JP2019094848A - ウォータージャケットスペーサー - Google Patents

Abstract

【課題】ボア壁の延び方向及び周方向における温度分布の均一化を図ることができるウォータージャケットスペーサーを提供する。【解決手段】ウォータージャケットスペーサー１は、ボア壁５２の周方向に配設される保温部１１と、互いに隣接する保温部１１の間に設けられる冷却部１２とを備え、保温部１１は、ボア壁５２の外周面５２ａに接触可能な内側接触面１１ａと、内側接触面１１ａに背向するシリンダブロック５０に接触可能な外側接触面１１ｂと、内側接触面１１ａと外側接触面１１ｂとの間に形成され、ウォータージャケット５１の上下方向においてウォータージャケット５１の上方向に開口した空洞１１ｃとを有する。保温部１１は、ボア壁５２の底部から深さ方向の途中まで到る長さを有し、冷却部１２は、保温部１１の上下方向における長さよりも短く、保温部１１の下部に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロックに用いられるウォータージャケットスペーサーに関する。

自動車等の内燃機関において、燃焼室の近傍に位置するシリンダブロックのボア壁の上部分は、クランク室側に位置するボア壁の下部分よりも高い温度にさらされる。このため、ボア壁において延び（上下）方向での温度分布の不均一が生じ、ボア壁の上部分と下部分との熱膨張量の差により、ボア内径は不均一になる。この結果、ボア内を摺動するピストンとボア壁との間の摩擦が大きくなり、また、ピストンの振動が大きくなり、エンジンの燃費性能に悪影響を及ぼすことが知られている。

これに対し、従来から、自動車等の内燃機関では、シリンダブロックのボア壁の冷却状態を適切なものにするために、ウォータージャケット内にウォータージャケットスペーサーが取り付けられている。

このような従来のウォータージャケットスペーサーの中には、ウォータージャケット内に挿入され、ボア壁の下部分の近傍への冷却水の流れを遮断することにより、ボア壁の延び方向での温度分布の均一化を図るものがある（例えば特許文献１）。

特開２０１２−２０２２９０号公報

しかしながら、このように温度分布の均一化を図る従来のウォータージャケットスペーサーであっても、ボア壁全体を均一な温度分布にすることができる構成が求められており、従来のウォータージャケットスペーサーに対しては、ボア壁の周方向において、燃焼室からの熱の影響を多く受ける、他のボアと隣接する部分と、これとは別の部分との温度分布の均一化を図ることができる構成が求められていた。

このように、従来のウォータージャケットスペーサーに対しては、ボア壁の延び方向における温度分布の均一化を図るだけでなく、ボア壁の周方向における温度分布の均一化を図ることができる構成が求められていた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボア壁の延び方向における温度分布の均一化を図るとともに、ボア壁の周方向における温度分布の均一化を図ることができるウォータージャケットスペーサーを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るウォータージャケットスペーサーは、内燃機関のウォータージャケットに取り付けられるウォータージャケットスペーサーであって、前記内燃機関の各ボア壁において該ボア壁の周方向の少なくとも一部に配設される保温部と、互いに隣接する前記保温部の間に設けられる冷却部と、を備え、前記保温部の各々は、前記ボア壁の外周面に接触可能な少なくとも１つの内側接触面と、該内側接触面に背向する前記内燃機関のシリンダブロックに接触可能な外側接触面と、前記内側接触面と前記外側接触面との間に形成され、前記ウォータージャケットの深さ方向となる上下方向において前記ウォータージャケットの上側に向かう方向となる上方向に開口した少なくとも１つの空洞と、を有しており、前記保温部の各々は、前記ボア壁の底部から前記深さ方向の途中まで到る、前記上下方向における長さを有しており、前記冷却部は、前記保温部の上下方向における長さよりも短く形成されており、前記保温部に該保温部の上下方向の下部において接続されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係るウォータージャケットスペーサーにおいて、前記保温部の各々は、前記外側接触面を有する板状の外側保温部と、前記内側接触面を有し前記外側保温部に沿って延びる板状の内側保温部と、前記ボア壁の周方向となる周方向における前記内側保温部の一部と前記周方向における前記外側保温部の一部とを接続する保温接続部と、を有しており、前記空洞は、前記内側保温部と前記外側保温部と前記保温接続部とによって画定されている。

