(57)【要約】      （修正有）【課題】シリンダブロックの温度バランスを良好にする。【解決手段】ブロック本体１０に複数のシリンダボア１１が直列に配列されると共に、ブロック本体１０に複数のシリンダボア１１の配列方向に延びるウォータージャケット１２が形成されるシリンダブロック２であって、ブロック本体１０における複数のシリンダボア１１の配列方向に対する一端部１３に設けられ、冷却水をウォータージャケット１２に導入する冷却水入口１４と、ブロック本体１０における複数のシリンダボア１１の配列方向に対する他端部１５に設けられ、冷却水をウォータージャケット１２から排出する冷却水出口１６とを備え、ウォータージャケット１２の断面積が、冷却水入口１４から冷却水出口１６へと向かうに従って小さくなる。【選択図】図３
2013024081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック本体に複数のシリンダボアが直列に配列されると共に、前記ブロック本体に前記複数のシリンダボアの配列方向に延びるウォータージャケットが形成されるシリンダブロックであって、
前記ブロック本体における前記複数のシリンダボアの配列方向に対する一端部に設けられ、冷却水を前記ウォータージャケットに導入する冷却水入口と、前記ブロック本体における前記複数のシリンダボアの配列方向に対する他端部に設けられ、冷却水を前記ウォータージャケットから排出する冷却水出口とを備え、
前記ウォータージャケットの断面積が、前記冷却水入口から前記冷却水出口へと向かうに従って小さくなることを特徴とするシリンダブロック。
【請求項２】
前記ウォータージャケットの上端から下端までの深さを前記冷却水出口側に行く程浅くすることで、前記ウォータージャケットの断面積が、前記冷却水入口から前記冷却水出口へと向かうに従って小さくなる請求項１に記載のシリンダブロック。
【請求項３】
前記ウォータージャケットの幅を前記冷却水出口側に行く程狭くすることで、前記ウォータージャケットの断面積が、前記冷却水入口から前記冷却水出口へと向かうに従って小さくなる請求項１に記載のシリンダブロック。
【請求項４】
前記ウォータージャケットの上端から下端までの深さを前記冷却水出口側に行く程浅くし、且つ、前記ウォータージャケットの幅を前記冷却水出口側に行く程狭くすることで、前記ウォータージャケットの断面積が、前記冷却水入口から前記冷却水出口へと向かうに従って小さくなる請求項１に記載のシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷式エンジンのシリンダブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンのシリンダブロックには、エンジンの燃焼室（シリンダボア）で生じる熱による温度上昇を抑制するためにウォータージャケットが形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般的なエンジン（内燃機関）では、図５に示すように冷却水が流れる。
【０００４】
図５に示すように、エンジンＥＮＧのシリンダブロックＣＢ及びシリンダヘッドＣＨには各々、複数のシリンダボア５１の配列方向に延びるウォータージャケット５２、５３が形成されており、冷却水をウォータージャケット５２、５３に供給することにより、シリンダブロックＣＢ及びシリンダヘッドＣＨの所定部分を適宜冷却するようになっている。
【０００５】
図５に示すエンジンＥＮＧでは、シリンダブロックＣＢの前部に、冷却水をウォータージャケット５２に導入する冷却水入口５４が設けられていると共に、シリンダブロックＣＢの後部に、冷却水をウォータージャケット５２から排出する冷却水出口（シリンダヘッド流出部）５５が設けられている。
【０００６】
