シリンダボア壁の過冷却防止部材及び内燃機関
【解決課題】シリンダボア壁の壁温の均一性を高くすると共に、シリンダボア壁周りの溝状冷却水流路内に容易に挿入できるシリンダボア壁の過冷却防止部材及び内燃機関を提供すること。
【解決手段】内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に設置されるものであって、７０℃以上の冷却水と接触することで膨潤して、該シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面に接する接触面を有する。
【解決手段】内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に設置されるものであって、７０℃以上の冷却水と接触することで膨潤して、該シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面に接する接触面を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に容易に設置できる過冷却防止部材及びそれを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、ボア内のピストンの上死点で燃料の爆発が起こり、その爆発によりピストンが押し下げられるという構造上、シリンダボア壁の上側は温度が高くなり、下側は温度が低くなる。そのため、シリンダボア壁の上側と下側では、熱変形量に違いが生じ、上側は大きく膨張し、一方、下側の膨張が小さくなる。
【０００３】
その結果、ピストンのシリンダボア壁との摩擦抵抗が大きくなり、これが、燃費を下げる要因となっているので、シリンダボア壁の上側と下側とで熱変形量の違いを少なくすることが求められている。
【０００４】
そこで、従来より、シリンダボア壁の壁温を均一にするために、溝状冷却水流路内にスペーサーを設置し、溝状冷却水流路内の冷却水の水流を調節して、冷却水によるシリンダボア壁の上側の冷却効率と及び下側の冷却効率を制御することが試みられてきた。例えば、特許文献１には、内燃機関のシリンダブロックに形成された溝状冷却用熱媒体流路内に配置されることで該溝状冷却用熱媒体流路内を複数の流路に区画する流路区画部材であって、前記溝状冷却用熱媒体流路の深さに満たない高さに形成され、前記溝状冷却用熱媒体流路内をボア側流路と反ボア側流路とに分割する壁部となる流路分割部材と、前記流路分割部材から前記溝状冷却用熱媒体流路の開口部方向に向けて形成され、かつ先端縁部が前記溝状冷却用熱媒体流路の一方の内面を越えた形に可撓性材料で形成されていることにより、前記溝状冷却用熱媒体流路内への挿入完了後は自身の撓み復元力により前記先端縁部が前記内面に対して前記溝状冷却用熱媒体流路の深さ方向の中間位置にて接触することで前記ボア側流路と前記反ボア側流路とを分離する可撓性リップ部材と、を備えたことを特徴とする内燃機関冷却用熱媒体流路区画部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３１９３９号公報（特許請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、引用文献１の内燃機関冷却用熱媒体流路区画部材によれば、ある程度のシリンダボア壁の壁温の均一化が図れるので、シリンダボア壁の上側と下側との熱変形量の違いを少なくすることができるものの、近年、更に、シリンダボア壁の上側と下側とで熱変形量の違いを少なくすることが求められている。また、シリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路は、流路幅が狭いため、流路内への装着に不都合をきたすことがある。
【０００７】
従って、本発明の課題は、シリンダボア壁の壁温の均一性を高くすると共に、シリンダボア壁周りの溝状冷却水流路内に容易に挿入できるシリンダボア壁の過冷却防止部材及び内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、７０℃以上の水と接触することで膨潤するシリンダボア壁の過冷却防止部材を、溝状冷却水流路内に設置し、冷却水が通水されることで、過冷却防止部材が熱膨潤してシリンダボア壁に接触するため、冷却水がシリンダボア壁に直接接触するのを防止して、シリンダボア壁の壁温の均一化が図れること、過冷却防止部材を溝状冷却水流路幅（挿入口の幅）より小の厚みとすることができ、溝状冷却水流路内に装着し易くなることなどを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に設置されるものであって、７０℃以上の冷却水と接触することで膨潤して、該シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面に接する接触面を有することを特徴とするシリンダボア壁の過冷却防止部材を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、前記シリンダボア壁の過冷却防止部材を備えることを特徴とする内燃機関を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関のシリンダボア壁の壁温の均一性を高くすることができる。そのため、シリンダボア壁の上側と下側とで熱変形量の違いを少なくすることができる。また、本発明によれば、過冷却防止部材を溝状冷却水流路幅より小の厚みとすることができ、溝状冷却水流路内に装着し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態例の過冷却防止部材の斜視図。
【図２】過冷却防止部材を溝状冷却水流路内に装着した際（膨潤前）の簡略平面図。
【図３】図２において過冷却防止部材が冷却水と接触することにより膨張した際の簡略平面図。
【図４】図２の符号Ｙで示された二点鎖線部分の拡大断面図。
【図５】図１の中で示すシリンダブロックの簡略斜視図。
【図６】（Ａ）が図２のＸ１-Ｘ１線で切断した過冷却防止部材の断面図、（Ｂ）が図３のＸ２-Ｘ２線で切断した過冷却防止部材の断面図。
【図７】第２の実施の形態例の過冷却防止部材の正面図。
【図８】図７の過冷却防止部材の背面図。
【図９】過冷却防止部材の設置位置を示す図である。
【図１０】シリンダボア壁の周方向を示す図である。
【図１１】実施例及び比較例におけるシリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面の温度分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の第１の実施の形態におけるシリンダボア壁の過冷却防止部材（以下、単に、「過冷却防止部材」とも言う。）を備える構造体及びこれを備えた内燃機関を図１〜図６を参照して説明する。図２及び図３に示すように、過冷却防止部材１０が設置される車両搭載用内燃機関のオープンデッキ型のシリンダブロック１１には、ピストンが上下するためのボア１２、及び冷却水を流すための溝状冷却水流路１４が形成されている。そして、該ボア１２と該溝状冷却水流路１４とを区切る壁が、シリンダボア壁１３である。また、該シリンダブロック１１には、該溝状冷却水流路１１へ冷却水を供給するための冷却水供給口１５及び冷却水を該溝状冷却水流路１１から排出するための冷却水排出口１６が形成されている。
【００１４】
過冷却防止部材１０は、溝状冷却水流路１４内に設置されるものであって、７０℃以上の冷却水と接触することで膨潤して、シリンダボア壁１３の溝状冷却水流路側の壁面１７に接する接触面１ａ〜１ｃを有する。すなわち、過冷却防止部材１０は、溝状冷却水流路１４内に設置されても、冷却水が通水されていない状態において、接触面１ａ〜１ｃは、シリンダボア壁１３の溝状冷却水流路側の壁面１７に接していなくてもよく、加熱された冷却水と接触することで膨潤し、接触面１ａ〜１ｃが、シリンダボア壁１３の溝状冷却水流路側の壁面１７に接することになる。これにより、過冷却防止部材を溝状冷却水流路幅より小の厚みとすることができ、溝状冷却水流路内に装着し易くなる。また、加熱膨張後の過冷却防止部材１０は、冷却水が該溝状冷却水流路１４側のシリンダボア壁１３の壁面に直接接触することを防ぐことができる。
