、冷却液を冷却用ジャケットからピストン往復運動方向と略垂直な方向に流出させることを特徴とするシリンダブロック。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載のシリンダブロックであって、
冷却用ジャケットの流路断面積と流入ポートの流路断面積との比が１以上に設定されていることを特徴とするシリンダブロック。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載のシリンダブロックであって、
冷却用ジャケットの流路断面積と流入ポートの流路断面積との比が３以下に設定されていることを特徴とするシリンダブロック。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載のシリンダブロックであって、
流入ポート及び流出ポートがシリンダボアを挟んで略対向する位置に配置されていることを特徴とするシリンダブロック。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載のシリンダブロックであって、
流入ポートは、内燃機関の吸気ポートよりも内燃機関の排気ポートの方が近くなる位置に配置され、
流出ポートは、排気ポートよりも吸気ポートの方が近くなる位置に配置されていることを特徴とするシリンダブロック。
【請求項８】
ピストンが往復運動するシリンダボアの周囲に冷却用ジャケットが設けられたシリンダブロックを備える内燃機関であって、
シリンダブロックが、請求項１〜７のいずれか１に記載のシリンダブロックであることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロック及び内燃機関に関し、特にその冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（内燃機関）のシリンダブロックにおいては、ピストンが往復運動するシリンダボアの周囲にウォータージャケットが形成されており、冷却液（冷却水）がウォータージャケットを流れることで内燃機関の冷却が行われる。内燃機関において、シリンダ内のガス温度が最も高くなる時期は、ピストンが上死点近傍に位置するときであるため、エンジン運転中の平均的なシリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向（ピストン往復運動方向）に関する分布は、一般的には、図３に示すように上死点（シリンダ上端）に近づくにつれて高くなる。そのため、エンジン運転中のシリンダ壁の形状は、上死点に近づくにつれて材料の熱膨張特性に応じて直径が大きくなり、図１０に示すように、略ラッパ形状に変形することになる。このシリンダ壁の変形によって、以下の問題点が生じやすくなる。
【０００３】
（１）シリンダ内を往復摺動するピストンリングは、ブローバイガス及びオイル消費を抑制するために、シリンダ壁に十分密着した状態を保ちつつ高速で往復摺動する必要がある。しかし、前述のようにシリンダ壁が変形しているので、ピストンが上死点近傍に位置するときでもピストンリングをシリンダ壁に十分密着させるためには、ピストンリング張力を増大させる必要がある。その結果、ピストン摩擦損失の増大を招くことになる。
【０００４】
（２）シリンダ壁が前述のラッパ形状に変形していると、ピストン下降行程においてピストンリングが徐々にその直径を縮めながら下降していくことになるが、ピストンリング上下面とピストンリング溝との摩擦によりピストンリング直径を縮めることに抗する力が発生するため、ピストンリングがシリンダ壁に強く押し付けられる。その結果、ピストン摩擦損失の増大を招くことになる。図１１に示すように、この作用は、エンジンの筒内圧力が高くなる膨張行程において顕著となる。これは、筒内圧力がトップリングをピストンリング溝に押し付ける力として作用することで、ピストンリングとピストンリング溝間の摩擦力が大きくなるためである。
【０００５】
（３）ピストンスカートの大部分は油膜を介してシリンダ壁と摺動しており、エンジンサイクル全体を平均すれば略流体潤滑の状態にある。そのため、潤滑油膜の温度が高くオイルの粘性が低くなるほどピストン摩擦損失は小さくなる。しかし、前述のように、シリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向に関する分布は上死点に近づくにつれて高くなるので、ピストンスカート部が主として摺動するシリンダ下部の油膜温度はあまり高くならず、ピストン摩擦低減には不利な状況になっている。
【０００６】
