特開 2022-146711 モノブロック式エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022146711

(43)【公開日】2022-10-05

(54)【発明の名称】モノブロック式エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/00 20060101AFI20220928BHJP

   F02F 1/10 20060101ALI20220928BHJP

   F01P 3/02 20060101ALI20220928BHJP

【ＦＩ】

F02F1/00 L

F02F1/10 D

F02F1/10 B

F01P3/02 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021047818

(22)【出願日】2021-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099966

【弁理士】

【氏名又は名称】西 博幸

(74)【代理人】

【識別番号】100134751

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆一

(72)【発明者】

【氏名】藤村 一郎

(72)【発明者】

【氏名】黒岩 惇

【テーマコード（参考）】

3G024

【Ｆターム（参考）】

3G024AA01

3G024AA21

3G024CA05

3G024CA12

3G024DA18

3G024EA01

3G024FA14

(57)【要約】

【課題】シリンダヘッドとシリンダブロックとを一体化に鋳造したモノブロック式エンジンにおいて、ブロック側冷却水ジャケットとヘッド側冷却水ジャケットとに冷却水が適量ずつ流れる技術を開示する。
【解決手段】ブロック側冷却水ジャケット５とヘッド側冷却水ジャケット１９とは、直接に連通している。ブロック側冷却水ジャケット５の上端部又はヘッド側冷却水ジャケット１９の下端部でかつ気筒列の前端又は後端に寄った部位に、２つの気筒６に対応して前後に長い冷却水入口２３が形成されている。ブロック側冷却水ジャケット５の前端と後端とには下方に開口した切欠き２５，２７が形成されている。冷却水は、ヘッド側冷却水ジャケット１９を横断するように横流れしつつ気筒列の後端に向けて縦流れするが、ブロック側冷却水ジャケット５の上部にも分流して気筒６の上部を確実に冷却できる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダヘッドと一体化されたシリンダブロックに、下向きに開口したシリンダボアの群と、前記シリンダボアの群を囲うブロック側冷却水ジャケットとが形成されている一方、
前記シリンダヘッドには、前記ブロック側冷却水ジャケットと直接に連通したヘッド側冷却水ジャケットが形成されている構成であって、
前記ブロック側冷却水ジャケットのうち気筒列の一端に寄った部位でかつ上端部か、又は、前記ヘッド側冷却水ジャケットのうち気筒列の一端に寄った部位でかつ下端部に、気筒列の一端からみて１番目の気筒と２番目の気筒とに跨がる状態で気筒列方向に長い冷却水入口を設けており、かつ、前記ブロック側冷却水ジャケットのうち気筒列の一端に位置した部位は下向きに開口した切欠きによって分断されている、
モノブロック式エンジン。

【請求項2】

更に、前記ブロック側冷却水ジャケットのうち気筒列の他端に位置した部位も下向きに開口した切欠きによって分断されている、
請求項１に記載したモノブロック式エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、シリンダヘッドとシリンダブロックとを本体ブロックに一体化したモノブロック式エンジンに関するもので、特に、冷却水の流れの態様に特徴を有している。

【0002】

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンのようなレシプロ式エンジンでは、気筒の周囲に冷却水ジャケットを形成して気筒及びピストンを冷却すると共に、シリンダヘッドの内部にも冷却水ジャケットを形成している。

【0003】

エンジンの冷却方式には幾パターンかあるが、シリンダブロックとシリンダヘッドとが別部材として製造されている一般的なエンジンの場合は、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在させているガスケットに連通穴を空けて、この連通穴及びシリンダヘッドに形成した連通穴（水足）とを介して、シリンダブロックの冷却水ジャケットからシリンダヘッドの冷却水ジャケットに通水しているケースが多く見受けられる。

【0004】

他方、モノブロック式エンジンの冷却様式として、特許文献１には、シリンダブロックにブロック側冷却水ジャケットを設ける一方、シリンダヘッド２にはヘッド側冷却水ジャケットを設けた場合において、シリンダヘッドに、ブロック側冷却水ジャケットからヘッド側冷却水ジャケットに冷却水を噴出させる連通穴を周方向に並べて複数個形成することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭６３－１７１６４４号のマイクロフィルム

