JP2005264760A - シリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】捩り応力に対する強度を高め、捩り変形に起因する振動や騒音の発生を抑制することのできるシリンダブロックを提供する。
【解決手段】シリンダブロックは、列をなすようにして配置され、かつ上端部に共通アッパデッキ部２３が設けられた複数のシリンダライナ１３〜１６と、これらのシリンダライナ１３〜１６を囲む外側壁１８を有するシリンダブロック本体１２とを備える。シリンダブロック本体１２には、外側壁１８のうちシリンダライナ１３〜１６の配列方向に設けられた一対の内壁面１８Ａ，１８Ｂを連結する連結壁３１が設けられている。前記配列方向における中央部分のシリンダライナ１４，１５は、それらの中心線Ｌの間隔Ｄ２が、中央部分以外のシリンダライナ１３，１４及び１５，１６の中心線Ｌの間隔Ｄ１，Ｄ３よりも広くなるように配置されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、端部にアッパデッキ部が設けられた複数のシリンダライナと、それらのシリンダライナを囲む外側壁を有するシリンダブロック本体とを備えるシリンダブロックに関するものである。

内燃機関用のシリンダブロックとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。このシリンダブロックは、熱膨張係数の小さな鉄系合金を用いて鋳造により一体に形成されたライナケースと、アルミニウム合金等の比較的比重の小さな金属材料を用いて鋳造により一体に形成されたクランクケースとを主要部品として備える。ライナケースは、列をなすように配置された複数のシリンダライナと、それらのシリンダライナの周りにウォータジャケットを形成する外壁部と、外壁部の上端に一体に形成されたフランジ部とからなる。一方、クランクケースのシリンダ部分には、ライナケース受け口を有するライナケース支持部が設けられている。

こうした構成のシリンダブロックでは、ライナケースがクランクケースのライナケース受け口からライナケース支持部内に挿入され、フランジ部がライナケース受け口に載置される。シリンダヘッドがガスケットを介してフランジ部上に載置される。そして、シリンダヘッド、ガスケット、ライナケース、クランクケースがヘッドボルトにより共締めされる。

なお、本発明にかかる先行技術文献としては、上記特許文献１のほかに次の特許文献２が挙げられる。
特開平１０−１６９５０３号公報（図２） 特開２００２−９７９９７号公報

ところで、ピストンの往復直線運動をクランク機構によって回転運動に変換して、出力軸であるクランクシャフトを回転させるようにしたいわゆるレシプロエンジンにあっては、そのクランクシャフトの回転に伴い同シャフトに捩りモーメントが作用し、捩り応力としてシリンダブロック本体に伝達される。

一方、上記公報に記載されたシリンダブロックでは、ライナケース支持部がシリンダライナを囲む構成を採っていて、そのライナケース支持部の内部が空洞状態となっている。こうした構造は、前述した捩り応力に対して十分ではなく、この捩り応力によりクランクケースが変形し、この変形に伴い振動や騒音を発生するおそれがある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、捩り応力に対する強度を高め、捩り変形に起因する振動や騒音の発生を抑制することのできるシリンダブロックを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、列をなすように配置され、かつ端部にアッパデッキ部が設けられた複数のシリンダライナと、前記複数のシリンダライナを囲む外側壁を有するシリンダブロック本体と、前記外側壁のうち前記シリンダライナの配列方向に設けられた一対の内壁面を連結する連結部とを備えるとする。