また、シリンダブロックＣＢには、冷却水を冷却水入口５４と冷却水出口５５との間でウォータージャケット５２から排出する副冷却水出口５６が適宜設けられている。一般的に、排気側（排気バルブ側）に設けられる各副冷却水出口５６は、５〜１０％程度の冷却水をウォータージャケット５２から排出するように設定され、吸気側（吸気バルブ側）に設けられる各副冷却水出口５６は、２〜３％程度の冷却水をウォータージャケット５２から排出するように設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３３９２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば図５に示すエンジンＥＮＧのシリンダブロックＣＢについて考えると、冷却水入口５４から冷却水出口５５へ（シリンダブロックＣＢの前部から後部へ）と向かうに従って、シリンダボア５１内壁からの熱伝達により、ウォータージャケット５２内の冷却水温度が上昇していく。そのため、シリンダボア５１内壁から冷却水への熱伝達は、シリンダブロックＣＢの前部から後部へと向かうに従って減っていく。それは、シリンダボア５１内壁の温度と冷却水温度との温度差が、シリンダブロックＣＢの前部から後部へと向かうに従って減っていくためである。その結果、シリンダボア５１外壁の温度（即ち、ウォータージャケット５２内壁の温度）が、シリンダブロックＣＢの前部から後部へと向かうに従って上がっていく。
【０００９】
つまり、シリンダブロックＣＢの温度バランスが悪くなるため、シリンダブロックＣＢの各部分の熱膨張に差が生じると共に、シリンダボア５１の変形にも差が生じ、ピストンの摺動抵抗増加に起因するフリクションロス、ＬＯＣ（Lubricating Oil Consumption；潤滑油消費量）の気筒間バラツキとなって現れる。その結果、エンジンＥＮＧ全体では、シリンダブロックＣＢの温度バランスが良い場合に比べ、ピストンの摺動抵抗増加に起因するフリクションロス、ＬＯＣが増えてしまうことがある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、シリンダブロックの温度バランスを良好にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するために、本発明は、ブロック本体に複数のシリンダボアが直列に配列されると共に、前記ブロック本体に前記複数のシリンダボアの配列方向に延びるウォータージャケットが形成されるシリンダブロックであって、前記ブロック本体における前記複数のシリンダボアの配列方向に対する一端部に設けられ、冷却水を前記ウォータージャケットに導入する冷却水入口と、前記ブロック本体における前記複数のシリンダボアの配列方向に対する他端部に設けられ、冷却水を前記ウォータージャケットから排出する冷却水出口とを備え、前記ウォータージャケットの断面積が、前記冷却水入口から前記冷却水出口へと向かうに従って小さくなるものである。
【００１２】
前記ウォータージャケットの上端から下端までの深さを前記冷却水出口側に行く程浅くすることで、前記ウォータージャケットの断面積が、前記冷却水入口から前記冷却水出口へと向かうに従って小さくなるようにしても良い。
【００１３】
前記ウォータージャケットの幅を前記冷却水出口側に行く程狭くすることで、前記ウォータージャケットの断面積が、前記冷却水入口から前記冷却水出口へと向かうに従って小さくなるようにしても良い。
【００１４】
前記ウォータージャケットの上端から下端までの深さを前記冷却水出口側に行く程浅くし、且つ、前記ウォータージャケットの幅を前記冷却水出口側に行く程狭くすることで、前記ウォータージャケットの断面積が、前記冷却水入口から前記冷却水出口へと向かうに従って小さくなるようにしても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シリンダブロックの温度バランスを良好にすることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態に係るシリンダブロックの模式的な平面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ１−Ａ１線断面図であり、（ｂ）は図１のＢ１−Ｂ１線断面図であり、（ｃ）は図１のＣ１−Ｃ１線断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るシリンダブロックの模式的な平面図である。
