JP2005315115A - Cylinder block - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジンの主要部をなす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 that forms the main part of an engine.
エンジンの一形態として、燃料及び空気の混合気をシリンダ内で燃焼し、この燃焼に伴い発生するエネルギーによってピストンを往復直線運動させ、同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(クランクシャフト)を回転駆動するようにしたいわゆるレシプロエンジンがある。こうしたレシプロエンジンの主要部は、シリンダボアを有するシリンダブロックによって構成されている。多気筒エンジンのシリンダブロックでは、複数のシリンダボアが互いに近接させられた状態で配列されている。 As one form of the engine, a mixture of fuel and air is burned in a cylinder, the piston is reciprocated linearly by the energy generated by the combustion, and the movement is converted into rotational movement by a crank mechanism to output shaft (crank There is a so-called reciprocating engine in which a shaft is driven to rotate. The main part of such a reciprocating engine is constituted by a cylinder block having a cylinder bore. In a cylinder block of a multi-cylinder engine, a plurality of cylinder bores are arranged close to each other.
なお、本発明にかかる先行技術文献としては以下の特許文献1が挙げられる。
上述したように、複数のシリンダボアが列をなすように設けられたシリンダブロックにおいては、隣合うシリンダボアによって挟まれた箇所が他の箇所よりも薄い。シリンダブロックがこうした構成を採っていることから、シリンダボア間には、シリンダボアの配列方向に直交する面において、同シリンダボア間の中心から離れる側に向う応力(引張り応力)が発生する。 As described above, in a cylinder block in which a plurality of cylinder bores are arranged in a row, a portion sandwiched between adjacent cylinder bores is thinner than other portions. Since the cylinder block adopts such a configuration, a stress (tensile stress) is generated between the cylinder bores in a direction perpendicular to the arrangement direction of the cylinder bores toward the side away from the center between the cylinder bores.
こうした引張り応力が発生する要因としては種々考えられる。例えば、鋳造によって製造されるシリンダブロックにあっては、成形型に流し込まれた溶融金属が冷却される際、シリンダブロック内部、特にシリンダボア間の中心周りに残留応力(歪み)と呼ばれる引張り応力が発生する。また、引張り応力はエンジンの組付け時にも発生する。さらに、エンジンの運転中には、混合気が燃焼する際に発生する熱や圧力がシリンダボア間に伝わり、引張り応力が発生する。そして、これらの引張り応力の和が大きくなるとシリンダボア間に許容応力を越える応力が生ずるおそれがある。 There are various possible causes for such tensile stress. For example, in a cylinder block manufactured by casting, when the molten metal poured into the mold is cooled, a tensile stress called residual stress (strain) is generated inside the cylinder block, particularly around the center between the cylinder bores. To do. Also, tensile stress is generated when the engine is assembled. Further, during operation of the engine, heat and pressure generated when the air-fuel mixture burns are transmitted between the cylinder bores, and tensile stress is generated. If the sum of these tensile stresses becomes large, there is a risk that stress exceeding the allowable stress may occur between the cylinder bores.
そこで、シリンダボア間の中心周りに過大な引張り応力が作用しないようにする対策が必要となる。なお、特許文献1には、温度差等によるシリンダヘッドと燃料配管の伸び量の違いを吸収して、インジェクタのねじれや燃料配管の不要な変形を抑制する技術が記載されているが、同文献1は上述した引張り応力についての問題を解消するものではない。 Therefore, it is necessary to take measures to prevent an excessive tensile stress from acting around the center between the cylinder bores. Patent Document 1 describes a technique that absorbs the difference in elongation between the cylinder head and the fuel pipe due to a temperature difference or the like and suppresses twisting of the injector and unnecessary deformation of the fuel pipe. No. 1 does not solve the above-described problem of tensile stress.
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、シリンダボア間の中心周りの強度についての信頼性を向上させ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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a cylinder block capable of improving the reliability of the strength around the center between the cylinder bores.
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、複数のシリンダボアが形成され、かつシリンダヘッド側の端部にアッパデッキ部を有するシリンダライナと、前記シリンダライナの前記アッパデッキ部を除く部分を囲む外側壁を有するシリンダブロック本体とを備え、ねじ部材により前記アッパデッキ部が前記シリンダヘッド及び前記外側壁に締結されるシリンダブロックにおいて、前記アッパデッキ部の前記外側壁への締結に際し、前記シリンダライナに対し、前記シリンダボアの配列方向に直交し、かつ隣合うシリンダボア間を通る面において、同シリンダボア間の中心に向う圧縮応力を発生させるための圧縮応力発生手段を備えている。
In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
In the first aspect of the present invention, a cylinder block having a cylinder liner having a plurality of cylinder bores and having an upper deck portion at an end on the cylinder head side, and an outer wall surrounding a portion of the cylinder liner excluding the upper deck portion. A cylinder block in which the upper deck portion is fastened to the cylinder head and the outer wall by a screw member, and when the upper deck portion is fastened to the outer wall, the arrangement direction of the cylinder bores with respect to the cylinder liner And a compressive stress generating means for generating a compressive stress toward the center between the cylinder bores on a plane passing between adjacent cylinder bores.
