JP2006169963A

JP2006169963A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2006169963A
Application number: JP2004359115A
Authority: JP
Inventors: Atsunori Kumagai; 厚法熊谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】内燃機関において、シリンダブロックの分割による小型軽量化並びに低コスト化を図ると共にシリンダボアの真円度の向上を図る。
【解決手段】シリンダブロック１２をシリンダ１５とクランクケース１６とに分割し、このシリンダ１５をシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８とに分割し、下方からスルーボルト１４がベアリングキャップ１３、クランクケース１６、シリンダ１５、シリンダヘッド１１を貫通して締結することで、シリンダライナ１８のフランジ部２３をシリンダ外壁１７とクランクケース１６より挟持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクベアリングキャップなどが締結されて構成される内燃機関に関するものである。

一般的に、内燃機関は、ピストンを移動自在に支持するシリンダボアが形成されたシリンダブロック、吸排気ポートが形成されると共に、吸排気弁やこれを駆動するカムシャフトなどが支持されたシリンダヘッド、ピストンを駆動するクランクシャフトを支持するベアリングキャップなどにより構成されている。そして、このシリンダヘッド、シリンダブロック、ベアリングキャップは締結ボルトによりそれぞれ一体に締結されている。

近年、内燃機関は小型軽量化が図られており、各構成部材をアルミニウム材料を用いて鋳造、特に、ダイカストにより製造することが行われている。上述した内燃機関を構成するシリンダブロック、ベアリングキャップもアルミダイカストにより製造されるものであるが、製法上、各構成部材を小型化することが望ましい。

このような軽量化を図った内燃機関としては、下記特許文献１、２に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたエンジンのシリンダブロック組立体は、アルミニウム合金製のシリンダブロックに、マグネシウム合金製のクランクケースブロック、アルミニウム合金製のベアリングキャップを順に重合し、ベアリングキャップ及びクランクケースブロックを挿通した連結ボルトを、シリンダブロックに螺着して三者を一体に結合させたものである。また、特許文献２に記載されたエンジンのシリンダブロック構造は、シリンダボアを形成するシリンダ部を外壁部とシリンダライナにより構成し、外壁部の下端に形成したライナ取付面に対して、シリンダライナの下端に形成したフランジ部をボルト締着したものである。

実開平０５−０６４４４０号公報特開平０５−０７９４００号公報

上述した特許文献１に記載されたエンジンのシリンダブロック組立体にあっては、シリンダブロックの外周部には上方に開口した冷媒ジャケットが所定深さまで形成されており、このシリンダブロックはシリンダヘッドとクランクケースブロックとの間に挟まれた状態で締結されている。そのため、シリンダブロックは所定の圧縮応力が付与された状態にあり、冷媒ジャケットの外周壁に作用する圧縮応力が下部を伝って冷媒ジャケットの内周壁に伝達され、シリンダボアの真円度が低下してしまうという問題がある。

また、特許文献２に記載されたエンジンのシリンダブロック構造にあっては、シリンダブロックの下方からシリンダライナを挿入し、外壁部の下端に形成したライナ取付面にシリンダライナのフランジ部を密着してボルト締着している。ところが、エンジン動作時には、シリンダボアに非常に高い応力が作用するものであり、ボルト締着による締結力だけでは不十分でありエンジン強度が低下してしまうという問題がある。また、シリンダブロック軸受壁に挿入用の切欠を形成する必要があり、この点もエンジン強度を低下させる要因となっている。更に、シリンダライナの上端部はシリンダブロックの内周面に密着しているだけであり、ウォータジャケットの高いシール性を確保することができないばかりか、このシリンダブロックの外壁部が片持ち状態であるため、その上面にガスケットを介して締結されるシリンダヘッドとの面圧を確保することができず、この位置でのシール性も低下してしまう。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、シリンダブロックの分割による小型軽量化並びに低コスト化を図ると共にシリンダボアの真円度の向上を図った内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、シリンダヘッドの下部にシリンダブロックが連結され、該シリンダブロックの下部にクランクシャフトを支持するベアリングキャップが連結された内燃機関において、前記シリンダブロックはシリンダとクランクケースに分割され、該シリンダはシリンダ外壁とシリンダライナに分割され、該シリンダライナのフランジ部が前記シリンダ外壁と前記クランクケースにより挟持されて締結されたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関では、前記シリンダ外壁と前記シリンダライナとの間にウォータジャケットが設けられたことを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記シリンダ外壁及び前記シリンダライナの上面部がガスケットを介して前記シリンダヘッドに密着して締結されたことを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記シリンダ外壁の下面部と前記シリンダライナのフランジ部との間にガスケットが介装されると共に、該フランジ部と前記クランクケースの上面部との間にガスケットが介装されたことを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記シリンダ外壁と前記シリンダライナのフランジ部と前記クランクケースとの間に位置決めピンが介装されたことを特徴としている。