【図４】（ａ）は図３のＡ２−Ａ２線断面図であり、（ｂ）は図３のＢ２−Ｂ２線断面図であり、（ｃ）は図３のＣ２−Ｃ２線断面図である。
【図５】冷却水の流れの一例を示すエンジンの模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
先ず、第一実施形態に係るシリンダブロック１を図１及び図２を用いて説明する。
【００１９】
図１及び図２に示すように、第一実施形態に係るシリンダブロック１は、多気筒エンジン（図示例では、直列４気筒エンジン）用のものである。また、シリンダブロック１は、後述するウォータージャケット１２の上部が閉じられた所謂クローズドデッキタイプのものである。
【００２０】
シリンダブロック１は、ブロック本体１０を有している。
【００２１】
ブロック本体１０には、複数のシリンダボア１１が直列に配列されていると共に、ブロック本体１０には、シリンダボア１１の配列方向に延びるウォータージャケット１２が形成されている。
【００２２】
また、ブロック本体１０（シリンダブロック１）におけるシリンダボア１１の配列方向に対する一端部１３には、冷却水をウォータージャケット１２に導入する冷却水入口１４が設けられていると共に、ブロック本体１０（シリンダブロック１）におけるシリンダボア１１の配列方向に対する他端部１５には、冷却水をウォータージャケット１２から排出する冷却水出口（主冷却水出口）１６が設けられている（図１参照）。
【００２３】
ウォータージャケット１２は、シリンダボア１１の長手方向（上下方向）に沿って所定の深さＤを有すると共に、各シリンダボア１１を囲繞するようにしてシリンダボア１１の径方向外側に連続されている。そして、ウォータージャケット１２は、径方向内側（シリンダボア１１側）が内壁１７で区画され、径方向外側（シリンダボア１１側とは反対側）が外壁１８で区画され、上部が上壁１９で区画され、底部が底壁２０で区画されている（図２参照）。
【００２４】
第一実施形態に係るシリンダブロック１では、ウォータージャケット１２の上端から下端まで（上壁１９から底壁２０まで）の深さＤを冷却水出口１６側に（ブロック本体１０の他端部１５側に）行く程浅くすることで、ウォータージャケット１２の断面積が、冷却水入口１４から冷却水出口１６へ（ブロック本体１０の一端部１３から他端部１５へ）と向かうに従って小さくなるようになっている。
【００２５】
具体的には、ウォータージャケット１２の上端位置Ｔを、冷却水入口１４から冷却水出口１６までほぼ一定とする一方で、ウォータージャケット１２の下端位置Ｂを、冷却水入口１４から冷却水出口１６へと向かうに従って上方向に順次オフセットすることで、ウォータージャケット１２の深さＤを、冷却水出口１６側に行く程浅くしている。
【００２６】
第一実施形態に係るシリンダブロック１においては、ウォータージャケット１２の最後部（冷却水出口１６側）における深さＤ（断面積）は、ウォータージャケット１２の最前部（冷却水入口１４側）における深さＤ（断面積）の５０％とされている。
【００２７】
また、ウォータージャケット１２の径方向内側端位置Ｉ（シリンダボア１１内壁を基準とするウォータージャケット１２内壁１７の位置）及び径方向外側端位置Ｏ（シリンダボア１１内壁を基準とするウォータージャケット１２外壁１８の位置）を、冷却水入口１４から冷却水出口１６までほぼ一定とすることで、ウォータージャケット１２の内壁１７と外壁１８との間の幅Ｗを、冷却水入口１４から冷却水出口１６までほぼ一定としている。
【００２８】
次に、第一実施形態の作用を説明する。
【００２９】
冷却水がウォータージャケット１２内を冷却水入口１４側から冷却水出口１６側に（ブロック本体１０の一端部１３側から他端部１５側に）流れるに従い、シリンダボア１１から熱をうばうため、冷却水温度は冷却水出口１６側に（ブロック本体１０の他端部１５側に）行く程高くなる。
【００３０】
よって、従来のシリンダブロックＣＢ（図５参照）では、シリンダブロックＣＢの後部側に行く程、シリンダボア５１内壁の温度と冷却水温度との温度差が減り、シリンダボア５１内壁から冷却水への伝熱量が減る。そのため、シリンダボア５１内壁の温度がシリンダブロックＣＢの後部側に行く程高くなり、シリンダブロックＣＢの温度バランスが悪くなる。