上記の構成によれば、シリンダブロック本体の外側壁が複数のシリンダライナを囲む構造を採っているが、その外側壁の一対の内壁面が連結部によって連結されることで、外側壁の強度が補われ、捩り応力に対する剛性が高められる。このため、捩り応力により外側壁が変形してシリンダブロックが振動したり騒音を発したりするのを抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記連結部は、前記シリンダライナの配列方向についての中央部分に設けられているとする。
上記の構成によれば、外側壁の一対の内壁面が、連結部により、シリンダライナの配列方向についての中央部分で連結される。この連結により、外側壁の強度が、連結部を中心としてシリンダライナの配列方向についての両側でバランスよく補われ、捩り応力に対する剛性が略均等に高められる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記アッパデッキ部は、前記外側壁及びシリンダヘッド間に配置されて締結されるものであるとする。
上記の構成によれば、複数のシリンダライナはシリンダブロック本体の外側壁の内部空間内に配置される。シリンダライナの端部に設けられたアッパデッキ部は外側壁とシリンダヘッドとによって挟み込まれる。そして、これらのシリンダヘッド、アッパデッキ部及び外側壁がボルト等の締結部材によって締結される。この締結により、複数のシリンダライナがアッパデッキ部を通じてシリンダブロック本体に固定されてシリンダブロックが構成されるとともに、このシリンダブロック上にシリンダヘッドが固定される。こうしたシリンダブロックでは、外側壁の一対の内壁面を連結する連結部は、隣り合うシリンダライナ間に位置して、外側壁の強度を補うこととなる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記シリンダライナ毎のアッパデッキ部は１つの共通アッパデッキ部により構成されており、前記複数のシリンダライナのうち隣り合う所定のシリンダライナの対については、それらの中心線の間隔が、他の対における中心線の間隔よりも広くなるように配置されており、前記連結部は、前記間隔の広いシリンダライナ間に対応する箇所に設けられているとする。

上記の構成によれば、シリンダブロック本体の外側壁の内部空間は連結部により複数の空間に仕切られる。シリンダブロックにシリンダヘッドが組み付けられる際には、全部のシリンダライナが外側壁の内部空間に収容される。この収容により所定のシリンダライナが外側壁内の適正箇所に配置されると、隣り合うシリンダライナにあって中心線の間隔の広いものが連結部を挟む箇所に位置し、同間隔の狭いものが連結部を挟まない箇所に位置する。このように全部のシリンダライナが外側壁の適正箇所に配置されるため、シリンダライナが連結部と当たって干渉することはない。従って、互いに独立したシリンダライナを外側壁の所定箇所に配置する場合に比べて全シリンダライナの位置決めが容易となる。

そして、共通アッパデッキ部が外側壁とシリンダヘッドとによって挟み込まれて締結されると、全てのシリンダライナがシリンダブロック本体に固定されてシリンダブロックが構成されるとともに、このシリンダブロックにシリンダヘッドが固定される。

また、連結部に対応する箇所のみ中心線の間隔が広くされているため、連結部の追加に伴いシリンダブロックがシリンダライナの配列方向に不要に長くなるのを抑制することが可能となる。

請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記複数のシリンダライナは複数の組に分けられ、各組のシリンダライナには共通のアッパデッキ部が設けられており、所定の組のシリンダライナは前記連結部を挟んで隣の組のシリンダライナから離間した箇所に配置されるとする。

上記の構成によれば、シリンダブロック本体の外側壁の内部空間は連結部により複数に仕切られる。シリンダブロックにシリンダヘッドが組み付けられる際には、組毎のシリンダライナが、外側壁の内部空間のうち連結部によって仕切られたいずれかの空間に収容される。この収容により、所定の組のシリンダライナは、連結部を挟んで隣の組のシリンダライナから離間した箇所に配置される。シリンダライナが連結部と当たって干渉することはない。そして、各組のアッパデッキ部が外側壁とシリンダヘッドとによって挟み込まれて締結されると、全てのシリンダライナがシリンダブロック本体に固定されてシリンダブロックが構成されるとともに、このシリンダブロックにシリンダヘッドが固定される。

以下、本発明を多気筒レシプロエンジンに用いられるシリンダブロックに具体化した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。レシプロエンジンは、ピストンの往復直線運動をクランク機構によって回転運動に変換して、出力軸であるクランクシャフトを回転させるタイプのエンジンである。