【００１５】
過冷却防止部材１０は、本例では３つのパーツ１１ａ〜１１ｃに分かれており、これが樹脂成形支持体２により固定（支持）されている。過冷却防止部材１０のそれぞれのパーツは、いずれもシリンダボア壁１３の溝状冷却水流路１４側の壁面形状に沿った凹状の板状体である。
【００１６】
過冷却防止部材１０は、例えば特開２００４−１４３２６２号公報に記載の感熱膨張材が使用できる。感熱膨張材としては、ベースフォーム材にベースフォーム材より融点が低い熱可塑性物質を含浸させ圧縮した複合体であって、常温では少なくともその表層部に存在する熱可塑性物質の硬化物により圧縮状態が保持され、かつ加熱により熱可塑性物質の硬化物が軟化して圧縮状態が開放されるものが挙げられる。
【００１７】
ベースフォーム材としては、ゴム、エラストマー、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂など各種高分子材料が挙げられる。これら高分子材料としては、例えば天然ゴム、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＮＢＲ（ニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴムなどの各種合成ゴム、軟質ウレタン等の各種エラストマー、硬質ウレタン、フェノール樹脂、メラミン樹脂などの各種熱硬化性樹脂が挙げられる。合成ゴムを用いる場合は、架橋してベースフォーム材とする。特に、熱硬化性樹脂や架橋ゴムからなるベースフォーム材は、常温と加熱時との剛性の変化が少ないため好ましい。また、軟質ウレタンを主成分とするベースフォーム材は安価であり、クッション材として広く使用されており容易に入手できることから特に好ましい。また、熱可塑性樹脂からなるベースフォーム材であっても、その軟化温度が内部に含浸させる熱可塑性物質の軟化温度よりも高ければ、ベースフォーム材として使用できる。
【００１８】
熱可塑性物質は、ガラス転移点または融点または軟化温度の何れが１２０℃未満であるものを使用することが好ましい。上記に挙げたベースフォーム材の中には、形状回復のために１２０℃以上に加熱した場合に劣化して弾性復元力が失われ、形状復元性が発現しないものもある。また、形状回復のために形状記憶性フォーム材を全体にわたり１２０℃以上に加熱するにはかなりの時間を要するため、加熱能力の高い加熱装置を用いる必要が出てくる。なお、融点およびガラス転位点は、示差走査熱量分析（ＤＳＣ）によって測定すること可能である。また、軟化温度はＪＩＳ Ｋ ７１２０に規定されている空気加熱法によって測定が可能である。
【００１９】
熱可塑性物質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸エステル、スチレン-ブタジエン共重合体、塩素化ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-酢酸ビニル-塩化ビニル-アクリル酸エステル共重合体、エチレン-酢酸ビニル-アクリル酸エステル共重合体、エチレン-酢酸ビニル-塩化ビニル共重合体、ナイロン、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、熱可塑性ポリイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリウレタンなどの熱可塑性樹脂、低融点ガラスフリット、でんぷん、はんだ、ワックスなどの各種熱可塑性化合物が挙げられる。
【００２０】
熱可塑性物質をベースフォーム材に含浸させるには、あらゆる手法を用いることが可能であり、いずれの手法を用いても形状記憶性の感熱膨張材が得られる。しかしながら、溶媒中に溶解あるいは分散した熱可塑性物質をベースフォーム材に浸して、溶媒を乾燥させる方法が最も容易に実施することが可能であり、ベースフォーム材の熱劣化が起こりにくいため好ましい。その場合、例えば、溶媒中に熱可塑性物質が分散あるいは溶解しているエマルジョン中にベースフォーム材を浸し、溶媒を乾燥させることによってベースフォーム材に熱可塑性物質を含浸させることができる。溶媒としては、水、有機溶剤などあらゆる溶媒を使用することができるが、乾燥時の毒性が低いことから、溶媒としては水を使用することが好ましい。また、水に熱可塑性樹脂が分散しているエマルジョンは、市販され、比較的入手が容易であることから、本発明による感熱膨張材の熱可塑性物質の原料としては好ましい。更に、エマルジョンの熱可塑性物質の濃度を適宜変更することにより、ベースフォーム材への熱可塑性物質の含浸量をコントロールすることができる。
【００２１】
感熱膨張材としては、特に、熱可塑性物質含有のＥＰＤＭゴムが好ましい。ベースフォーム材としてのＥＰＤＭゴムは、架橋が容易であり、かつ価格と耐熱性のバランスが良好である点で好ましい。熱可塑性物質含有ＥＰＤＭゴムは、概ね７０℃以上で膨張し、その膨張率は、３〜５倍である。
【００２２】
過冷却防止部材１０の厚みは、過冷却防止部材の材質、溝状冷却水流路の幅や大きさ、冷却水の温度や流量等により適宜選択されるが、水による熱膨張前で、好ましくは１〜６ｍｍ、特に好ましくは２〜４ｍｍである。なお、膨張後は、シリンダボア壁面との隙間が埋まるように、過冷却防止部材１０の厚みと溝状冷却水流路の幅が決定される。
【００２３】
過冷却防止部材構造体は、過冷却防止部材１０と過冷却防止部材１０を固定する樹脂成形支持体２よりなる。樹脂成形支持体２は、図１に示すように、ひとつの大きな凹状の板状部材２１ａと、板状部材２１ａより小さなふたつの凹状の板状部材２１ｂ、２１ｃが連結された平面視が波状の本体部２であって、溝状冷却水流路１４の流路高さより小の高さのものである。凹状の板状部材２１ａには、大きな過冷却防止部材１０ａが固定され、凹状の板状部材２１ｂ、２１ｃには、過冷却防止部材１０ａより小さな過冷却防止部材１０ｂ、１０ｃが取り付けられている。すなわち、本例の過冷却防止部材１０は、真ん中のシリンダボア壁１３の周方向の大部分に熱膨潤後、当接し、両側のシリンダボア壁１３の周方向の約半分に熱膨潤後、当接するものである。
【００２４】
樹脂成形支持体２の本体部２１に、過冷却防止部材１０を固定する方法としては、特に制限されないが、接着剤を用いる方法が例示される。
【００２５】
凹状の板状部材である過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの厚さは、樹脂成形支持体２に取り付け後、樹脂成形支持体２を含めた全体厚さが、溝状冷却水流路１４の流路幅より僅かに小さくすることが、溝状冷却水流路１４への装着が容易になるとともに、７０℃以上の温度になった冷却水と接触した後、膨張してシリンダボア壁１３の溝状冷却水流路側の壁面に確実に接触することになる点で好ましい。
【００２６】
樹脂成形支持体２の本体部２１は、図１の左右方向の両端において、高さ方向に延びる本体部２１の厚さより大の厚みの縦リブ２２を有し、図１の左右方向の中央において、高さ方向であって、且つ過冷却防止部材１０を回避して延びる本体部２１の厚さより大の厚みの縦リブ２４を有する。すなわち、左右方向の真ん中の縦リブ２４は上下方向に連続しておらず、上方部と下方部にそれぞれ分離して配置されている。縦リブ２２、２４はボアの周方向の中心に位置するもので、溝状冷却水流路１４内に装着後、シリンダボア径方向の動きを規制することができる。また、縦リブ２２、２４におけるシリンダボア壁側の突出部は、シリンダボア壁１３側の流路幅を狭めて、ゴム材である過冷却防止部材１０の水の流れによる変形を防止することができる。
【００２７】
樹脂成形支持体２は、本体部２１のシリンダボア間において上部に延びる突出部３を更に有する。突出部３は、樹脂成形支持体２を装着及び脱着する際の摘み部として機能するとともに、２つのシリンダボア壁間（くびれ部）の冷却を促進する機能を奏する。突出部３を含めた樹脂成形支持体２は、全体が溝状冷却水流路１４内に入り込む。また、突出部３の厚みは、本体部２１の厚みより小であれば、形状などは特に制限されないが、図１及び図４に示すように、略Ｖ字断面形状であるものが、ラジオペンチ等でつまみ易くなる。また、突出部３は、略Ｖ字断面形状とすることで、シリンダボア間の略Ｖ字形状の隙間に入り込むことができ、冷却水の流れに抵抗でき、設置安定性が高まる（図４参照）。
