特開 2024-5398 エンジンのボア間構造

(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】P2024005398

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】エンジンのボア間構造

(51)【国際特許分類】

   F01P 3/02 20060101AFI20240110BHJP

   F02F 1/14 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

F01P3/02 B

F02F1/14 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022105563

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】田中 多聞

(72)【発明者】

【氏名】猪飼 純也

(72)【発明者】

【氏名】井上 恭太

(72)【発明者】

【氏名】田中 貴巳

(72)【発明者】

【氏名】中馬 和幸

【テーマコード（参考）】

3G024

【Ｆターム（参考）】

3G024AA21

3G024CA01

3G024DA18

(57)【要約】

【課題】熱的条件が厳しいボア間の構造見直し及び新たな工夫により、エンジン長の肥大化なく出力アップが図れるなど、ボア間の寸法を維持しながら冷却性が向上させられるように、より合理化が図られたエンジンのボア間構造を提供する。
【解決手段】シリンダブロック１に形成される冷却水路１Ｗに、隣合うシリンダ１ａどうしの間のボア間水路１Ｂが備えられ、ボア間水路１Ｂに、隣合うシリンダ１ａどうしを繋いで一体化する連結壁ａが設けられ、連結壁ａは、ボア間水路１Ｂにおいて吸気側から排気側に流れる冷却水ｗを、排気側のシリンダヘッド側へ導く形状に設定されているエンジンのボア間構造。ボア間水路１Ｂは、その横断断面積が吸気側から排気側に行くほど小となる状態に形成されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダブロックに形成される冷却水路に、隣合うシリンダどうしの間のボア間水路が備えられ、
前記ボア間水路に、隣合うシリンダどうしを繋いで一体化する連結壁が設けられ、
前記連結壁は、前記ボア間水路において吸気側から排気側に流れる冷却水を、前記排気側のシリンダヘッド側へ導く形状に設定されるとともに、
前記ボア間水路は、前記ボア間水路の横断断面積が吸気側から排気側に行くほど小となる状態に形成されているエンジンのボア間構造。

【請求項2】

前記連結壁の横断断面積を吸気側から排気側に行くほど大となる設定とすることにより、前記ボア間水路の横断断面積が吸気側から排気側に行くほど小となるように構成されている請求項１に記載のエンジンのボア間構造。

【請求項3】

前記連結壁は、シリンダ配列方向視でシリンダヘッド側向きに凸となる屈曲形状に設定されている請求項１又は２に記載のエンジンのボア間構造。

【請求項4】

前記シリンダブロックに、前記ボア間水路のシリンダヘッド側端部における吸気側及び排気側と、シリンダヘッドに設けられるヘッド冷却水路とに連通される吸気側連通路と排気側連通路とが設けられ、
前記排気側連通路の流路面積が、前記吸気側連通路の流路面積よりも大に設定されている請求項１又は２に記載のエンジンのボア間構造。

【請求項5】

前記連結壁の横断断面積は、シリンダヘッド側半分の横断断面積が反シリンダヘッド側半分の横断断面積よりも小となるように設定されている請求項１又は２に記載のエンジンのボア間構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンのシリンダブロックの冷却水路において、隣合うシリンダどうしの間のボア間水路についての構造、即ち、エンジンのボア間構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

水冷エンジンにおいては、シリンダブロックには、詳しくはシリンダブロックにおけるピストンを内嵌するシリンダ部には、詳しくはシリンダの周囲には、冷却水を通すための冷却水路（ウォータジャケット）が設けられている。そして、直列４気筒エンジンなど、複数の気筒（シリンダ）を持つエンジンでは、特許文献１において開示されるように、隣合うシリンダどうしの間、即ちボア間にも水路を有するものが多い。

【0003】

シリンダ部のボア間は、その他の部位に比べて熱的条件が厳しく、熱容量を大きくしようとボア間距離を多めに取って冷却水路を十分に設けるとエンジン長（シリンダ部の気筒直列方向の長さ）が肥大化し、ボア間を小さくするために冷却水路を極小化してエンジン長のコンパクト化を図ると熱容量が不足する。従って、ボア間の設計には、元々それら両者のバランスを取るのが難しい点がある。