本発明の一態様に係るウォータージャケットスペーサーにおいて、前記保温部の各々は、前記周方向において隣接する複数の前記内側保温部を有しており、前記内側保温部の各々は、該内側保温部に隣接する他の前記内側保温部から前記周方向において離れていることを特徴とする。

本発明の一態様に係るウォータージャケットスペーサーにおいて、前記冷却部は、前記外側保温部に接続されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係るウォータージャケットスペーサーにおいて、前記保温部の各々は、該保温部の上下方向の下部において、前記内側保温部と前記外側保温部とを接続する底壁部を有することを特徴とする。

本発明に係るウォータージャケットスペーサーによれば、ボア壁の延び方向における温度分布の均一化を図るとともに、ボア壁の周方向における温度分布の均一化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係るウォータージャケットスペーサーと、このウォータージャケットスペーサーが取り付けられるウォータージャケットを有するシリンダブロックとを示す斜視図である。 図１に示すウォータージャケットスペーサーの一部を拡大して示す部分拡大斜視図である。 図２においてＺ方向から見たウォータージャケットスペーサーを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るウォータージャケットスペーサーがウォータージャケットに取り付けられた使用状態を示す平面図である。 図４に示す線Ａ−Ａに沿う断面における断面図である。 本発明の実施の形態に係るウォータージャケットスペーサーの変形例であり、このウォータージャケットスペーサーがウォータージャケットに取り付けられた使用状態を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るウォータージャケットスペーサー１と、このウォータージャケットスペーサー１が取り付けられるウォータージャケット５１を有するシリンダブロック５０とを示す斜視図であり、図２は、図１に示すウォータージャケットスペーサー１の一部を拡大して示す部分拡大斜視図であり、図３は、図２においてＺ方向から見たウォータージャケットスペーサー１を示す斜視図である。また、図４は、本発明の実施の形態に係るウォータージャケットスペーサー１がウォータージャケット５１に取り付けられた使用状態を示す平面図であり、図５は、図４に示す線Ａ−Ａに沿う断面における断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るウォータージャケットスペーサー１は、内燃機関のウォータージャケット５１に取り付けられる。ウォータージャケット５１は、内燃機関のボア壁５２を周方向に亘って包囲するように、シリンダブロック５０の内周面５０ａとボア壁５２の外周面５２ａとの間に形成されている。

ウォータージャケットスペーサー１は、図１，２，４に示すように、内燃機関の各ボア壁５２においてボア壁５２の周方向の少なくとも一部に配設される保温部１１と、互いに隣接する保温部１１の間に設けられる冷却部１２とを備える。保温部１１の各々は、ボア壁５２の外周面５２ａに接触可能な少なくとも１つの内側接触面１１ａと、内側接触面１１ａに背向する内燃機関のシリンダブロック５０に接触可能な外側接触面１１ｂと、内側接触面１１ａと外側接触面１１ｂとの間に形成され、ウォータージャケット５１の深さ方向となる上下方向（図１の矢印ａ，ｂ方向）においてウォータージャケット５１の上側に向かう方向となる上方向に開口した少なくとも１つの空洞１１ｃとを有している。

保温部１１の各々は、図５に示すように、ボア壁５２の底部から深さ方向の途中まで到る、上下方向における長さを有している。冷却部１２は、図２に示すように、保温部１１の上下方向における長さよりも短く形成されており、互いに隣接する保温部１１の間に設けられている。冷却部１２は、保温部１１に保温部１１の上下方向のいずれかの位置において接続されており、例えば、保温部１１に保温部１１の上下方向の下部において接続されている。

ここで、上方向（図１の矢印ａ方向）とは、シリンダブロック５０から見て図示されない燃焼室が設けられている方向であり、下方向（図１の矢印ｂ方向）とは、シリンダブロック５０から見て図示されないクランク室が設けられている方向である。また、周方向（図１の矢印ｃ方向）とは、ウォータージャケットスペーサー１が各ボア壁５２の外周面５２ａを連続して包囲する延び方向である。