【００２８】
また、突出部３は、図４に示すように、右翼部３１と左翼部３２を有する略Ｖ字断面形状であるため、突出部３のシリンダボア壁側の冷却水流れを速めることができる。すなわち、冷却水（図中、矢印方向）は、右翼部３１の先端で、右翼部３１を境としてシリンダボア壁側の流れａとシリンダボア壁とは反対側の流れｂに分かれる。右翼部３１のシリンダボア側を流れる冷却水ａ１は、右翼部３１とシリンダボア壁１３間の隙間が狭いため、流速が大となり、シリンダボア壁１３の冷却を促進する。そして、シリンダボア間を超えた水の流れは、そのままシリンダボア壁１３に沿って流れる（符号ａ２）。これにより、左翼部３２側のシリンダボア壁１３の冷却効果を低下させることがない。本例の樹脂成形支持体２は、本体部２１の過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃを過冷却防止領域に配置し、突起部３を冷却促進領域に配置する。樹脂成形支持体２において、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの配置位置や突起部３の配置位置は、本体部２１の高さや過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの取り付け高さを適宜設定することで行う。
【００２９】
本例の内燃機関は、過冷却防止部材１０を備える。すなわち、本例の内燃機関は、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃを固定した樹脂成形支持体２を、内燃機関のシリンダブロック１１のシリンダボア壁１３周りに形成される溝状冷却水流路１４内に設置したものである。そして、冷却水が通水されていない状態では、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃは、シリンダボア壁面１７に接触しておらず（図６（Ａ））、冷却水が通水された後、冷却水温度が上昇した状態において、熱膨張して、シリンダボア壁面１７に接触する（図６（Ｂ））。なお、冷却水が通水されていない状態において、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの一部はシリンダボア壁面１７に接触していてもよい。溝状冷却水流路１４の溝幅は狭いものであるため、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃを装着した後、加温された冷却水と接触する前（膨張前）であっても不可避的に過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの接触面１ａ〜１ｃとシリンダボア壁面１７とが接触することがあるからである。
【００３０】
本例の内燃機関は、該シリンダブロック、該過冷却防止部材及び該固定部材の他に、ピストン、シリンダヘッド、ヘッドガスケット等を有する。
【００３１】
本例の内燃機関では、本発明の過冷却防止部材により、該シリンダボア壁の周方向の全部に配置されていてもよいが、本発明の過冷却防止部材を設置するときの作業性、熱膨張率による変形、設置部の冷却水流の下流側における水の淀みによる保温効果等を考慮して、図９に例示するように、該シリンダボア壁の周方向の一部に、本発明の過冷却防止部材に覆われていない部分があってもよい。なお、図９では、黒く塗りつぶした部分が、過冷却防止部材１０の設置位置（膨張後）を示す。また、該シリンダボア壁の周方向２３とは、図１０に示すように、該シリンダボア壁１３の外周を囲む方向であり、該シリンダボア壁１３を横から見たときの該シリンダボア壁１３の左右方向である。なお、図９中、左端の過冷却防止部材１０のように、ひとつのボア壁１７の周方向の一部に配置するような場合、図１の示すような突起部３の設置を省略することができる。図１０中、（Ａ）は該シリンダボア壁１３のみを示す平面図であり、（Ｂ）は該シリンダボア壁１３のみを示す正面図である。
【００３２】
本例の内燃機関において、該シリンダボア壁の上下方向において、本発明の過冷却防止部材の接触面の設置位置は、溝状冷却水流路１４の下方２／３に相当する領域である。シリンダボア壁においては、上死点では温度が高く、下死点では温度が低いため、温度の低い溝状冷却水流路１４の下方２／３に相当する領域を保温すれば、シリンダボア壁の壁温を概ね均一にできる。
【００３３】
従来の内燃機関では、該シリンダボア壁の下側部分は、燃料が爆発する上側部分に比べ、温度が低いため、冷却水により冷却され易い。そのため、該シリンダボア壁の上側部分と下側部分とでは、温度差が大きくなっていた。
【００３４】
それに対して、過冷却防止部材１０が設置されている内燃機関では、過冷却防止部材１０が冷却水と接触して熱膨張し、シリンダボア壁に当接するため、冷却水がシリンダボア壁１３に直接接触することが防がれるので、シリンダボア壁１３の下側部分の温度が、上側部分に比べ、低くなり過ぎるのを防ぐことができる。更に、過冷却防止部材１０を取り付けた樹脂成形支持体２が設置されている内燃機関では、シリンダボア壁１３の上側部分（冷却領域）に突起部３が位置するように、下側部分（過冷却防止領域）に過冷却防止部材１０が位置するように設置すれば、冷却領域を好適に冷却し、過冷却防止領域を好適に過冷却を防止できる。そのため、シリンダボア壁１３の上側部分と下側部分との温度差を少なくすることができる。これらのことにより、本発明のシリンダボア壁の過冷却防止部材は、シリンダボア壁の壁温を均一にしてボアの熱変形による歪みを少なくすることができる。
【００３５】
次に、第２の実施の形態例の過冷却防止部材１ｄを備える過冷却防止部材構造体を図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８において、図１〜図６と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、過冷却防止部材１０ｄを備える構造体において、過冷却防止部材１０を備える構造体と異なる点は、過冷却防止部材のパーツの数と、樹脂成形支持体の形状と、樹脂成形支持体と過冷却防止部材の固定方法である。すなわち、過冷却防止部材１０ｄを備える構造体は、１パーツの過冷却防止部材１０ｄと、窓枠状の樹脂成形支持体２ｂと、金属製の枠体４０と、３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２とからなる。
【００３６】
過冷却防止部材１０ｄは、凹状の板状体であり、過冷却防止部材１０ｂ、１０ｃと同様の形状を有する。過冷却防止部材１０ｄは、左右の留め板４１及び上下の爪状留め板４２を有する凹状の金属製の枠体４０に、緩みなしで嵌め込まれている。これにより、過冷却防止部材１０ｄと金属製の枠体４０は一体化している。また、金属製の枠体４０の裏面は、図８中、左右方向の中央において帯状の留め金３２が固定されており、フック状の上端及び下端が金属製の枠体４０の上下端から外側にそれぞれ延びている。また、金属製の枠体４０の裏面は、図８中、左右方向の端寄りにおいてそれぞれ帯状の留め金３１ａ、３１ｂが固定されており、フック状の上端及び下端が金属製の枠体４０の上下端から外側に延びている。また、窓枠状の樹脂成形支持体２ｂは、過冷却防止部材１０ｄよりやや大きい中央がくり抜かれた貫通穴５０ｃを有し、上部には３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２の上部先端が係合するスリット５０ａが形成され、下部には３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２の下部先端が係合するスリット５０ｂが形成されている。そして、３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２の上部先端のフックを上部のスリット５０ａに係止させ、３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２の下部先端のフックを下部のスリット５０ｂに係止さることで、窓枠状の樹脂成形支持体２ｂに、過冷却防止部材１０ｄを固定させている。これにより、シリンダボアの径方向及び冷却水の流れ方向の動きを規制でき、設置安定性が高まる。このような過冷却防止部材１０ｄの接触面（表面）１ｄは、加熱された冷却水による熱膨張前において、金属製の枠体４０の表面から僅かに内側に位置している（凹んでいる状態）ものの、内燃機関のシリンダブロック１１のシリンダボア壁１３周りに形成される溝状冷却水流路１４内に設置し、熱のついた冷却水に接触することで、過冷却防止部材１０ｄが熱膨張することで、接触面１ｄは金属製の枠体４０からはみ出し、シリンダボア壁１１の溝状冷却水流路１４側の壁面１７に接するようになる。