上記の構成によれば、シリンダブロックの組付けに際し、まずシリンダライナのアッパデッキ部を除く部分が、外側壁によって囲まれた空間に配置され、アッパデッキ部が外側壁上に載置される。圧縮応力発生手段により、シリンダライナには、シリンダボアの配列方向に直交し、かつ隣合うシリンダボア間を通る面において、同シリンダボア間の中心に向う圧縮応力が発生させられる。この圧縮応力は、シリンダライナの製造時に発生する応力(引張り応力)とは逆方向の力であることから、この圧縮応力の分だけ引張り応力が弱められる。そして、このように引張り応力の小さくなった状態で、ねじ部材によってアッパデッキ部がシリンダヘッド及び外側壁に締結される。従って、エンジンの運転中、燃料及び空気の混合気が燃焼する際に発生する熱や圧力がシリンダボア間に伝わって引張り応力が発生しても、疲労強度上重量な要素である平均応力は小さい。その結果、シリンダボア間の中心周りにおける強度についての信頼性が向上する。 According to the above configuration, when the cylinder block is assembled, the portion of the cylinder liner excluding the upper deck portion is first disposed in the space surrounded by the outer wall, and the upper deck portion is placed on the outer wall. By means of the compressive stress generating means, the cylinder liner is caused to generate a compressive stress toward the center between the cylinder bores in a plane perpendicular to the arrangement direction of the cylinder bores and passing between the adjacent cylinder bores. Since this compressive stress is a force in the opposite direction to the stress (tensile stress) generated during the production of the cylinder liner, the tensile stress is weakened by the amount of this compressive stress. In this state where the tensile stress is reduced, the upper deck portion is fastened to the cylinder head and the outer wall by the screw member. Therefore, even if heat and pressure generated when the fuel / air mixture burns during operation of the engine is transmitted between the cylinder bores and tensile stress is generated, the average stress, which is a heavy factor in fatigue strength, is small. As a result, the reliability of the strength around the center between the cylinder bores is improved.
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、前記圧縮応力発生手段は、前記アッパデッキ部に設けられ、かつ前記ねじ部材が挿通される貫通孔と、前記外側壁に設けられ、かつ前記ねじ部材が螺入されるねじ穴とを備え、前記アッパデッキ部の締結前の状態において、前記ねじ穴の中心線は、前記貫通孔の中心線よりも前記シリンダボア間の中心側へオフセットされているとする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the compressive stress generating means is provided in the upper deck portion, and is provided in a through hole through which the screw member is inserted, and in the outer wall. And a screw hole into which the screw member is screwed, and in a state before the upper deck portion is fastened, the center line of the screw hole is offset to the center side between the cylinder bores than the center line of the through hole Suppose that
上記の構成によれば、アッパデッキ部がねじ部材によって締結される際、アッパデッキ部の貫通孔の中心線と、外側壁のねじ穴の中心線とが合致させられる。この合致のために、例えば、シリンダライナをシリンダボア間の中心に向う側へ圧縮させたり、シリンダブロック本体をシリンダボア間の中心から離れる側へ広げたり、さらにはそれらの両方を行ったりすることが行われる。このように、両中心線が合致させられることで、あるいはさらに貫通孔に挿通されたねじ部材がねじ穴に螺入されることで、シリンダライナには、上記シリンダボア間の中心に向う圧縮応力が発生する。 According to said structure, when an upper deck part is fastened by a screw member, the centerline of the through-hole of an upper deck part and the centerline of the screw hole of an outer side wall are made to correspond. For this match, for example, the cylinder liner is compressed toward the center between the cylinder bores, the cylinder block body is expanded away from the center between the cylinder bores, or both are performed. . As described above, when both center lines are matched or a screw member inserted through the through hole is screwed into the screw hole, the cylinder liner is subjected to compressive stress toward the center between the cylinder bores. Occur.
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の発明において、前記貫通孔には、前記アッパデッキ部から反シリンダヘッド側へ突出し、かつ前記ねじ部材を挿通可能とした管状の位置決め部が設けられているとする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the through hole is provided with a tubular positioning portion that protrudes from the upper deck portion to the side opposite to the cylinder head and through which the screw member can be inserted. Suppose that
上記の構成によれば、ねじ部材によりアッパデッキ部が締結される際には、ねじ穴の中心線は位置決め部(貫通孔)の中心線よりもシリンダボア間の中心側にずれている。この状態から、位置決め部の中心線とねじ穴の中心線とが合致させられることで、あるいはさらに位置決め部がねじ穴に挿入されることで、シリンダライナにはシリンダボア間の中心に向う圧縮応力が発生する。この状態で、ねじ部材がシリンダヘッド及び位置決め部に挿通されてねじ穴に螺入されると、アッパデッキ部がシリンダヘッド及び外側壁に締結される。 According to said structure, when an upper deck part is fastened by a screw member, the centerline of a screw hole has shifted | deviated to the center side between cylinder bores rather than the centerline of a positioning part (through-hole). From this state, the cylinder liner is subjected to compressive stress toward the center between the cylinder bores by matching the center line of the positioning part with the center line of the screw hole or by inserting the positioning part into the screw hole. Occur. In this state, when the screw member is inserted into the cylinder head and the positioning portion and screwed into the screw hole, the upper deck portion is fastened to the cylinder head and the outer wall.