したがって、ピストン摩擦損失を低減するためには、シリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向（ピストン往復運動方向）に関する分布を均一化することが要求される。
【０００７】
シリンダ壁面温度の調節を図った内燃機関（シリンダブロック）の冷却構造としては、下記特許文献１〜７に示すものが開示されている。特許文献１〜３においては、ウォータージャケット内にスペーサを挿入することで、シリンダ壁面温度の調節を図っている。また、特許文献４，５においては、シリンダ厚さをシリンダボア軸方向に変化させる、より具体的には、シリンダ下部のシリンダ厚さをシリンダ上部よりも増大させることで、シリンダ壁面温度の調節を図っている。また、特許文献６，７においては、シリンダ上部に流れの絞り部を設けることで、シリンダ上部の冷却性能の改善を図っている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１１３７５９号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４４０号公報
【特許文献３】特開２００２−２１６３２号公報
【特許文献４】特開２００４−３６０６０３号公報
【特許文献５】特開２００５−１９４９６７号公報
【特許文献６】特開２０００−２１５１号公報
【特許文献７】特開２００１−２００７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜３においては、ウォータージャケットへのスペーサの追加により、部品点数及び組み付け工数の増大を招くことになる。また、スペーサのある部分とない部分とで冷却性能が急激に変化するため、この部分でシリンダ壁面温度が急激に変化しやすくなり、シリンダ壁面温度のピストン往復運動方向に関する分布を十分に均一化することが困難となる。
【００１０】
特許文献４，５においては、シリンダ下部のシリンダ厚さが増大するため、シリンダブロックの重量増加を招くことになる。また、シリンダ厚さ（ウォータージャケット厚さ）をピストン往復運動方向に変化させる必要があるため、シリンダブロックの構造も複雑化する。
【００１１】
特許文献６，７においては、絞り部と絞り部以外とで冷却性能が急激に変化するため、この部分でシリンダ壁面温度が急激に変化しやすくなり、シリンダ壁面温度のピストン往復運動方向に関する分布を十分に均一化することが困難となる。
【００１２】
本発明は、簡単な構成でシリンダ壁面温度のピストン往復運動方向に関する分布を十分に均一化することができるシリンダブロック及び内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るシリンダブロック及び内燃機関は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【００１４】
本発明に係るシリンダブロックは、ピストンが往復運動するシリンダボアの周囲に冷却用ジャケットが設けられたシリンダブロックであって、シリンダブロック上部位置にて冷却液を冷却用ジャケットにピストン往復運動方向と略垂直な方向に流入させる流入ポートと、シリンダブロック上部位置にて冷却液を冷却用ジャケットからピストン往復運動方向と略垂直な方向に流出させる流出ポートと、が設けられていることを要旨とする。
【００１５】
また、本発明に係るシリンダブロックは、ピストンが往復運動するシリンダボアの周囲に冷却用ジャケットが設けられたシリンダブロックであって、シリンダブロック上部位置にて冷却液を冷却用ジャケットに流入させる流入ポートと、シリンダブロック上部位置にて冷却液を冷却用ジャケットから流出させる流出ポートと、が設けられており、冷却用ジャケットは、シリンダブロック上部位置にてシリンダボア周方向にほぼ沿った冷却液の主流を形成し、該主流よりもシリンダブロック下部位置にて該主流とのせん断力によって冷却液のせん断流を形成することを要旨とする。
【００１６】
本発明においては、シリンダボアの周囲に設けられた冷却用ジャケットは、ピストン往復運動方向に関してピストン上死点またはその近傍に相当するシリンダブロック上部位置にてシリンダボア周方向にほぼ沿った冷却液の主流を形成し、主流よりもシリンダブロック下部位置にて主流とのせん断力によって冷却液のせん断流を形成する。このように、主流とのせん断力によって主流以外の冷却液の流れを発生させることで、ピストン往復運動方向に関してシリンダブロック上部位置に向かうほど冷却液の流速を徐々に速くすることができ、シリンダブロック上部位置に向かうほど冷却性能を徐々に高くすることができる。したがって、本発明によれば、簡単な構成でシリンダ壁面温度のピストン往復運動方向に関する分布を十分に均一化することができる。