【００３７】
第２の実施の形態例の過冷却防止部材構造体によれば、過冷却防止部材１０ｄを、溝状冷却水流路１４に挿入する際、帯状の留め金３１ａ、３１ｂの両端のフック部の背面が、溝状冷却水流路１４のシリンダボア壁１３とは反対側の壁面１８に接触するため摩擦抵抗を受けることがあるが、容易に挿入できる。また、過冷却防止部材１０ｄが設置されている内燃機関では、過冷却防止部材１０ｄが加熱された冷却水と接触して熱膨張し、シリンダボア壁に当接するため、冷却水がシリンダボア壁に直接接触することが防がれるので、シリンダボア壁の下側部分（過冷却防止領域）の温度が、上側部分に比べ、低くなり過ぎるのを防ぐことができる。
【００３８】
過冷却防止部材１０ｄは、図７及び図８の形態に限定されず、樹脂成形支持体２ｂは、第１の実施の形態例の樹脂形成体支持体２のような、３つのシリンダボア壁をカバーするような形状のものであってもよい。この場合、第１の実施の形態例の樹脂形成体支持体２のような、ボア間に突起部３を有していてもよい。また、本発明の過冷却防止部材は、金属製の支持体に支持されたものであってもよい。このようなものとしては、例えば、図７及び図８の形態において、樹脂形成体支持体２の使用を省略したものである。
【００３９】
実施例
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【実施例１】
【００４０】
（壁面との密着性等の確認試験）
図１〜図６に示す形状であって、下記仕様の過冷却防止部材を作成した。この過冷却防止部材を、図２に示す形状であって、下記仕様の試験用３気筒内燃機関の観察窓付きシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に設置し、冷却水を流した。冷却水を流した後、過冷却防止部材が冷却水の流れで動くか否か、過冷却防止部材の接触面が溝状冷却水流路側の壁面に密着しているか否かを、連続して、観察窓から観察した。その結果、過冷却防止部材は、溝状冷却水流路内に設置した後に冷却水に触れることで温度が上昇し膨張して、シリンダボア壁に十分密着した。また、過冷却防止部材は冷却水の流れの中で動くことはなかった。
【００４１】
（過冷却防止部材）
・感熱膨張材；熱可塑性物質を含浸させたエチレン-プロピレン-ジエン共重合ゴムであり、７０℃の水と接触することで、体積が３倍膨張することを予め確認したもの。
・過冷却防止部材を含む樹脂成形支持体の最大厚み；６．４ｍｍ
・樹脂成形支持体の高さ；５０ｍｍ
【００４２】
（試験用内燃機関）
・溝状冷却水流路の流路幅；８．４ｍｍ
・溝状冷却水流路の流路高さ（上下方向の高さ）；９０ｍｍ
・過冷却防止部材の設置位置；下端が溝状冷却水流路の下方から５ｍｍの位置
・供給冷却水温度；２０〜４０℃
【００４３】
（数値流体力学的解析結果）
壁面との密着性等の確認試験後、冷却水の流れが安定した状態を解析条件として、公知の数値流体力学的（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を行った。その結果を図１１に示す。図１１中、中央の温度分布は３気筒の中、真ん中のシリンダボア壁面のもの、左側及び右側の温度分布はこれに隣接するシリンダボア壁面のものである。また、図１１中、実施例１の符号Ａで示す囲み部分は過冷却防止部材が密着している部分である。
【００４４】
比較例１
過冷却防止部材の使用を省略した以外は、実施例１と同様の方法により、数値流体力学的解析を行った。その結果を図１１に示す。
【００４５】
比較例２
過冷却防止部材に代えて、特開２００８−３１９３９号公報に記載の可撓性リップ部材（スペーサー部材）１０ｇを使用した以外は、実施例１と同様の方法により、数値流体力学的解析を行った。比較例２は、実施例１の過冷却防止部材を設置した部分において、冷却水量を制限したものである。その結果を図１１に示す。
【００４６】
図１１の結果から明らかなように、過冷却防止部材が接触する壁面において、実施例１は比較例１及び２に比べて、６〜８℃上昇し、当該壁面の過冷却を防止していることが判る。また、実施例１では、シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面の温度は、上下方向において、５℃の差であり、概ね均一であることが判る。また、膨張前の過冷却防止部材は、厚みが溝状冷却水流路の流路幅より小であるため、該流路内に容易に挿入できた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、内燃機関のシリンダボア壁の上側と下側との変形量の違いを少なくすることができるので、ピストンの摩擦を低くすることができるため、省燃費の内燃機関を提供できる。
【符号の説明】
【００４８】
１、１ａ〜１ｄ 接触面
２ 樹脂成形支持体
３ 突出部
１０、１１ａ〜１１ｄ 過冷却防止部材
１１ シリンダブロック
１２ ボア
１３ シリンダボア壁
１４ 溝状冷却水流路
１５ 冷却水供給口
１６ 冷却水排出口
１７ シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面
１８ 溝状冷却水流路のシリンダボア壁とは反対側の壁面
２１、２１ａ〜２１ｃ （樹脂成形支持体の）本体部
２２、２４ 縦リブ
２３ 該シリンダボア壁の周方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に容易に設置できる過冷却防止部材及びそれを備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、ボア内のピストンの上死点で燃料の爆発が起こり、その爆発によりピストンが押し下げられるという構造上、シリンダボア壁の上側は温度が高くなり、下側は温度が低くなる。そのため、シリンダボア壁の上側と下側では、熱変形量に違いが生じ、上側は大きく膨張し、一方、下側の膨張が小さくなる。
【０００３】
その結果、ピストンのシリンダボア壁との摩擦抵抗が大きくなり、これが、燃費を下げる要因となっているので、シリンダボア壁の上側と下側とで熱変形量の違いを少なくすることが求められている。
【０００４】
そこで、従来より、シリンダボア壁の壁温を均一にするために、溝状冷却水流路内にスペーサーを設置し、溝状冷却水流路内の冷却水の水流を調節して、冷却水によるシリンダボア壁の上側の冷却効率と及び下側の冷却効率を制御することが試みられてきた。例えば、特許文献１には、内燃機関のシリンダブロックに形成された溝状冷却用熱媒体流路内に配置されることで該溝状冷却用熱媒体流路内を複数の流路に区画する流路区画部材であって、前記溝状冷却用熱媒体流路の深さに満たない高さに形成され、前記溝状冷却用熱媒体流路内をボア側流路と反ボア側流路とに分割する壁部となる流路分割部材と、前記流路分割部材から前記溝状冷却用熱媒体流路の開口部方向に向けて形成され、かつ先端縁部が前記溝状冷却用熱媒体流路の一方の内面を越えた形に可撓性材料で形成されていることにより、前記溝状冷却用熱媒体流路内への挿入完了後は自身の撓み復元力により前記先端縁部が前記内面に対して前記溝状冷却用熱媒体流路の深さ方向の中間位置にて接触することで前記ボア側流路と前記反ボア側流路とを分離する可撓性リップ部材と、を備えたことを特徴とする内燃機関冷却用熱媒体流路区画部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３１９３９号公報（特許請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、引用文献１の内燃機関冷却用熱媒体流路区画部材によれば、ある程度のシリンダボア壁の壁温の均一化が図れるので、シリンダボア壁の上側と下側との熱変形量の違いを少なくすることができるものの、近年、更に、シリンダボア壁の上側と下側とで熱変形量の違いを少なくすることが求められている。また、シリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路は、流路幅が狭いため、流路内への装着に不都合をきたすことがある。