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、前記位置決め部の反シリンダヘッド側の端部には前記シリンダヘッドから離れるほど縮径するテーパ状のガイド部が形成されているとする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, a taper-shaped guide portion whose diameter decreases as the distance from the cylinder head increases is formed at the end of the positioning portion on the side opposite to the cylinder head. And
上記の構成によれば、位置決め部におけるガイド部では、同位置決め部の他の箇所よりも外径が小さくなっている。しかも、このガイド部はシリンダヘッドから離れるほど縮径するテーパ状をなしている。位置決め部の外径は、ガイド部の先端で最も小さくなっている。そのため、シリンダライナをシリンダボア間の中心に向う側へ圧縮させたり、シリンダブロック本体を同中心から離れる側へ広げたりしなくても、ガイド部の先端をねじ穴の開口部に位置させることが可能である。この状態からさらにアッパデッキ部が外側壁に近づけられると、ガイド部がねじ穴内に入り込んでゆく。この過程で、位置決め部に対しシリンダボア間の中心に向う力が作用する。この力はアッパデッキ部を通じてシリンダライナに伝達され、同シリンダライナにはシリンダボア間の中心に向う圧縮応力が発生する。そして、ガイド部がねじ穴内に完全に挿入されると、位置決め部(貫通孔)の中心線がねじ穴の中心線に合致するため、ねじ部材を位置決め部(貫通孔)に挿通してねじ穴に螺入することが可能となる。 According to said structure, the outer diameter is smaller in the guide part in a positioning part than the other location of the positioning part. In addition, the guide portion has a tapered shape with a reduced diameter as the distance from the cylinder head increases. The outer diameter of the positioning portion is the smallest at the tip of the guide portion. Therefore, the tip of the guide can be positioned at the opening of the screw hole without compressing the cylinder liner toward the center between the cylinder bores or expanding the cylinder block body away from the center. is there. When the upper deck portion is further brought closer to the outer wall from this state, the guide portion enters the screw hole. In this process, a force toward the center between the cylinder bores acts on the positioning portion. This force is transmitted to the cylinder liner through the upper deck portion, and a compressive stress toward the center between the cylinder bores is generated in the cylinder liner. When the guide part is completely inserted into the screw hole, the center line of the positioning part (through hole) matches the center line of the screw hole, so that the screw member is inserted into the positioning part (through hole) and the screw hole is inserted. It becomes possible to screw in.
請求項5に記載の発明では、請求項2に記載の発明において、前記ねじ部材の軸部には、前記アッパデッキ部が前記外側壁に締結された状態で同貫通孔に嵌合する大径部が形成されており、同大径部の反シリンダヘッド側の端部には前記シリンダヘッドから離れるほど縮径するテーパ状のガイド部が形成されているとする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the shaft portion of the screw member has a large-diameter portion that fits into the through-hole while the upper deck portion is fastened to the outer wall. It is assumed that a taper-shaped guide portion whose diameter decreases as the distance from the cylinder head is increased is formed at the end of the same large diameter portion on the side opposite to the cylinder head.
上記の構成によれば、ねじ部材によりアッパデッキ部が締結される際には、ねじ穴の中心線はねじ部材(貫通孔)の中心線よりもシリンダボア間の中心側にずれている。この状態から、ねじ部材の大径部が貫通孔に嵌合され、軸部において大径部よりも反シリンダヘッド側の部分がねじ穴に挿入される。 According to said structure, when an upper deck part is fastened with a screw member, the centerline of a screw hole has shifted | deviated to the center side between cylinder bores rather than the centerline of a screw member (through-hole). From this state, the large-diameter portion of the screw member is fitted into the through hole, and the portion of the shaft portion on the side opposite to the cylinder head than the large-diameter portion is inserted into the screw hole.
ここで、大径部におけるガイド部では、同大径部の他の箇所よりも外径が小さくなっている。しかも、このガイド部はシリンダヘッドから離れるほど縮径するテーパ状をなしている。大径部の外径はガイド部においてシリンダヘッドから最も離れている箇所で最も小さくなっている。そのため、シリンダライナをシリンダボア間の中心に向う側へ圧縮させたり、シリンダブロック本体を同中心から離れる側へ広げたりしなくても、ガイド部の径の最小部分をねじ穴の開口部に位置させることが可能である。そして、この状態からさらにアッパデッキ部が外側壁に近づけられると、ガイド部がねじ穴内に入り込んでゆく。この過程で、ねじ部材に対しシリンダボア間の中心に向う力が作用する。この力はアッパデッキ部を通じてシリンダライナに伝達され、同シリンダライナにはシリンダボア間の中心に向う圧縮応力が発生する。そして、ガイド部がねじ穴内に完全に挿入されると、ねじ部材(貫通孔)の中心線がねじ穴の中心線に合致するため、ねじ部材をねじ穴に螺入させることが可能となる。 Here, the outer diameter of the guide portion in the large-diameter portion is smaller than in other portions of the large-diameter portion. In addition, the guide portion has a tapered shape with a reduced diameter as the distance from the cylinder head increases. The outer diameter of the large-diameter portion is the smallest at the position farthest from the cylinder head in the guide portion. Therefore, even if the cylinder liner is not compressed to the side toward the center between the cylinder bores, and the cylinder block body is not expanded to the side away from the center, the minimum diameter part of the guide part should be positioned at the opening of the screw hole. Is possible. When the upper deck portion is further brought closer to the outer wall from this state, the guide portion enters the screw hole. In this process, a force toward the center between the cylinder bores acts on the screw member. This force is transmitted to the cylinder liner through the upper deck portion, and a compressive stress toward the center between the cylinder bores is generated in the cylinder liner. When the guide portion is completely inserted into the screw hole, the center line of the screw member (through hole) matches the center line of the screw hole, so that the screw member can be screwed into the screw hole.
請求項6に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、前記圧縮応力発生手段は、前記外側壁及び前記アッパデッキ部について、その一方の前記シリンダボア間に対応する箇所に設けられた位置決め凹部と、他方に設けられ、かつ前記位置決め凹部に嵌合される位置決め突部とを備え、前記アッパデッキ部の締結前の状態において、前記位置決め凹部及び前記位置決め突部のうち前記外側壁に設けられたものの中心線は、前記アッパデッキ部に設けられたものの中心線よりも前記シリンダボア間の中心側にオフセットされているとする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the compressive stress generating means includes a positioning recess provided at a location corresponding to one of the cylinder bores of the outer wall and the upper deck portion. And a positioning protrusion provided on the other and fitted in the positioning recess, and provided on the outer wall of the positioning recess and the positioning protrusion in a state before the upper deck portion is fastened. It is assumed that the center line of the thing is offset to the center side between the cylinder bores than the center line of the thing provided in the upper deck portion.
