(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-09
(45)【発行日】2024-12-17
(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 20060101AFI20241210BHJP
F02F 1/10 20060101ALI20241210BHJP
F01P 3/02 20060101ALI20241210BHJP
【FI】
F02F1/00 L
F02F1/10 D
F02F1/10 B
F01P3/02 T
(21)【出願番号】P 2021047818
(22)【出願日】2021-03-22
【審査請求日】2024-02-01
(73)【特許権者】
【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
【氏名又は名称】西 博幸
(74)【代理人】
【識別番号】100134751
【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
【審査官】藤村 泰智
(56)【参考文献】
【文献】実開平04-075145(JP,U)
【文献】中国実用新案第204552963(CN,U)
【文献】中国実用新案第211370566(CN,U)
【文献】米国特許第05080049(US,A)
【文献】特開2000-161130(JP,A)
【文献】特表2013-528743(JP,A)
【文献】特開2021-055583(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02F 1/00
F02F 1/10
F01P 3/02
(57)【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
の側と他端の側とに、気筒列の中心線の箇所に位置して下向きに開口した
第1切欠き
と、前記第1切欠きから周方向に離れた箇所で下向きに開口した第2切欠きとがそれぞれ形成されている、
モノブロック式エンジン。
【請求項2】
前記ヘッド側冷却水ジャケットのうち気筒列の一端の側と他端の側とに、前記第1切欠きと対称状の姿勢で上向きに開口した第3切欠きがそれぞれ形成されている、
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】
【文献】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の側と他端の側とに、気筒列の中心線の箇所に位置して下向きに開口した第1切欠きと、前記第1切欠きから周方向に離れた箇所で下向きに開口した第2切欠きとがそれぞれ形成されている」
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、
「前記ヘッド側冷却水ジャケットのうち気筒列の一端の側と他端の側とに、前記第1切欠きと対称状の姿勢で上向きに開口した第3切欠きがそれぞれ形成されている」
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、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、冷却水入口を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】
ブロック側冷却水ジャケットのうち気筒列の両端の側に切欠きを形成していると、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。
また、第2切欠きも形成しているため、冷却水がブロック側冷却水ジャケット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。
【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、
シリンダボア軸線方向視において気筒列を二分する縦長中心線の箇所に位置した前端(一端)は前部
第1切欠き25によって周方向に分断され、後端(他端)は後部
第1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
第3切欠き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
第2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
第2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
第1切欠き25及び前部
第2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
第1切欠き26及び後部
第2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第1切欠き25及び後部第1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第2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、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 前部第1切欠き
25a,25b 第3切欠き
26 後部第1切欠き
27,28 第2切欠き