JP2006125360A - シリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】 ボア部の変形を防止することが可能な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、クランクケース部とシリンダ部に分割され、シリンダ部１はボア領域１５を取囲むボア部１２と、ボア部１２の外周に設けられ、ボア部１２との間でウォータジャケット空間７を形成する本体部１１と、ボア部１２と本体部１１とを接続する橋梁部１３とを含む。ウォータジャケット空間７はシリンダ部１の上端面２１１および下端面３１１で開口している。
【選択図】 図２

Description

この発明は、シリンダブロックに関し、より特定的には、クランクケース部とシリンダ部とに分割される内燃機関のシリンダブロックに関するものである。

従来、シリンダブロックの構造は、たとえば特開２００３−１８４６３９号公報（特許文献１）、特開２００１−３１７４０５号公報（特許文献２）、実開平５−６１４３５号公報（特許文献３）および実開平２−１２４２４３号公報（特許文献４）に開示されている。
特開２００３−１８４６３９号公報 特開２００１−３１７４０５号公報 実開平５−６１４３５号公報 実開平２−１２４２４３号公報

特許文献１ではウォータジャケット内に棚を設ける技術が開示されている。

特許文献２ではシリンダブロック外壁の振動およびライナー変形を低減するためにシリンダブロックの外壁における振動の腹に相当する位置にライナーと外壁とを連結するリブが複数本放射状に設けられたシリンダブロックが開示されている。

特許文献３では、シリンダブロックの変形を未然に防止するためにウォータジャケットの内壁を構成するボア壁とこれに対向する外壁とにボス部を構成する技術が開示されている。

特許文献４では、ウォータジャケット内に補強用梁を設けたドライライナー型シリンダボディを開示している。

しかしながら、上述のいずれの技術においても、シリンダブロックのクランクケースが一体化されたシリンダブロックであり、ボア部が変形しやすいという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ボア部の変形を抑制することが可能なシリンダブロックを提供する。

この発明に従ったシリンダブロックは、クランクケース部とシリンダ部とに分割される内燃機関のシリンダブロックであって、シリンダ部は、ボア領域を取囲むボア部と、ボア部の外周に設けられ、ボア部との間にウォータジャケット空間を形成する本体部と、ボア部と本体部とを接続する橋梁部とを含む。ウォータジャケット空間はシリンダ部の上端および下端で開口している。

このように構成されたシリンダブロックでは、シリンダブロックはクランクケース部とシリンダ部とに分割され、かつウォータジャケット空間はシリンダ部の下端で開口している。そのため、仮にシリンダ部の本体部に歪みが加えられても、この歪みがボア部へ加えられることを防止ことができる。その結果、ボア部に歪みが生じることを防止できるシリンダブロックを提供することができる。

好ましくは、本体部にはシリンダ部をクランクケース部に取付けるためのヘッドボルト孔が設けられる。橋梁部は、ヘッドボルト孔から離隔するように配置される。この場合、ヘッドボルト孔近傍ではヘッドボルトにより大きな力が加わるが、橋梁部はヘッドボルト孔から離隔しているため、ヘッドボルト孔に加えられた歪みが橋梁部を介してボア部へ伝えられることがない。その結果、より効果的にボア部の変形を防止することができる。

好ましくは、橋梁部は上下２分割されかつ分割された部分に貫通孔を有する鋳型を用い、その貫通孔に材料を流し込んで製造される。この場合、鋳型を用いて橋梁部を他の部分と同一工程で製造でき、特に製造工程を増すことなく上述の構造を製造することができる。

好ましくは複数の橋梁部が設けられ、複数の橋梁部はボア部の外周上で互いに距離を隔てて配置される。この場合、複数の橋梁部の間を冷媒が通過することができ、シリンダ部の上端から下端まで確実に冷却できるとともに、本体部に加わった歪みをボア領域に伝えることを防止することができる。