上記の構成によれば、ねじ部材によりアッパデッキ部が締結される際には、位置決め凹部の中心線と位置決め突部の中心線とは、シリンダボアの配列方向に直交する面上においてずれている。より正確には、位置決め凹部及び位置決め突部のうち外側壁に設けられたものの中心線が、アッパデッキ部に設けられたものの中心線よりもシリンダボア間の中心側にずれている。 According to the above configuration, when the upper deck portion is fastened by the screw member, the center line of the positioning recess and the center line of the positioning protrusion are displaced on a plane orthogonal to the arrangement direction of the cylinder bores. More precisely, the center line of the positioning recess and the positioning protrusion provided on the outer wall is shifted to the center side between the cylinder bores than the center line of the positioning recess provided on the upper deck.
この状態から、位置決め突部の中心線と位置決め凹部の中心線とが合致させられることで、あるいはさらに位置決め突部が位置決め凹部に嵌入されることで、シリンダライナにはシリンダボア間の中心に向う圧縮応力が発生する。この状態で、ねじ部材によるアッパデッキ部の締結が行われる。 From this state, the cylinder liner is compressed toward the center between the cylinder bores by matching the center line of the positioning protrusion with the center line of the positioning recess or by inserting the positioning protrusion into the positioning recess. Stress is generated. In this state, the upper deck portion is fastened by the screw member.
(第1実施形態)
以下、本発明を、レシプロエンジン用のシリンダブロックに具体化した第1実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in a cylinder block for a reciprocating engine will be described with reference to FIGS.
図1及び図2に示すように、シリンダブロック11はエンジンの主要部をなすものであり、シリンダブロック本体12及びシリンダライナ13を備えて構成されている。シリンダブロック11上には、シリンダヘッドガスケット14を介してシリンダヘッド15が載置される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
シリンダブロック本体12は、その下部を構成するスカート部17と、上部を構成し、かつウォータジャケット18とする部位を囲む外側壁19とを備えている。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。
The cylinder block
シリンダライナ13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には、それぞれ上下両端が開放された円筒状をなす複数のシリンダボア21が列をなした状態で形成されている。隣合うシリンダボア21は互いに近接している。シリンダライナ13がシリンダブロック11に組込まれた状態で、各シリンダボア21内にピストン(図示略)が往復動可能に収容される。各シリンダボア21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)となる。
The
シリンダライナ13のシリンダヘッド15側の端部(図1及び図2の上端部)には、アッパデッキ部22が一体に形成されている。アッパデッキ部22は、シリンダブロック本体12及びシリンダヘッド15間に配置される箇所であり、板状をなしている。
An
シリンダブロック11には、アッパデッキ部22をシリンダヘッド15及び外側壁19に締結するために、次の構造が採用されている。外側壁19において、各シリンダボア21の周囲の複数箇所にはねじ穴23が設けられている。より詳しくは、ねじ穴23は、シリンダボア21の配列方向に直交し、かつ隣合うシリンダボア21間を通る面において、その中心Cを挟んで相対向する箇所に設けられている。ここで、中心Cとは上記面において幅方向(図2の左右方向)の中間位置を指す。
The
各ねじ穴23は外側壁19の上面において開口し、かつシリンダボア21の中心線L1に平行に延びている。各ねじ穴23の内周面の少なくとも下部には雌ねじが形成されている。シリンダヘッド15、シリンダヘッドガスケット14及びアッパデッキ部22において各ねじ穴23に対向する箇所には、ねじ部材としてのヘッドボルト16を挿通可能にした貫通孔24,25,26がそれぞれ設けられている(図3参照)。そして、外側壁19上にアッパデッキ部22、シリンダヘッドガスケット14及びシリンダヘッド15が順に載置される。それらシリンダヘッド15及びシリンダヘッドガスケット14の各貫通孔24,25に挿通されたヘッドボルト16を、アッパデッキ部22の貫通孔26を通じてねじ穴23に螺入させることにより、シリンダヘッドガスケット14及びアッパデッキ部22がシリンダヘッド15及び外側壁19に締結される。
Each
ところで、上記構成のシリンダブロック11においては、シリンダライナ13の鋳造時に、成形型に流し込まれた溶融金属が冷却される際、その溶融金属の外側から内部に向って徐々に冷えてゆく。そのため、冷却の過程で温度勾配が生じ、常温まで冷えたときに、シリンダブロック11の内部、特にシリンダボア21間の中心Cの周りに残留応力(歪み)と呼ばれる引張り応力が発生する。また、引張り応力はシリンダライナ13等をシリンダブロック本体12及びシリンダヘッド15に締結する際、すなわちエンジンの組付け時にも発生する。さらに、エンジンの運転中、混合気が燃焼する際に発生する熱及び燃焼圧力がシリンダボア21間に伝わり、引張り応力が発生する。特に、燃焼圧力による引張り応力は、図4に示すように値Aを中心として変動する。そして、前述した各種引張り応力を加算したものが、エンジンが作動しているときにシリンダライナ13のシリンダボア21間に平均的に発生する応力(平均応力)となる。また、燃焼圧力により変動する引張り応力についての振幅は、図4に示すように応力振幅と呼ばれる。
By the way, in the
これらの平均応力と応力振幅との間には、一般に図5に示す関係が見られる。図5中の特性線は疲労限度線を示している。平均応力及び応力振幅に対応する点が、図5において疲労限度線よりも下側の領域Z1にあれば、シリンダボア21間の強度が十分高いといえる。これに対し、上記点が疲労限度線よりも上側の領域Z2にあると、シリンダボア21間の強度が低い。 The relationship shown in FIG. 5 is generally observed between these average stresses and stress amplitudes. The characteristic line in FIG. 5 shows the fatigue limit line. If the point corresponding to the average stress and the stress amplitude is in the region Z1 below the fatigue limit line in FIG. 5, it can be said that the strength between the cylinder bores 21 is sufficiently high. On the other hand, if the point is in the region Z2 above the fatigue limit line, the strength between the cylinder bores 21 is low.