【００３１】
他方、第一実施形態に係るシリンダブロック１では、ウォータージャケット１２の深さＤを冷却水出口１６側に行く程浅くすることで、ウォータージャケット１２の断面積を、冷却水入口１４から冷却水出口１６へと向かうに従って小さくしているので、冷却水の平均速度がブロック本体１０の他端部１５側に行く程速くなる。そのため、シリンダボア１１内壁からウォータージャケット１２内を流れる冷却水に伝わる伝熱量をブロック本体１０の一端部１３から他端部１５までほぼ一定とし得る。
【００３２】
よって、シリンダボア１１内壁の温度もブロック本体１０の一端部１３から他端部１５までほぼ一定とすることができ、シリンダブロック１の温度バランスを良好にすることができる。そのため、シリンダボア１１の変形が気筒間でほぼ均一とされ、ピストンの摺動抵抗増加に起因するフリクションロス、ＬＯＣを低減することが可能となる。
【００３３】
ここで、上述のようにシリンダボア１１内壁からウォータージャケット１２内を流れる冷却水に伝わる伝熱量をブロック本体１０の一端部１３から他端部１５までほぼ一定とし得る理由を説明する。
【００３４】
先ず、流速は、
（流速）＝（流量）／（流体の断面積）・・・式（１）
で表すことができる。
【００３５】
式（１）より、流速（つまり、冷却水の平均速度）は、流量（つまり、冷却水の体積流量）と、流体の断面積（つまり、ウォータージャケット１２の断面積）の逆数とに比例するといえる。
【００３６】
従って、冷却水の体積流量が冷却水入口１４から冷却水出口１６までほぼ一定であれば、ウォータージャケット１２の断面積が冷却水出口１６側に行く程小さくなると、冷却水の平均速度が冷却水出口１６側に行く程速くなるといえる。
【００３７】
次に、シリンダボア１１内壁からウォータージャケット１２内を流れる冷却水に伝わる伝熱量Ｑは、
Ｑ＝Ａα（Ｔw−Ｔ∞）・・・式（２）
で表すことができる。
【００３８】
ただし、Ａは伝熱面積であり、αは熱伝達率であり、Ｔwはシリンダボア内壁の温度であり、Ｔ∞は冷却水温度である。
【００３９】
また、熱伝達率αは、
α＝Ｎu×λ／ｄi・・・式（３）
で表すことができる。
【００４０】
ただし、Ｎuはヌッセルト数であり、λは熱伝導率であり、ｄiはシリンダボア外壁の径である。
【００４１】
熱伝導率λは、シリンダボア（ブロック本体）の材質で一義的に決まる。
【００４２】
また、ヌッセルト数Ｎuは、
Ｎu＝０．０２３×Ｒed0.8×Ｐr0.4・・・式（４）
で表すことができる。
【００４３】
ただし、Ｒedはレイノルズ数であり、Ｐrはプラントル数である。
【００４４】
プラントル数Ｐrは、流体が「冷却水」ということで一義的に決まる。
【００４５】
また、レイノルズ数Ｒedは、
Ｒed＝Ｕm×ｄi／ν・・・式（５）
で表すことができる。
【００４６】
ただし、ｄiはシリンダボア外壁の径であり、Ｕmは冷却水の平均速度であり、νは動粘性係数である。
【００４７】
動粘性係数νは、流体が「冷却水」ということで一義的に決まる。
【００４８】
結局のところ、式（２）〜式（５）より、伝熱量Ｑは、
Ｑ＝Ａ×０．０２３×（Ｕm×ｄi／ν）0.8×Ｐr0.4×λ／ｄi×（Ｔw−Ｔ∞）・・・式（６）
で表すことができる。
【００４９】
式（６）より、伝熱量Ｑは、冷却水の平均速度Ｕm、及びシリンダボア１１内壁の温度Ｔwと冷却水温度Ｔ∞との温度差（Ｔw−Ｔ∞）に比例するといえる。
【００５０】
従って、シリンダボア１１内壁の温度Ｔwと冷却水温度Ｔ∞との温度差（Ｔw−Ｔ∞）が冷却水出口１６側に行く程減る一方で、冷却水の平均速度Ｕmが冷却水出口１６側に行く程増えると、温度差（Ｔw−Ｔ∞）の減少を冷却水の平均速度Ｕmの増加によって補うことができ、伝熱量Ｑをブロック本体１０の一端部１３から他端部１５まで（冷却水入口１４から冷却水出口１６まで）ほぼ一定とし得るといえる。
【００５１】
次に、第二実施形態に係るシリンダブロック２を図３及び図４を用いて説明する。
【００５２】
図３及び図４において、図１及び図２と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