【０００７】
従って、本発明の課題は、シリンダボア壁の壁温の均一性を高くすると共に、シリンダボア壁周りの溝状冷却水流路内に容易に挿入できるシリンダボア壁の過冷却防止部材及び内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、７０℃以上の水と接触することで膨潤するシリンダボア壁の過冷却防止部材を、溝状冷却水流路内に設置し、冷却水が通水されることで、過冷却防止部材が熱膨潤してシリンダボア壁に接触するため、冷却水がシリンダボア壁に直接接触するのを防止して、シリンダボア壁の壁温の均一化が図れること、過冷却防止部材を溝状冷却水流路幅（挿入口の幅）より小の厚みとすることができ、溝状冷却水流路内に装着し易くなることなどを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に設置されるものであって、７０℃以上の冷却水と接触することで膨潤して、該シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面に接する接触面を有することを特徴とするシリンダボア壁の過冷却防止部材を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、前記シリンダボア壁の過冷却防止部材を備えることを特徴とする内燃機関を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関のシリンダボア壁の壁温の均一性を高くすることができる。そのため、シリンダボア壁の上側と下側とで熱変形量の違いを少なくすることができる。また、本発明によれば、過冷却防止部材を溝状冷却水流路幅より小の厚みとすることができ、溝状冷却水流路内に装着し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態例の過冷却防止部材の斜視図。
【図２】過冷却防止部材を溝状冷却水流路内に装着した際（膨潤前）の簡略平面図。
【図３】図２において過冷却防止部材が冷却水と接触することにより膨張した際の簡略平面図。
【図４】図２の符号Ｙで示された二点鎖線部分の拡大断面図。
【図５】図１の中で示すシリンダブロックの簡略斜視図。
【図６】（Ａ）が図２のＸ１-Ｘ１線で切断した過冷却防止部材の断面図、（Ｂ）が図３のＸ２-Ｘ２線で切断した過冷却防止部材の断面図。
【図７】第２の実施の形態例の過冷却防止部材の正面図。
【図８】図７の過冷却防止部材の背面図。
【図９】過冷却防止部材の設置位置を示す図である。
【図１０】シリンダボア壁の周方向を示す図である。
【図１１】実施例及び比較例におけるシリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面の温度分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の第１の実施の形態におけるシリンダボア壁の過冷却防止部材（以下、単に、「過冷却防止部材」とも言う。）を備える構造体及びこれを備えた内燃機関を図１〜図６を参照して説明する。図２及び図３に示すように、過冷却防止部材１０が設置される車両搭載用内燃機関のオープンデッキ型のシリンダブロック１１には、ピストンが上下するためのボア１２、及び冷却水を流すための溝状冷却水流路１４が形成されている。そして、該ボア１２と該溝状冷却水流路１４とを区切る壁が、シリンダボア壁１３である。また、該シリンダブロック１１には、該溝状冷却水流路１１へ冷却水を供給するための冷却水供給口１５及び冷却水を該溝状冷却水流路１１から排出するための冷却水排出口１６が形成されている。
【００１４】
過冷却防止部材１０は、溝状冷却水流路１４内に設置されるものであって、７０℃以上の冷却水と接触することで膨潤して、シリンダボア壁１３の溝状冷却水流路側の壁面１７に接する接触面１ａ〜１ｃを有する。すなわち、過冷却防止部材１０は、溝状冷却水流路１４内に設置されても、冷却水が通水されていない状態において、接触面１ａ〜１ｃは、シリンダボア壁１３の溝状冷却水流路側の壁面１７に接していなくてもよく、加熱された冷却水と接触することで膨潤し、接触面１ａ〜１ｃが、シリンダボア壁１３の溝状冷却水流路側の壁面１７に接することになる。これにより、過冷却防止部材を溝状冷却水流路幅より小の厚みとすることができ、溝状冷却水流路内に装着し易くなる。また、加熱膨張後の過冷却防止部材１０は、冷却水が該溝状冷却水流路１４側のシリンダボア壁１３の壁面に直接接触することを防ぐことができる。
【００１５】
過冷却防止部材１０は、本例では３つのパーツ１１ａ〜１１ｃに分かれており、これが樹脂成形支持体２により固定（支持）されている。過冷却防止部材１０のそれぞれのパーツは、いずれもシリンダボア壁１３の溝状冷却水流路１４側の壁面形状に沿った凹状の板状体である。
【００１６】
過冷却防止部材１０は、例えば特開２００４−１４３２６２号公報に記載の感熱膨張材が使用できる。感熱膨張材としては、ベースフォーム材にベースフォーム材より融点が低い熱可塑性物質を含浸させ圧縮した複合体であって、常温では少なくともその表層部に存在する熱可塑性物質の硬化物により圧縮状態が保持され、かつ加熱により熱可塑性物質の硬化物が軟化して圧縮状態が開放されるものが挙げられる。
【００１７】
ベースフォーム材としては、ゴム、エラストマー、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂など各種高分子材料が挙げられる。これら高分子材料としては、例えば天然ゴム、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＮＢＲ（ニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴムなどの各種合成ゴム、軟質ウレタン等の各種エラストマー、硬質ウレタン、フェノール樹脂、メラミン樹脂などの各種熱硬化性樹脂が挙げられる。合成ゴムを用いる場合は、架橋してベースフォーム材とする。特に、熱硬化性樹脂や架橋ゴムからなるベースフォーム材は、常温と加熱時との剛性の変化が少ないため好ましい。また、軟質ウレタンを主成分とするベースフォーム材は安価であり、クッション材として広く使用されており容易に入手できることから特に好ましい。また、熱可塑性樹脂からなるベースフォーム材であっても、その軟化温度が内部に含浸させる熱可塑性物質の軟化温度よりも高ければ、ベースフォーム材として使用できる。
【００１８】
熱可塑性物質は、ガラス転移点または融点または軟化温度の何れが１２０℃未満であるものを使用することが好ましい。上記に挙げたベースフォーム材の中には、形状回復のために１２０℃以上に加熱した場合に劣化して弾性復元力が失われ、形状復元性が発現しないものもある。また、形状回復のために形状記憶性フォーム材を全体にわたり１２０℃以上に加熱するにはかなりの時間を要するため、加熱能力の高い加熱装置を用いる必要が出てくる。なお、融点およびガラス転位点は、示差走査熱量分析（ＤＳＣ）によって測定すること可能である。また、軟化温度はＪＩＳ Ｋ ７１２０に規定されている空気加熱法によって測定が可能である。
【００１９】
熱可塑性物質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸エステル、スチレン-ブタジエン共重合体、塩素化ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-酢酸ビニル-塩化ビニル-アクリル酸エステル共重合体、エチレン-酢酸ビニル-アクリル酸エステル共重合体、エチレン-酢酸ビニル-塩化ビニル共重合体、ナイロン、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、熱可塑性ポリイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、熱可塑性ポリウレタンなどの熱可塑性樹脂、低融点ガラスフリット、でんぷん、はんだ、ワックスなどの各種熱可塑性化合物が挙げられる。