【0004】

例えば、エンジンの出力アップを図ろうとすると、ピストン上死点付近での発熱量及び燃焼圧の増大を招くので、シリンダの冷却性向上及び強度アップを図る必要が生じる。そこで、仮にエンジン長のコンパクト化を優先するためにボア間の肉厚を変更しない（エンジン長の肥大化を招かない）場合は、冷却性を高めるために連結壁（隣合うシリンダどうしをボア間にて繋ぐ連結壁であり、特許文献１の図２の４ｂを参照）を取り除く必要がある。

【0005】

しかしながら、連結壁を取り除く設定とすると、その箇所のライナー（シリンダライナー）の支えが無くなってしまい、ライナーの強度低下を招くおそれが生じる。このように、「ボア間肉厚を一定とすると、冷却性と強度はトレードオフの関係にある」、というのが実情である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１‐１６４９８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

以上述べてきた実情に鑑みることにより、本発明の目的は、熱的条件が厳しいボア間の構造見直し及び新たな工夫により、エンジン長の肥大化なく出力アップが図れるなど、ボア間の寸法を維持しながら冷却性が向上させられるように、より合理化が図られたエンジンのボア間構造を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、エンジンのボア間構造において、
シリンダブロックに形成される冷却水路に、隣合うシリンダどうしの間のボア間水路が備えられ、
前記ボア間水路に、隣合うシリンダどうしを繋いで一体化する連結壁が設けられ、
前記連結壁は、前記ボア間水路において吸気側から排気側に流れる冷却水を、前記排気側のシリンダヘッド側へ導く形状に設定されるとともに、
前記ボア間水路は、前記ボア間水路の横断断面積が吸気側から排気側に行くほど小となる状態に形成されていることを特徴とする。

【0009】

その他の本発明については、特許請求の範囲の請求項２～５を参照のこと。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、隣合うシリンダどうしを繋ぐ連結壁を設けてあるので、シリンダブロックのボア間部位の強度・剛性を改善させることができる。そして、ボア間水路で吸気側から排気側に流れる冷却水は、連結壁によってシリンダヘッド側（ピストンヘッド側）に誘導されるので、熱的負荷の最も厳しい排気側かつシリンダヘッド側部位の冷却性（放熱性）が大きく改善されるようになる。

【0011】

その結果、従来技術では、出力アップによりボア間上部の冷却性と強度改善とを同時に改善させることはできなかったが、本発明によれば、例えば、シリンダ直列方向の長さを変えず無理なく出力アップされたエンジンが実現できるなど、ボア間上部の冷却性と強度改善とを同時に改善させることが可能なボア間水路構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】エンジンにおける冷却水の概略の流れを示す側面図

【図2】冷却装置の構造を示す模式図

【図3】冷却水の流れを示し、（Ａ）は平面視によるシリンダ部、（Ｂ）は平面視によるシリンダヘッド

【図4】シリンダボア間の構造を示す図であって、（Ａ）は図３（Ａ）のＹ－Ｙ線断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ－Ｃ線断面図

【図5】シリンダヘッドの平面図

【図6】図５のＺ－Ｚ線断面図（ボア間対応部分を示す横断断面図）

【図7】ボア間水路の別実施形態を示す要部の断面図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本発明によるエンジンのボア間構造の実施の形態を、産業用ディーゼルエンジンの場合について図面を参照しながら説明する。なお、産業用ディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称する）Ｅにおいては、冷却ファン１０の有る側を前、フライホイール７の有る側を後、吸気ポート３０の有る側〔吸気マニホルド（図示省略）の有る側〕）を右、排気ポート２８〔排気マニホルド（図示省略）の有る側〕を左とする。

【0014】

図１に示されるように、エンジン〔立型の直列４気筒（多気筒）水冷エンジン〕Ｅでは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にヘッドカバー３が組付けられ、シリンダブロック１の下にオイルパン４が組付けられている。シリンダブロック１の上部は、ピストン６を内嵌するシリンダ部１Ａである。５はクランク軸、６はピストン、７はフライホイール、８は伝動ベルト、９はウォータポンプ、１０は冷却ファン、１１はラジエータである。シリンダブロック１の上部は、ピストン６を内嵌するシリンダ部１Ａに形成されている。

【0015】

図１～図３に示されるように、エンジンＥの冷却装置Ｒにおける冷却水ｗは、概略、次の記載順に流れて行く。即ち、ウォータポンプ９→水入口３１→シリンダ部１Ａ→シリンダヘッド２→水出口３２→サーモスタット１２→上手ホース１３→ラジエータ１１→下手ホース１４→ウォータポンプ９である。シリンダ部１Ａの水入口３１は幅方向でやや吸気側よりの中央部に、シリンダヘッド２の水出口３２は幅方向で排気側に寄った位置にそれぞれ設けられている。なお、図２の３４はリザーバタンクである。