図３及び図４に示すように、第二実施形態に係るシリンダブロック２では、ウォータージャケット１２の内壁１７と外壁１８との間の幅Ｗを冷却水出口１６側に（ブロック本体１０の他端部１５側に）行く程狭くすることで、ウォータージャケット１２の断面積が、冷却水入口１４から冷却水出口１６へ（ブロック本体１０の一端部１３から他端部１５へ）と向かうに従って小さくなるようになっている。
【００５４】
具体的には、ウォータージャケット１２の径方向内側端位置Ｉ（シリンダボア１１内壁を基準とするウォータージャケット１２内壁１７の位置）を、冷却水入口１４から冷却水出口１６までほぼ一定とする一方で、ウォータージャケット１２の径方向外側端位置Ｏ（シリンダボア１１内壁を基準とするウォータージャケット１２外壁１８の位置）を、冷却水入口１４から冷却水出口１６へと向かうに従って径方向内側に順次オフセットすることで、ウォータージャケット１２の幅Ｗを、冷却水出口１６側に行く程狭くしている。
【００５５】
第二実施形態に係るシリンダブロック２においては、ウォータージャケット１２の最後部（冷却水出口１６側）における幅Ｗ（断面積）は、ウォータージャケット１２の最前部（冷却水入口１４側）における幅Ｗ（断面積）の５０％とされている。
【００５６】
また、ウォータージャケット１２の上端位置Ｔ及び下端位置Ｂを、冷却水入口１４から冷却水出口１６までほぼ一定とすることで、ウォータージャケット１２の上端から下端までの深さＤを、冷却水入口１４から冷却水出口１６までほぼ一定としている。
【００５７】
係る第二実施形態に係るシリンダブロック２では、ウォータージャケット１２の幅Ｗを冷却水出口１６側に行く程狭くすることで、ウォータージャケット１２の断面積を、冷却水入口１４から冷却水出口１６へと向かうに従って小さくしているので、上述の第一実施形態と同様の理由（冷却水の平均速度Ｕmの増加）により、シリンダブロック２の温度バランスを良好にすることができる。
【００５８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００５９】
例えば、上述の第一実施形態と第二実施形態とを複合した実施形態を採ることが考えられる。即ち、ウォータージャケット１２の上端から下端まで（上壁１９から底壁２０まで）の深さＤを冷却水出口１６側に（ブロック本体１０の他端部１５側に）行く程浅くし、且つ、ウォータージャケット１２の幅Ｗを冷却水出口１６側に（ブロック本体１０の他端部１５側に）行く程狭くすることで、ウォータージャケット１２の断面積が、冷却水入口１４から冷却水出口１６へ（ブロック本体１０の一端部１３から他端部１５へ）と向かうに従って小さくなるようにしても良い。
【００６０】
また、シリンダブロック１、２は、ウォータージャケット１２の上部が閉じられた所謂クローズドデッキタイプのものには限定はされず、ウォータージャケット１２の上部が開放された所謂オープンデッキタイプのものであっても良い。
【００６１】
また、ブロック本体１０（シリンダブロック１、２）に、冷却水を冷却水入口１４と冷却水出口１６との間でウォータージャケット１２から排出する副冷却水出口（図５参照）を設けても良い。
【００６２】
さらに、本発明は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の各種エンジン用のシリンダブロックに適用することができると共に、直列エンジン、Ｖ型エンジン等の各型式のエンジン用のシリンダブロックに適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  シリンダブロック
２  シリンダブロック
１０  ブロック本体
１１  シリンダボア
１２  ウォータージャケット
１３  ブロック本体（シリンダブロック）の一端部
１４  冷却水入口
１５  ブロック本体（シリンダブロック）の他端部
１６  冷却水出口
【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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