JP2007138891A - シリンダブロック、及びシリンダブロック組立体 - Google Patents
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Abstract
【課題】製品としてエンジンに組み付けられたシリンダブロックの歪みが、ピストンの摺動を妨げないシリンダブロック、及びシリンダブロック組立体を提供
【解決手段】ピストンリング２６を備えるピストン２５が中空部を摺動するシリンダ外筒１０ａと、シリンダ外筒１０ａの外側に設けられウォータジャケット１１を形成する外壁１２と、外壁１２に形成されるヘッドボルト１６を締結するためのヘッドボルト締結穴１２ａとを有するエンジンのシリンダブロック１０において、外壁１２の内側に、アッパーデッキ面１３から段差のある座面１４を有し、座面１４にヘッドボルト締結穴１２ａが設けられ、少なくとも座面１４の周りのウォータジャケット１１の第１底部１１ａの位置が、エンジン稼働時にピストン２５が下死点に到達した際のピストンリング２６の位置よりもクランクシャフト１８側にある。
【選択図】図１
【解決手段】ピストンリング２６を備えるピストン２５が中空部を摺動するシリンダ外筒１０ａと、シリンダ外筒１０ａの外側に設けられウォータジャケット１１を形成する外壁１２と、外壁１２に形成されるヘッドボルト１６を締結するためのヘッドボルト締結穴１２ａとを有するエンジンのシリンダブロック１０において、外壁１２の内側に、アッパーデッキ面１３から段差のある座面１４を有し、座面１４にヘッドボルト締結穴１２ａが設けられ、少なくとも座面１４の周りのウォータジャケット１１の第１底部１１ａの位置が、エンジン稼働時にピストン２５が下死点に到達した際のピストンリング２６の位置よりもクランクシャフト１８側にある。
【選択図】図１
Description
本発明は、エンジン稼働時において、シリンダブロックが備えるシリンダと、ピストンの備えるピストンリングが、摺動し発生するフリクションロスを低減した、シリンダブロック、及びシリンダブロック組立体に関するものである。
エンジンのシリンダブロックは、複数のシリンダを有した金属製のブロックであり、エンジンに組み付けられるにあたっては、シリンダヘッド、クランクキャップ等が組み付けられる、エンジンに用いられる部品である。
また、シリンダブロックに設けられるシリンダは、シリンダブロックに備えられる気筒の内面を指し、４気筒のエンジンであれば、シリンダブロックにシリンダは４本備えられることになる。
このシリンダの外部を構成する金属筒を、本明細書中ではシリンダ外筒と呼ぶ。このシリンダ外筒は、直列４気筒のエンジンであれば、４本のシリンダ外筒は近接して並べられる。
また、シリンダブロックに設けられるシリンダは、シリンダブロックに備えられる気筒の内面を指し、４気筒のエンジンであれば、シリンダブロックにシリンダは４本備えられることになる。
このシリンダの外部を構成する金属筒を、本明細書中ではシリンダ外筒と呼ぶ。このシリンダ外筒は、直列４気筒のエンジンであれば、４本のシリンダ外筒は近接して並べられる。
このエンジンのシリンダブロックは、シリンダヘッドと強い力で締結される必要がある。
これは、シリンダブロックとシリンダヘッドの間に高いシール性を求められているからである。
エンジンのシリンダブロックは、ピストンが摺動するシリンダを複数本有している。そして、エンジン稼働時には、シリンダ内の上部にある燃焼室で燃料を爆発させて、ピストンを駆動し、動力を取り出している。このため、シリンダは２０００℃近くにもなる高温にさらされ、爆発の圧力を受けるため高圧にさらされる。
さらに、シリンダブロックには、高温となるシリンダを冷却するために、ウォータジャケットをシリンダ外筒の外側に設けており、ウォータジャケットにクーラントを流してシリンダの水冷も行っている。
よって、エンジンとして組み付けられた際のシリンダブロックとシリンダヘッドの接合面には、ガスやクーラントが漏れないように気密性が要求される。
従って、シリンダブロックとシリンダヘッドの間にはガスケットを挟んで、高圧のガスが抜けず、かつ冷却用のクーラントが漏れないように、高い締結力で締め付けられる必要がある。