【００１７】
本発明の一態様では、流入ポートは、冷却液を冷却用ジャケットにピストン往復運動方向と略垂直な方向に流入させ、流出ポートは、冷却液を冷却用ジャケットからピストン往復運動方向と略垂直な方向に流出させることが好適である。こうすれば、シリンダブロック上部位置にてシリンダボア周方向にほぼ沿った冷却液の主流を形成することができるとともに、主流よりもシリンダブロック下部位置にて主流とのせん断力によって冷却液のせん断流を形成することができる。
【００１８】
本発明の一態様では、冷却用ジャケットの流路断面積と流入ポートの流路断面積との比が１以上に設定されていることが好適である。こうすれば、冷却用ジャケットでの圧力損失の大幅な低下を招くことなく、シリンダ壁面温度のピストン往復運動方向に関する分布を十分に均一化することができる。
【００１９】
本発明の一態様では、冷却用ジャケットの流路断面積と流入ポートの流路断面積との比が３以下に設定されていることが好適である。こうすれば、シリンダ壁面温度のシリンダボア周方向に関する分布の不均一を抑制しながら、シリンダ壁面温度のピストン往復運動方向に関する分布を十分に均一化することができる。
【００２０】
本発明の一態様では、流入ポート及び流出ポートがシリンダボアを挟んで略対向する位置に配置されていることが好適である。こうすれば、冷却用ジャケットを流れる冷却水のシリンダボア周方向に関する偏りを抑えることができる。
【００２１】
本発明の一態様では、流入ポートは、内燃機関の吸気ポートよりも内燃機関の排気ポートの方が近くなる位置に配置され、流出ポートは、排気ポートよりも吸気ポートの方が近くなる位置に配置されていることが好適である。こうすれば、シリンダ壁面温度のシリンダボア周方向に関する分布をより均一化することができる。
【００２２】
また、本発明については、シリンダブロックに関する発明の他に、シリンダブロックを備える内燃機関に関する発明として把握することもできる。本発明に係る内燃機関は、ピストンが往復運動するシリンダボアの周囲に冷却用ジャケットが設けられたシリンダブロックを備える内燃機関であって、シリンダブロックが、本発明に係るシリンダブロックであることを要旨とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００２４】
図１，２は、本発明の実施形態に係るシリンダブロック１０を備える内燃機関の内部構成の概略を示す図であり、内燃機関が単気筒エンジンである例を示す。シリンダブロック本体１４にはシリンダボア１２が形成されており、シリンダボア１２に筒状のシリンダライナ１６が圧入されている。ピストン２０は、シリンダボア１２（シリンダライナ１６の内側）をシリンダボア１２の中心軸１２ａに平行な方向（以下、シリンダボア軸方向とする）に往復運動する。なお、以下の説明では、シリンダボア軸方向（ピストン２０の往復運動方向）をシリンダブロック上下方向とし、ピストン上死点（図１の破線で示すピストン２０の位置）側をシリンダブロック上側とし、ピストン下死点（図１の実線で示すピストン２０の位置）側をシリンダブロック下側とする。
【００２５】
シリンダブロック１０の上端面１０ａには、内燃機関の吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダヘッドがガスケットを介して接合される。図１，２では図示を省略するが、吸気ポートは、図２においてシリンダボア１２の右半分領域の上方に配置され、排気ポートは、図２においてシリンダボア１２の左半分領域の上方に配置される。
【００２６】
シリンダボア１２（シリンダライナ１６）の周囲には、冷却水（冷却液）が通る冷却用ジャケットとしてウォータージャケット１８が形成されている。ウォータージャケット１８は、シリンダボア軸方向においてピストン上死点またはその近傍位置に相当するシリンダブロック上部位置からピストン下死点またはその近傍位置に相当するシリンダブロック下部位置に渡って形成されており、且つシリンダボア周方向においてシリンダボア１２（シリンダライナ１６）を取り囲むように形成されている。ウォータージャケット１８の深さ（シリンダボア軸方向の長さ）Ｌは、シリンダボア周方向に関して均一（あるいはほぼ均一）に設定されている。ここでのウォータージャケット１８の深さＬは、ピストン２０のストローク（上死点と下死点の間隔）に応じて設定されており、例えばピストン２０のストロークと等しく（あるいはほぼ等しく）設定されている。また、ウォータージャケット１８の厚さ（シリンダボア径方向の長さ）ｔは、シリンダボア周方向及びシリンダボア軸方向に関して均一（あるいはほぼ均一）に設定されている。なお、図１，２は、シリンダブロック本体１４とシリンダライナ１６の間に形成される空間をウォータージャケット１８に利用する、いわゆるウェットライナ構造の例を示している。また、シリンダライナ１６の外周は、シリンダブロック下部位置にてＯリング１９を介してシリンダブロック本体１４の内壁と嵌合している。