【００２０】
熱可塑性物質をベースフォーム材に含浸させるには、あらゆる手法を用いることが可能であり、いずれの手法を用いても形状記憶性の感熱膨張材が得られる。しかしながら、溶媒中に溶解あるいは分散した熱可塑性物質をベースフォーム材に浸して、溶媒を乾燥させる方法が最も容易に実施することが可能であり、ベースフォーム材の熱劣化が起こりにくいため好ましい。その場合、例えば、溶媒中に熱可塑性物質が分散あるいは溶解しているエマルジョン中にベースフォーム材を浸し、溶媒を乾燥させることによってベースフォーム材に熱可塑性物質を含浸させることができる。溶媒としては、水、有機溶剤などあらゆる溶媒を使用することができるが、乾燥時の毒性が低いことから、溶媒としては水を使用することが好ましい。また、水に熱可塑性樹脂が分散しているエマルジョンは、市販され、比較的入手が容易であることから、本発明による感熱膨張材の熱可塑性物質の原料としては好ましい。更に、エマルジョンの熱可塑性物質の濃度を適宜変更することにより、ベースフォーム材への熱可塑性物質の含浸量をコントロールすることができる。
【００２１】
感熱膨張材としては、特に、熱可塑性物質含有のＥＰＤＭゴムが好ましい。ベースフォーム材としてのＥＰＤＭゴムは、架橋が容易であり、かつ価格と耐熱性のバランスが良好である点で好ましい。熱可塑性物質含有ＥＰＤＭゴムは、概ね７０℃以上で膨張し、その膨張率は、３〜５倍である。
【００２２】
過冷却防止部材１０の厚みは、過冷却防止部材の材質、溝状冷却水流路の幅や大きさ、冷却水の温度や流量等により適宜選択されるが、水による熱膨張前で、好ましくは１〜６ｍｍ、特に好ましくは２〜４ｍｍである。なお、膨張後は、シリンダボア壁面との隙間が埋まるように、過冷却防止部材１０の厚みと溝状冷却水流路の幅が決定される。
【００２３】
過冷却防止部材構造体は、過冷却防止部材１０と過冷却防止部材１０を固定する樹脂成形支持体２よりなる。樹脂成形支持体２は、図１に示すように、ひとつの大きな凹状の板状部材２１ａと、板状部材２１ａより小さなふたつの凹状の板状部材２１ｂ、２１ｃが連結された平面視が波状の本体部２であって、溝状冷却水流路１４の流路高さより小の高さのものである。凹状の板状部材２１ａには、大きな過冷却防止部材１０ａが固定され、凹状の板状部材２１ｂ、２１ｃには、過冷却防止部材１０ａより小さな過冷却防止部材１０ｂ、１０ｃが取り付けられている。すなわち、本例の過冷却防止部材１０は、真ん中のシリンダボア壁１３の周方向の大部分に熱膨潤後、当接し、両側のシリンダボア壁１３の周方向の約半分に熱膨潤後、当接するものである。
【００２４】
樹脂成形支持体２の本体部２１に、過冷却防止部材１０を固定する方法としては、特に制限されないが、接着剤を用いる方法が例示される。
【００２５】
凹状の板状部材である過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの厚さは、樹脂成形支持体２に取り付け後、樹脂成形支持体２を含めた全体厚さが、溝状冷却水流路１４の流路幅より僅かに小さくすることが、溝状冷却水流路１４への装着が容易になるとともに、７０℃以上の温度になった冷却水と接触した後、膨張してシリンダボア壁１３の溝状冷却水流路側の壁面に確実に接触することになる点で好ましい。
【００２６】
樹脂成形支持体２の本体部２１は、図１の左右方向の両端において、高さ方向に延びる本体部２１の厚さより大の厚みの縦リブ２２を有し、図１の左右方向の中央において、高さ方向であって、且つ過冷却防止部材１０を回避して延びる本体部２１の厚さより大の厚みの縦リブ２４を有する。すなわち、左右方向の真ん中の縦リブ２４は上下方向に連続しておらず、上方部と下方部にそれぞれ分離して配置されている。縦リブ２２、２４はボアの周方向の中心に位置するもので、溝状冷却水流路１４内に装着後、シリンダボア径方向の動きを規制することができる。また、縦リブ２２、２４におけるシリンダボア壁側の突出部は、シリンダボア壁１３側の流路幅を狭めて、ゴム材である過冷却防止部材１０の水の流れによる変形を防止することができる。
【００２７】
樹脂成形支持体２は、本体部２１のシリンダボア間において上部に延びる突出部３を更に有する。突出部３は、樹脂成形支持体２を装着及び脱着する際の摘み部として機能するとともに、２つのシリンダボア壁間（くびれ部）の冷却を促進する機能を奏する。突出部３を含めた樹脂成形支持体２は、全体が溝状冷却水流路１４内に入り込む。また、突出部３の厚みは、本体部２１の厚みより小であれば、形状などは特に制限されないが、図１及び図４に示すように、略Ｖ字断面形状であるものが、ラジオペンチ等でつまみ易くなる。また、突出部３は、略Ｖ字断面形状とすることで、シリンダボア間の略Ｖ字形状の隙間に入り込むことができ、冷却水の流れに抵抗でき、設置安定性が高まる（図４参照）。
【００２８】
また、突出部３は、図４に示すように、右翼部３１と左翼部３２を有する略Ｖ字断面形状であるため、突出部３のシリンダボア壁側の冷却水流れを速めることができる。すなわち、冷却水（図中、矢印方向）は、右翼部３１の先端で、右翼部３１を境としてシリンダボア壁側の流れａとシリンダボア壁とは反対側の流れｂに分かれる。右翼部３１のシリンダボア側を流れる冷却水ａ１は、右翼部３１とシリンダボア壁１３間の隙間が狭いため、流速が大となり、シリンダボア壁１３の冷却を促進する。そして、シリンダボア間を超えた水の流れは、そのままシリンダボア壁１３に沿って流れる（符号ａ２）。これにより、左翼部３２側のシリンダボア壁１３の冷却効果を低下させることがない。本例の樹脂成形支持体２は、本体部２１の過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃを過冷却防止領域に配置し、突起部３を冷却促進領域に配置する。樹脂成形支持体２において、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの配置位置や突起部３の配置位置は、本体部２１の高さや過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの取り付け高さを適宜設定することで行う。
【００２９】
本例の内燃機関は、過冷却防止部材１０を備える。すなわち、本例の内燃機関は、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃを固定した樹脂成形支持体２を、内燃機関のシリンダブロック１１のシリンダボア壁１３周りに形成される溝状冷却水流路１４内に設置したものである。そして、冷却水が通水されていない状態では、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃは、シリンダボア壁面１７に接触しておらず（図６（Ａ））、冷却水が通水された後、冷却水温度が上昇した状態において、熱膨張して、シリンダボア壁面１７に接触する（図６（Ｂ））。なお、冷却水が通水されていない状態において、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの一部はシリンダボア壁面１７に接触していてもよい。溝状冷却水流路１４の溝幅は狭いものであるため、過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃを装着した後、加温された冷却水と接触する前（膨張前）であっても不可避的に過冷却防止部材１０ａ〜１０ｃの接触面１ａ〜１ｃとシリンダボア壁面１７とが接触することがあるからである。
【００３０】
本例の内燃機関は、該シリンダブロック、該過冷却防止部材及び該固定部材の他に、ピストン、シリンダヘッド、ヘッドガスケット等を有する。
【００３１】