この発明に従えば、ボア部での歪みおよび変形を防止することが可能なシリンダブロックを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に従ったシリンダ部の一部断面を含む斜視図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従ったシリンダ部１は、ボア領域１５を取囲むボア部１２と、ボア部１２の外周に設けられ、ボア部１２との間で冷媒を流すためのウォータジャケット空間７を形成する本体部１１と、ボア部１２と本体部１１を接続する橋梁部１３とを含む。ウォータジャケット空間７は、シリンダ部１の上端２１１および下端３１１で開口している。ボア領域１５は中空領域であり、この領域にピストンが配置され、ピストンが往復運動する。ピストンの往復運動は、燃料を爆発させることにより発生する。なお、この発明では、燃料としてガソリンを用いる、いわゆるガソリンエンジンだけでなく、燃料として軽油等を用いるディーゼルエンジンに適用されてもよい。複数のボア領域１５が一方向に並ぶように設けられる。このような複数のボア領域を有するエンジンに本発明を適用してもよく、さらに、１つのボア領域のみを有する、いわゆる単気筒エンジンに本発明を適用してもよい。

また、複数のボア領域を有する場合、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型、直列型などのさまざまなエンジンに本発明を適用することが可能である。

ボア領域１５はボア部１２によって規定される。ボア部１２は金属材料により構成され、たとえば軽量化のためにはアルミニウム合金、耐久性を向上させるためには鋳鉄により形成される。なお、ボア部１２を主としてアルミニウム合金で構成する場合であっても、ボア部１２のうち、内周面には鋳鉄からなるシリンダライナーを組込んでもよい。

ボア部１２の外側にはウォータジャケット空間７が設けられる。ウォータジャケット空間７は冷媒としての冷却水を流す空間であり、ウォータジャケット空間７の下側から供給された冷却水はウォータジャケット空間７の上側から排出される。ウォータジャケット空間７に冷却水を流すことで、ボア領域１５で発生した熱を取除くことができる。これにより、ボア領域１５で次々と爆発を発生させ、この爆発力をエンジンの出力とすることができる。

ボア部１２に向かい合うように、ボア部１２の外周には本体部１１が設けられる。本体部１１はシリンダ部１のベース体を構成し、その内周面がウォータジャケット空間７を規定する。本体部１１にはヘッドボルト孔１４が複数個設けられ、ヘッドボルト孔１４は本体部１１を貫通する。ヘッドボルト孔１４にヘッドボルトを通し、ヘッドボルトによりシリンダ部１をクランクケース部に固定する。図１で示すように、ヘッドボルト孔１４には強い応力が加わるため、この応力に耐えるためにヘッドボルト孔１４近傍では本体部１１の厚みが厚くされている。

図２は、図１中のII−II線に沿った断面図である。図２を参照して、シリンダブロック１００は、下部に位置するクランクケース部５１と、クランクケース部５１に接触するように設けられるシリンダ部１とを有する。つまり、内燃機関のシリンダブロック１００は、クランクケース部５１とシリンダ部１とに分割されている。クランクケース部５１はクランクケースを収納し、クランクケース部５１内で出力軸が回転する。ボア領域１５は筒状に形成され、その外周にボア部１２が位置する。ボア部１２の内壁がボア領域１５と向かい合い、外壁がウォータジャケット空間７と向かい合う。

ウォータジャケット空間７は、図２で示す断面では橋梁部１３により分割される。橋梁部１３は内側領域であるボア部１２と外側領域である本体部１１とを繋ぐブリッジとしての役割を果たす。橋梁部１３は複数設けられ、互いの間があけられているため、このあけられた部分を冷却水１２０が通過する。ウォータジャケット空間７はシリンダ部１の上端２１１および下端３１１で開口している。しかしながら、下端３１１における開口はクランクケース部５１により閉じられる。その結果、下側へ冷却水１２０が漏れることがない。

冷却水１２０はボア部１２に接触するので、ボア部１２から熱を奪うことが可能である。これにより、ボア領域１５が冷却される。冷却水１２０はエンジン内を循環し、その循環中にエンジンから熱を奪い去る。奪い去った熱はラジエータで外部へ放出され、その後また冷却水１２０がエンジン内へ導入される。図２では、左右の橋梁部１３が同じ高さに設けられているが、これに限られるものではなく、２つまたはそれ以上の橋梁部が異なる高さの位置に設けられていてもよい。すなわち、図２では、デッキ面としての上端２１１から同じ深さの位置に橋梁部１３が設けられているが、上端２１１から異なる深さの位置に複数の橋梁部１３が設けられていてもよい。