そこで、本実施形態では、ヘッドボルト16によるアッパデッキ部22の締結に際し、シリンダライナ13に対しシリンダボア21間の前記中心Cに向う圧縮応力Fを発生させるための圧縮応力発生手段が設けられている。
Therefore, in the present embodiment, when the
図3に示すように、アッパデッキ部22にはヘッドボルト16が挿通される貫通孔26が設けられ、外側壁19にはヘッドボルト16が螺入されるねじ穴23が設けられていることについては既に説明したが、このねじ穴23の中心線L2が貫通孔26の中心線L3よりもシリンダボア21間の中心C側へ所定量オフセットされている。図3では、このオフセット量が強調して描かれているが、実際には数百ミクロン程度である。このようなオフセットされた貫通孔26及びねじ穴23によって上記圧縮応力発生手段が構成されている。さらに、各貫通孔26にはパイプが圧入固定されており、その下端部がアッパデッキ部22から反シリンダヘッド15側である下側へ突出している。この突出部分は、ヘッドボルト16を挿通可能とした円管状の位置決め部27を構成している。
As shown in FIG. 3, the
上記のように構成されたシリンダブロック11の組付けに際しては、例えば、まずシリンダライナ13のアッパデッキ部22を除く部分を、外側壁19によって囲まれた空間に配置し、アッパデッキ部22を外側壁19上に載置する。この状態では、ねじ穴23の中心線L2は位置決め部27(貫通孔26)の中心線L3よりもシリンダボア21間の中心C側にずれている。
In assembling the
次に、アッパデッキ部22上にシリンダヘッドガスケット14及びシリンダヘッド15を順に載置し、それらのアッパデッキ部22及びシリンダヘッドガスケット14をヘッドボルト16によってシリンダヘッド15及び外側壁19に締結する。この際、位置決め部27(貫通孔26)の中心線L3とねじ穴23の中心線L2とを合致させる。この合致のために、例えば、シリンダライナ13をシリンダボア21間の中心Cに向う側へ圧縮させたり、シリンダブロック本体12を同中心Cから離れる側へ広げたり、さらにはそれらの両方を行ったりする。
Next, the cylinder head gasket 14 and the
そして、両中心線L2,L3を合致させた状態で、位置決め部27をねじ穴23に挿入する。上記圧縮により、あるいはこの位置決め部27の挿入により、シリンダライナ13には、図3において矢印で示すように、シリンダボア21間の中心Cに向う圧縮応力Fが発生する。この圧縮応力Fは、シリンダライナ13の製造時に発生する応力(残留応力による引張り応力)とは逆方向の力であることから、この圧縮応力Fの分だけ引張り応力が弱められる。また、前記挿入により、アッパデッキ部22及びシリンダブロック本体12が、両中心線L2,L3を合致させた状態、すなわち、アッパデッキ部22の位置決めを行った状態に保持される。この状態で、シリンダヘッド15及びシリンダヘッドガスケット14の貫通孔24,25に挿通されたヘッドボルト16を位置決め部27に通し、ねじ穴23に螺入させると、アッパデッキ部22及びシリンダヘッドガスケット14がシリンダヘッド15及び外側壁19に締結される。
And the
従って、エンジンの運転中、混合気が燃焼する際に発生する熱や燃焼圧力がシリンダボア21間に伝わって引張り応力が発生しても、疲労強度上重量な要素である平均応力が小さくなる。このとき応力振幅は変化しない。その結果、仮にアッパデッキ部22の締結前に、平均応力及び応力振幅に対応する点が疲労限度線よりも上側の領域Z2にあったとしても、図5において矢印で示すように下側の領域Z1に移り、強度についての信頼性が向上する。
Therefore, even when heat or combustion pressure generated when the air-fuel mixture burns during operation of the engine is transmitted between the cylinder bores 21 and tensile stress is generated, the average stress, which is a heavy factor in fatigue strength, is reduced. At this time, the stress amplitude does not change. As a result, even if the point corresponding to the average stress and the stress amplitude is in the region Z2 above the fatigue limit line before the
上記のようにアッパデッキ部22が締結された状態では、図2に示すようにシリンダライナ13の少なくとも下面が外側壁19とスカート部17との境界部分に当接する。さらに、図示はしないが、シリンダライナ13の外壁面13Aの下端部が、外側壁19の内壁面19Aの下端部に当接されてもよい。シリンダライナ13の外壁面13Aにおいて、少なくともその上部は、外側壁19の内壁面19Aの上部から離間する。これらの外壁面13A、内壁面19A及びアッパデッキ部22によって囲まれた空間は、シリンダブロック本体12やシリンダライナ13を冷却するための冷却水の通路であるウォータジャケット18となる。
In the state where the
以上詳述した第1実施形態によれば、次の効果が得られる。
(1)ヘッドボルト16によるアッパデッキ部22の締結前の状態において、外側壁19に設けたねじ穴23の中心線L2を、アッパデッキ部22に設けた貫通孔26の中心線L3よりもシリンダボア21間の中心C側へオフセットさせている。また、貫通孔26に、アッパデッキ部22から下方へ突出する管状の位置決め部27を設けている。両中心線L2,L3を合致させることで、あるいはさらに位置決め部27をねじ穴23に挿入することで、ヘッドボルト16によるアッパデッキ部22の締結に際し、シリンダライナ13に中心Cに向う圧縮応力Fを発生させることができる。この圧縮応力Fにより、シリンダライナ13の製造時にシリンダボア21間に発生した残留応力による引張り応力を弱くすることができる。疲労強度上重要な要素である平均応力を小さくし、平均応力及び応力振幅に対応する点を疲労限度線よりも下側の領域Z1に属させ、中心C周りの強度についての信頼性を高めることができる。
According to the first embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1) In a state before the
(2)上記位置決め部27をねじ穴23に挿入することで、中心線L2,L3を合致させるようにしている。そのため、ヘッドボルト16を貫通孔26に挿入してねじ穴23に螺入させる作業がしやすくなる。
