JP2005207269A - Cylinder block - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンのシリンダブロックに係り、特に、ブロック本体にベアリングキャップを締結する固定ボルトが螺合するネジ穴に発生する応力を低減して、亀裂などの発生防止を図ったシリンダブロックに関するものである。 The present invention relates to a cylinder block of an engine, and more particularly to a cylinder block in which stress generated in a screw hole into which a fixing bolt for fastening a bearing cap to a block body is screwed is reduced to prevent generation of a crack or the like. It is.
まず、図8を用いてエンジンのシリンダブロックの概略を説明する。 First, the outline of the cylinder block of the engine will be described with reference to FIG.
図に示すように、シリンダブロック10は図示しないシリンダが収容されるブロック本体11と、そのブロック本体11の下部に連結されるベアリングキャップ12とを備え、これらブロック本体11とベアリングキャップ12との間に、クランクシャフト13がベアリング(図示せず)を介して回転可能に支持される。
As shown in the figure, the
ブロック本体11とベアリングキャップ12との固定にはボルト締結が用いられる。つまり、ブロック本体11の下面において、クランクシャフト13の両側に位置する部位にネジ穴15がそれぞれ複数個形成され、ベアリングキャップ12にはネジ穴15と対応する位置にボルト挿通穴16が形成される。固定ボルト17をベアリングキャップ12の挿通穴16を通してブロック本体11のネジ穴15と螺合させることにより、ベアリングキャップ12がブロック本体11に締結・固定される。
Bolt fastening is used to fix the
ところで、ブロック本体11とベアリングキャップ12との締結部はクランクシャフト13からの負荷を受けるのであるが、近年のエンジン高出力化に伴って、この負荷がますます高く(過酷に)なっている。これに対して、シリンダブロック10(ブロック本体11、ベアリングキャップ12等)は、エンジン軽量化等の目的から、鉄鋼材料よりも強度の低いアルミニウム合金製のものが用いられるようになっている。この結果、ブロック本体11のネジ穴15がクランクシャフト13から受ける負荷(応力)に耐えきれなくなり、ネジ穴15の内面に亀裂等が発生する可能性があった。
By the way, the fastening portion between the block
このため、材料面やサイズ面以外の対策によって(つまり、重量を増加させることなく)シリンダブロック10の締結部の強度を向上させることが課題となっている。
For this reason, it is a problem to improve the strength of the fastening portion of the
ここで、特許文献1にはボルト締結部の強度を向上させる対策として、ボルト頭部の着座面の一部を傾斜させることが記載されている。この構成によれば、ボルト頭部と着座面との間に隙間(逃がし)が形成されるため、ボルトの変形を許容でき、ボルトおよびネジ穴に発生する応力を低減することができる。
Here,
しかしながら、この構造をシリンダブロック10の締結部に適用した場合、固定ボルト17の変形によりブロック本体11とベアリングキャップ12との隙間が変化するため、以下の問題が発生してしまう。
However, when this structure is applied to the fastening portion of the
1)クランクシャフト13とシリンダブロック10との隙間が変化するため、クランクシャフト13の破損につながるおそれがある。
1) Since the gap between the
2)クランクシャフト13とベアリングとの隙間が変化するため、ベアリングの焼き付き(損傷)につながるおそれがある。
2) Since the gap between the
3)騒音・振動の発生につながるおそれがある。 3) There is a risk of noise and vibration.
つまり、シリンダブロック10では、固定ボルト17の変形を増加(許容)させて応力を低減させることは得策ではない。
In other words, in the
そこで、本発明の目的は、固定ボルトの変形を増加させることなく、締結部の強度を向上させることができるシリンダブロックを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cylinder block that can improve the strength of the fastening portion without increasing the deformation of the fixing bolt.
上記目的を達成するために本発明は、ブロック本体とベアリングキャップとでクランクシャフトを支持し、ブロック本体に形成されたネジ穴に固定ボルトを螺合させてブロック本体にベアリングキャップを固定するシリンダブロックであって、上記ネジ穴の内面の周方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって応力が集中する部位に、径方向外側に突出する切欠部を形成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a cylinder block in which a crankshaft is supported by a block body and a bearing cap, and a fixing bolt is screwed into a screw hole formed in the block body to fix the bearing cap to the block body. In the circumferential direction of the inner surface of the screw hole, a notch portion that protrudes radially outward is formed at a portion where stress is concentrated by a load received from the crankshaft.
ここで、上記切欠部は、上記ネジ穴の周方向において上記クランクシャフトと近接する部位に形成することが好ましい。 Here, it is preferable that the notch is formed in a portion adjacent to the crankshaft in the circumferential direction of the screw hole.
また、上記切欠部は、上記ネジ穴の長手方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって応力が集中する部位に形成しても良い。 The notch may be formed in a portion where stress is concentrated by a load received from the crankshaft in the longitudinal direction of the screw hole.
本発明によれば、ネジ穴に発生する最大応力が低減されるため、固定ボルトの変形を増加させることなく、締結部の強度を向上させることができるという優れた効果を発揮するものである。 According to the present invention, since the maximum stress generated in the screw hole is reduced, the excellent effect that the strength of the fastening portion can be improved without increasing the deformation of the fixing bolt is exhibited.