本発明の内燃機関では、締結ボルトが下方から前記ベアリングキャップと前記クランクケースと前記シリンダライナのフランジ部と前記シリンダ外壁とを貫通して前記シリンダヘッドに締結されたことを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記締結ボルトは、中間ねじ部が前記シリンダ外壁に螺合することを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記シリンダライナは、シリンダボアを形成する複数の円筒部が並列に連続して設けられ、前記各円筒部の連結部に冷却水通路が形成されたことを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記シリンダライナは、シリンダボアを形成する壁部の厚さが下部に比べて上部を厚く形成したことを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記シリンダライナの外周部に周方向に沿って前記シリンダ外壁の内周面に接触する突出部を設け、前記シリンダ外壁と前記シリンダライナとの間に上部ウォータジャケット及び下部ウォータジャケットが設けられたことを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記上部ウォータジャケットを流れる冷却水の流路面積を、前記下部ウォータジャケットを流れる冷却水の流路面積よりも小さく設定したことを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記下部ウォータジャケットは、底部が前記シリンダライナのフランジ部により形成されていることを特徴としている。

本発明の内燃機関によれば、シリンダヘッドの下部にシリンダブロックを連結し、シリンダブロックの下部にクランクシャフトベアリングキャップを連結し、このシリンダブロックをシリンダとクランクケースに分割し、シリンダをシリンダ外壁とシリンダライナに分割し、このシリンダライナのフランジ部をシリンダ外壁とクランクケースにより挟持して締結したので、シリンダブロックを３分割することによりシリンダ外壁とシリンダライナとクランクケースをそれぞれ小型化して軽材料で高精度に製造することが可能となり、全体として軽量化を図ることができると共に低コスト化を図ることができ、また、フランジ部をシリンダ外壁とクランクケースにより挟持して各部材を締結することで、シリンダに対して部分的な締結力が作用することはなく、シリンダボアの真円度を向上することができる。

以下に、本発明にかかる内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関としてのガソリンエンジンにおけるボア中心での断面（図３のＩ−Ｉ断面）図、図２は、実施例１のガソリンエンジンにおけるボア間での断面（図３のII−II断面）図、図３は、実施例１のガソリンエンジンにおけるシリンダブロックの平面図、図４は、実施例１のガソリンエンジンにおけるシリンダの分解斜視図、図５は、実施例１のガソリンエンジンにおけるシリンダの締結状態を表す要部断面図である。

実施例１のガソリンエンジンは、図１乃至図４に示すように、上方からシリンダヘッド１１、シリンダブロック１２、クランクシャフトベアリングキャップ（以下、ベアリングキャップ）１３とが組み合わされ、複数のスルーボルト（締結ボルト）１４により一体に組み付けられて構成されている。そして、シリンダブロック１２は、シリンダ１５とクランクケース１６に分割され、このシリンダ１５は、シリンダ外壁１７とシリンダライナ１８に分割され、シリンダライナ１８のフランジ部がシリンダ外壁１７とクランクケース１６により挟持されて締結されている。

即ち、シリンダ１５はアルミニウム合金製であって、シリンダ外壁１７とシリンダライナ１８とが組み合わされて構成されている。シリンダライナ１８は、３つのシリンダボア２１を形成する３つの円筒部２２が並列に連続して設けられると共に、各円筒部２２の下端部に全周にわたってフランジ部２３が一体に設けられて構成されており、各シリンダボア２１に図示しないピストンが摺動自在に嵌合可能となっている。シリンダ外壁１７は、シリンダライナ１７の各円筒部２２を外側から一定間隔をもって囲繞する外壁部２４が設けられると共に、外壁部２４の下端部に全周にわたってフランジ部２５が一体に設けられて構成されている。

そして、シリンダ外壁１７に対してシリンダライナ１８が下方から挿入され、図５に詳細に示すように、各フランジ部２３，２５がその間にガスケット２６を介して所定の位置で密着することで両者が組み合わされることで、各円筒部２２と外壁部２４との間にエンジン冷却水が充填されるウォータジャケット２７が上方に開口して構成される。また、シリンダ外壁１７の外壁部２４及びシリンダライナ１８のフランジ部２３には、ウォータジャケット２７の外側であって、各シリンダボア２１の間に位置するように、スルーボルト１４が下方から貫通する８つの貫通孔２８，２９が形成されると共に、外壁部２４側の貫通孔２８の下端部には雌ねじ部２８ａが形成されている。

クランクケース１６はマグネシウム合金製であって、中央部に各シリンダボア２１と連通するボア開口部３０が複数（本実施例では、３つ）直線状に並んで形成されると共に、この各ボア開口部３０の下方に図示しないクランクシャフトの偏心部を収容する第１収容部３１が形成されている。また、クランクケース１６には、この各ボア開口部３０及び第１収容部３１の間に位置して、クランクシャフトを回転自在に支持する半割りの第１軸受部３２が所定間隔で複数形成されている。そして、クランクケース１６には、この複数の第１軸受部３２の外側に位置して、スルーボルト１４が下方から貫通する８つの貫通孔３３が形成されている。