(2) By inserting the
(第2実施形態)
次に、本発明を具体化した第2実施形態について図6を参照して説明する。第2実施形態では、アッパデッキ部22から反シリンダヘッド側(下側) に突出する位置決め部27の下端部外周面に、シリンダヘッド15から離れるほど(下側ほど)縮径するテーパ状のガイド部28が形成されている。それ以外の構成は第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と同様の部材、箇所等については同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, a tapered guide portion whose diameter decreases toward the lower end outer peripheral surface of the
上記構成の第2実施形態によると、位置決め部27におけるガイド部28では、同位置決め部27の他の箇所よりも外径が小さくなっている。しかも、このガイド部28は下側ほど縮径するテーパ状をなしている。位置決め部27の外径はガイド部28の下端で最も小さくなっている。そのため、両中心線L2,L3のオフセット量にもよるが、シリンダライナ13を中心Cに向う側(図6の右側)へ圧縮させたり、シリンダブロック本体12を中心Cから離れる側(図6の左側)へ広げたりしなくても、ガイド部28の下端をねじ穴23の開口部に位置させることが可能である。
According to the second embodiment having the above-described configuration, the outer diameter of the
この状態からさらにアッパデッキ部22を外側壁19に近づけると、ガイド部28がねじ穴23内に入り込んでゆく。この過程で、位置決め部27に対し中心Cに向う力が作用する。この力はアッパデッキ部22を通じてシリンダライナ13に伝達され、同シリンダライナ13には中心Cに向う圧縮応力Fが発生する。そして、ガイド部28をねじ穴23内に完全に挿入させると、位置決め部27(貫通孔26)の中心線L3がねじ穴23の中心線L2に合致し、ヘッドボルト16を、位置決め部27(貫通孔26)に挿通してねじ穴23に螺入することが可能となる。
When the
従って、第2実施形態によると、前述した第1実施形態における(1),(2)の効果に加え、次の効果が得られる。
(3)位置決め部27の下端部にテーパ状のガイド部28を形成している。このため、アッパデッキ部22を外側壁19に近づけるという簡単な作業を行うだけで、ガイド部28、ひいては位置決め部27の全体をねじ穴23内に挿入し、シリンダライナ13に中心Cに向う圧縮応力Fを発生させることができる。シリンダライナ13を中心Cに向う側へ圧縮させたり、シリンダブロック本体12を同中心Cから離れる側へ広げたりするといった作業は不要となる。その結果、シリンダライナ13のシリンダブロック本体12に対する組付け性が向上する。
Therefore, according to the second embodiment, in addition to the effects (1) and (2) in the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(3) A tapered
(第3実施形態)
次に、本発明を具体化した第3実施形態について、図7を参照して説明する。第3実施形態では、ヘッドボルト16の軸部31に、貫通孔26と略同一の外径を有し、かつアッパデッキ部22が外側壁19に締結された状態で同貫通孔26に嵌合する大径部32が形成されている。また、大径部32の反シリンダヘッド側の端部である下端部には、下側ほど、すなわちシリンダヘッド15から下方へ離れるほど縮径するテーパ状のガイド部33が形成されている。なお、位置決め部27は設けられていない。上述した大径部32が位置決め部27と同様の機能を発揮するからである。上記以外の構成は第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と同様の部材、箇所等には同一の符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the
上記構成のシリンダブロック11において、ヘッドボルト16によってアッパデッキ部22が締結される直前の状態では、ねじ穴23の中心線L2がヘッドボルト16(貫通孔26)の中心線L3よりも中心C側(図7の右側)にずれている。締結に際しては、前記状態から、ヘッドボルト16の大径部32を貫通孔26に嵌合させ、軸部31において大径部32よりも下側の部分をねじ穴23に挿入する。
In the
ここで、大径部32におけるガイド部33では、同大径部32の他の箇所よりも外径が小さくなっている。しかも、このガイド部33は下側ほど縮径するテーパ状をなしている。大径部32の外径はガイド部33の下端で最も小さくなっている。そのため、両中心線L2,L3のオフセット量にもよるが、シリンダライナ13を中心Cに向う側(図7の右側)へ圧縮させたり、シリンダブロック本体12を同中心Cから離れる側(図7の左側)へ広げたりしなくても、ガイド部33の下端をねじ穴23の開口部に位置させることが可能である。そして、この状態でさらにアッパデッキ部22を外側壁19に近づけると、ガイド部33がねじ穴23内に入り込んでゆく。この過程で、ヘッドボルト16に対し中心Cに向う力が作用する。この力はアッパデッキ部22を通じてシリンダライナ13に伝達される。シリンダライナ13には中心Cに向う圧縮応力Fが発生する。そして、ガイド部33をねじ穴23内に完全に挿入させると、ヘッドボルト16(貫通孔26)の中心線L3がねじ穴23の中心線L2に合致する。さらに、ヘッドボルト16をねじ穴23の雌ねじに螺入させると、アッパデッキ部22がシリンダヘッド15及びシリンダブロック本体12に締結される。
Here, the outer diameter of the guide portion 33 in the
従って、第3実施形態によると、上述した(1)の効果に加え次の効果が得られる。
(4)ヘッドボルト16の軸部31に、貫通孔26と略同一の外径を有する大径部32を形成するとともに、その大径部32の下端部にテーパ状のガイド部33を形成している。こうしたガイド部33を有するヘッドボルト16の大径部32は、ガイド部28を有する位置決め部27と同様の機能を発揮する。このため、上述した(3)と同様、シリンダライナ13のシリンダブロック本体12に対する組付け性を向上させることができる。そのほかにも、位置決め部27が不要となり、部品点数を削減することができる。
Therefore, according to the third embodiment, the following effect can be obtained in addition to the above-described effect (1).
