JP2006002590A - 内燃機関のシリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】 シリンダライナを充分に冷却できるようにしつつ、シリンダヘッドとシリンダブロックを締結するヘッドボルトの締結力によるシリンダライナ変形を抑制する。
【解決手段】 シリンダブロック外壁１５とこれと一体のシリンダライナ１４との間に、シリンダヘッド載置面５が開口するウォータジャケット１６を形成し、該ウォータジャケット１６には、シリンダブロック１のシリンダヘッド載置面５から反シリンダヘッド側へ一定距離隔てた位置に、前記シリンダライナ１４とシリンダブロック外壁１５を一体に連結する中間リブ１７を部分的に形成してある。シリンダブロック外壁１５に形成されるシリンダヘッド締結用のヘッドボルト穴２５の内周面には、前記中間リブ１７のシリンダヘッド側の端縁よりも反シリンダヘッド側の位置から開始するねじ部３０が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関シリンダブロックに関し、特に、セミオープンデッキ型のシリンダブロックに関する。

従来、内燃機関において、水冷方式でかつドライライナーのシリンダブロックの代表的なものとしては、ウォータジャケットの形態の相違により、クローズドデッキ型シリンダブロックと、オープンデッキ型シリンダブロックと、セミオープンデッキ型シリンダブロックがある。

クローズドデッキ型シリンダブロックは、シリンダライナとシリンダブロック外壁の間に形成されたウォータジャケットのシリンダヘッド側の端部を、シリンダブロックに一体成形されたデッキ部で覆った構造となっている。クローズドデッキ型シリンダブロックによると、比較的高い剛性を得ることはできるが、シリンダライナのシリンダヘッド側の端部近傍にウォータジャケットが存在しないことにより、冷却水によるシリンダライナのシリンダヘッド側の端部近傍の冷却が充分に行えない。

オープンデッキ型シリンダブロックは、シリンダライナとシリンダブロック外壁との間に形成されたウォータジャケットのシリンダヘッド載置面が開口しており、この開口面を、ガスケットを介してシリンダヘッドにより閉塞した構造となっている。オープンデッキ型シリンダブロックによると、シリンダライナのシリンダヘッド側の端部の冷却は充分に行えるが、シリンダブロックのシリンダヘッド側の上端の剛性が低くなることは避けられない。

セミオープンデッキ型シリンダブロックは、たとえば図４にその一例を示しており（特許文献１参照）、前記オープンデッキ型のように、シリンダブロック外壁１０１とシリンダライナ１０２の間に形成されたウォータジャケット１０３のシリンダヘッド載置面（上端面）１０５は開口しているが、ウォータジャケット１０３内には、シリンダライナ１０２とシリンダブロック外壁１０１を一体的に連結する中間リブ１１０が形成されている。これによりシリンダライナ１０２のシリンダヘッド側の端部の冷却性能と耐久性を確保している。シリンダブロック１のシリンダヘッド載置面１０５には、ガスケットを介してシリンダヘッド１１５が載置されており、シリンダヘッド１１５のボルト挿通孔１１６に挿通したヘッドボルト１１７を、シリンダブロック外壁１０１に形成したヘッドボルト穴１１２に螺着することにより、シリンダヘッド１１５をシリンダブロック１０１に締結している。
特開平７−４３０４号公報

図４に示すセミオープンデッキ型シリンダブロックにおいて、シリンダブロック外壁１０１に形成されたヘッドボルト穴１１２の内周面にはねじ部１１３が形成されているが、該ねじ部１１３は、シリンダヘッド載置面１０５の近傍位置Ｈ２から開始している。図４のヘッドボルト穴１１２の構造によると、ヘッドボルト１１７を締め付けた時、その締付力は中間リブ１１０にはほとんど伝わらず、中間リブ１１０よりシリンダヘッド側のウォータジャケット部分（オープン溝部）１０３ａに伝わる。そのため、シリンダライナ１０２のシリンダヘッド側の端部近傍に変形が生じやすく、ピストンの摺動に影響を及ぼし、それによって潤滑油消費量増加及び機械損失の増大を招く。

また、ヘッドボルト１１７の締付力が、ボルト配置箇所と非配置箇所の間で面圧分布が不均一になっており、面圧の低い箇所では、ガスのシール性能が低下する。一方、シール性能を充分に保つためは、ヘッドボルト１１７の径を大きくすることになるが、ヘッドボルト穴１１２のねじ部１１３の周囲の肉厚が増加し、シリンダブロックの大型化は避けられない。

本発明は、セミオープンデッキ型シリンダブロックを有する内燃機関において、シリンダライナのシリンダヘッド側の端部の冷却性能を維持しつつ、シリンダブロックの剛性を充分に確保し、シリンダライナの変形を防止し、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間のシール性能を向上させることである。