ベアリングキャップ１３はマグネシウム合金製であって、クランクケース１６の各第１収容部３１に連通する第２収容部３４が形成されると共に、各第２収容部３４の間に位置して、第１軸受部３２に対向するように半割りの第２軸受部３５が所定間隔で複数形成されている。そして、ベアリングキャップ１３には、この複数の第２軸受部３５の外側に位置して、スルーボルト１４が下方から貫通する８つの貫通孔３６が形成されている。

そして、シリンダブロック１２を構成するシリンダ１５とクランクケース１６が組み合わされると共に、その下部にベアリングキャップ１３が組み合わされた状態で、複数のスルーボルト１４がその下方から各貫通孔３６，３３，２９，２８の順に貫通すると共に、先端部がシリンダヘッド１１を貫通し、中間ねじ部１４ａがシリンダ外壁１７の雌ねじ部２８ａに螺合すると共に、先端ねじ部１４ｂに締結ナット３７が螺合している。従って、スルーボルト１４によりシリンダ１５（シリンダ外壁１７、シリンダライナ１８）とクランクケース１６とベアリングキャップ１６が一体に仮締結された後、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２（シリンダ１５、クランクケース１６）とベアリングキャップ１３が一体に締結されることとなる。このように締結されると、マグネシウム合金製のクランクケース１６及びベアリングキャップ１３に圧縮応力が作用した締結状態となり、軽量化が可能になると共に、クランクケース１６及びベアリングキャップ１３の強度アップを図ることができる。なお、ベアリングキャップ１３の下部には図示しないオイルパンが取付けられる。

また、シリンダ１５を構成するシリンダ外壁１７及びシリンダライナ１８とクランクケース１６との間には、所定の位置に複数の位置決めピン３８がそれぞれに貫入し、この位置決めピン３８よりもシリンダ中心に対して外側の位置で締結ボルト３９により３者が締結されており、この位置決めピン３８よりも外側におけるシリンダライナ１８とクランクケース１６との締結面にガスケット４０が介装されている。従って、エンジン内部の潤滑油がシリンダ１５とクランクケース１６との合わせ面から外部へ漏洩するのをこのガスケット４０により防止することができる。

一方、クランクケース１６とベアリングキャップ１３との間にて、クランクケース１６から複数の連結ボルト４１がベアリングキャップ１３に螺合しており、この連結ボルト４１の内側におけるクランクケース１６とベアリングキャップ１３との締結面にガスケット４２が介装されている。また、クランクケース１６とベアリングキャップ１３との間には、所定の位置に複数の位置決めピン４３がそれぞれに貫入し、この位置決めピン４３よりもシリンダ中心に対して外側の位置で、締結ボルト４４により両者が締結されている。従って、軸受部３２，３５の潤滑油がクランクケース１６とベアリングキャップ１３との合わせ面から外部へ漏洩するのをこのガスケット４２により防止することができる。

ところで、実施例１のエンジンは、前述したように、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とベアリングキャップ１３とがスルーボルト１４により締結されてなり、シリンダブロック１２がシリンダ１５とクランクケース１６に分割されて構成されている。そして、シリンダヘッド１１及びとシリンダ１５がアルミニウム合金製であり、クランクケース１６及びベアリングキャップ１３がマグネシウム合金製であり、このシリンダ１５とクランクケース１６とベアリングキャップ１３の少なくともいずれか一つが、他の部材に影響を与えることなく、エンジンの設計仕様に応じて単体で組み替え可能に形成されている。

このような本実施例のエンジンを組み立てるには、まず、シリンダ１５を構成するシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８とクランクケース１６との間にガスケット２６，４０を介装すると共に複数の位置決めピン３８を貫入し、これらを位置決めした状態で複数の締結ボルト３９により仮締結し、次に、クランクケース１６とベアリング１３との間にガスケット４２を介装すると共に複数の位置決めピン４３を貫入し、これらを位置決めした状態で複数の締結ボルト４１，４４により仮締結する。続いて、シリンダ１５の上部にガスケット４５を介装してシリンダヘッド１１を載置して位置決めをした後、複数のスルーボルト１４を下方からベアリングキャップ１３とクランクケース１６とシリンダ１５とシリンダヘッド１１の各貫通孔３６，３３，２９，２８に貫通させながら、中間ねじ部１４ａをシリンダ外壁１７の雌ねじ部２８ａに螺合させる。そして、シリンダ外壁１７とシリンダライナ１８とクランクケース１６とベアリングキャップ１３とが締結された状態で、最後に、スルーボルト１４の先端ねじ部１４ｂに締結ナット３７を螺合させる。従って、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２を構成するシリンダ１５とクランクケース１６とベアリングキャップ１３がスルーボルト１４により一体に締結される。