(4) A
(第4実施形態)
次に、本発明を具体化した第4実施形態について、図8を参照して説明する。第4実施形態では、貫通孔26及びねじ穴23とは別に、外側壁19に対するアッパデッキ部22の位置決めを行うための位置決め突部35及び位置決め凹部36が、アッパデッキ部22及び外側壁19に設けられている。ここでは、外側壁19の上面においてシリンダボア21間に対応する箇所に位置決め凹部36が設けられ、アッパデッキ部22の下面において位置決め凹部36に対応する箇所に位置決め突部35が設けられている。シリンダボア21間に対応する箇所とは、シリンダボア21の配列方向に直交し、かつ隣合うシリンダボア21間を通る面上である。なお、本実施形態では、位置決め突部35はアッパデッキ部22に圧入固定されたピンによって構成されている。位置決め突部35の下端部外周面には、シリンダヘッド15から離れるほど(下側ほど)縮径するテーパ状のガイド部37が形成されている。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, apart from the through
アッパデッキ部22の締結前の状態において、位置決め凹部36の中心線L5は、位置決め突部35の中心線L4よりもシリンダボア21間の中心C側(図8の右側)へ所定量オフセットされている。このオフセット量は、貫通孔26の中心線L3に対するねじ穴23の中心線L2のオフセット量と同じである。貫通孔26に位置決め部27は設けられていない。上記以外の構成は第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と同様の部材、箇所等については同一の符号を付して説明を省略する。
In a state before the
上記構成のシリンダブロック11では、ヘッドボルト16によるアッパデッキ部22の締結前には、位置決め凹部36の中心線L5が位置決め突部35の中心線L4よりも中心C側へずれている。また、ねじ穴23の中心線L2が貫通孔26の中心線L3よりも中心C側へずれている。
In the
ここで、位置決め突部35の外径はガイド部37の先端(図8の下端)で最も小さくなっている。そのため、アッパデッキ部22の締結に際し、シリンダライナ13を中心Cに向う側(図8の右側)へ圧縮させたり、シリンダブロック本体12を中心Cから離れる側(図8の左側)へ広げたりしなくても、ガイド部37の下端を位置決め凹部36の開口部に位置させることが可能である。
Here, the outer diameter of the
この状態からさらに、アッパデッキ部22を外側壁19に近づけると、ガイド部37が位置決め凹部36内に入り込んでゆく。この過程で、位置決め突部35に対し中心Cに向う力が作用する。この力はアッパデッキ部22を通じてシリンダライナ13に伝達され、同シリンダライナ13に中心Cに向う圧縮応力Fが発生する。そして、ガイド部37を位置決め凹部36内に完全に挿入させると、位置決め突部35の中心線L4が位置決め凹部36の中心線L5に合致する。この状態では、貫通孔26の中心線L3がねじ穴23の中心線L2に合致する。そのため、ヘッドボルト16を、貫通孔26を通じてねじ穴23に螺入させることにより、図8において二点鎖線で示すように、位置決め突部35を位置決め凹部36内に完全に嵌入させ、アッパデッキ部22をシリンダヘッド15及び外側壁19に締結することが可能となる。
When the
従って、第4実施形態によれば、前述した(1),(3),(4)の効果と同様の効果が得られる。
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。
Therefore, according to the fourth embodiment, the same effects as the effects (1), (3), and (4) described above can be obtained.
Note that the present invention can be embodied in another embodiment described below.