図１及び図２に示すように、シリンダブロック１１はシリンダブロック本体１２及び複数（ここでは４つ）のシリンダライナ１３，１４，１５，１６を備えて構成されている。シリンダブロック本体１２はシリンダブロック１１の多くの部分を占めるものであり、スカート部１７及び外側壁１８を備えている。スカート部１７はシリンダブロック本体１２の下部を構成するものであり、その下端部には、クランクシャフト１９を回転可能に支持するためのジャーナル部２１が設けられている。外側壁１８はシリンダブロック本体１２の上部を構成するものであり、全てのシリンダライナ１３〜１６を囲む。シリンダブロック本体１２は、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の比較的比重の小さな金属材料を用い、ダイカスト、中圧鋳造、低圧鋳造等の鋳造法により一体に形成されている。

各シリンダライナ１３〜１６は上下両端が開放された円筒状をなしており、クランクシャフト１９に沿って列をなすように配置されている。全シリンダライナ１３〜１６の上端部には、板状をなす共通アッパデッキ部２３が一体に設けられている。共通アッパデッキ部２３及びシリンダライナ１３〜１６は、鋳鉄等の耐摩耗性に優れた金属材料によって形成されている。シリンダライナ１３〜１６は外側壁１８内に収容され、共通アッパデッキ部２３は外側壁１８上に載置される。各シリンダライナ１３〜１６の内部空間は、ピストン（図示略）を往復動可能に収容するためのシリンダボア２４を構成する。各シリンダボア２４においてピストンよりも上側の空間は、燃料及び空気の混合気を燃焼するための燃焼室（図示略）を構成する。

外側壁１８の複数箇所には、その外側壁１８の上面において開口するねじ穴２５が設けられている。また、共通アッパデッキ部２３の前記ねじ穴２５に対応する箇所には貫通孔２６が設けられている。そして、図１及び図３に示すように共通アッパデッキ部２３が外側壁１８上に載置され、その上にガスケット２７を介してシリンダヘッド２８が載置され、それらのシリンダヘッド２８、ガスケット２７及び共通アッパデッキ部２３の貫通孔２６にそれぞれ挿通されたヘッドボルト２９が、外側壁１８の対応するねじ穴２５に螺入される。この螺入されたヘッドボルト２９により、共通アッパデッキ部２３、ガスケット２７及びシリンダヘッド２８がシリンダブロック本体１２に締結される。

以上がシリンダブロック１１の基本構造である。ところで、レシプロエンジンにあっては、クランクシャフト１９の回転に伴い同シャフト１９に捩りモーメントが作用し、捩り応力がシリンダブロック本体１２に伝達される。一方、本実施形態のシリンダブロック１１では、前述したようにシリンダブロック本体１２の外側壁１８が複数のシリンダライナ１３〜１６の全部を囲む構成を採っていて、その外側壁１８の内部が空洞状態となっている。こうした構造は上記捩り応力に対して十分に強いとは言い難い。

そこで、本実施形態では、上記シリンダブロック１１の捩り応力に対する強度を高めるために以下の構造が採用されている。図２及び図４に示すように、外側壁１８のうちシリンダライナ１３〜１６の配列方向に設けられた一対の内壁面１８Ａ，１８Ｂが連結部によって連結されている。連結部は、上記配列方向についての中央部分において外側壁１８と一体に設けられた連結壁３１によって構成されている。連結壁３１の上面は外側壁１８の上面と略同じ高さに位置している。また、連結壁３１の下端部はスカート部１７につながっている。外側壁１８の内部空間は、連結壁３１により２つの空間（第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２）に仕切られている。

また、前記連結壁３１に対応して、上記配列方向について中央部分で隣り合うシリンダライナ１４，１５と、それ以外の箇所で隣り合うシリンダライナ１３，１４及び１５，１６とで、中心線Ｌの間隔（ピッチ）Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が異なっている。詳しくは、前者の間隔Ｄ２が後者の間隔Ｄ１，Ｄ３よりも広くなるように全シリンダライナ１３〜１６が配置されている。この配置により、両端のシリンダライナ１３，１６が中央部分のシリンダライナ１４，１５に接触していてそれらの間に隙間がないのに対し、中央部分の２つのシリンダライナ１４，１５は所定の間隔をおいて相互に離間している。ここで、所定の間隔は、連結壁３１の厚みよりも若干広く設定されている。