本例の内燃機関では、本発明の過冷却防止部材により、該シリンダボア壁の周方向の全部に配置されていてもよいが、本発明の過冷却防止部材を設置するときの作業性、熱膨張率による変形、設置部の冷却水流の下流側における水の淀みによる保温効果等を考慮して、図９に例示するように、該シリンダボア壁の周方向の一部に、本発明の過冷却防止部材に覆われていない部分があってもよい。なお、図９では、黒く塗りつぶした部分が、過冷却防止部材１０の設置位置（膨張後）を示す。また、該シリンダボア壁の周方向２３とは、図１０に示すように、該シリンダボア壁１３の外周を囲む方向であり、該シリンダボア壁１３を横から見たときの該シリンダボア壁１３の左右方向である。なお、図９中、左端の過冷却防止部材１０のように、ひとつのボア壁１７の周方向の一部に配置するような場合、図１の示すような突起部３の設置を省略することができる。図１０中、（Ａ）は該シリンダボア壁１３のみを示す平面図であり、（Ｂ）は該シリンダボア壁１３のみを示す正面図である。
【００３２】
本例の内燃機関において、該シリンダボア壁の上下方向において、本発明の過冷却防止部材の接触面の設置位置は、溝状冷却水流路１４の下方２／３に相当する領域である。シリンダボア壁においては、上死点では温度が高く、下死点では温度が低いため、温度の低い溝状冷却水流路１４の下方２／３に相当する領域を保温すれば、シリンダボア壁の壁温を概ね均一にできる。
【００３３】
従来の内燃機関では、該シリンダボア壁の下側部分は、燃料が爆発する上側部分に比べ、温度が低いため、冷却水により冷却され易い。そのため、該シリンダボア壁の上側部分と下側部分とでは、温度差が大きくなっていた。
【００３４】
それに対して、過冷却防止部材１０が設置されている内燃機関では、過冷却防止部材１０が冷却水と接触して熱膨張し、シリンダボア壁に当接するため、冷却水がシリンダボア壁１３に直接接触することが防がれるので、シリンダボア壁１３の下側部分の温度が、上側部分に比べ、低くなり過ぎるのを防ぐことができる。更に、過冷却防止部材１０を取り付けた樹脂成形支持体２が設置されている内燃機関では、シリンダボア壁１３の上側部分（冷却領域）に突起部３が位置するように、下側部分（過冷却防止領域）に過冷却防止部材１０が位置するように設置すれば、冷却領域を好適に冷却し、過冷却防止領域を好適に過冷却を防止できる。そのため、シリンダボア壁１３の上側部分と下側部分との温度差を少なくすることができる。これらのことにより、本発明のシリンダボア壁の過冷却防止部材は、シリンダボア壁の壁温を均一にしてボアの熱変形による歪みを少なくすることができる。
【００３５】
次に、第２の実施の形態例の過冷却防止部材１ｄを備える過冷却防止部材構造体を図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８において、図１〜図６と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、過冷却防止部材１０ｄを備える構造体において、過冷却防止部材１０を備える構造体と異なる点は、過冷却防止部材のパーツの数と、樹脂成形支持体の形状と、樹脂成形支持体と過冷却防止部材の固定方法である。すなわち、過冷却防止部材１０ｄを備える構造体は、１パーツの過冷却防止部材１０ｄと、窓枠状の樹脂成形支持体２ｂと、金属製の枠体４０と、３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２とからなる。
【００３６】
過冷却防止部材１０ｄは、凹状の板状体であり、過冷却防止部材１０ｂ、１０ｃと同様の形状を有する。過冷却防止部材１０ｄは、左右の留め板４１及び上下の爪状留め板４２を有する凹状の金属製の枠体４０に、緩みなしで嵌め込まれている。これにより、過冷却防止部材１０ｄと金属製の枠体４０は一体化している。また、金属製の枠体４０の裏面は、図８中、左右方向の中央において帯状の留め金３２が固定されており、フック状の上端及び下端が金属製の枠体４０の上下端から外側にそれぞれ延びている。また、金属製の枠体４０の裏面は、図８中、左右方向の端寄りにおいてそれぞれ帯状の留め金３１ａ、３１ｂが固定されており、フック状の上端及び下端が金属製の枠体４０の上下端から外側に延びている。また、窓枠状の樹脂成形支持体２ｂは、過冷却防止部材１０ｄよりやや大きい中央がくり抜かれた貫通穴５０ｃを有し、上部には３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２の上部先端が係合するスリット５０ａが形成され、下部には３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２の下部先端が係合するスリット５０ｂが形成されている。そして、３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２の上部先端のフックを上部のスリット５０ａに係止させ、３つの帯状の留め金３１ａ、３１ｂ、３２の下部先端のフックを下部のスリット５０ｂに係止さることで、窓枠状の樹脂成形支持体２ｂに、過冷却防止部材１０ｄを固定させている。これにより、シリンダボアの径方向及び冷却水の流れ方向の動きを規制でき、設置安定性が高まる。このような過冷却防止部材１０ｄの接触面（表面）１ｄは、加熱された冷却水による熱膨張前において、金属製の枠体４０の表面から僅かに内側に位置している（凹んでいる状態）ものの、内燃機関のシリンダブロック１１のシリンダボア壁１３周りに形成される溝状冷却水流路１４内に設置し、熱のついた冷却水に接触することで、過冷却防止部材１０ｄが熱膨張することで、接触面１ｄは金属製の枠体４０からはみ出し、シリンダボア壁１１の溝状冷却水流路１４側の壁面１７に接するようになる。
【００３７】
第２の実施の形態例の過冷却防止部材構造体によれば、過冷却防止部材１０ｄを、溝状冷却水流路１４に挿入する際、帯状の留め金３１ａ、３１ｂの両端のフック部の背面が、溝状冷却水流路１４のシリンダボア壁１３とは反対側の壁面１８に接触するため摩擦抵抗を受けることがあるが、容易に挿入できる。また、過冷却防止部材１０ｄが設置されている内燃機関では、過冷却防止部材１０ｄが加熱された冷却水と接触して熱膨張し、シリンダボア壁に当接するため、冷却水がシリンダボア壁に直接接触することが防がれるので、シリンダボア壁の下側部分（過冷却防止領域）の温度が、上側部分に比べ、低くなり過ぎるのを防ぐことができる。
【００３８】
過冷却防止部材１０ｄは、図７及び図８の形態に限定されず、樹脂成形支持体２ｂは、第１の実施の形態例の樹脂形成体支持体２のような、３つのシリンダボア壁をカバーするような形状のものであってもよい。この場合、第１の実施の形態例の樹脂形成体支持体２のような、ボア間に突起部３を有していてもよい。また、本発明の過冷却防止部材は、金属製の支持体に支持されたものであってもよい。このようなものとしては、例えば、図７及び図８の形態において、樹脂形成体支持体２の使用を省略したものである。
【００３９】
実施例
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【実施例１】
【００４０】
（壁面との密着性等の確認試験）
図１〜図６に示す形状であって、下記仕様の過冷却防止部材を作成した。この過冷却防止部材を、図２に示す形状であって、下記仕様の試験用３気筒内燃機関の観察窓付きシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に設置し、冷却水を流した。冷却水を流した後、過冷却防止部材が冷却水の流れで動くか否か、過冷却防止部材の接触面が溝状冷却水流路側の壁面に密着しているか否かを、連続して、観察窓から観察した。その結果、過冷却防止部材は、溝状冷却水流路内に設置した後に冷却水に触れることで温度が上昇し膨張して、シリンダボア壁に十分密着した。また、過冷却防止部材は冷却水の流れの中で動くことはなかった。
【００４１】
（過冷却防止部材）
・感熱膨張材；熱可塑性物質を含浸させたエチレン-プロピレン-ジエン共重合ゴムであり、７０℃の水と接触することで、体積が３倍膨張することを予め確認したもの。
・過冷却防止部材を含む樹脂成形支持体の最大厚み；６．４ｍｍ
・樹脂成形支持体の高さ；５０ｍｍ
【００４２】
（試験用内燃機関）
・溝状冷却水流路の流路幅；８．４ｍｍ
・溝状冷却水流路の流路高さ（上下方向の高さ）；９０ｍｍ