【0016】

図２に示されるように、エンジンＥの始動直後など、水温が所定温度より低いときには、サーモスタット１２が閉弁していることにより、水出口３２からの冷却水ｗは、短絡ホース３３を通ってラジエータ１１を通すことなくウォータポンプ９に戻るようになる。また、冷却水ｗの一部は、シリンダヘッド２から専用ルートの供給路１５でオイルクーラ１６を冷やし、その後は排出路１７を通ってウォータポンプ９に戻る経路も備えている（図１を参照）。なお、図２において、白抜きの太い矢印は冷却水ｗの流れを、線による矢印はエア抜き時の空気ｋの流れをそれぞれ示している。

【0017】

図１、図３に示されるように、シリンダ部１Ａ前側の水入口３１からシリンダ部１Ａに入る冷却水ｗは、基本は後方に流れながらも各シリンダボア（シリンダ）１ａ毎に上方へも流れる。従って、シリンダヘッド２のウォータジャケットであるヘッド冷却水路２Ｗには、シリンダ部１Ａのウォータジャケットであるシリンダ冷却水路１Ｗから複数の浮上孔２ｆを通って上向きに冷却水ｗが流入され、ヘッド冷却水路２Ｗでは水出口３２に向かって後方から前方に（前方のウォータポンプ９に）流れるようになる。

【0018】

図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示されるように、シリンダ部１Ａの隣合うシリンダボア１ａ，１ａ間に形成されるボア間水路１Ｂにおいては、隣合うシリンダボア１ａ，１ａを繋いで一体化する連結壁ａが設けられている。連結壁ａは、下部壁３５、下連結壁１８、中連結壁１９、上連結壁２０、上部壁３６からなり、ボア間水路１Ｂを横切る状態に形成されている。ボア間水路１Ｂとその上のヘッド冷却水路２Ｗとは、シリンダ部１Ａの吸排気側の各連通孔２１，２２、及びシリンダヘッド２の縦孔水路２１Ａと斜孔水路２２Ａ（共に後述）により連通されている。

【0019】

図４（Ａ）に示されるように、下部壁３５は、ボア間水路１Ｂの下端から少し上方に突出する角ばった張出し壁に形成されている。下連結壁１８は、吸気側（右側）が排気側に行くに連れて上に寄る状態の上昇傾斜面１８ａを有する略台形断面の独立壁に形成されている。上昇傾斜面１８ａの左右幅は、下連結壁１８全体の左右幅の半分程度に設定されているが、この限りではない。

【0020】

中連結壁１９は、上昇傾斜面１８ａとほぼ同じ角度を有する吸気側傾斜壁１９ａと、排気側水平壁１９ｂとを有し、全体として上方に凸となる「ヘ」字状で扁平な屈曲形状の壁に形成されている。上連結壁２０は、吸気側傾斜壁１９ａより緩い傾斜角かつ短い左右長さの始端側下向壁部２０ａと、水平な本体壁部２０ｂとを有している。上部壁３６は、下向きに扁平な凸となる下方張出し壁であって、その左右両端部に連通孔２１，２２が形成されている。

【0021】

従って、ボア間水路１Ｂは、下部壁３５と下連結壁１８との上下間の水平な第１路４１、下連結壁１８と中連結壁１９との上下間の屈曲しつつ全体として排気側ほど高位置となる第２路４２、中連結壁１９と上連結壁２０との上下間の吸気側端のみが上向き斜めとなる第３路４３、及び上連結壁２０と上部壁３６との上下間の上下幅の小さい扁平な第４路４４とを有して形成されている。つまり、連結壁３５，１８～２０，３６は、全体としては、第１～第４路４１～４４でなるボア間水路１Ｂにおいて吸気側から排気側に流れる冷却水ｗを、排気側のシリンダヘッド２側へ導く形状に設定されている。