上記課題を解決するために本発明は、シリンダブロック外壁とこれと一体のシリンダライナとの間に、シリンダヘッド載置面が開口するウォータジャケットを形成し、該ウォータジャケットには、前記シリンダヘッド載置面から反シリンダヘッド側へ一定距離隔てた位置に、前記シリンダライナとシリンダブロック外壁を一体に連結する中間リブを形成してあるセミオープンデッキ型シリンダブロックを有する内燃機関において、シリンダブロック外壁に形成されるシリンダヘッド締結用のヘッドボルト穴の内周面には、前記中間リブのシリンダヘッド側の端縁よりも反シリンダヘッド側の位置から開始するねじ部が形成されていることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のセミオープンデッキ型シリンダブロックを有する内燃機関において、前記ねじ部の開始位置は、前記中間リブのシリンダ長さ方向の範囲内としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のセミオープンデッキ型シリンダブロックを有する内燃機関において、前記中間リブからシリンダヘッド載置面に至るウォータジャケット部分のシリンダ中心線方向長さは、上死点におけるピストンのリング溝が位置しうる長さとなっている。

（１）ヘッドボルト穴のねじ部の開始位置が、中間リブのシリンダヘッド側の端縁よりも反シリンダヘッド側に形成されているので、ヘッドボルト締付時には、剛性の高い中間リブ全体でシリンダライナを締め付けることができ、これによりヘッドボルトの締付力をシリンダライナの円周部に均等に伝えることができ、シリンダライナの変形を抑制できる。シリンダライナの変形が抑制できてシリンダライナの形状を真円化できれば、潤滑油の消費量が少なくなり、また、ピストンの焼き付きを無くすことが出来る。

（２）図４の従来構造に比べ、ヘッドボルトの締付力がシリンダブロックのシリンダヘッド載置面まで均一に伝わるので、面圧の円周方向のばらつきを抑制でき、シール性が向上する。これにより、面圧の一番低い箇所に合わせる必要のあるボルト締結力を小さくすることができる。

（３）ねじ部の開始位置を、中間リブのシリンダ長さ方向の範囲内としていると、前記のようにシリンダライナの変形の抑制及びシール性を確保しつつ、ヘッドボルト穴の長さ（深さ）を必要最小限程度に収めることができ、重量の増加及びシリンダブロックの大型化を抑制できる。

（４）中間リブからシリンダヘッド載置面までのウォータジャケット部分のシリンダ中心線方向の長さを、上死点位置におけるピストンのリング溝が位置しうる長さに形成してあると、高温になりやすいシリンダライナのシリンダヘッド側の端部を効率良く冷却することができる。

図１〜図３は本発明に係るセミオープンデッキ型シリンダブロックを有する３気筒ディーゼル機関を示している。ディーゼル機関の縦断面図を示す図１において、クランク軸２は水平姿勢に配置され、シリンダ中心線Ｏ１は垂直姿勢となっている。シリンダブロック１はクランク軸２を収納するクランクケース部３を一体に有すると共に、クランクケース部３の下面にオイルパン４が締結されている。シリンダブロック１のシリンダヘッド載置面（上端面）５には、ガスケット６を介してシリンダヘッド７が載置されており、シリンダヘッド７のボルト挿通孔２４に挿通した複数本のヘッドボルト１０を、シリンダブロック１に形成されたヘッドボルト穴２５に螺着することにより、シリンダヘッド７をシリンダブロック１に締結している。シリンダヘッド７の上端面には弁腕ケース８が締着されている。

シリンダブロック１には、ピストン１２が嵌合するシリンダライナ１４が一体に形成されており、シリンダライナ１４とシリンダブロック外壁１５の間にはウォータジャケット１６が形成されている。該ウォータジャケット１６はシリンダライナ１４を取り囲み、下端はシリンダブロック１の下壁により閉塞されているが、上端、すなわちシリンダヘッド載置面５は開口しており、かつ、シリンダヘッド載置面５よりも一定距離を置いた下方位置に、シリンダブロック外壁１５とシリンダライナ１４を部分的に連結する中間リブ（中間棚）１７が形成されている。すなわち、ウォータジャケット１６はセミオープンデッキ型となっており、該中間リブ１７よりもシリンダヘッド側のウォータジャケット部分１６ａを、「オープン溝部」と称して、以下、説明する。

シリンダブロック外壁１５には、前記ヘッドボルト穴２５の他に、カム軸２０を収納するカム室２１及び該カム室２１から上方に延びるプッシュロッド挿通孔２２等が形成されている。