図３は、図２中のIII−III線に沿った断面図である。図３を参照して、シリンダ部１は、外周領域である本体部１１と、内周領域であるボア部１２と、本体部１１とボア部１２とを接続する橋梁部１３とを有する。この実施の形態では、直列４気筒エンジンにおいて、８つの橋梁部１３が形成されている例を示している。本体部１１には、複数のヘッドボルト孔１４が設けられる。ヘッドボルト孔１４は、シリンダ部１を図２で示すクランクケース部５１に取付けるための孔であり、橋梁部１３は、ヘッドボルト孔１４から離隔するように配置される。

すなわち、隣り合うヘッドボルト孔１４のほぼ中間地点に橋梁部１３が設けられる。複数の橋梁部１３は互いに距離を隔ててボア部１２の外周上に設けられる。ボア部１２と本体部１１との間がウォータジャケット空間７であり、ウォータジャケット空間７はボア部１２のほぼ全周にわたって設けられる。ウォータジャケット空間７は図３で示す断面では橋梁部１３により分断される。ウォータジャケット空間７内を冷却水が流れるが、この冷却水の流れとしては、従来用いられるさまざまな流れの方向を用いることができる。

図４は、図１中のIV−IV線に沿った断面図である。図４を参照して、別の断面では、ヘッドボルト孔１４が現われる。ヘッドボルト孔１４が現われる断面には、図２および図３で示した橋梁部１３が現われない。ヘッドボルト孔１４にはヘッドボルト７０が挿入される。ヘッドボルト７０はクランクケース部５１にねじ込まれ、エンジンヘッドとシリンダ部１とをクランクケース部５１に固定する役割を果たす。クランクケース部５１は、ヘッドボルト７０の軸力によりシリンダ部１側へ引付けられる。

ヘッドボルト７０からクランクケース部５１へ力が加わり、この力が本体部１１へ加わる。しかしながら、クランクケース部５１近傍では、ウォータジャケット空間７が開口しており、本体部１１とボア部１２とが接続されていない。その結果、ヘッドボルト７０により発生する歪みがボア部１２へ伝えられることを防止できる。

図５は、この発明に従ったシリンダ部を製造するための鋳型の斜視図である。図５を参照して、２分割された鋳型６１および６２は、それぞれ凹部６３，６４を有し、凹部６３，６４を合せることで貫通孔６５が形成される。鋳型６１，６２は鋳込まれた後にウォータジャケット空間７を構成する。鋳型６１，６２の内部６６にボア部１２が形成され、外部６７に本体部１１が形成される。

貫通孔６５は本体部１１とボア部１２とを接続する橋梁部１３を構成する。すなわち、橋梁部１３は鋳型を用いて製造される。鋳型は上下２分割され、分割された位置に貫通孔６５を有する。貫通孔６５に材料であるアルミニウム合金または鉄を流し込むことで橋梁部１３が製造される。

本発明に従ったシリンダブロックのシリンダ部１では図４で示すヘッドボルトの台座の断面において、本体部１１とボア部１２とが接続されていない。しかしながら、他の部分において本体部１１とボア部１２が橋梁部１３で接続されて一体となっている。橋梁部１３は鋳抜き用の鋳型６１，６２によって上下方向により鋳抜き成形が可能な形状である。

鋳型６１，６２の形状は、鋳造圧力に対する締付け力に耐える強度を有しつつ、ウォータジャケット空間が最小の断面積になり冷却性を損なわないように設計されている。

すなわち、本発明では、シリンダブロック１００がシリンダ部１とクランクケース部５１に分割された形状であって、エンジン組付け後のボア部１２の変形量の低減（特に４次変形）と生産性を両立できる形状となっている。ボア部１２と本体部１１とがヘッドボルトの位相を避けた部分で必要最低限度の範囲で繋がっており、かつ上端２１１および下端３１１方向から鋳抜きが可能な形状とされている。以上のような本発明に従えば、形状効果により、組付け時の２次変形および４次変形を抑制できる。

図６は２次変形を説明するための図であり、図７は、４次変形を説明するための図である。図６を参照して、２方向から力が加わった変形（楕円形状の変形）が２次変形であり、図７を参照して、４方向から力が加わった変形が４次変形である。数学的には、変形した形状をフーリエ級数で表わしたときの２次の項の係数の大きさが２次変形の大きさであり、４次の項の係数の大きさが４次変形の大きさとなる。