保温部１１の各々は、図２に示すように、外側接触面１１ｂを有する板状の外側保温部１１ｅと、内側接触面１１ａを有し外側保温部１１ｅに沿って延びる板状の内側保温部１１ｄと、ボア壁５２の周方向となる周方向における内側保温部１１ｄの一部と周方向における外側保温部１１ｅの一部とを接続する保温接続部１１ｆとを有している。保温部１１は、内側接触面１１ａと外側接触面１１ｂとの間の間隔Ｌ（図２参照）が、例えば、負荷が掛かっていない自然状態において、ウォータージャケット５１の幅Ｗｊ（図５参照）よりも小さくなるように形成されている。自然状態における保温部１１の間隔Ｌは、ウォータージャケット５１の幅Ｗｊと同じであってもよく、また、ウォータージャケット５１の幅Ｗｊよりも大きくてもよい。ウォータージャケット５１へのウォータージャケットスペーサー１の挿入性においては、自然状態における保温部１１の間隔Ｌは、ウォータージャケット５１の幅Ｗｊよりも小さいことが好ましい。

空洞１１ｃは、内側保温部１１ｄと外側保温部１１ｅと保温接続部１１ｆとによって画定されている。保温部１１の各々は、図３に示すように、保温部１１の上下方向の下部において、内側保温部１１ｄと外側保温部１１ｅとを接続する底壁部１１ｇを有する。なお、保温部１１の各々は、底壁部１１ｇを有していなくてもよい。

保温部１１の各々は、内側保温部１１ｄを少なくとも１つ有しており、例えば、図２に示すように、周方向において隣接する複数の内側保温部１１ｄを有しており、内側保温部１１ｄの各々は、内側保温部１１ｄに隣接する他の内側保温部１１ｄから周方向において等間隔に離れている。なお、保温部１１の各々に設けられる内側保温部１１ｄは１つでもよい。

ウォータージャケットスペーサー１は、具体的には、図１に示すように、ウォータージャケット５１内に上方向から挿入されて、後述する使用状態において、複数のボア壁５２の全てを周方向において包囲するように形成されている。

保温部１１は、具体的には、図１に示すように、両端に位置する２つのボア壁５２の各々において、このボア壁５２を包囲するように１つだけ配設されており、両端に位置する２つのボア壁５２の間に位置する２つのボア壁５２の各々において、対向する位置に２つ配設されている。保温部１１の配置は他の配置であってもよい。

保温部１１の内側保温部１１ｄは、具体的には、図１〜４に示すように、後述する使用状態において、内側接触面１１ａがボア壁５２の外周面５２ａに接触するように、周方向に湾曲して延びる一定又は略一定の厚さの板状の部分である。内側保温部１１ｄは、周方向における両端に、周方向に面する端面１１ｈ，１１ｊを有している。図１，２，４に示すように、保温部１１には複数の内側保温部１１ｄが設けられており、互いに隣接する内側保温部１１ｄの間において、周方向に対向する端面１１ｈと端面１１ｊとの間に、所定の周方向間隙ｇが形成されている。

保温部１１の外側保温部１１ｅは、具体的には、図１〜４に示すように、後述する使用状態において、外側接触面１１ｂが、各ボア壁５２の外周面５２ａに対向するシリンダブロック５０の内周面５０ａに接触するように周方向に湾曲して延びる一定又は略一定の厚さの板状の部分である。

保温部１１の保温接続部１１ｆは、内側保温部１１ｄと外側保温部１１ｅとの間に一定又は略一定の幅で延びる部分であり、例えば図１〜４に示すように、周方向における内側保温部１１ｄの一端部を外側保温部１１ｅと接続している。

保温部１１の空洞１１ｃは、具体的には、図２，４に示すように、内側保温部１１ｄと外側保温部１１ｅと保温接続部１１ｆとによって画定された箱型の空間である。空洞１１ｃは、後述する使用状態において、ＬＬＣ等の冷却液（以下、単に、冷却液ともいう。）が流れるウォータージャケット５１の部分、即ち、ウォータージャケットスペーサー１が配設されていないウォータージャケット５１の部分と連通するようになっている。

冷却部１２は、具体的には、周方向に湾曲して延びる一定又は略一定の厚さの板状の部分である。冷却部１２は、外側保温部１１ｅに接続されており、好ましくは、外側保温部１１ｅの最下部に接続されている。冷却部１２は、図４に示すように、使用状態において、互いに隣接するボア壁５２の間に配設されるようになっている。また、冷却部１２は、ウォータージャケット５１に配設された際に、自由状態において、シリンダブロック５０の内周面５０ａに接触するようになっていてもよく、シリンダブロック５０の内周面５０ａとの間に隙間が空くようになっていてもよい。