【0022】

主に下連結壁１８と中連結壁１９との横断断面積（上下方向及び気筒直列方向に拡がる面で切った断面の面積）を吸気側から排気側に行くほど大となる設定とすることにより、ボア間水路１Ｂの横断断面積が吸気側から排気側に行くほど小となるように構成されている。下連結壁１８と中連結壁１９とは、前後方向視（シリンダ配列方向視）でシリンダヘッド２側向きに凸となる屈曲形状に設定され、かつ、５か所の連結壁３５，１８～２０，３６の全体としての横断断面積は、上半分（シリンダヘッド２側半分）の横断断面積が下半分（反シリンダヘッド２側半分）の横断断面積よりも小となるように設定されている。また、排気側の連通孔２１の径を吸気側の連通孔２２の径よりも大とすることなどにより、排気側連通路（排気側連通路の一例）２１の流路面積が吸気側連通路（吸気側連通路の一例）２２の流路面積よりも大となるように設定されている。

【0023】

図１、図５に示されるように、シリンダヘッド２には冷却水ｗを通すヘッド冷却水路２Ｗが内部形成されており、シリンダヘッド２における隣合うシリンダボア１ａ，１ａ間のボア間水路１Ｂの真上に位置するボア間対応部２ｂが図３（Ｂ）及び図４に示されている。ボア間対応部２ｂにおいては、締付ボルト２３を通す挿通孔２ｃを有する左右で一対の挿通壁２４の間で、かつ、シリンダヘッド底壁２６と、ヘッド上壁２５とで囲まれた箇所がヘッド冷却水路２Ｗに形成されている。

【0024】

シリンダヘッド底壁２６の底面２６ａが、ガスケットＧを介してシリンダ部１Ａの上面１ｂに載せ付けられる面であり、ヘッド上壁２５は、ヘッドカバー３が載せ付けられるシリンダヘッドとしての上壁である。なお、図５，６における２８は排気ポートであり、その上下の箇所、及び右側の挿通壁２４の右側のそれぞれにもヘッド冷却水路２Ｗが形成されている。

【0025】

つまり、図３～図６に示されるように、シリンダブロック１の上に複数の締付ボルト２３によって組付けられるシリンダヘッド２に、シリンダブロック１における隣合うシリンダボア１ａ，１ａ間の両側に配置される締付ボルト２３，２３を通すための挿通壁２４，２４と、一対の挿通壁２４，２４の上端部どうしを繋ぐヘッド上壁２５と、シリンダヘッド底壁２６とが設けられ、一対の挿通壁２４，２４と、ヘッド上壁２５と、シリンダヘッド底壁２６とで囲まれたヘッド冷却水路２Ｗが形成され、ヘッド上壁２５とシリンダヘッド底壁２６とに跨り、かつ、一対の挿通壁２４，２４を結ぶ方向に延びてヘッド冷却水路２Ｗを遮る状態の縦壁２７が、一対の挿通壁２４，２４どうしの間に形成されている。

【0026】

図４（Ａ）、図５、図６に示されるように、縦壁２７は右側（吸気ポート側）の挿通壁２４の左端に連続して繋がって一体化されており、縦壁２７の右端（いずれか一方の反対の側の端）２７ａの左右方向の位置ｉが、一対の挿通壁２４，２４間の中央領域Ｃに存在する状態に形成されている。中央領域Ｃの範囲の例としては、左右の挿通壁２４どうしの中心間距離をＤとした場合に、その左右中心の±１０％（Ｃ：０．４Ｄ≦ｉ＜０．６Ｄ）が挙げられるが、それ以外（３０％～７０％の範囲など）でも良い。

【0027】

縦壁２７の左右幅を、右側の挿通壁２４の中心と左端２７ａとの間の長さｄとすると、縦壁２７の長さｄは、一対の挿通壁２４，２４どうしの間隔、即ち前記中心間距離Ｄの半分程度の長さ（０．４Ｄ≦ｄ≦０．６Ｄ）に設定されている。図６に示されるように、ボア間対応部２ｂにおけるシリンダヘッド底壁２６に、上方突出リブ状で左右に（一対の挿通壁２４，２４どうしを結ぶ方向に）延びる補強壁２９を形成すれば好都合である。

【0028】

補強壁２９の左端部は、斜め上方にせり上がりながら左側の挿通壁２４に繋がっており、その斜め補強壁部２９ａに縦孔水路（孔状の冷却水路）２１Ａが形成されている〔図４（Ａ），（Ｃ）及び図６を参照〕。縦孔水路２１Ａはシリンダ部１Ａの左側の連通孔２１にガスケットＧを挟んで連通されており、それら縦孔水路２１Ａ及び連通孔２１により、シリンダ冷却水路１Ｗとヘッド冷却水路２Ｗとが上下に連通されている。