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１は、分離ブロック方式の通水構造をモノブロックにそのまま適用したものと云えるが、冷却水はブロック側冷却水ジャケットを周回しながらヘッド側冷却水ジャケットに流れるため、流れ抵抗が増大する問題や、気筒が過剰冷却されてしまう問題がある。また、本体ブロックを鋳造するに際して連通穴は砂の中子で構成されるが、連通穴の箇所で中子は細いブリッジ状になって折損や損傷のおそれが高くなるため、製造に手間がかかったり歩留りが悪化したりすることも懸念される。

【0007】

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、モノブロック式エンジンに関し、製造上の問題を招来することなく、シリンダブロックとシリンダヘッドとを的確に冷却できる技術を開示せんとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願発明のモノブロック式エンジンは、
「シリンダヘッドと一体化されたシリンダブロックに、下向きに開口したシリンダボアの群と、前記シリンダボアの群を囲うブロック側冷却水ジャケットとが形成されている一方、
前記シリンダヘッドには、前記ブロック側冷却水ジャケットと直接に連通したヘッド側冷却水ジャケットが形成されている」
という基本構成である。

【0009】

そして、上記基本構成において、
「前記ブロック側冷却水ジャケットのうち気筒列の一端に寄った部位でかつ上端部か、又は、前記ヘッド側冷却水ジャケットのうち気筒列の一端に寄った部位でかつ下端部に、気筒列の一端からみて１番目の気筒と２番目の気筒とに跨がる状態で気筒列方向に長い冷却水入口を設けており、かつ、前記ブロック側冷却水ジャケットのうち気筒列の一端に位置した部位は下向きに開口した切欠きによって分断されている」
という特徴を備えている。

【0010】

本願発明は、様々に展開できる。その例として請求項２では、
「更に、前記ブロック側冷却水ジャケットのうち気筒列の他端に位置した部位も下向きに開口した切欠きによって分断されている」
という構成になっている。

【0011】

本願発明では、冷却水入口がブロック側冷却水ジャケットの上端部とヘッド側冷却水ジャケットの下端部との両方に跨がっている状態も含んでいる。また、切欠きは、下方のみに開口している態様と、上下両方に開口している態様との両方を含んでいる。また、本願発明において、冷却水入口は吸気側と排気側とのいずれにも配置できるが、吸気側に配置するのが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本願発明では、冷却水入口がブロック側冷却水ジャケットの上端部かヘッド側冷却水ジャケットの下端部に設けているため、気筒が過剰冷却されることを防止できる。また、冷却水入口は気筒列方向に長いため、冷却水入口がブロック側冷却水ジャケットの上端部か又はヘッド側冷却水ジャケットの下端部に設けられていても、ブロック側冷却水ジャケットの上部への冷却水の送りを確実化して、気筒の上部の冷却を確実化できる。従って、ノッキング防止機能に優れている。

【0013】

また、冷却水入口は気筒列の一端側に寄った部位に設けているため、冷却水は、ブロック側冷却水ジャケット及びヘッド側冷却水ジャケットを気筒列の一端側から他端側に流れる縦流れの傾向を呈することになり、従って、冷却水の流れをスムーズ化できる。

【0014】

冷却水入口を気筒列の一端に配置することは理論的には可能であるが、他の部材との関係や水路形成上の制約により、冷却水入口は吸気側か排気側の側部に設けねばならないことが多く、本願発明でもこのような関係で冷却水入口を気筒列の一端に寄った部位に設けているが、このように冷却水を気筒列の一端の側に寄せて配置すると、冷却水がブロック側冷却水ジャケットの一端部の方向に多く流れ過ぎることを防止して、ブロック側冷却水ジャケットとヘッド側冷却水ジャケットとに冷却水をまんべんなく流すことができる。

【0015】

そして、ブロック側冷却水ジャケットとヘッド側冷却水ジャケットとは、連通穴で連通しているのではなく直接に連通しているため、鋳造に際してブリッジ状の部分を形成する必要はなく、また、冷却水入口も気筒列方向に長いため中子の製造は容易であり、かつ、切欠きは下方に開口しているため、切欠きを形成する中子の製造も容易である。従って、本願発明は、上記のとおり冷却水の流れを適切化できるものありながら、モノブロック式の本体ブロックを特段の困難もなく容易かつ高い精度で製造（鋳造）できる。

【0016】

請求項２のようにブロック側冷却水ジャケットのうち気筒列の他端にも切欠きを形成すると、ブロック側冷却水ジャケットを周回する流れが途切れるため、冷却水がブロック側冷却水ジャケットに過剰に流れることを防止して、気筒の過剰冷却を防止できる。切欠きの数や深さを調節することにより、冷却水の流れが最適化するように設定することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態において主として冷却水ジャケットの形状を示す底面図である。