【００２７】
シリンダブロック１０（シリンダブロック本体１４）には、ウォーターポンプ（図示せず）から吐出された冷却水をウォータージャケット１８に流入させる流入ポート２２と、冷却水をウォータージャケット１８から流出させる流出ポート２４と、が形成されている。本実施形態では、流入ポート２２及び流出ポート２４がともにシリンダブロック上部位置（シリンダボア軸方向に関してピストン上死点またはその近傍に相当する位置）に形成されており、ウォータージャケット１８は、その上端部にて流入ポート２２及び流出ポート２４と連通している。
【００２８】
流入ポート２２及び流出ポート２４は、シリンダボア１２を挟んで対向する（あるいはほぼ対向する）位置に配置されている。流入ポート２２は、図１，２における左側（排気ポート側）、つまり吸気ポートよりも排気ポートの方が近くなる位置に配置されている。流出ポート２４は、図１，２における右側（吸気ポート側）、つまり排気ポートよりも吸気ポートの方が近くなる位置に配置されている。
【００２９】
流入ポート２２の中心軸２２ａは、シリンダボア軸方向（ピストン往復運動方向）と垂直（あるいはほぼ垂直）に設定されており、冷却水は、流入ポート２２内をシリンダボア軸方向（ピストン往復運動方向）と垂直な方向（あるいはほぼ垂直な方向）に流れてからウォータージャケット１８の上端部に流入する。このように、流入ポート２２は、シリンダブロック上部位置にて冷却水をウォータージャケット１８にシリンダボア軸方向（ピストン往復運動方向）と垂直な方向（あるいはほぼ垂直な方向）に流入させる。
【００３０】
流出ポート２４の中心軸２４ａは、シリンダボア軸方向（ピストン往復運動方向）と垂直（あるいはほぼ垂直）に設定されており、ウォータージャケット１８の上端部から流出した冷却水は、流出ポート２４内をシリンダボア軸方向（ピストン往復運動方向）と垂直な方向（あるいはほぼ垂直な方向）に流れる。このように、流出ポート２４は、シリンダブロック上部位置にて冷却水をウォータージャケット１８からシリンダボア軸方向（ピストン往復運動方向）と垂直な方向（あるいはほぼ垂直な方向）に流出させる。なお、流入ポート２２の流路断面積Ａ１（中心軸２２ａと垂直な断面の面積）、及び流出ポート２４の流路断面積Ａ３（中心軸２４ａと垂直な断面の面積）は、等しく（あるいはほぼ等しく）設定されている。
【００３１】
流入ポート２２からウォータージャケット１８の上端部にシリンダボア軸方向と垂直な方向（あるいはほぼ垂直な方向）に流入した冷却水は、ウォータージャケット１８の上端部（シリンダブロック上部位置）をシリンダボア周方向に沿って（あるいはほぼ沿って）流れ、ウォータージャケット１８の上端部から流出ポート２４へ流出する。このように、本実施形態では、シリンダボア周方向に沿った（あるいはほぼ沿った）冷却水の主流を、ウォータージャケット１８の上端部（シリンダブロック上部位置）に偏らせて発生させる。そして、ウォータージャケット１８の上端部における冷却水の流れ（主流）によって、冷却水の主流とそれよりもシリンダブロック下側の冷却水との間にせん断力が発生する。このせん断力によって、主流よりもシリンダブロック下部位置に、主流よりも流速の遅い冷却水のせん断流がシリンダボア周方向に沿って（あるいはほぼ沿って）発生する。
【００３２】
内燃機関において、シリンダ内のガス温度が最も高くなる時期は、ピストンが上死点近傍に位置するときであるため、エンジン運転中の平均的なシリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向（ピストン往復運動方向）に関する分布は、一般的には、図３に示すように上死点（シリンダ上端）に近づくにつれて高くなる傾向がある。エンジン運転中のシリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向に関する分布を均一化するためには、冷却水による内燃機関の冷却性能をシリンダボア軸方向に関して不均一にする、つまり、ピストン上死点側の冷却性能をピストン下死点側の冷却性能よりも高くする必要がある。
【００３３】