【0029】

図４（Ａ），（Ｂ）及び図６に示されるように、縦壁２７の前（一方）の側のヘッド冷却水路２Ｗと縦壁２７の直下、即ち真下の底面２６ａとは、底面２６ａから前方上方に延びて形成された斜孔水路２２Ａにより連通されている。つまり、縦壁２７で仕切られた一方の側のヘッド冷却水路２Ｗと、縦壁２７の下端又は他方の側のシリンダヘッド底壁２６の 底面２６ａとに跨る斜孔水路２２Ａ（斜め孔状の冷却水路）が、縦壁２７の下部に設けられている。ガスケットＧを挟んで連通される斜孔水路２２Ａ及び右側の連通孔２２によっても、シリンダ冷却水路１Ｗとヘッド冷却水路２Ｗとが上下に連通されている。

【0030】

〔作用効果について〕
出力アップによる燃焼圧増大化によりシリンダ上部の応力が高まるため、シリンダボア１ａ（ライナー）の肉厚の薄いボア間の上部には、シリンダボア１ａを支える壁間隔（隣合うシリンダボア１ａ、１ａどうしの間隔）を狭め応力低減を図る必要がある。しかしながら、壁間隔を狭めると、冷却性を高めなければならないボア間上部の冷却性が悪化する問題がある。そこで、悪化するボア間上部の横断流（吸気側から排気側への冷却水ｗの流れ）を増大させるためには、次の１）～３）の構成が有効であるように思える。

【0031】

１）冷却余裕のあるボア間下部の横断流を軽減又は省略する
２）締付ボルト２３のボス（挿通壁２４）によりチョークされている箇所への水流を高める案内壁を設ける
３）ボア間上部の横断流を促進させるために、吸気側のシリンダヘッド２への浮上水路（吸気側連通孔２２）を小さく、排気側のシリンダヘッド２への浮上水路（排気側連通孔２１）を大きくする

【0032】

本発明において、構成１）は、連結壁３５，１８～２０，３６の全体としての横断断面積を、上半分の横断断面積が下半分の横断断面積よりも小に設定することで成されている。構成２）は、ボア間水路１Ｂにおいて、吸気側から排気側に流れる冷却水ｗを、主に下連結壁１８と中連結壁１９の形状及び寸法の工夫によって排気側のシリンダヘッド側へ導くことによりなされている。構成３）は、排気側連通路２１の流路面積を吸気側連通路２２のそれよりも大とすることで成されている。

【0033】

つまり、第１路～第４路４１～４４でなるボア間水路１Ｂに連結壁３５，１８～２０，３６を設けてシリンダ部１Ａのボア間の強度改善を図りながら、ボア間水路１Ｂにおける主に排気側かつシリンダヘッド側の水流も改善されるようになった。その結果、従来技術では、出力アップによりボア間上部の冷却性と強度改善が同時には改善できなかったが、本発明により、同時に改善させることが可能になり、例えば、エンジン長を維持したまま無理なく出力アップが図れたエンジンを提供できる利点がある。また、ボア間水路の横断断面積が吸気側から排気側に行くほど小となるから、冷却水の流速が吸気側から排気側に向かうに連れて速くなり、排気側の冷却性がより向上する効果も得られる。

【0034】

〔別実施形態〕
ボア間水路１Ｂに設けられる連結壁ａとしては、図７に簡単に示されるように、横断断面積（上下前後に拡がる面で切った断面の面積）が排気側に行くほど大となる三角形状の連結壁３７，３８や、斜め向きで太さ一定の下側壁３９と、吸気側が若干太くなる逆三角形状の上側壁４０とでなる組合せ壁ａでも良い。この場合、上側壁４０と上部壁３６との上下間は第５路４５（１Ｂ）に形成される。

【0035】

図７に示されるように、下側などの連結壁３７の上辺３７ａが、上向きに凹状となるように凹曲面とされた構成でも良い。また、連結壁ａの個数は１つ（単数）でも２以上（複数）でも良い。

【符号の説明】

【0036】

１ シリンダブロック
１Ｂ ボア間水路
１Ｗ 冷却水路
１ａ シリンダ（シリンダボア）
２ シリンダヘッド
２Ｗ ヘッド冷却水路
２１ 排気側連通路
２２ 吸気側連通路
ａ 連結壁
ｗ 冷却水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】