そして、シリンダライナ１３，１４が第１空間Ｓ１内に収容され、シリンダライナ１５，１６が第２空間Ｓ２内に収容されている。この状態では、中央部分のシリンダライナ１４，１５が連結壁３１をシリンダライナ１３〜１６の配列方向（図３では左右方向）についての両側から挟み込んでいる。

なお、上記連結壁３１によって仕切られた第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２においてシリンダライナ１３〜１６の周りの箇所はウォータジャケット２２として機能する。ウォータジャケット２２は、シリンダブロック本体１２、シリンダライナ１３〜１６等を冷却するための冷却水の通路である。ここでは、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２が連結壁３１を介して互いに独立しており、それぞれ冷却水の流入部及び流出部（ともに図示略）を有している。

上記のように構成された本実施形態のシリンダブロック１１にシリンダヘッド２８を組み付ける際には、図３に示すように、全部のシリンダライナ１３〜１６を外側壁１８の内部空間に、詳しくはシリンダライナ１３，１４については第１空間Ｓ１に、シリンダライナ１５，１６については第２空間Ｓ２にそれぞれ挿入する。そして、共通アッパデッキ部２３を外側壁１８上に載置する。この載置により、各シリンダライナ１３〜１６が外側壁１８内の適正箇所に配置される。隣り合うシリンダライナ１３〜１６にあって中心線Ｌの間隔Ｄ２の広いもの（１４，１５）が連結壁３１を両側から挟む箇所に位置し、同間隔Ｄ１，Ｄ３の狭いもの（１３，１４及び１５，１６）が連結壁３１を挟まない箇所に位置する。このように全部のシリンダライナ１３〜１６が外側壁１８の内部空間の適正箇所に配置される。この際、シリンダライナ１３〜１６が連結壁３１と当たって干渉することはない。

続いて、図１に示すように、共通アッパデッキ部２３の上にガスケット２７及びシリンダヘッド２８を重ね、ヘッドボルト２９をシリンダヘッド２８及びガスケット２７に挿通するとともに、共通アッパデッキ部２３の貫通孔２６に挿通する。このヘッドボルト２９を外側壁１８のねじ穴２５に螺入する。ヘッドボルト２９を締め付けることにより、共通アッパデッキ部２３が外側壁１８とガスケット２７及びシリンダヘッド２８との間に挟まれて締結される。この締結により、全シリンダライナ１３〜１６がシリンダブロック本体１２に固定されてシリンダブロック１１が構成されるとともに、このシリンダブロック１１上にシリンダヘッド２８が固定される。

ところで、上記シリンダブロック１１では、シリンダブロック本体１２の外側壁１８が全部のシリンダライナ１３〜１６を囲む構造を採っている。この構造のみでは、捩り応力に対する外側壁１８の剛性が十分に高くない。しかし、本実施形態では、外側壁１８の一対の内壁面１８Ａ，１８Ｂが連結壁３１によって連結されることで、外側壁１８の強度が補われ、捩り応力に対する剛性が高められている。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）複数のシリンダライナ１３〜１６の全部を囲む外側壁１８内に連結壁３１を設け、この連結壁３１によって外側壁１８の一対の内壁面１８Ａ，１８Ｂを連結している。この連結壁３１によって外側壁１８の強度を補って捩り応力に対する剛性を高め、捩り応力により外側壁１８が変形してシリンダブロック１１が振動したり騒音を発したりするのを抑制することができる。

（２）連結壁３１を、シリンダライナ１３〜１６の配列方向についての中央部分に設けている。このため、外側壁１８の強度を、連結壁３１を中心として同配列方向についての両側でバランスよく補い、捩り応力に対する剛性を略均等に高めることができる。

