(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロック（１１）にシリンダボア（１２）の外周を取り囲むようにウオータジャケット（１６）を形成したエンジンの冷却構造において、
ウオータジャケット（１６）のシリンダボア（１２）側の壁面にシリンダ軸線方向に延びる多数のリブ（１７）を備え、前記リブ（１７）はピストン上死点側に位置する上側リブ（１７ａ）とピストン下死点側に位置する下側リブ（１７ｂ）とから成り、前記上側リブ（１７ａ）の高さ（Ｈｔ）はシリンダ軸線（Ｌ）方向に略一定であり、前記下側リブ（１７ｂ）の高さ（Ｈｂ）は前記上側リブ（１７ａ）の高さ（Ｈｔ）よりも高く、かつピストン上死点側からピストン下死点側に向けて増加することを特徴とするエンジンの冷却構造。
【請求項２】
シリンダボア（１２）およびウオータジャケット（１６）間のシリンダ壁（１３ａ）の、前記リブ（１７）が形成されていない部分の肉厚（Ｔｉ，Ｔｏ）は、吸気側において大きく、排気側において小さいことを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンの摩擦抵抗を低減すべくエンジンのシリンダ壁に適切な温度分布を与えるためのエンジンの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンの出力向上および燃費向上を図るべく、燃焼室周辺やシリンダライナー上部の冷却能力を高めてノッキングを抑制するとともに、シリンダライナー下部の過冷却を防止してピストンの摩擦抵抗を低減する冷却回路やウオータジャケットが提案されている。
【０００３】
例えば、特開平１−２２７８５０号公報には、シリンダブロックの内部に保持されるシリンダライナーの上部（上死点側）外周面に冷却水が循環する溝状の循環室を形成して冷却能力を高めることにより、ピストンの焼き付きの防止、ガス漏れの防止、ノッキングの抑制を図るとともに、前記シリンダライナーの下部（下死点側）外周面に冷却水が自然対流する対流室を設けて過冷却を防止することにより、ピストンの摩擦抵抗の低減を図るものが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記特開平１−２２７８５０号公報に記載されたものは、シリンダライナーの外周面に機械加工を施して循環室や対流室を形成する必要があるために加工コストが嵩むという問題がある。またピストンの摩擦抵抗を低減するには、シリンダライナーの下部の冷却能力をピストン下死点側ほど低くすることが望ましいが、上記従来のものはシリンダライナーの下部外周面の対流室の流路断面積がシリンダ軸線方向に一定であるため、シリンダライナーの下部の冷却能力をシリンダ軸線方向に変化させることができず、ピストンの摩擦抵抗の低減効果を充分に発揮させることが難しかった。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、加工コストを増加させることなく、シリンダ壁に適切な温度分布を与えてピストンとの摺動部に発生する摩擦損失を最小限に抑えることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、シリンダブロックにシリンダボアの外周を取り囲むようにウオータジャケットを形成したエンジンの冷却構造において、ウオータジャケットのシリンダボア側の壁面にシリンダ軸線方向に延びる多数のリブを備え、前記リブはピストン上死点側に位置する上側リブとピストン下死点側に位置する下側リブとから成り、前記上側リブの高さはシリンダ軸線方向に略一定であり、前記下側リブの高さは前記上側リブの高さよりも高く、かつピストン上死点側からピストン下死点側に向けて増加することを特徴とするエンジンの冷却構造が提案される。
【０００７】
上記構成によれば、ウオータジャケットの下部に設けた下側リブの高さを上部に設けた上側リブの高さよりも高くしたので、ウオータジャケットの下部を流れる冷却水量を上部を流れる冷却水量よりも少なくし、シリンダ壁の下部の冷却効果を上部の冷却効果よりも低くして下部シリンダ壁温を高めることができる。これにより、シリンダ壁のピストン下死点側の油膜温度を適正範囲内にてできるだけ高くして粘度を低下させ、摩擦力を減少させてエンジン出力の向上、燃料消費量の低減、潤滑油消費量の節減を図ることができる。またシリンダブロックに前記リブを形成したので、シリンダライナーの外周面に冷却水を流す循環室や対流室を機械加工する必要がなくなって加工コストを削減することができる。しかも下側リブの高さがピストン上死点側からピストン下死点側に向けて増加するので、シリンダ壁の下部の冷却効果を下死点側ほど低くしてシリンダ壁に適切な温度分布を与え、ピストンの摩擦抵抗の低減効果を更に高めることができる。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、シリンダボアおよびウオータジャケット間のシリンダ壁の、前記リブが形成されていない部分の肉厚は、吸気側において大きく、排気側において小さいことを特徴とするエンジンの冷却構造が提案される。
【０００９】