この場合、図５に示すように、シリンダ１５を構成するシリンダライナ１８は、フランジ部２３がガスケット２６，４０を介してシリンダ外壁１７とクランクケース１６に挟持された状態で締結されることとなる。また、シリンダ外壁１７とシリンダライナ１８は上面部がガスケット４５を介してシリンダヘッド１１の下面に密着して締結されることとなる。そのため、シリンダ外壁１７及びシリンダライナ１８には水平面内で均等な圧縮応力が作用した状態で締結され、シリンダボア２１の適正な真円度が確保されると共に、高精度なシール性が確保される。

このように実施例１のガソリンエンジンにあっては、シリンダブロック１２をシリンダ１５とクランクケース１６とに分割し、このシリンダ１５をシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８とに分割し、下方からスルーボルト１４がベアリングキャップ１３、クランクケース１６、シリンダ１５、シリンダヘッド１１を貫通して締結することで、シリンダライナ１８のフランジ部２３をシリンダ外壁１７とクランクケース１６より挟持している。

従って、マグネシウム合金製のクランクケース１６及びベアリングキャップ１３に圧縮応力が作用した状態で連結されることとなり、エンジン全体の軽量化が可能になると共に、クランクケース１６及びベアリングキャップ１３の強度アップを図ることができる。そして、シリンダブロック１２をシリンダ１５とクランクケース１６とによる分割構造とすると共に、シリンダ１５をシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８とによる分割構造とすることで、各構成部材を小型化及び薄肉化することができ、ダイカストにより容易に且つ高精度に製造することができる。

また、スルーボルト１４によりベアリングキャップ１３とクランクケース１６とシリンダ１５を挟持した状態でシリンダヘッド１１に結合するため、シリンダ１５を構成するシリンダライナ１８のフランジ部２３をシリンダ外壁１７とクランクケース１６により挟持して締結することとなり、シリンダ１５やクランクケース１６に部分的な締結力が作用することはなく、また、締結用の多くのボルト穴が不要となり、シリンダボア２１の真円度を向上することができると共に、シリンダ１５の強度低下を防止することができる。

この場合、シリンダライナ１８のフランジ部２３がガスケット２６，４０を介してシリンダ外壁１７とクランクケース１６に密着し、シリンダ外壁１７及びシリンダライナ１８は上面部がガスケット４５を介してシリンダヘッド１１の下面に密着し、この状態でシリンダ１５が締結されている。従って、シリンダヘッド１１からの締結力はシリンダ外壁１７及びシリンダライナ１８に均等に伝達され、シリンダ外壁１７からシリンダライナ１８にシリンダボア２１を変形されるような応力が伝達されることはなく、この点でも、シリンダボア２１の真円度を向上することができ、また、シリンダ１５は水平面内で均等な圧縮応力が作用した状態で締結されるため、締結される各部材との密着性がよく、シール性を向上して燃焼ガスや潤滑油などの漏洩を防止することができ、エンジン性能を向上することができる。

また、シリンダ外壁１７とシリンダライナ１８を組み合わせて円筒部２２と外壁部２４との間にウォータジャケット２７を設けており、このウォータジャケット２７の幅や深さを自由に設定することができる。即ち、ウォータジャケット２７の幅を狭くすることで、左右のスルーボルト１４のピッチを短縮することができ、各締結部材の口開きを確実に防止することができる。また、エンジン形式に応じてウォータジャケット２７の幅や深さを変更することで、適正な容積に設定することができ、エンジン冷却効率を向上して燃費を向上することができる。

更に、スルーボルト１４をベアリングキャップ１３とシリンダブロック１２に貫通して中間ねじ部１４ａをシリンダ外壁１７の雌ねじ部２８ａに螺合させることで、このベアリングキャップ１３とシリンダブロック１２を仮締結することで、サブアッシー化が可能となり、シリンダヘッド１１を別工程で締結することが可能となり、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２を別の場所で製造してから組立ラインで両者を組み付けることができる。また、シリンダ１５とクランクケース１６とベアリングキャップ１３の締結力と、シリンダブロック１２とシリンダ１５との締結力を変えることができ、例えば、マグネシウム合金などで製造した部品の締結力を低く設定して過大な軸力が作用しないように調整することができる。