【図2】下段ヘッド側冷却水ジャケットとブロック側冷却水ジャケットとを上側方から見た斜視図である。

【図3】主としてブロック側冷却水ジャケットを下方から見た斜視図である。

【図4】図１の IV-IV視方向から見た縦断正面図である。

【図5】図４の模式的な V-V視断面図である。

【図6】下段ヘッド側冷却水ジャケットとブロック側冷却水ジャケットとを排気側から見た側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は車両用（自動車用）の３多気筒エンジンに適用している。以下では、方向を特定するため前後と左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、左右方向はクランク軸線及びシリンボア軸線と直交した方向である。前と後ろについては、タイミングチェーンが配置されている側を前、変速機が配置される側を後ろとしている。

【0019】

(1).構造の説明
まず、図４を参照してエンジンの基本構造を説明する。エンジンは、基本的要素として、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とが一体化したモノブロック式の本体ブロック３を備えており、シリンダブロック１の下面にはクランクケース（図示せず）がボルトの群によって固定されている。

【0020】

シリンダブロック１には、下向きに開口したシリンダボア４の群と、シリンダボア４の群を囲うブロック側冷却水ジャケット５とが形成されており、シリンダボア４とブロック側冷却水ジャケット５との間が気筒６になっている。当然ながら、気筒６の上端部はシリンダヘッド２と一体に繋がっている。

【0021】

ブロック側冷却水ジャケット５は、大まかにはシリンダボア４の群を囲うループ形状になっており、隣り合ったシリンダボア４の間はボア間部７になっており、ブロック側冷却水ジャケット５は、ボア間部７に向けて入り込んでいる（図５も参照）。

【0022】

シリンダヘッド２には、シリンダボア４に向けて開口した凹所（燃焼室）８が形成されており、凹所８に、前後一対ずつの吸気ポート９と排気ポート１０とが左右両側から開口している。吸気ポート９の終端は吸気バルブ１１で開閉され、吸気ポート９の始端は排気バルブ１２で開閉される。バルブ１１，１２は、ばね１３によって閉じ方向に付勢されている。

【0023】

前後一対の吸気ポート９は、それぞれ分離した状態でシリンダヘッド２の吸気側面（図示せず）に開口しており、シリンダヘッド２の吸気側面に吸気マニホールドが固定されている。他方、排気ポート９の各対は図６に示す集合通路１４に連通しており、集合通路１４は１つの排気出口１５からシリンダヘッド２の排気側面に開口している。排気出口１５には、触媒ケース又は排気ターボ過給機が接続される。凹所８には、点火プラグ１６の電極が露出している。敢えて述べるまでもないが、シリンダボア４には、ピストン１７が摺動自在に嵌まっている。

【0024】

(2).冷却構造
図４に示すように、シリンダヘッド２には、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９が形成されている。図６に示すように、シリンダヘッド２には、排気ポート９の群の上に位置した上段ヘッド側冷却水ジャケット２０も形成されている（なお、図６のハッチングは排気通路と吸気ポート８とを形態を明確にするため施したものであり、断面の表示ではない。）。下段ヘッド側冷却水ジャケット１９は、吸気側部分１９ａとセンター部分（ボア上部分）１９ｂと排気側部分１９ｃとが一連に繋がっている。但し、センター部分１９ｂと吸気側部分１９ａ及び排気側部分１９ｃとの境界は必ずしも明確でない。

【0025】

図２において下段ヘッド側冷却水ジャケット１９を表示している。そして、図２において、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９のうち排気側の箇所から複数の円柱部２１が突出しているが、この円柱部２１は上段ヘッド側冷却水ジャケット２０に連通している。すなわち、冷却水は、排気側において円柱部２１の群を通って下段ヘッド側冷却水ジャケット１９から上段ヘッド側冷却水ジャケット２０に流れ、上段ヘッド側冷却水ジャケット２０を前から後ろに縦流れして、図６に示す冷却水出口２２から排出される。
従って、本実施形態では、上段ヘッド側冷却水ジャケット２０は排気側のみに配置されているが、吸気側にも広がるように形成することは可能である。冷却水出口２２は主として上段ヘッド側冷却水ジャケット２０に連通しているが、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９にも部分的にかかっている。なお、図２のハッチングは吸気ポート８の形状を明確化するためのものであり、断面の表示ではない。