図２はシリンダブロック１の平面図である。３気筒ディーゼル機関であるので、３つのシリンダライナ１４がシリンダブロック１と一体に形成されており、シリンダブロック外壁１５に形成される前記ヘッドボルト穴２５は、クランク軸芯Ｏ方向両端部の左右両側部位と、シリンダライナ１４同士の連結部分の左右両側部位と、各シリンダ中心線Ｏ1を通りクランク軸芯Ｏと直交する方向（左右方向）の両側部位に配置されており、いずれのヘッドボルト穴２５にも、内周面にねじ部３０（一部だけ符号を表示）が形成されている。前記中間リブ１７には上下方向に貫通して冷却水をウォータジャケット１６とオープン溝部１６ａ（図３）の間で流通する連通孔が部分的に形成されており、したがって、図２では、前記中間リブ１７の形成範囲を明確にするために、中間リブ１７部分にクロスハッチングを施している。

［シリンダブロックとシリンダヘッドとの締結構造］
図３は、シリンダブロック１とシリンダヘッド７との締結構造を示す図１の矢印III部分の拡大図であり、ウォータジャケット１６のオープン溝部１６ａのシリンダ中心線Ｏ１方向の長さは、上死点位置におけるピストン１２の３つのリング３１が収まりうる長さに設定されている。シリンダブロック外壁１５に形成されたヘッドボルト穴２５は、前記中間リブ１７の下端よりもさらに下方に延びており、ヘッドボルト穴２５の内周に形成されためじ部３０の開始位置（上端位置）Ｈ１は、中間リブ１７の上端１７ａよりも下方（反シリンダヘッド側）に形成されている。該実施の形態では、中間リブ１７の上下方向範囲内にねじ部３０の開始位置Ｈ１が形成されている。なお、ねじ部３０の長さは、ヘッドボルト１０の外径の１．５〜２．０倍程度に設定されている。また、ヘッドボルト１０に形成するおねじ部は、ヘッドボルト１０の全長に亘って形成してあっても差し支えないが、少なくとも前記ヘッドボルト１０の先端側部分に、ヘッドボルト穴２５のねじ部（めねじ部）３０に概ね対応する長さ程度に形成してあればよい。

（作用）
図３において、シリンダヘッド載置面５にガスケット６を介してシリンダヘッド７を載置し、ボルト挿通孔２４に挿通したヘッドボルト１０をヘッドボルト穴２５のねじ部３０に締め付けると、ねじ部３０に上方へ引きつけるボルト締付力が作用し、その反力として、ガスケット６がシリンダブロック１を下方へ押す方向の負荷として発生する。ところが、ウォータジャケット１６には中間リブ１７が形成してあり、しかも前記ねじ部３０は中間リブ１７の上端１７ａよりも下方位置Ｈ１から開始するように形成してあるので、シリンダライナ１４へは、中間リブ１７全体を介してボルト締付力が伝わり、これによりシリンダライナ１４の変形を抑制でき、シリンダライナ１４の真円性を確保できることにより、潤滑油消費量の増大及び機械損失を低減できる。また、シリンダライナ１４の円周部の全体に均一に締付力を伝達でき、面圧分布を均一化できるので、径の小さいヘッドボルト１０によっても、シール性を確保することができる。

［その他の実施の形態］
（１）単気筒又は３気筒以外の複数気筒の内燃機関にも適用可能である。
（２）ヘッドボルト穴２５に形成するねじ部３０の開始位置は、中間リブ１７の下端よりもさらに下方に形成することも可能である。

本発明を適用したセミオープンデッキ型シリンダブロックを有するディーゼル機関の縦断面図である。 図１のシリンダブロックの平面図である。 図１の矢印III部分の拡大図である。 従来例の縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダブロック
５ シリンダヘッド載置面
７ シリンダヘッド
１０ ヘッドボルト
１２ ピストン
１６ ウォータジャケット
１６ａ オープン溝部（ウォータジャケット部分）
１７ 中間リブ
２４ ヘッドボルト挿通孔
２５ ヘッドボルト穴
３０ ねじ部
３１ リング溝
Ｈ1 ねじ部の開始位置

Claims (3)

1. シリンダブロック外壁とこれと一体のシリンダライナとの間に、シリンダヘッド載置面が開口するウォータジャケットを形成し、該ウォータジャケットには、前記シリンダヘッド載置面から反シリンダヘッド側へ一定距離隔てた位置に、前記シリンダライナとシリンダブロック外壁を一体に連結する中間リブを形成してある内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   シリンダブロック外壁に形成されるシリンダヘッド締結用のヘッドボルト穴の内周面には、前記中間リブのシリンダヘッド側の端縁よりも反シリンダヘッド側の位置から開始するねじ部が形成されていることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
2. 前記ねじ部の開始位置は、前記中間リブのシリンダ中心線方向長さの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のシリンダブロック。
3. 前記中間リブからシリンダヘッド載置面に至るウォータジャケット部分のシリンダ中心線方向長さは、上死点におけるピストンのリング溝が位置しうる長さとなっていることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のシリンダブロック。
   

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