ウォータージャケットスペーサー１は、合成ゴムから作られた弾性体から成る。ウォータージャケットスペーサー１は、合成ゴムから作られた弾性体に、樹脂製や金属製の芯部材を挿入したものから成っていてもよい。合成ゴムとしては、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）等が好ましい。ウォータージャケットスペーサー１において、内側保温部１１ｄ、外側保温部１１ｅ、保温接続部１１ｆ、底壁部１１ｇ、及び冷却部１２は一体になっており、同一の材料から一体に形成されている。

次いで、ウォータージャケットスペーサー１の作用について説明する。ウォータージャケットスペーサー１は、図１に示すように、ウォータージャケット５１の上方からウォータージャケット５１の内部に挿入される。内側接触面１１ａと外側接触面１１ｂとの間の間隔Ｌ（図２参照）が、自然状態において、ウォータージャケット５１の幅Ｗｊ（図５参照）よりも短い場合、ウォータージャケットスペーサー１は、内側保温部１１ｄ及び外側保温部１１ｅにおいて、ボア壁５２の外周面５２ａ及びシリンダブロック５０の内周面５０ａとの間に所定の隙間をもって、ウォータージャケット５１の底面５１ａまで挿入される。この際、ウォータージャケットスペーサー１の内側接触面１１ａ及び外側接触面１１ｂは、ボア壁５２の外周面５２ａ及びシリンダブロック５０の内周面５０ａに夫々引っ掛かることなく、ウォータージャケットスペーサー１をウォータージャケット５１内にスムーズに挿入することができる。

ウォータージャケットスペーサー１がウォータージャケット５１内に挿入された状態で、ウォータージャケット５１に冷却液を通流させると、この冷却液の一部は、ウォータージャケットスペーサー１の保温部１１の空洞１１ｃ内に上方から流れ込む。他方、空洞１１ｃ内に流れ込まなかった残りの冷却液は、ウォータージャケット５１において、ウォータージャケットスペーサー１が配設されていない部分を周方向に流れ続ける。具体的には、冷却液は、ウォータージャケット５１において、ウォータージャケットスペーサー１よりも上方の空間、及び互いに隣接する保温部１１の間の空間Ｓを流れ続ける。

空洞１１ｃ内に流れ込んだ冷却液によって、内側保温部１１ｄにはボア壁５２の外周面５２ａに向かう力が加えられ、外側保温部１１ｅにはシリンダブロック５０の内周面５０ａに向かう力が加えられる。このため、内側保温部１１ｄは、内側接触面１１ａにおいてボア壁５２の外周面５２ａに押し付けられるとともに、外側保温部１１ｅは、外側接触面１１ｂにおいてシリンダブロック５０の内周面５０ａに押し付けられる。このようにして、冷却液が、内側保温部１１ｄとボア壁５２との間、及び外側保温部１１ｅとシリンダブロック５０との間を通って、ウォータージャケット５１の下方に流れることの抑制が図られている。

互いに隣接する内側保温部１１ｄの間には所定の周方向隙間ｇが形成されており、一方の内側保温部１１ｄと外側保温部１１ｅとの間は保温接続部１１ｆによって接続されておらず、空洞１１ｃは周方向隙間ｇと連通しているため、内側保温部１１ｄは、空洞１１ｃ内に流れ込んだ冷却液から加えられる力によって、より大きく弾性変形してボア壁５２の外周面５２ａに強く押し付けられる。このため、内側接触面１１ａがボア壁５２の外周面５２ａに密に接触して、内側接触面１１ａとボア壁５２の外周面５２ａとの間に冷却液の流れが生じることの抑制が更に図られている。

上述のように、空洞１１ｃ内に流れ込んだ冷却液から加えられる力によって、内側接触面１１ａとボア壁５２の外周面５２ａとの間、及び外側接触面１１ｂとシリンダブロック５０の内周面５０ａとの間に密接状態が形成されるので、本発明の実施の形態に係るウォータージャケットスペーサー１は、冷却液がウォータージャケット５１の下方に流れることを抑制できる。更に、ウォータージャケットスペーサー１の使用状態において、空洞１１ｃは内部に流入した冷却液が外部に流出するように開口しておらず、空洞１１ｃ内に流れ込んだ冷却液の大部分は空洞１１ｃの外部に流出せずに空洞１１ｃの内部に滞留する。このため、内側保温部１１ｄの内側接触面１１ａと接触しているボア壁５２の部分が冷却液によって冷却されることを抑制して、この内側保温部１１ｄが接触するボア壁５２の部分の保温を図ることができる。