また、シリンダ外壁１７とシリンダライナ１８とクランクケース１６とを一つの位置決めピン３８により位置決め連結したことで、組付性を向上することができる。

図６は、本発明の実施例２に係る内燃機関としてのガソリンエンジンにおけるシリンダライナの要部縦断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２のガソリンエンジンは、前述した実施例１と同様に、図１に示すように、シリンダブロック１２がシリンダ１５とクランクケース１６に分割され、このシリンダ１５がシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８に分割され、シリンダライナ１８のフランジ部２３がシリンダ外壁１７とクランクケース１６により挟持された状態で、下方からスルーボルト１４がベアリングキャップ１３、クランクケース１６、シリンダ１５（シリンダライナ１８、シリンダ外壁１７）シリンダヘッド１１を貫通して締結することで、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とベアリングキャップ１３とが組み合わされて構成されている。

そして、このシリンダライナ１８は、３つのシリンダボア２１を形成する３つの円筒部２２が並列に連続して設けられると共に、各円筒部２２の下端部に全周にわたってフランジ部２３が一体に設けられて構成されており、このシリンダライナ１８のフランジ部２３には各シリンダボア２１の間に位置してスルーボルト１４が下方から貫通する貫通孔２９が形成されている。そして、シリンダ外壁１７の内側にシリンダライナ１８が挿入されて両者が組み合わされることで、円筒部２２と外壁部２４との間にエンジン冷却水が充填されるウォータジャケット２７が形成される。

本実施例では、図６に示すように、シリンダライナ１８の各円筒部２２を連結する壁部（連結部）２２ａに複数の冷却水通路５１，５２，５３が設けられている。各冷却水通路５１，５２，５３は、左右のウォータジャケット２７同士を連通するものであり、冷却水通路５１は円筒部２２の上部に、冷却水通路５２は円筒部２２の下部にそれぞれ所定角度をもって形成され、冷却水通路５３は円筒部２２の上部から下部に冷却水通路５１，５２と交差するように逆方向に傾斜して形成されている。

このように実施例２のガソリンエンジンにあっては、シリンダブロック１２をシリンダ１５とクランクケース１６に分割し、このシリンダ１５をシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８に分割し、このシリンダ外壁１７の内側にシリンダライナ１８が挿入して組み合わせることで、円筒部２２と外壁部２４との間にウォータジャケット２７を形成し、シリンダライナ１８の各円筒部２２を連結する壁部２２ａに左右のウォータジャケット２７同士を連通する冷却水通路５１，５２，５３を設けている。

従って、シリンダ１５を分割構造とすることで、シリンダライナ１８の各円筒部２２の壁部２２ａに冷却水通路５１，５２，５３を形成することができ、エンジン冷却水が、シリンダボア２１の周辺のウォータジャケット２７だけでなく、シリンダボア２１間の冷却水通路５１，５２，５３を流れることとなり、シリンダボア２１をその上部から下部まで均等に冷却することができ、エンジン冷却効率を向上することができる。

なお、シリンダライナ１８の各円筒部２２の壁部２２ａに形成した冷却水通路５１，５２，５３の形状、位置、角度、本数などは実施例に限定されるものではなく、エンジンの構造や大きさ、排気量などに応じて適宜設定すればよいものである。また、この冷却水通路として、シリンダライナ１８の各円筒部２２の壁部２２ａに、上端部及び下端部を除く部分を削除してスリット状をなす冷却水通路を形成しても良い。

図７は、本発明の実施例３に係る内燃機関としてのガソリンエンジンの要部縦断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３のガソリンエンジンは、前述した実施例１と同様に、図７に示すように、シリンダブロック１２がシリンダ１５とクランクケース１６に分割され、このシリンダ１５がシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８に分割され、シリンダライナ１８のフランジ部２３がシリンダ外壁１７とクランクケース１６により挟持された状態で、下方からスルーボルト１４がベアリングキャップ１３、クランクケース１６、シリンダ１５（シリンダライナ１８、シリンダ外壁１７）シリンダヘッド１１を貫通して締結することで、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とベアリングキャップ１３とが組み合わされて構成されている。

このシリンダライナ１８は、３つのシリンダボア２１を形成する３つの円筒部２２が並列に連続して設けられると共に、各円筒部２２の下端部に全周にわたってフランジ部２３が一体に設けられて構成されており、このシリンダライナ１８のフランジ部２３には各シリンダボア２１の間に位置してスルーボルト１４が下方から貫通する貫通孔２９が形成されている。そして、シリンダ外壁１７の内側にシリンダライナ１８が挿入されて両者が組み合わされることで、円筒部２２と外壁部２４との間にエンジン冷却水が充填されるウォータジャケット２７が形成される。

そして、本実施例では、シリンダライナ１８の各円筒部２２は、上部の厚さＴ_１に対して、下部の厚さＴ_２が薄く形成されており、上部の外周面と下部の外周面を傾斜面６１により滑らかに連続されている。即ち、燃焼室を構成するシリンダボア２１では、ピストンが上死点近傍に移動したときに膨張した混合ガスに点火されて爆発することから、シリンダボア２１は下部に比べて上部に十分な剛性を確保する必要がある。そのため、燃焼圧力をそれほど受けないシリンダボア２１の下部の厚さを薄くすることができる。