本実施形態では、ウォータージャケット１８において冷却水をシリンダボア周方向に沿って（あるいはほぼ沿って）流し、且つシリンダブロック上部位置を流れる冷却水の流速を、シリンダブロック下部位置を流れる冷却水の流速よりも速くする。これによって、ピストン上死点側（シリンダブロック上部）の冷却性能を、ピストン下死点側（シリンダブロック下部）の冷却性能よりも高くする。
【００３４】
次に、本願発明者が行った解析結果について説明する。
【００３５】
本実施形態に係るシリンダブロック１０において、ウォータージャケット１８の流路断面積Ａ２と流入ポート２２の流路断面積Ａ１との流路断面積比Ａ２／Ａ１を変化させて、ウォータージャケット１８を流れる冷却水の流速分布を計算した。その計算結果を図４に示す。図４（Ａ）はＡ２／Ａ１が０．４７の場合の流速分布を示し、図４（Ｂ）はＡ２／Ａ１が０．９４の場合の流速分布を示し、図４（Ｃ）はＡ２／Ａ１が１．４１の場合の流速分布を示し、図４（Ｄ）はＡ２／Ａ１が２．８３の場合の流速分布を示し、図４（Ｅ）はＡ２／Ａ１が５．６５の場合の流速分布を示す。さらに、流路断面積比Ａ２／Ａ１を変化させた場合のウォータージャケット１８での圧力損失も計算した。その計算結果を図５に示す。図５は、圧力損失の計算結果の他に、シリンダブロック上部位置での流速とシリンダブロック下部位置での流速との比（以下、上部／下部流速比とする）の計算結果、及び流入ポート２２近傍での流速と流出ポート２４近傍での流速との比（以下、入口部／出口部流速比とする）の計算結果も示している。なお、本実施形態では、ウォータージャケット１８は、シリンダボア周方向に沿った（あるいはほぼ沿った）冷却水の流れを形成するため、ウォータージャケット１８の流路断面積Ａ２については、ウォータージャケット１８の深さＬ×厚さｔで定義することができる。また、流速分布及び圧力損失の計算の際には、流入ポート２２の流路断面積Ａ１及び流出ポート２４の流路断面積Ａ３が等しくなる関係を保ちながら、流路断面積比Ａ２／Ａ１を変化させている。
【００３６】
図５に示すように、流路断面積比Ａ２／Ａ１の増大に対して、上部／下部流速比が減少し、入口部／出口部流速比が増大する。そして、流路断面積比Ａ２／Ａ１が３よりも大きくなると（より正確には２．８よりも大きくなると）、上部／下部流速比が入口部／出口部流速比よりも小さくなる。流入ポート２２の流路断面積Ａ１がウォータージャケット１８の流路断面積Ａ２に対して小さすぎると、図４（Ｅ）に示すように、冷却水の主流が流入ポート２２近傍に集中して、流出ポート２４近傍での流速が低下する。そのため、流出ポート２４近傍での冷却性能が流入ポート２２近傍での冷却性能よりも低下し、シリンダブロック上部位置での冷却性能がシリンダボア周方向に関して不均一となる。シリンダボア周方向に関する冷却性能の不均一を抑え、且つシリンダブロック上部位置とシリンダブロック下部位置の冷却性能差を確保するためには、上部／下部流速比が入口部／出口部流速比よりも大きいことが好ましい。したがって、流路断面積比Ａ２／Ａ１は、３以下、より正確には２．８以下に設定されていることが好ましい。
【００３７】
一方、ウォータージャケット１８の流路断面積Ａ２が流入ポート２２の流路断面積Ａ１に対して小さすぎると、図４（Ａ）に示すように、流入ポート２２からウォータージャケット１８への絞りによって冷却水の流れが分散して、流速の速い部位がシリンダブロック下部にまで及ぶことになる。したがって、シリンダブロック上部位置とシリンダブロック下部位置の冷却性能差が小さくなる。さらに、図５に示すように、流路断面積比Ａ２／Ａ１が１よりも小さくなると、圧力損失が急激に増大する。したがって、流路断面積比Ａ２／Ａ１は、１以上に設定されていることが好ましい。以上のことから、本実施形態では、流路断面積比Ａ２／Ａ１を、１≦Ａ２／Ａ１≦３、より正確には１≦Ａ２／Ａ１≦２．８の範囲に設定することが好ましい。
【００３８】
以上説明した本実施形態では、ウォータージャケット１８は、シリンダボア周方向に沿った（あるいはほぼ沿った）冷却水の主流をシリンダブロック上部位置に偏らせて形成し、主流よりもシリンダブロック下部位置にて主流とのせん断力によって主流よりも流速の遅い冷却水のせん断流を形成する。このように、主流とのせん断力によって主流以外の冷却水の流れを発生させるため、シリンダブロック下部からシリンダブロック上部に向かうほど冷却水の流速を徐々に速くすることができ、シリンダボア軸方向に関する冷却水の流速分布が急激に変化することがない。そのため、シリンダブロック下部からシリンダブロック上部に向かうほど冷却性能を徐々に高くすることができる。したがって、本実施形態によれば、シリンダ壁面温度が急激に変化することなく、シリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向に関する分布を十分に均一化することができる。その結果、ブローバイガス性能やオイル消費性能を低下させることなく、ピストン摩擦損失を低減することができる。また、ウォータージャケット１８の厚さｔをシリンダボア軸方向に変化させることなく、シリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向に関する分布を均一化することができるので、シリンダブロック１０の構造の複雑化を招くこともない。