上記構成によれば、リブが形成されていない部分で、シリンダボアおよびウオータジャケットに挟まれたシリンダ壁の肉厚を、燃焼熱の影響を受け難い吸気側で大きくして冷却水による冷却効果を低下させるとともに、燃焼熱の影響を受け易い排気側で小さくして冷却水による冷却効果を増加させるので、シリンダ壁の吸気側および排気側の温度を均一化してピストンの摩擦抵抗を一層低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１はエンジンのシリンダブロックの平面図、図２は図１の２−２線断面図、図３はシリンダブロックのウオータジャケットの外側の壁部を破断した斜視図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の５−５線断面図、図６はシリンダ壁温と摩擦力との関係を示す図である。
【００１２】
図１および図２に示すように、水冷４気筒エンジンのアルミニウム合金製のシリンダブロック１１は、４個のシリンダボア１２…を区画するサイアミーズ型のシリンダライナー１３を鋳ぐるむ外壁体１４と、外壁体１４の下部に一体に接続されたクランクケース１５とから構成されており、外壁体１４の内部にはシリンダライナー１３の外周を取り囲んで上端がシリンダブロック１１のデッキ面１１ａに開口するウオータジャケット１６が形成される。
【００１３】
図３〜図５を併せて参照すると明らかなように、ウオータジャケット１６の内壁面、つまりシリンダボア１２…側の壁面には、シリンダ軸線Ｌと平行に延びる多数のリブ１７…が半径方向外側に向けて突出する。各々のリブ１７はピストン上死点側に位置する上側リブ１７ａと、中間部からピストン下死点側に位置する下側リブ１７ｂとを直線状に接続してなる。上側リブ１７ａの高さＨｔはシリンダ軸線Ｌ方向に略一定であり、下側リブ１７ｂの高さＨｂは、その上端において前記上側リブ１７ａの高さＨｔよりも高く、そこから下端に向けて更に高くなっている。
【００１４】
従って、リブ１７が存在しない部分におけるウオータジャケット１６の半径方向の幅は、その上死点側の幅Ｗｔ１と下死点側の幅Ｗｂ１とが同一になっている。それに対して、リブ１７が存在する部分におけるウオータジャケット１６の半径方向の幅は、上側リブ１７ａに対応する上死点側の幅Ｗｔ２と下側リブ１７ｂに対応する下死点側の幅Ｗｂ２とが異なっている。具体的には、上死点側の幅Ｗｔ２はシリンダ軸線Ｌ方向に一定であり、下死点側の幅Ｗｂ２は上死点側の幅Ｗｔ２よりも小さく、かつ上端から下端に向けて次第に減少している。
【００１５】
また図２に示すように、ウオータジャケット１６およびシリンダボア１２に挟まれたシリンダブロック１１およびシリンダライナー１３（即ちシリンダ壁１３ａ）の、リブ１７が形成されていない部分の肉厚Ｔｉ，Ｔｏは、シリンダブロック１１の吸気側と排気側とで異なっている。即ち、吸気側の前記肉厚Ｔｉは、排気側の前記肉厚Ｔｏよりも厚くなっている。尚、図示例では、シリンダライナー１３の肉厚は円周方向に一定であるため、リブ１７…が形成されていない部分で、ウオータジャケット１６およびシリンダライナー１３間のシリンダブロック１１の肉厚が、吸気側と排気側とで前記Ｔｉ，Ｔｏの差に相当する差を有している。
【００１６】
ところで、図６には、シリンダ壁温Ｔｔ，Ｔｂ（シリンダ壁１３ａの温度）と、ピストンおよびシリンダ壁１３ａ間の摩擦力との関係が示される。シリンダライナー１３の上部ではピストンスピードは遅いが、燃焼圧力によるピストンスラスト荷重増大のために油膜の形成が困難となり、上部シリンダ壁温Ｔｔが比較的に低温のところで摩擦力は最小になる。
【００１７】
一方、シリンダライナー１３の中間部ではピストンスピードが速いため、潤滑油の引きずり抵抗が増加して摩擦力が大きくなる。またシリンダライナー１３の下部ではピストンスラスト荷重が小さいために、下部シリンダ壁温Ｔｂが上死点側よりも高い壁温まで油膜形成が容易となり、そのために一層潤滑油粘度を低下させたところで摩擦力は最小となる。以上のことから、シリンダライナー１３の中間部および下部では、下部シリンダ壁温Ｔｂを高くすることで摩擦力を低減することが可能である。但し、下部シリンダ壁温Ｔｂが高くなり過ぎると、油膜が切れて摺動部が損傷したりシリンダライナー１３が熱変形するため、運転可能な限界壁温が存在する。
【００１８】
次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【００１９】
エンジンの運転に伴って冷却水ポンプから供給された冷却水は、シリンダブロック１１のウオータジャケット１６内を流れてシリンダライナー１３を冷却する。このとき、高さＨｔが低い上側リブ１７ａが形成されたウオータジャケット１６の上部は、ウオータジャケット１６の半径方向の幅Ｗｔ２が大きいため、冷却水が円周方向に流れ易くなって冷却効果が高まり、上部シリンダ壁温Ｔｔを低めに設定することができる。これによりエンジンの過熱を防止して耐久性を高めながらシリンダ壁１３ａの上部（ピストン上死点近傍）の油膜の温度を適切に保持し、摩擦力を減少させて摩擦損失を低減することができる。
【００２０】