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態のシリンダブロックの概略構造は、図8に示したものと同様である。 The schematic structure of the cylinder block of this embodiment is the same as that shown in FIG.
即ち、本実施形態のシリンダブロック10は、図示しないシリンダが収容されるブロック本体11と、そのブロック本体11の下部に連結されるベアリングキャップ12とを備え、これらブロック本体11とベアリングキャップ12との間に、クランクシャフト13がベアリング(図示せず)を介して回転可能に支持される。
That is, the
ブロック本体11の下面において、クランクシャフト13の両側に位置する部位にはネジ穴15がそれぞれ複数個形成され、ベアリングキャップ12にはネジ穴15と対応する位置にボルト挿通穴16が形成される。固定ボルト17をベアリングキャップ12の挿通穴16を通してブロック本体11のネジ穴15と螺合させることにより、ベアリングキャップ12がブロック本体11に締結・固定される。
A plurality of
さて、本実施形態のシリンダブロック10の特徴は、ブロック本体11に形成されるネジ穴15にあるので、以下、図1及び図2を用いてネジ穴15の構造を説明する。
Now, since the
図1はブロック本体11の下面11a側から見たネジ穴15の正面図であり、図2(a)は図1のIIa−IIa線断面図、図2(b)は図1のIIb−IIb線断面図、図2(c)は図1のIIc−IIc線断面図である。
1 is a front view of the
図1中、20はネジ穴15のネジの山を示しており、21はネジの谷を示している。
In FIG. 1, 20 indicates a thread of the
図から明らかなように、本実施形態のシリンダブロック10のネジ穴15の特徴は、ネジ穴15の内面の周方向一部に、径方向外側に突出した切欠部23が形成されている点にある。本実施形態の切欠部23はネジ穴15の山20から径方向外側に円弧状に突出しており、その最大突出点P1がネジ穴15の谷21の位置と等しくなっている。本実施形態では、切欠部23は、ネジ穴15の長手方向(深さ方向)にほぼ全域に亘って形成される。
As is apparent from the drawing, the feature of the
本実施形態の切欠部23の形状を更に具体的に説明すると、図3に示すように、切欠部23は、ネジ穴15の谷21の径Dの半分(D/2)を直径D’とする円25の外周に沿ってくり抜かれて形成される。つまり、図3中ハッチングで示す部分がくり抜かれる部分である。この切欠部23は、ドリルやスロッター等を用いて比較的容易に形成することができる。
More specifically, the shape of the
係る切欠部23を形成することにより、この部位では固定ボルト17とネジ穴15との係合(螺合)面積が小さくなる。特に、切欠部23の最大突出点P1及びその近傍では、固定ボルト17とネジ穴15との係合が完全に解除・開放される。従って、この部分では固定ボルト17からネジ穴15への負荷伝達が遮断されることになり、クランクシャフト13から固定ボルト17に負荷が作用しても、この部位に発生する応力はほぼゼロとなる。そして、その分の応力がネジ穴15の周方向の他の部位に分散される。従って、クランクシャフト13から負荷を受けたときに発生する応力が最も大きくなる部位(応力集中部位)に切欠部23を設ければ、ネジ穴15に発生する最大応力を低減することができる。結果として、ネジ穴15の強度が向上する。なお、この効果を得るためには、切欠部23の最大突出点P1を、少なくともネジ穴15と螺合する固定ボルト17の山よりも径方向外側に位置させる必要がある。
By forming the
本出願人は、切欠部23の最適な形成位置を見つけるために、切欠部23を有さない通常のネジ穴に発生する応力の解析を行った。その解析イメージを図4に実線Aで示す。図はクランクシャフト13の右側に位置するネジ穴15に発生する応力を示しており、ラインAがネジ穴15の中心から径方向外側に離れる程、その部分に発生する応力が高いことを意味している。
In order to find the optimal formation position of the
図から明らかなように、ネジ穴15の左側、つまり、クランクシャフト13側の部位に発生する応力の方がクランクシャフト13から遠い部位(右側)に発生する応力よりも高くなる。そして、クランクシャフト13との距離が最も短くなる点P’にて応力は最大となる。
As is apparent from the drawing, the stress generated at the left side of the
この理由を図5を用いて説明すると、エンジンの燃焼行程では、ピストンの下降に伴って、クランクシャフト13及びそれを支持するベアリングキャップ12等に対して下方へ押し下げる力が作用する。このとき、固定ボルト17はその上端のみが固定された、所謂、片持ち状態であるため、図に破線で示すように、ブロック本体11、ベアリングキャップ12の下部を外側に開く力が発生する。その結果、ネジ穴15のクランクシャフト13側の位置に大きな引張応力が発生する。この応力がネジ穴15の耐力よりも大きければネジ穴15に永久変形(亀裂など)が生じる原因となる。また、この引張応力はエンジンが爆発(燃焼)するたびに繰り返しかかるので、ネジ穴15の内面に疲労破壊が発生する原因ともなる。
The reason for this will be described with reference to FIG. 5. In the combustion stroke of the engine, a downward pressing force acts on the
従って、図1に示すように、切欠部23をネジ穴15の内面の周方向においてクランクシャフト13と近接する部位(応力集中部位)に形成すれば、その部分に発生する応力を他の部位に分散でき、ネジ穴15に発生する最大応力を低減できる。特に、切欠部23の最大突出点P1を、クランクシャフト13との距離が最も近い位置(図4におけるポイントP’)に位置させれば、ネジ穴15に発生する最大応力を最も効果的に低減できる。
Therefore, as shown in FIG. 1, if the
本出願人は、切欠部23による応力低減効果を確認するために、切欠部23を形成したネジ穴15に発生する応力の解析を行った。その解析イメージを図6に実線Bで示す。なお、図中の点線Aは、図4に示した従来のネジ穴に発生する応力を比較のために示したものである。