【００３９】
また、特許文献１〜３においては、ウォータージャケットにスペーサを設けることで流路抵抗が生じるため、ウォータージャケットでの圧力損失が増大する。特許文献４，５においても、シリンダ下部のウォータージャケット厚さが減少することで、流路抵抗が増大してウォータージャケットでの圧力損失が増大する。特許文献６，７においても、絞り部を設けることで、流路抵抗が増大してウォータージャケットでの圧力損失が増大する。これに対して本実施形態では、流路断面積比Ａ２／Ａ１を１以上に設定することで、ウォータージャケット１８での圧力損失の大幅な低下を招くことなく（ウォーターポンプ動力を大幅に増大させることなく）、シリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向に関する分布を十分に均一化することができる。また、流路断面積比Ａ２／Ａ１を３以下（より正確には２．８以下）に設定することで、シリンダ壁面温度のシリンダボア周方向に関する分布の不均一を抑制しながら、シリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向に関する分布を十分に均一化することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、シリンダボア１２を挟んで互いに対向する（あるいはほぼ対向する）位置に流入ポート２２及び流出ポート２４を配置することで、ウォータージャケット１８をシリンダボア周方向に沿って（あるいはほぼ沿って）流れる冷却水の偏りを抑えることができる。したがって、シリンダ壁面温度のシリンダボア周方向に関する分布の不均一を抑制することができる。
【００４１】
また、排気ポートを通る排気ガスの温度は、吸気ポートを通る吸気ガスの温度よりも高いため、エンジン運転中のシリンダ壁面温度のシリンダボア周方向に関する分布は、一般的には、排気ポートに近い位置（排気ポート側）が吸気ポートに近い位置（吸気ポート側）よりも高くなる傾向にある。図５に示すように、流入ポート２２近傍での流速は、流出ポート２４近傍での流速よりも速くなるため、流入ポート２２近傍での冷却性能は、流出ポート２４近傍での冷却性能よりも高くなる。本実施形態では、流入ポート２２を排気ポート側、つまり吸気ポートよりも排気ポートの方が近くなる位置に配置し、流出ポート２４を吸気ポート側、つまり排気ポートよりも吸気ポートの方が近くなる位置に配置することで、シリンダ壁面温度のシリンダボア周方向に関する分布をより均一化することができる。
【００４２】
ここで、本実施形態に係るシリンダブロック１０を備える内燃機関において、シリンダボア軸方向に関するシリンダ壁面温度分布を測定した実験結果を図６に示す。図６において、実線は、シリンダブロック下部からシリンダブロック上部へシリンダボア軸方向に冷却水を流す従来の内燃機関のシリンダボア軸方向に関するシリンダ壁面温度分布を示し、点線は、本実施形態の内燃機関（流路断面積比Ａ２／Ａ１＝２．８）のシリンダボア軸方向に関するシリンダ壁面温度分布を示す。図６に示すように、従来、シリンダブロック上部とシリンダブロック下部で約３０℃あった温度差を、本実施形態では約１０℃以下に低減できていることがわかる。さらに、温度差の低減については、シリンダブロック上部で温度を低下させ、シリンダブロック下部で温度を上昇させることで実現できていることがわかる。このように、本実施形態では、シリンダブロック下部のシリンダ壁面温度を上昇させることもできるので、ピストンスカート部の摩擦損失も低減することができる。なお、シリンダ壁面温度については、シリンダボア周方向に関して平均化した温度としている。
【００４３】
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。以下の説明において、説明を省略する部分は、図１，２に示す構成例と同様である。
【００４４】
図７は、流入ポート２２及び流出ポート２４がそれぞれ複数（２つ）設けられた構成例を示す。この場合は、各流入ポート２２の流路断面積の合計をＡ１とし、各流出ポート２４の流路断面積の合計をＡ３とする。