本発明では、特に４次変形を抑制できる。また、ダミーヘッド加工等の追加工程が不要となる。組付け後のボア部１２の４次変形は、ヘッドボルト孔１４の直下部分において、ボア部１２と本体部１１が繋がっていることで発生する。本発明では、ヘッドボルト孔１４から離れて最も変形の影響を受けない領域に橋梁部１３を設け、この部分でボア部１２と本体部１１を接続しているので、４次変形を抑制することが可能となる。

なお、同様の構成を得るものとして、ボア部１２と本体部１１を分割して別体とすることも考えられる。しかしながら、この場合にはボア部１２の組付けのための位置決め手段（インローなど）が別に必要になる。また、ボア部１２と本体部１１の高さ寸法において厳しい公差管理も要求される。それらの理由により、加工工程の増加を招いてしまうという問題がある。

本発明では、ボア部１２と本体部１１が一部分で繋がっているため、上述のような問題もない。繋がっている橋梁部１３は上下からの鋳抜きが成立する位置に設けることで、工程の増加を防ぐことができる。

図８は従来のシリンダ部の一部断面を含む斜視図である。図９は、図８中のIX−IX線に沿った断面図である。図８および図９を参照して、従来のシリンダ部１では、ウォータジャケット空間７が下端３１１まで貫通しておらず、下端３１１において本体部１１とボア部１２が繋がっている。これにより、２次変形および４次変形が生じる。

図１０は、比較例に従ったシリンダ部の一部断面を含む斜視図である。図１１は、図１０中のXI−XI線に沿った断面図である。図１０および図１１を参照して、比較例では、ウォータジャケット空間７を分割するリブ１１３を設けている。リブ１１３はボア部１２の外周を取囲むように形成するため、リブ１１３の下側には冷却水が流れず、リブ１１３の下側はウォータジャケット空間７を構成していない。

このような比較例では、２次変形を減少させることはできるものの、４次変形が発生するおそれがある。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、本発明を構成する橋梁部１３の配置および数に関しては、実施の形態で示したものに限られず、本発明の種々の範囲においてさまざまに変形することが可能である。また、本発明を適用する内燃機関としてのエンジンは車両に搭載されるものに限られず、発電機用などであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、内燃機関の分野において適用することが可能である。

この発明の実施の形態に従ったシリンダ部の一部断面を含む斜視図である。 図１中のII−II線に沿った断面図である。 図２中のIII−III線に沿った断面図である。 図１中のIV−IV線に沿った断面図である。 この発明に従ったシリンダ部を製造するための鋳型の斜視図である。 ２次変形を説明するための図である。 ４次変形を説明するための図である。 従来のシリンダ部の一部断面を含む斜視図である。 図８中のIX−IX線に沿った断面図である。 比較例に従ったシリンダ部の一部断面を含む斜視図である。 図１０中のXI−XI線に沿った断面図である。

符号の説明

１ シリンダ部、７ ウォータジャケット空間、１１ 本体部、１２ ボア部、１３ 橋梁部、１４ ヘッドボルト孔、１５ ボア領域、５１ クランクケース部、１００ シリンダブロック、２１１ 上端、３１１ 下端。

Claims (4)

1. クランクケース部とシリンダ部とに分割される内燃機関のシリンダブロックであって、
   前記シリンダ部は、ボア領域を取囲むボア部と、前記ボア部の外周に設けられ、前記ボア部との間にウォータジャケット空間を形成する本体部と、前記ボア部と前記本体部とを接続する橋梁部とを含み、
   前記ウォータジャケット空間は前記シリンダ部の上端および下端で開口している、シリンダブロック。
2. 前記本体部には前記シリンダ部を前記クランクケース部に取付けるためのボルトヘッド孔が設けられ、前記橋梁部は、前記ボルトヘッド孔から離隔するように配置される、請求項１に記載のシリンダブロック。
3. 前記橋梁部は、上下２分割され、分割された部分に貫通孔を有する鋳型を用い、前記貫通孔に材料を流し込んで製造される、請求項１または２に記載のシリンダブロック。
4. 複数の前記橋梁部が設けられ、複数の前記橋梁部は前記ボア部の外周上で互いに距離を隔てて配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載のシリンダブロック。

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