また高さＨｂが高い下側リブ１７ｂが形成されたウオータジャケット１６の下部は、下側リブ１７ｂに臨む部分でウオータジャケット１６の半径方向の幅Ｗｂ２が小さくなるため、冷却水が円周方向に流れ難くなって冷却効果が低下し、かつその冷却効果は下側リブ１７ｂの高さＨｂが高くなるウオータジャケット１６の下方側ほど低下する。また高さＨｂが高い下側リブ１７ｂによってウオータジャケット１６の下部の冷却水量が減少し、かつ隣接する下側リブ１７ｂ，１７ｂに挟まれた空間に冷却水が滞留して流れ難くなるため、ウオータジャケット１６の下方側は更に冷却効果が低下する。
【００２１】
これにより、シリンダ壁１３ａの下部（中間部およびピストン下死点近傍）の温度を従来よりも高温にして油膜の粘度を低下させることができ、ピストンおよびシリンダ壁１３ａの摺動部の摩擦力を減少させて摩擦損失を低減し、出力の向上と燃料消費量の節減とを図ることができ、併せてシリンダ壁１３ａへの付着油膜を減少させて潤滑油消費量を節減することができる。
【００２２】
またシリンダライナー１３の外周面に冷却水を流す循環室や対流室を機械加工してウオータジャケット１６の断面形状をシリンダ軸線Ｌ方向に変化させようとすると、シリンダライナー１３の加工コストが大幅に増加してしまう。しかしながら、本実施例ではシリンダブロック１１にリブ１７…を形成してウオータジャケット１６の断面形状をシリンダ軸線Ｌ方向に変化させているので、ウオータジャケット１６を形成する中子の形状を変化させるだけで目的を達成することができ、加工コストを削減することができる。
【００２３】
更に、下側リブ１７ｂの高さＨｂをピストン上死点側からピストン下死点側に向けて増加させたので、ウオータジャケット１６の冷却効果を下死点側ほど低くしてシリンダ壁１３ａに適切な温度分布を与え、摩擦抵抗の低減効果を一層高めることができる。
【００２４】
しかもシリンダボア１２およびウオータジャケット１６間に介在するシリンダブロック１１およびシリンダライナー１３（即ちシリンダ壁１３ａ）の、前記リブ１７が形成されていない部分の肉厚Ｔｉ，Ｔｏを、燃焼熱の影響を受け難い吸気側で大きくして冷却効果を減少させ、燃焼熱の影響を受け易い排気側で小さくして冷却効果を増加させたので、シリンダ壁１３ａの吸気側および排気側の温度を均一化してピストンの摩擦抵抗を一層低減することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２６】
例えば、実施例のエンジンはサイアミーズ型のシリンダライナー１３を備えているが、本発明は各シリンダ毎に独立したシリンダライナーを備えたエンジンや、シリンダライナーを持たないエンジンに対しても適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、ウオータジャケットの下部に設けた下側リブの高さを上部に設けた上側リブの高さよりも高くしたので、ウオータジャケットの下部を流れる冷却水量を上部を流れる冷却水量よりも少なくし、シリンダ壁の下部の冷却効果を上部の冷却効果よりも低くして下部シリンダ壁温を高めることができる。これにより、シリンダ壁のピストン下死点側の油膜温度を適正範囲内にてできるだけ高くして粘度を低下させ、摩擦力を減少させてエンジン出力の向上、燃料消費量の低減、潤滑油消費量の節減を図ることができる。またシリンダブロックに前記リブを形成したので、シリンダライナーの外周面に冷却水を流す循環室や対流室を機械加工する必要がなくなって加工コストを削減することができる。しかも下側リブの高さがピストン上死点側からピストン下死点側に向けて増加するので、シリンダ壁の下部の冷却効果を下死点側ほど低くしてシリンダ壁に適切な温度分布を与え、ピストンの摩擦抵抗の低減効果を更に高めることができる。
【００２８】
また請求項２に記載された発明によれば、上記リブが形成されていない部分で、シリンダボアおよびウオータジャケットに挟まれたシリンダ壁の肉厚を、燃焼熱の影響を受け難い吸気側で大きくして冷却水による冷却効果を低下させるとともに、燃焼熱の影響を受け易い排気側で小さくして冷却水による冷却効果を増加させるので、シリンダ壁の吸気側および排気側の温度を均一化してピストンの摩擦抵抗を一層低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  エンジンのシリンダブロックの平面図
【図２】  図１の２−２線断面図
【図３】  シリンダブロックのウオータジャケットの外側の壁部を破断した斜視図
【図４】  図３の４−４線断面図
【図５】  図３の５−５線断面図
【図６】  シリンダ壁温と摩擦力との関係を示す図
【符号の説明】
１１        シリンダブロック
１２        シリンダボア
１６        ウオータジャケット
１７        リブ
１７ａ      上側リブ
１７ｂ      下側リブ
Ｌ          シリンダ軸線
Ｈｔ        上側リブの高さ
Ｈｂ        下側リブの高さ
Ｔｉ        シリンダボアおよびウオータジャケット間の肉厚
Ｔｏ        シリンダボアおよびウオータジャケット間の肉厚
【図１】
0004073593.tif 000002
【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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