【００４５】
図８は、多気筒型エンジン（直列気筒型エンジン）に本発明を適用した構成例を示す。図８に示す構成例では、流入ポート２２及び流出ポート２４が各気筒毎に対応して設けられており、各気筒毎に対応する流入ポート２２及び流出ポート２４が、エンジンの長手方向（気筒配列方向）及びシリンダボア軸方向と垂直な方向にシリンダボア１２を挟んで対向配置されている。図８では図示を省略するが、吸気ポートは、図８においてシリンダボア１２の上半分領域の上方に配置され、排気ポートは、図８においてシリンダボア１２の下半分領域の上方に配置される。そして、各流入ポート２２を排気ポート側（図８の下側）、つまり吸気ポートよりも排気ポートの方が近くなる位置に配置し、各流出ポート２４を吸気ポート側（図８の上側）、つまり排気ポートよりも吸気ポートの方が近くなる位置に配置する。図８に示す構成例では、ウォータージャケット１８における気筒間を通る部分１８ａについては、隣り合う２つの流入ポート２２から冷却水が流れ込むため、その部分１８ａの流路断面積Ａ２についてはＬ×ｔ／２で定義する。
【００４６】
図９は、気筒間にウォータージャケット１８が形成されていないサイアミーズシリンダ構造を有する多気筒型エンジン（直列気筒型エンジン）に本発明を適用した構成例を示す。図９に示す構成例では、気筒間に冷却水を流すことができなくなるため、流入ポート２２及び流出ポート２４をエンジンの長手方向（気筒配列方向）に対向配置し、エンジンの長手方向に冷却水を流す。また、図９に示す構成例では、単気筒エンジンと比較して、冷却水の流量を増大させる必要があるので、流入ポート２２の流路断面積Ａ１及び流出ポート２４の流路断面積Ａ３を気筒数に応じて増大させる必要がある。ウォータージャケット１８の深さＬはピストン２０のストロークに応じて決定されるので、流路断面積比Ａ２／Ａ１を維持するためには、ウォータージャケット１８の厚さｔを増大させることで対応する。
【００４７】
以上の本実施形態の説明では、シリンダライナの外周が直接冷却水に当たるウェットライナ構造のシリンダブロックについて説明した。ただし、本発明を、シリンダライナの外周が直接冷却水に当たらないドライライナ構造のシリンダブロックに適用することもできる。また、本発明を、シリンダライナが設けられていない構造のシリンダブロックに適用することもできる。
【００４８】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係るシリンダブロックを備える内燃機関の内部構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシリンダブロックを備える内燃機関の内部構成の概略を示す図である。
【図３】エンジン運転中の平均的なシリンダ壁面温度のシリンダボア軸方向に関する分布を示す図である。
【図４】ウォータージャケットを流れる冷却水の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図５】ウォータージャケットでの圧力損失を計算した結果を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るシリンダブロックを備える内燃機関において、シリンダボア軸方向に関するシリンダ壁面温度分布を測定した実験結果を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るシリンダブロックを備える内燃機関の他の内部構成の概略を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係るシリンダブロックを備える内燃機関の他の内部構成の概略を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係るシリンダブロックを備える内燃機関の他の内部構成の概略を示す図である。
【図１０】熱膨張によるシリンダ壁面の変形を説明する図である。
【図１１】シリンダ壁面の変形による摩擦損失の増大を説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  シリンダブロック、１２  シリンダボア、１４  シリンダブロック本体、１６  シリンダライナ、１８  ウォータージャケット、２０  ピストン、２２  流入ポート、２４  流出ポート。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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