（３）シリンダライナ１３〜１６毎のアッパデッキ部を１つの共通アッパデッキ部２３により構成している。また、配列方向における中央部分のシリンダライナ１４，１５の対については、それらの中心線Ｌの間隔Ｄ２が、他の対における中心線Ｌの間隔Ｄ１，Ｄ３よりも広くなるように配置している。そして、連結壁３１を、外側壁１８において、上記間隔Ｄ２の広いシリンダライナ１４，１５間に対応する箇所に設けている。

このため、所定のシリンダライナ、例えば隣り合うシリンダライナにあって中心線Ｌの間隔Ｄ２の広いものが連結壁３１を挟む箇所に位置するように、シリンダライナ１３，１４を第１空間Ｓ１に挿入し、シリンダライナ１５，１６を第２空間Ｓ２に挿入することで、シリンダライナ１３〜１６を外側壁１８の適正箇所に配置することができる。互いに独立しているシリンダライナ１３〜１６をそれぞれ外側壁１８の所定箇所に配置する場合に比べて全シリンダライナ１３〜１６の位置決めを簡単に行うことができる。

（４）連結壁３１に対応する箇所についてのみ、シリンダライナの中心線Ｌの間隔Ｄ２を他の間隔Ｄ１，Ｄ３よりも広くしている。このため、連結壁３１の追加に伴いシリンダブロック１１がシリンダライナ１３〜１６の配列方向に不要に長くなるのを抑制することができる。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・共通アッパデッキ部２３をシリンダライナ１３〜１６とは別部材によって構成してもよい。この場合にも前記実施形態と同様の作用及び効果が得られる。

・前記実施形態において、連結壁３１に第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２を連通させる開口等の連通部を設け、この連通部を通じて両空間Ｓ１，Ｓ２間で冷却水が流通するようにしてもよい。

・前記実施形態における共通アッパデッキ部２３を、図５に示すようにシリンダライナ１３〜１６の配列方向についての中央部分で２つに分けてもよい。この場合には、シリンダライナ１３，１４とシリンダライナ１５，１６とを別々に外側壁１８の内部空間（第１空間Ｓ１、第２空間Ｓ２）に収容することとなる。

・複数のシリンダライナ１３〜１６を複数の組に分け、各組のシリンダライナに共通のアッパデッキ部を設け、所定の組のシリンダライナを連結部を挟んで隣の組のシリンダライナから離間した状態で配置してもよい。その一態様を図５に示す。この態様では、４つのシリンダライナ１３〜１６がシリンダライナ１３，１４の組とシリンダライナ１５，１６の組との２組に分けられている。シリンダライナ１３，１４の組の上端部には共通のアッパデッキ部３２が設けられ、シリンダライナ１５，１６の組の上端部には共通のアッパデッキ部３３が設けられている。なお、図５において前記実施形態と同様の部材、箇所等については同一の符号が付されている。

こうした構成のシリンダブロック１１にシリンダヘッド２８を組み付ける際には、シリンダライナ１３，１４の組を外側壁１８の第１空間Ｓ１内に収容し、シリンダライナ１５，１６の組を第２空間Ｓ２内に収容する。これらの収容により、一方の組のシリンダライナ１３，１４は連結壁３１を挟んで他方の組のシリンダライナ１５，１６から離間した状態で配置される。中央部分のシリンダライナ１４，１５が連結壁３１と当たって干渉することはない。そして、各組のアッパデッキ部３２，３３が外側壁１８とシリンダヘッド２８との間に挟まれて締結されると、全シリンダライナ１３〜１６がシリンダブロック本体１２に固定されてシリンダブロック１１が構成されるとともに、このシリンダブロック１１上にシリンダヘッド２８が固定される。

なお、複数のシリンダライナ１３〜１６を複数の組に分ける際、組間でシリンダライナの数が必ずしも同じでなくてもよい。例えば、複数のシリンダライナ１３〜１６を２組に分ける場合、一方の組のシリンダライナを１つとし、他方を３つとしてもよい。