このように実施例３のガソリンエンジンにあっては、シリンダブロック１２をシリンダ１５とクランクケース１６に分割し、このシリンダ１５をシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８に分割し、このシリンダ外壁１７の内側にシリンダライナ１８が挿入して組み合わせることで、円筒部２２と外壁部２４との間にウォータジャケット２７を形成し、シリンダライナ１８の各円筒部２２にて、上部の厚さＴ_１に対して下部の厚さＴ_２が薄く形成している。

従って、シリンダ１５を分割構造とすることで、シリンダライナ１８の各円筒部２２の厚さを上部と下部で異ならせることができ、燃焼圧力を受けて変形しやすいシリンダボア２１の上部を厚くして剛性を向上させることができる一方、燃焼圧力を受けにくいシリンダボア２１の下部を薄くして軽量化を図ることができる。

なお、この実施例３では、シリンダ１５を分割構造とすることで、シリンダライナ１８の各円筒部２２の厚さを上部と下部で異ならせることができるものとし、シリンダライナ１８の各円筒部２２における上部の厚さＴ_１に対して下部の厚さＴ_２を薄く形成したが、上部の厚さＴ_１に対して下部の厚さＴ_２を厚く形成してもよい。この場合、燃焼室に近く高温状態にあるシリンダボア２１の上部側に対応するウォータジャケット２７に大量のエンジン冷却水を流すことで、冷却性能を向上することができる一方、比較的低温状態にあるシリンダボア２１の下部側に対応するウォータジャケット２７に小量のエンジン冷却水を流すことで、保温性能を向上することができる。

図８−１は、本発明の実施例４に係る内燃機関としてのガソリンエンジンの概略図、図８−２は、実施例４のガソリンエンジンにおける異なる締結方法を表す変形例の概略図、図８−３は、実施例４のガソリンエンジンにおける異なる締結方法を表す変形例の概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４のガソリンエンジンは、図８−１に示すように、シリンダヘッド１１と、シリンダ外壁１７及びシリンダライナ１８に分割されたシリンダ１５と、クランクケース１６と、ベアリングキャップ１３とが組み合わされ、各部材を複数のスルーボルト７１が貫通し、上下のねじ部７１ａ，７１ｂに締結ナット７２，７３が螺合することで、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とベアリングキャップ１３が一体に締結されて組み付けられている。

また、実施例４の変形例のガソリンエンジンは、図８−２に示すように、シリンダヘッド１１と、シリンダ外壁１７及びシリンダライナ１８に分割されたシリンダ１５と、クランクケース１６と、ベアリングキャップ１３とが組み合わされ、下方から各部材を複数のスルーボルト７４が貫通し、中間のねじ部７４ｃがシリンダ１５に螺合した後、上下のねじ部７４ａ，７４ｂに締結ナット７５，７６が螺合することで、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とベアリングキャップ１３が一体に締結されて組み付けられている。

更に、実施例４の変形例のガソリンエンジンは、図８−３に示すように、シリンダヘッド１１と、シリンダ外壁１７及びシリンダライナ１８に分割されたシリンダ１５と、クランクケース１６と、ベアリングキャップ１３とが組み合わされ、下方からベアリングキャップ１３とクランクケース１６を複数のスルーボルト７７が貫通し、先端のねじ部７７ａがシリンダ１５に螺合すると共に、上方からシリンダヘッド１１を貫通して複数のスルーボルト７８が貫通し、先端のねじ部７８ａがシリンダ１５に螺合することで、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とベアリングキャップ１３が一体に締結されて組み付けられている。

このように実施例４のガソリンエンジンにあっては、エンジンを構成する部材の形状、大きさ、材料などに応じて適宜スルーボルトにより締結方法を決定すればよく、汎用性を向上することができる。また、中間のねじ部７４ｃを設けることで、シリンダ１５とクランクケース１６とベアリングキャップ１３の締結力と、シリンダブロック１２とシリンダ１５との締結力を変えることができ、例えば、マグネシウム合金などで製造した部品の締結力を低く設定して過大な軸力が作用しないように調整することができる。

図９は、本発明の実施例５に係る内燃機関としてのガソリンエンジンの縦断面図、図１０は、実施例５のガソリンエンジンにおけるシリンダの分解斜視図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５のガソリンエンジンは、前述した実施例１と同様に、図９及び図１０に示すように、シリンダブロック１２がシリンダ１５とクランクケース１６に分割され、このシリンダ１５がシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８に分割され、シリンダライナ１８のフランジ部２３がシリンダ外壁１７とクランクケース１６により挟持された状態で、下方からスルーボルト１４がベアリングキャップ１３、クランクケース１６、シリンダ１５（シリンダライナ１８、シリンダ外壁１７）シリンダヘッド１１を貫通して締結することで、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とベアリングキャップ１３とが組み合わされて構成されている。