【0026】

図４に示すように、ブロック側冷却水ジャケット５のうち吸気側部分は、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９の吸気側部分１９ａと一体に繋がっている。他方、ブロック側冷却水ジャケット５の排気側部分は、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９の排気側部分１９ｃ及びセンター部分１９ｂと一体に繋がっている。図４では、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９の吸気側部分１９ａとセンター部分１９ｂとが分離しているが、両者は、例えばボア間部７の箇所で直接に繋がっている。

【0027】

例えば図２に示すように、ヘッド側冷却水ジャケット１９の吸気側部分１９ａのうち前寄り部位に冷却水入口２３が接続されている。冷却水入口２３は、前から１番目と２番目の気筒６に跨がるように前後長手に形成されている。冷却水入口２３には、送水通路２４を介してウォータポンプ（図示せず）から冷却水が圧送される。なお、通路２４は段落ちしたクランク形状になっており、冷却水入口２３に対して冷却水が前から送られているが、これはウォータポンプとの位置関係に起因したものであり、冷却水入口２３に冷却水が真横から送られる形態も採用できる。

【0028】

また、図１，３に示すように、冷却水入口２３には外向きの凸部２３ａが付属しているが、これは、鋳造を容易にすることに起因して形成されたものであり、冷却水の流れには関係していない。製品の段階では、凸部２３ａはプラグで塞がれている。

【0029】

本実施形態において、ヘッド側冷却水ジャケット１９の吸気側部分１９ａとブロック側冷却水ジャケット５の上端とが直接に連通しているが、冷却水入口２３の下端はブロック側冷却水ジャケット５の上端にかかっていると見ることも可能である。従って、本実施形態では、冷却水入口２３がブロック側冷却水ジャケット５の上端に接続されていると把握することも可能である。或いは、冷却水入口２３が、ヘッド側冷却水ジャケット１９の下端とブロック側冷却水ジャケット５の上端との両方に跨がって接続されているということも可能である。

【0030】

ブロック側冷却水ジャケット５及び下段ヘッド側冷却水ジャケット１７の形態は、図１～３や図５，６に明示している。ブロック側冷却水ジャケット５は、既述のとおり基本的には気筒列を囲うループ状の形態であるが、図１，３に明示するように、前端（一端）は前部切欠き２５によって周方向に分断され、後端（他端）は後部切欠き２６によって分断されている。

【0031】

この場合、図２，３から理解できるように、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９のセンター部１９ｂにも、ブロック側冷却水ジャケット５の切欠き２５，２６と対称状の上向きの切欠き部２５ａ，２６ａが形成されている。従って、切欠き２５，２６の箇所で下段ヘッド側冷却水ジャケット１９のセンター部分１９ｂは薄くなっている（肉厚は厚くなっている。）。

【0032】

なお、図１において、右下がりハッチングはブロック側冷却水ジャケット５及び冷却水入口２３を示し、右上がりハッチングは下段ヘッド側冷却水ジャケット１９を示している。また、図３のハッチングは吸気ポート９の形状を明確化に示すためのものであり、断面の表示ではない。

【0033】

図１，３に示すように、前から１番目の気筒６を囲うブロック側冷却水ジャケット５のうち、前端から排気側に少し移動した部位に前部補助切欠き２７を形成している一方、３番目の気筒６を囲うブロック側冷却水ジャケット５のうち、後端から吸気側に少し移動した部位に後部補助切欠き２８を形成している。図３から理解できるように、前部切欠き２５及び前部補助切欠き２７は、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９のセンター部分１９ｂで覆われている。後部切欠き２６及び後部補助切欠き２８も同様である。なお、各切り欠き２５～２８は肉部になるので、これらはブロック側冷却水ジャケット５を分断するボス部と呼ぶことも可能である。

【0034】

これら切欠き２５～２８は、ブロック側冷却水ジャケット５の上下全高に亙っているが、上端部を残して切欠くことも可能である。すなわち、ブロック側冷却水ジャケット５は、その上端部のみがループ状に繋がった状態に形成することも可能である。なお、図１の符号２９はイグニッションホール配置肉部を示し、符号３０はバルブ配置肉部を示している。図１，２に示す符号３１は、オイル落とし穴用肉部である。