また、複数のシリンダライナ１３〜１６を２つ以上の組、例えば３つ又は４つの組に分けてもよい。４気筒エンジンにおいて、３つの組に分ける場合、そのうちの２つの組についてはシリンダライナが１つとなり、１つの組についてはシリンダライナが２つとなる。４気筒エンジンにおいて、４つの組に分ける場合、各組毎にシリンダライナが１つずつとなる。

・外側壁１８のうちシリンダライナ１３〜１６の配列方向に設けられた一対の内壁面１８Ａ，１８Ｂについて、連結壁３１を前記実施形態とは異なる箇所に設けてもよい。例えば、図６に示すように、シリンダライナ１３〜１６の配列方向（図６の左右方向）の中央部分以外の箇所に連結壁３１を設けてもよい。なお、図６において前記実施形態と同様の部材、箇所等については同一の符号が付されている。この場合には、中心線Ｌの間隔Ｄ１，Ｄ３が間隔Ｄ２よりも広くなる。

・連結部を前記実施形態とは異なる形状に変更してもよい。例えば、棒状をなすものによって連結部を構成してもよい。
・連結壁３１の上面を外側壁１８の上面よりも低くしたり、同連結壁３１の下端部をスカート部１７から離間させたりしてもよい。

・外側壁１８とは別部材からなる連結部によって、一対の内壁面１８Ａ，１８Ｂを連結してもよい。
・シリンダライナの中心線Ｌの間隔Ｄ１，Ｄ３についても、連結壁３１に対応する箇所の間隔Ｄ２と同様に広く設定してもよい。

・本発明のシリンダブロックは「４」以外の数の気筒を有するレシプロエンジンにも適用可能である。

本発明を具体化した一実施形態について、シリンダブロックにシリンダヘッドを締結した状態を示す部分破断斜視図。 シリンダブロック本体にシリンダライナを組み込む前の状態を示す分解斜視図。 シリンダブロック本体にシリンダライナを組み込んだ状態を示す斜視図。 シリンダブロックの平面図。 シリンダブロックの別の実施形態を示す分解斜視図。 シリンダブロックの別の実施形態を示す平面図。

符号の説明

１１…シリンダブロック、１２…シリンダブロック本体、１３，１４，１５，１６…シリンダライナ、１８…外側壁、１８Ａ，１８Ｂ…内壁面、２３…共通アッパデッキ部、２８…シリンダヘッド、３１…連結壁（連結部）、３２，３３…アッパデッキ部、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…間隔、Ｌ…中心線。

Claims (5)

1. 列をなすように配置され、かつ端部にアッパデッキ部が設けられた複数のシリンダライナと、
   前記複数のシリンダライナを囲む外側壁を有するシリンダブロック本体と、
   前記外側壁のうち前記シリンダライナの配列方向に設けられた一対の内壁面を連結する連結部と
   を備えることを特徴とするシリンダブロック。
2. 前記連結部は、前記シリンダライナの配列方向についての中央部分に設けられている請求項１に記載のシリンダブロック。
3. 前記アッパデッキ部は、前記外側壁及びシリンダヘッド間に配置されて締結される請求項１又は２に記載のシリンダブロック。
4. 前記シリンダライナ毎のアッパデッキ部は１つの共通アッパデッキ部により構成されており、
   前記複数のシリンダライナのうち隣り合う所定のシリンダライナの対については、それらの中心線の間隔が、他の対における中心線の間隔よりも広くなるように配置されており、前記連結部は、前記間隔の広いシリンダライナ間に対応する箇所に設けられている請求項３に記載のシリンダブロック。
5. 前記複数のシリンダライナは複数の組に分けられ、各組のシリンダライナには共通のアッパデッキ部が設けられており、所定の組のシリンダライナは前記連結部を挟んで隣の組のシリンダライナから離間した箇所に配置される請求項３に記載のシリンダブロック。

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