また、ウォータージャケットスペーサー１の使用状態において、互いに隣接する保温部１１の間に空間Ｓが形成されているので、高温となる互いに隣接するボア壁５２の間のボア壁の部分において、ボア壁５２の下側部分まで冷却液を到達させて、更に、この冷却液の周方向への流れを維持することができる。このため、内側保温部１１ｄが接触するボア壁５２の部分の保温を図りつつ、互いに隣接するボア壁５２の間のボア壁の部分の冷却を図ることができる。特に、冷却部１２が外側保温部１１ｅの最下部に接続されている場合には、冷却液が上述の空間Ｓをより速い流速で通流するので、互いに隣接するボア壁５２の間のボア壁の部分のより効率的な冷却を図ることができる。

このように、本発明の実施の形態に係るウォータージャケットスペーサー１によれば、ボア壁５２の延び方向（上下方向）における温度分布の均一化を図るとともに、ボア壁５２の周方向における温度分布の均一化を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施の形態に係るウォータージャケットスペーサー１に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。上記実施の形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

例えば、ウォータージャケットスペーサー１は、図６に示すように、内側保温部１１ｄの周方向における延び方向が逆であってもよい。

また、ウォータージャケットスペーサー１をウォータージャケット５１内に挿入した状態において、ウォータージャケットスペーサー１は、内側保温部１１ｄの内側接触面１１ａの全体又は一部において、ボア壁５２の外周面５２ａと接触していてもよく、また、外側保温部１１ｅの外側接触面１１ｂの全体又は一部において、シリンダブロック５０の内周面５０ａと接触していてもよい。

１…ウォータージャケットスペーサー、１１…保温部、１１ａ…内側接触面、１１ｂ…外側接触面、１１ｃ…空洞、１１ｄ…内側保温部、１１ｅ…外側保温部、１１ｆ…保温接続部、１１ｇ…底壁部、１１ｈ，１１ｊ…端面、１２…冷却部、５０…シリンダブロック、５０ａ…内周面、５１…ウォータージャケット、５１ａ…底面、５２…ボア壁、５２ａ…外周面、ａ…上方向、ｂ…下方向、ｃ…周方向、ｇ…周方向間隙、Ｄ…深さ、Ｌ…間隔、Ｓ…空間

Claims (5)

1. 内燃機関のウォータージャケットに取り付けられるウォータージャケットスペーサーであって、
   前記内燃機関の各ボア壁において該ボア壁の周方向の少なくとも一部に配設される保温部と、
   互いに隣接する前記保温部の間に設けられる冷却部と、を備え、
   前記保温部の各々は、前記ボア壁の外周面に接触可能な少なくとも１つの内側接触面と、該内側接触面に背向する前記内燃機関のシリンダブロックに接触可能な外側接触面と、前記内側接触面と前記外側接触面との間に形成され、前記ウォータージャケットの深さ方向となる上下方向において前記ウォータージャケットの上側に向かう方向となる上方向に開口した少なくとも１つの空洞と、を有しており、
   前記保温部の各々は、前記ボア壁の底部から前記深さ方向の途中まで到る、前記上下方向における長さを有しており、
   前記冷却部は、前記保温部の上下方向における長さよりも短く形成されており、前記保温部に該保温部の上下方向の下部において接続されていることを特徴とする、ウォータージャケットスペーサー。
2. 前記保温部の各々は、前記外側接触面を有する板状の外側保温部と、前記内側接触面を有し前記外側保温部に沿って延びる板状の内側保温部と、前記ボア壁の周方向となる周方向における前記内側保温部の一部と前記周方向における前記外側保温部の一部とを接続する保温接続部と、を有しており、
   前記空洞は、前記内側保温部と前記外側保温部と前記保温接続部とによって画定されていることを特徴とする、請求項１記載のウォータージャケットスペーサー。
3. 前記保温部の各々は、前記周方向において隣接する複数の前記内側保温部を有しており、
   前記内側保温部の各々は、該内側保温部に隣接する他の前記内側保温部から前記周方向において離れていることを特徴とする、請求項２記載のウォータージャケットスペーサー。
4. 前記冷却部は、前記外側保温部に接続されていることを特徴とする、請求項２又は３記載のウォータージャケットスペーサー。
5. 前記保温部の各々は、該保温部の上下方向の下部において、前記内側保温部と前記外側保温部とを接続する底壁部を有することを特徴とする、請求項２から４までのいずれか１項記載のウォータージャケットスペーサー。