このシリンダライナ１８は、３つのシリンダボア２１を形成する３つの円筒部２２が並列に連続して設けられると共に、各円筒部２２の下端部に全周にわたってフランジ部２３が一体に設けられて構成されており、このシリンダライナ１８のフランジ部２３には貫通孔２９が形成されている。シリンダ外壁１７は、シリンダライナ１８の各円筒部２２を外側から一定間隔をもって囲繞する外壁部２４が設けられると共に、外壁部２４の下端部に全周にわたってフランジ部２５が一体に設けられて構成されており、このシリンダ外壁１７の外壁部２４には貫通孔２８が形成されている。そして、シリンダ外壁１７に対してその下方からシリンダライナ１８が挿入され、両者が組み合わされることで、円筒部２２と外壁部２４との間にエンジン冷却水が充填されるウォータジャケット２７が上方に開口して構成される。

本実施例では、シリンダライナ１８における円筒部２２の外周部に、周方向に、且つ、全周にわたって突出部８１が一体に形成されている。そして、シリンダ外壁１７の内側にシリンダライナ１８が挿入されて両者が組み合わされると、シリンダライナ１８の突出部８１がシリンダ外壁１７における外壁部２４の内周面に接触するように構成される。そのため、シリンダ外壁１７とシリンダライナ１８で構成されるウォータジャケット２７は、この突出部８１により上部ウォータジャケット２７ａと下部ウォータジャケット２７ｂとの２分割されている。この場合、下部ウォータジャケット２７ｂは、底部がシリンダライナ１７のフランジ部２３により形成されている。そして、突出部８１をシリンダライナ１８の上部に形成したことで、上部ウォータジャケット２７ａを流れるエンジン冷却水の流路面積を、下部ウォータジャケット２７ｂを流れるエンジン冷却水の流路面積よりも小さくしている。また、シリンダ外壁１７の外壁部２４には、各ウォータジャケット２７ａ，２７ｂにエンジン冷却水を導入する導入口８２が形成されている。

従って、シリンダ外壁１７の導入口８２からウォータジャケット２７に導入されたエンジン冷却水は、上部ウォータジャケット２７ａと下部ウォータジャケット２７ｂに分かれて流動することで、各シリンダボア２１を冷却し、その後、シリンダヘッド１１に導かれる。この場合、シリンダボア２１は、燃焼室に近い上部側が燃焼ガスにより高温となるため、冷却不足になりやすい。ところが、本実施例では、上部ウォータジャケット２７ａの流路面積が下部ウォータジャケット２７ｂの流路面積よりも小さいため、下部ウォータジャケット２７ｂを流れるエンジン冷却水の流速よりも、上部ウォータジャケット２７ａを流れるエンジン冷却水の流速の方が高速となる。そのため、上部ウォータジャケット２７ａの方がエンジン冷却水による冷却効率がよく、シリンダボア２１の高温状態にある上部側を確実に冷却することで、温度が低減される。

このように実施例５のガソリンエンジンにあっては、シリンダブロック１２をシリンダ１５とクランクケース１６に分割し、このシリンダ１５をシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８に分割すると共に、シリンダライナ１８における円筒部２２の外周部に、シリンダ外壁１７における外壁部２４の内周面に接触する突出部８１を全周にわたって形成し、シリンダ外壁１７の内側にシリンダライナ１８が挿入して組み合わせることで、円筒部２２と外壁部２４との間に突出部８１により上下に分割した上部ウォータジャケット２７ａと下部ウォータジャケット２７ｂを形成している。

従って、シリンダ１５をシリンダ外壁１７とシリンダライナ１８に分割すると共に、シリンダライナ１８の外周部に突出部８１を形成し、シリンダ外壁１７の内側にシリンダライナ１８を挿入して組み合わせるだけで、２つに分割した上部ウォータジャケット２７ａ及び下部ウォータジャケット２７ｂを簡単に形成することができ、構造の簡素化を図ることができる一方で、シリンダ１５の強度を向上することができる。

また、突出部８１をシリンダライナ１８の上部に形成することで、上部ウォータジャケット２７ａの流路面積を下部ウォータジャケット２７ｂの流路面積よりも小さくし、上部ウォータジャケット２７ａを流れるエンジン冷却水の流速を下部ウォータジャケット２７ｂを流れるエンジン冷却水の流速よりも高速としている。そのため、上部ウォータジャケット２７ａの周辺における冷却水の冷却効率が高くなり、高温状態にあるシリンダボア２１の上部側を確実に冷却することで、各シリンダボア２１を適正に冷却することができる。その結果、熱歪によりシリンダボアの真円度を低下することができ、焼き付き等の発生を防止してエンジン性能を向上することができると共に、燃費の向上やオイル消費の低減を図ることができる。