・過冷却防止部材の設置位置；下端が溝状冷却水流路の下方から５ｍｍの位置
・供給冷却水温度；２０〜４０℃
【００４３】
（数値流体力学的解析結果）
壁面との密着性等の確認試験後、冷却水の流れが安定した状態を解析条件として、公知の数値流体力学的（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を行った。その結果を図１１に示す。図１１中、中央の温度分布は３気筒の中、真ん中のシリンダボア壁面のもの、左側及び右側の温度分布はこれに隣接するシリンダボア壁面のものである。また、図１１中、実施例１の符号Ａで示す囲み部分は過冷却防止部材が密着している部分である。
【００４４】
比較例１
過冷却防止部材の使用を省略した以外は、実施例１と同様の方法により、数値流体力学的解析を行った。その結果を図１１に示す。
【００４５】
比較例２
過冷却防止部材に代えて、特開２００８−３１９３９号公報に記載の可撓性リップ部材（スペーサー部材）１０ｇを使用した以外は、実施例１と同様の方法により、数値流体力学的解析を行った。比較例２は、実施例１の過冷却防止部材を設置した部分において、冷却水量を制限したものである。その結果を図１１に示す。
【００４６】
図１１の結果から明らかなように、過冷却防止部材が接触する壁面において、実施例１は比較例１及び２に比べて、６〜８℃上昇し、当該壁面の過冷却を防止していることが判る。また、実施例１では、シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面の温度は、上下方向において、５℃の差であり、概ね均一であることが判る。また、膨張前の過冷却防止部材は、厚みが溝状冷却水流路の流路幅より小であるため、該流路内に容易に挿入できた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、内燃機関のシリンダボア壁の上側と下側との変形量の違いを少なくすることができるので、ピストンの摩擦を低くすることができるため、省燃費の内燃機関を提供できる。
【符号の説明】
【００４８】
１、１ａ〜１ｄ 接触面
２ 樹脂成形支持体
３ 突出部
１０、１１ａ〜１１ｄ 過冷却防止部材
１１ シリンダブロック
１２ ボア
１３ シリンダボア壁
１４ 溝状冷却水流路
１５ 冷却水供給口
１６ 冷却水排出口
１７ シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面
１８ 溝状冷却水流路のシリンダボア壁とは反対側の壁面
２１、２１ａ〜２１ｃ （樹脂成形支持体の）本体部
２２、２４ 縦リブ
２３ 該シリンダボア壁の周方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に設置されるものであって、７０℃以上の冷却水と接触することで膨潤して、該シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面に接する接触面を有することを特徴とするシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項２】
材質が、感熱膨張材であることを特徴とする請求項１記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項３】
前記感熱膨張材が、熱可塑性物質を含むエチレン-プロピレン-ジエン共重合ゴムであることを特徴とする請求項２記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項４】
シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面形状に沿った凹状の板状体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項５】
樹脂成形された支持体に支持されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項６】
金属製の支持体に支持されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項７】
前記樹脂成形された支持体は、
少なくとも隣接する２つのシリンダボア壁に対応する、該溝状冷却水流路の高さより小の高さの凹状の板状体形状であって、且つ該過冷却防止部材が取り付けられる本体部と、
該本体部のボア間に位置し、該本体部の上面から上方に延びる突出部
と、からなることを特徴とする請求項５に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項８】
前記突出部は、略Ｖ字断面形状であって、該突出部の厚みは、該本体部の厚みより小であることを特徴とする請求項７記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項１０】
前記シリンダボア壁の過冷却防止部材の上下方向の設置範囲が、該溝状冷却水流路の下方２／３に相当する領域であることを特徴とする請求項９記載の内燃機関。
【請求項１】
内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア壁周りに形成される溝状冷却水流路内に設置されるものであって、７０℃以上の冷却水と接触することで膨潤して、該シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面に接する接触面を有することを特徴とするシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項２】
材質が、感熱膨張材であることを特徴とする請求項１記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項３】
前記感熱膨張材が、熱可塑性物質を含むエチレン-プロピレン-ジエン共重合ゴムであることを特徴とする請求項２記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項４】
シリンダボア壁の溝状冷却水流路側の壁面形状に沿った凹状の板状体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項５】
樹脂成形された支持体に支持されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項６】
金属製の支持体に支持されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項７】
前記樹脂成形された支持体は、
少なくとも隣接する２つのシリンダボア壁に対応する、該溝状冷却水流路の高さより小の高さの凹状の板状体形状であって、且つ該過冷却防止部材が取り付けられる本体部と、
該本体部のボア間に位置し、該本体部の上面から上方に延びる突出部
と、からなることを特徴とする請求項５に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項８】
前記突出部は、略Ｖ字断面形状であって、該突出部の厚みは、該本体部の厚みより小であることを特徴とする請求項７記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシリンダボア壁の過冷却防止部材を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項１０】
前記シリンダボア壁の過冷却防止部材の上下方向の設置範囲が、該溝状冷却水流路の下方２／３に相当する領域であることを特徴とする請求項９記載の内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−７４７８（Ｐ２０１２−７４７８Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１２８４（Ｐ２０１０−１４１２８４）
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【Ｆターム（参考）】
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