The present applicant analyzed the stress generated in the
図から明らかなように、切欠部23を形成したネジ穴15では、従来応力が集中していた点(切欠部23の最大突出点P1)に発生する応力が従来と比較して著しく低減し、その他の部位、特に、切欠部23の周方向両端部P2,P3に発生する応力が若干増加している。つまり、切欠部23を形成したことにより、従来一点に集中していた応力が、周方向における他の部位、特に、切欠部23の両端部P2,P3の二点に分散されたことを意味している。従って、ネジ穴15に発生する最大応力(切欠部23の両端部P2,P3に発生する応力Sb)は、従来のネジ穴に発生する最大応力Saと比べて著しく低くなる。結果として、ネジ穴15の強度が向上し、亀裂などの発生を防止できる。特に、ネジ穴15に発生する最大応力Sbがネジ穴15の耐力よりも小さくなるように、切欠部23の形状やサイズ等を設定すれば、亀裂等の発生をより確実に防止できる。なお、ネジ穴15全体に発生する応力は従来と同じであるので、図6における実線B内の面積と点線A内の面積とは等しくなる。
As is clear from the figure, in the
このように、本実施形態のシリンダブロックによれば、シリンダブロックの重量を増加させることなく、かつ安価に締結部の強度向上を図ることができる。 Thus, according to the cylinder block of the present embodiment, the strength of the fastening portion can be improved at a low cost without increasing the weight of the cylinder block.
また、本実施形態のシリンダブロックによれば、ネジ穴15及び固定ボルト17に発生する最大応力が低くなるため、固定ボルト17の変形(伸び)量が従来と比べて小さくなる。従って、ブロック本体11とベアリングキャップ12との隙間の変化は従来よりも小さくなり、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したような、不具合が発生することはない。
Further, according to the cylinder block of the present embodiment, the maximum stress generated in the
なお、本発明は上記実施形態に限定はされない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、切欠部23の形状は円弧状に限らず、三角形状など、他の形状としても良い。
For example, the shape of the
また、切欠部23の切欠量(径方向突出量、周方向長さなど)も上記実施形態に限定はされず、ネジ穴15に係る負荷を考慮して適宜設定すれば良い。しかしながら、切欠部23のサイズ及び形状は、ブロック本体11とベアリングキャップ12との締結力を充分確保できる範囲内とすることは勿論である。しかしながら、ネジ穴15の応力低減効果(強度向上効果)を充分に得たい場合などは、切欠部23のサイズを大きく設定し、その分の締結力及び強度の低下を、ネジ穴15及び固定ボルト17のネジを細目化することにより補うことも可能である。
Further, the notch amount (diameter protrusion amount, circumferential length, etc.) of the
更に、上記実施形態では、切欠部23をネジ穴15の長手方向全域に亘って形成すると説明したが、本発明はこの点において限定されず、図7に示すように、切欠部23をネジ穴15の長手方向(深さ方向)の一部にのみ形成しても良い。つまり、ネジ穴15に発生する応力はネジ穴15の長手方向においても均一に発生するのではなく、応力が集中する部位が存在すると考えられるので、シミュレーションなどにより長手方向における応力集中部位を求めて、その部分にのみ切欠部23を形成すれば、締結力(強度)の低下を最小限に抑えつつネジ穴15の強度向上を図ることができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, it has been described that the
10 シリンダブロック
11 ブロック本体
12 ベアリングキャップ
13 クランクシャフト
15 ネジ穴
17 固定ボルト
23 切欠部
10
Claims (3)
上記ネジ穴の内面の周方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって応力が集中する部位に、径方向外側に突出する切欠部を形成したことを特徴とするシリンダブロック。 A cylinder block that supports a crankshaft by a block body and a bearing cap, and fixes a bearing cap to the block body by screwing a fixing bolt into a screw hole formed in the block body,
A cylinder block characterized in that a notch projecting radially outward is formed at a portion where stress is concentrated by a load received from a crankshaft in a circumferential direction of the inner surface of the screw hole.
The cylinder block according to claim 1 or 2, wherein the notch is formed in a portion where stress is concentrated by a load received from a crankshaft in a longitudinal direction of the screw hole.
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- 2004-01-21 JP JP2004012988A patent/JP2005207269A/en active Pending
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