なお、シリンダライナ１８の円筒部２２に形成された突出部８１の位置は実施例に限定されるものではなく、エンジンの構造や大きさ、排気量などに応じて冷却効率や強度を考慮して適宜設定すればよいものである。

なお、上述した各実施例にて、シリンダヘッド１１及びシリンダ１５をアルミニウム合金製とし、クランクケース１６及びベアリングキャップ１３をマグネシウム合金製としたが、この材料に限定されるものではなく、エンジンの仕様や形状、強度、分割位置などに応じてアルミニウム合金やマグネシウム合金を含む製鉄などの他の材料に変更しても良い。

以上のように、本発明にかかる内燃機関は、シリンダブロックの３分割による小型軽量化並びに低コスト化を図ると共にシリンダボアの真円度の向上を図るものであり、全ての内燃機関に有用である。

本発明の実施例１に係る内燃機関としてのガソリンエンジンにおけるボア中心での断面（図３のＩ−Ｉ断面）図である。実施例１のガソリンエンジンにおけるボア間での断面（図３のII−II断面）図である。実施例１のガソリンエンジンにおけるシリンダブロックの平面図である。実施例１のガソリンエンジンにおけるシリンダの分解斜視図である。実施例１のガソリンエンジンにおけるシリンダの締結状態を表す要部断面図である。本発明の実施例２に係る内燃機関としてのガソリンエンジンの要部断面図である。本発明の実施例３に係る内燃機関としてのガソリンエンジンの要部断面図である。本発明の実施例４に係る内燃機関としてのガソリンエンジンの概略図である。実施例４のガソリンエンジンにおける異なる締結方法を表す変形例の概略図である。実施例４のガソリンエンジンにおける異なる締結方法を表す変形例の概略図である。本発明の実施例５に係る内燃機関としてのガソリンエンジンの縦断面図である。実施例５のガソリンエンジンにおけるシリンダの分解斜視図である。

符号の説明

１１シリンダヘッド
１２シリンダブロック
１３クランクシャフトベアリングキャップ
１４スルーボルト（締結ボルト）
１５シリンダ
１６クランクケース
１７シリンダ外壁
１８シリンダライナ
２１シリンダボア
２２円筒部
２３フランジ部
２４外壁部
２５フランジ部
２６，４０，４２ガスケット
２７ウォータジャケット
２７ａ上部ウォータジャケット
２７ｂ下部ウォータジャケット
２８，２９，３３，３６貫通孔
３８，４３位置決めピン
５１，５２，５３冷却水通路
８１突出部

Claims

シリンダヘッドの下部にシリンダブロックが連結され、該シリンダブロックの下部にクランクシャフトを支持するベアリングキャップが連結された内燃機関において、前記シリンダブロックはシリンダとクランクケースに分割され、該シリンダはシリンダ外壁とシリンダライナに分割され、該シリンダライナのフランジ部が前記シリンダ外壁と前記クランクケースにより挟持されて締結されたことを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、前記シリンダ外壁と前記シリンダライナとの間にウォータジャケットが設けられたことを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、前記シリンダ外壁及び前記シリンダライナの上面部がガスケットを介して前記シリンダヘッドに密着して締結されたことを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、前記シリンダ外壁の下面部と前記シリンダライナのフランジ部との間にガスケットが介装されると共に、該フランジ部と前記クランクケースの上面部との間にガスケットが介装されたことを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、前記シリンダ外壁と前記シリンダライナのフランジ部と前記クランクケースとの間に位置決めピンが介装されたことを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、締結ボルトが下方から前記ベアリングキャップと前記クランクケースと前記シリンダライナのフランジ部と前記シリンダ外壁とを貫通して前記シリンダヘッドに締結されたことを特徴とする内燃機関。
請求項６に記載の内燃機関において、前記締結ボルトは、中間ねじ部が前記シリンダ外壁に螺合することを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、前記シリンダライナは、シリンダボアを形成する複数の円筒部が並列に連続して設けられ、前記各円筒部の連結部に冷却水通路が形成されたことを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、前記シリンダライナは、シリンダボアを形成する壁部の厚さが下部に比べて上部を厚く形成したことを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、前記シリンダライナの外周部に周方向に沿って前記シリンダ外壁の内周面に接触する突出部を設け、前記シリンダ外壁と前記シリンダライナとの間に上部ウォータジャケット及び下部ウォータジャケットが設けられたことを特徴とする内燃機関。
請求項１０に記載の内燃機関において、前記上部ウォータジャケットを流れる冷却水の流路面積を、前記下部ウォータジャケットを流れる冷却水の流路面積よりも小さく設定したことを特徴とする内燃機関。
請求項１０に記載の内燃機関において、前記下部ウォータジャケットは、底部が前記シリンダライナのフランジ部により形成されていることを特徴とする内燃機関。