・第3実施形態における大径部32、及び第4実施形態における位置決め突部35について、少なくとも一方のガイド部33,37を割愛してもよい。
・第1及び第2実施形態における位置決め部27、第4実施形態における位置決め突部35をアッパデッキ部22に一体形成してもよい。
-About the
The positioning
・第4実施形態とは逆にアッパデッキ部22に位置決め凹部36を設け、シリンダブロック本体12の外側壁19に位置決め突部35を設けてもよい。
・第4実施形態における位置決め突部35を管状に形成してもよい。
In contrast to the fourth embodiment, a
-You may form the
・本発明は、上述したシリンダブロック11に限らず、金属製の部材間の機械的接合について、部材間の熱膨張や振動により引張り応力が作用する部位に適用可能である。この場合にも、引張り応力が作用する部位に対し、圧縮応力発生手段により圧縮応力を発生させるようにする。例えば、引張り応力が作用しやすい側の部材に、ボルト等のねじ部材が挿通される貫通孔を設け、引張り応力が作用しにくい側の部材に、上記ねじ部材が螺入されるねじ穴を設ける。ねじ穴の中心線を貫通孔の中心線に対しオフセットさせる。そして、両中心線を合致させた状態で、貫通孔に挿通されたねじ部材をねじ穴に螺入させることで、上記圧縮応力を発生させる。
-This invention is applicable not only to the
上記引張り応力が作用しやすい部材としては、例えば図9に示すように、気筒毎の燃焼室から排出された排気を集めて排気管に送る排気マニホルド41が挙げられる。この排気マニホルド41は、貫通孔42に挿通されたボルト等によりシリンダヘッドに締結される。
An example of the member on which the tensile stress easily acts is an
また、引張り応力が発生しやすい他の部材としては、エンジンの潤滑油を貯留するオイルパンが挙げられる。図10はその一例を示している。この例では、オイルパンが第1オイルパン43及び第2オイルパン44と、それらの間に配置されるバッフルプレート45とを備えている。第1オイルパン43はシリンダブロックに対しボルト等により締結され、バッフルプレート45及び第2オイルパン44は第1オイルパン43に対しボルト等により締結される。これら両オイルパン43,44及びバッフルプレート45が、上記引張り応力の発生しやすい部材に相当する。
Another member that easily generates tensile stress is an oil pan for storing engine lubricating oil. FIG. 10 shows an example. In this example, the oil pan includes a
また、別の部材として、エンジンに付属の部品を取付けるためのブラケットが挙げられる。図11及び図12はその一例を示している。図11は、エンジンマウント46をエンジンに取付けるためのエンジン側ブラケット47と、同エンジンマウント46を自動車のボディに取付けるためのボディ側ブラケット48とを示している。エンジン側ブラケット47はボルト等によりエンジンに締結され、ボディ側ブラケット48はボルト49等によりボディに締結される。図11中の51はボルト等が挿通される貫通孔である。
Another member includes a bracket for attaching a part attached to the engine. FIG.11 and FIG.12 has shown the example. FIG. 11 shows an engine side bracket 47 for attaching the
また、図12は、オルタネータ52をエンジンに取付けるための第1ブラケット53及び第2ブラケット54を示している。第1ブラケット53はボルト等によりエンジンに締結される。オルタネータ52は、その下部において第1ブラケット53に対し軸56により回動可能に支持される。そのため、軸56を支点としてオルタネータ52を回動させることによりベルト57の張力を調整可能である。一方、第2ブラケット54はボルト55によってエンジンに締結される。第2ブラケット54には、前記軸56を中心とする円弧状の長孔58が形成されており、オルタネータ52の上部に挿通されたボルト59がこの長孔58に通される。そして、ボルト59が締付けられることにより、オルタネータ52が第2ブラケット54に締結され、ベルト57が所定の張力で引っ張られた状態に保持される。
FIG. 12 shows a
上述したブラケット47,48,53,54のうち、特に、図11におけるエンジン側ブラケット47、及び図12における第2ブラケット54には引張り応力が作用しやすいため、上記のように圧縮応力を発生させることが有効である。
Among the
11…シリンダブロック、12…シリンダブロック本体、13…シリンダライナ、15…シリンダヘッド、16…ヘッドボルト(ねじ部材)、19…外側壁、21…シリンダボア、22…アッパデッキ部、23…ねじ穴、26…貫通孔、27…位置決め部、28,33…ガイド部、31…軸部、32…大径部、35…位置決め突部、36…位置決め凹部、C…シリンダボア間の中心、F…圧縮応力、L2…ねじ穴の中心線、L3…貫通孔の中心線、L4…位置決め突部の中心線、L5…位置決め凹部の中心線。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記シリンダライナの前記アッパデッキ部を除く部分を囲む外側壁を有するシリンダブロック本体と
を備え、ねじ部材により前記アッパデッキ部が前記シリンダヘッド及び前記外側壁に締結されるシリンダブロックにおいて、
前記アッパデッキ部の前記外側壁への締結に際し、前記シリンダライナに対し、前記シリンダボアの配列方向に直交し、かつ隣合うシリンダボア間を通る面において、同シリンダボア間の中心に向う圧縮応力を発生させるための圧縮応力発生手段を備えることを特徴とするシリンダブロック。 A cylinder liner having a plurality of cylinder bores and having an upper deck portion at an end on the cylinder head side;
A cylinder block body having an outer wall surrounding a portion excluding the upper deck portion of the cylinder liner, and a cylinder block in which the upper deck portion is fastened to the cylinder head and the outer wall by a screw member.
When the upper deck portion is fastened to the outer wall, the cylinder liner is caused to generate a compressive stress toward the center between the cylinder bores in a plane perpendicular to the arrangement direction of the cylinder bores and passing between adjacent cylinder bores. A cylinder block comprising compressive stress generating means.
前記アッパデッキ部の締結前の状態において、前記ねじ穴の中心線は、前記貫通孔の中心線よりも前記シリンダボア間の中心側へオフセットされている請求項1に記載のシリンダブロック。 The compressive stress generating means includes a through hole provided in the upper deck portion and through which the screw member is inserted, and a screw hole provided in the outer wall and into which the screw member is screwed.
2. The cylinder block according to claim 1, wherein a center line of the screw hole is offset toward a center side between the cylinder bores with respect to a center line of the through hole in a state before the upper deck portion is fastened.
前記アッパデッキ部の締結前の状態において、前記位置決め凹部及び前記位置決め突部のうち前記外側壁に設けられたものの中心線は、前記アッパデッキ部に設けられたものの中心線よりも前記シリンダボア間の中心側にオフセットされている請求項1に記載のシリンダブロック。 The compressive stress generating means includes a positioning recess provided at a position corresponding to one of the cylinder bores on the outer wall and the upper deck portion, and a positioning protrusion provided on the other and fitted in the positioning recess. With
In the state before the upper deck portion is fastened, the center line of the positioning recess and the positioning protrusion provided on the outer wall is closer to the center side between the cylinder bores than the center line provided on the upper deck portion. The cylinder block according to claim 1, wherein the cylinder block is offset.
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-
2004
- 2004-04-27 JP JP2004131701A patent/JP2005315115A/en active Pending
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