【0035】

(3).まとめ
以上の構成において、冷却水は冷却水入口２３から下段ヘッド側冷却水ジャケット１９及びブロック側冷却水ジャケット５に流入するが、冷却水入口２０は下段ヘッド側冷却水ジャケット１９の下端部（或いはブロック側冷却水ジャケット５の上端部）に接続されているため、気筒６が過剰冷却されることを防止して、本体ブロック３及び冷却水の早期昇温に貢献できる（オイルの早期昇温によるピストンの摺動抵抗低減にも貢献できる。）。

【0036】

他方、冷却水はブロック側冷却水ジャケット５の上端部にはしっかりと流入するため、気筒６の上部を冷却して過剰昇温を防止できる。これにより、吸気の昇温に起因したノッキングを防止又は大幅に抑制できる。

【0037】

また、冷却水入口２３はシリンダヘッド２の前端に寄った状態に配置されているため、冷却水は、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９を吸気側から排気側に横流れしつつ、前から後ろに縦流れして冷却水出口２２にスムーズに導かれる。この場合、冷却水入口２３は吸気側において１番目と２番目の気筒６に跨がるような状態で前後方向に長い形態になっているため、冷却水は下段ヘッド側冷却水ジャケット１９に対して広い範囲に拡散するように送られている。従って、冷却水が下段ヘッド側冷却水ジャケット１９を横断するように横流れすることを確実化できる。

【0038】

また、冷却水入口２３は、１番目の気筒６と２番目の気筒６との間のボア間部７に向けて吐出するため、ボア間部７の箇所がバッファ部として機能して、冷却水を後ろ向きのみでなく前方にも流すことを確実化できる。従って、１番目の気筒６の前端部も的確に冷却される。また、冷却水入口２３が前後方向に長いと、鋳造用の中子の堅牢性がアップするため、製造面でも有利である。

【0039】

ブロック側冷却水ジャケット５が単純なループ構造であると、全高に亙って冷却水の流れが発生する可能性があるが、本実施形態のように前部切欠き２５及び後部切欠き２６を形成すると、冷却水の流れがこれら切欠き２５，２６の肉部によって阻止されるため、ブロック側冷却水ジャケット５の上端部のみに冷却水の流れを形成して、ブロック側冷却水ジャケット５のうち上端部を除いた部分では冷却水の流れを無くすことができる。このため、冷却水による保温効果を高めて気筒６の過剰冷却を防止できる。

【0040】

また、１番目と３番目の気筒６は、切欠き２５～２８によってブロック側冷却水ジャケット５の外側部分と内側部分とが一体化するため、強度を向上できる。また、各気筒６はその前後両端にボア間部７が形成されているのと同じ状態になるため、歪みの抑制にも貢献できる。

【0041】

実施形態のように、ブロック側冷却水ジャケット５の前後両端寄り部位に補助切欠き２７，２８を形成すると、冷却水がブロック側冷却水ジャケット５に入り込み過ぎることを防止して整流機能を向上できる。

【0042】

さて、気筒６とシリンダヘッド２とが一体化していると、シリンダヘッド２と気筒６との間で温度差があると熱が移動する。この場合、シリンダヘッド２は排気側において高温になるため、気筒６においても、排気側と吸気側とで温度差が発生しやすくなる。

【0043】

この点について、本実施形態では、吸気側では下段ヘッド側冷却水ジャケット１９の吸気側部分１９ａとボア上部分１９ｂとの連通面積を少なくすることによって気筒６の冷却を抑制する一方、排気側では、下段ヘッド側冷却水ジャケット１９のセンター部１９ｂ及び排気側部分１９ｃをブロック側冷却水ジャケット５に連通させて、気筒６の上部と排気ポート９の近傍部との冷却性能を高めている。従って、気筒６の上部における吸気側と排気側との温度差をできるだけ無くして、熱による歪みの発生を抑制できる。

【0044】

本実施形態では、４つの切欠き２５～２８を形成しているが、切欠きは少なくとも前端部に１か所あったら足りる。また、切欠き２５～２８の数や深さを調節することにより、冷却水の流れが最適になるように設定することができる。

【0045】

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本願発明は、モノブロック式エンジンに具体化できる。従って、産業上利用できる。

【符号の説明】

【0047】

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
３ 本体ブロック
５ ブロック側冷却水ジャケット
６ 気筒
１９ 下段ヘッド側冷却水ジャケット
１９ａ 吸気側部分
１９ｂ センター部分
２０ 上段ヘッド側冷却水ジャケット
２２ 冷却水出口
２３ 冷却水入口
２４ 通路
２５ 前部切欠き
２６ 後部切欠き
２７，２８ 補助切欠き

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】