これは、シリンダブロックとシリンダヘッドの間に高いシール性を求められているからである。
エンジンのシリンダブロックは、ピストンが摺動するシリンダを複数本有している。そして、エンジン稼働時には、シリンダ内の上部にある燃焼室で燃料を爆発させて、ピストンを駆動し、動力を取り出している。このため、シリンダは２０００℃近くにもなる高温にさらされ、爆発の圧力を受けるため高圧にさらされる。
さらに、シリンダブロックには、高温となるシリンダを冷却するために、ウォータジャケットをシリンダ外筒の外側に設けており、ウォータジャケットにクーラントを流してシリンダの水冷も行っている。
よって、エンジンとして組み付けられた際のシリンダブロックとシリンダヘッドの接合面には、ガスやクーラントが漏れないように気密性が要求される。
従って、シリンダブロックとシリンダヘッドの間にはガスケットを挟んで、高圧のガスが抜けず、かつ冷却用のクーラントが漏れないように、高い締結力で締め付けられる必要がある。
また、シリンダブロックの備えるシリンダには、真円度等の形状精度が要求される。
これは、シリンダの形状精度がフリクションロスに大きく影響するからである。
エンジン稼働時には、シリンダをピストンが摺動し、往復運動をする。この時、ピストン周りで発生するフリクションロスは、エンジン全体で発生するフリクションロスの３分の１にも当たるといわれており、このフリクションロスを解決できれば劇的に高効率なエンジンが実現できる。
このピストンには、外周部にピストンリングが嵌め込まれており、シリンダと直接接触するのは、ピストンリングである。従って、ピストンは、ピストンリングを介してシリンダと接触し、摺動している。
このピストンリングには、燃焼室からの高圧ガスをシールし、摺動抵抗を軽減するためにクランクシャフト側から供給されるエンジンオイルをシリンダ表面に適度に保持するという２つの機能がある。
このため、ピストンリングはバネ性のある素材で作られ、そして、ピストンリングの張力によって、シリンダとピストンとの間のシール性と摺動性のバランスをとっている。
従って、シリンダとピストンの形状精度が悪いと、ピストンリングの張力を上げてシール性を上げることになる。
これは、シリンダの形状精度がフリクションロスに大きく影響するからである。
エンジン稼働時には、シリンダをピストンが摺動し、往復運動をする。この時、ピストン周りで発生するフリクションロスは、エンジン全体で発生するフリクションロスの３分の１にも当たるといわれており、このフリクションロスを解決できれば劇的に高効率なエンジンが実現できる。
このピストンには、外周部にピストンリングが嵌め込まれており、シリンダと直接接触するのは、ピストンリングである。従って、ピストンは、ピストンリングを介してシリンダと接触し、摺動している。
このピストンリングには、燃焼室からの高圧ガスをシールし、摺動抵抗を軽減するためにクランクシャフト側から供給されるエンジンオイルをシリンダ表面に適度に保持するという２つの機能がある。
このため、ピストンリングはバネ性のある素材で作られ、そして、ピストンリングの張力によって、シリンダとピストンとの間のシール性と摺動性のバランスをとっている。
従って、シリンダとピストンの形状精度が悪いと、ピストンリングの張力を上げてシール性を上げることになる。
例えば、シリンダとピストンの形状精度が悪く、シリンダとピストンの備えるピストンリングの間に隙間が出来ると、エンジンを稼働した際に、燃焼室側からクランクシャフト側に高圧ガスが、シリンダとピストンリングの隙間を通って漏れる。
この高圧ガスの漏れは、燃焼室での爆発力をピストンに伝達する力の低下に繋がり、エネルギーロスとなる。
また、摺動抵抗を軽減するためにクランクシャフト側から供給されるエンジンオイルは、ピストンリングによって必要最低限の薄さにシリンダ内壁に付くように管理されているが、シリンダとピストンリングの隙間が大きくなると、エンジンオイルの付着量が多くなり、結果、エンジンオイルが燃焼室側に漏れることになる。
エンジンオイルが漏れることでエンジンオイルの消費量が上がり、燃焼室にエンジンオイルが多く入り込むと、混合気にエンジンオイルが混じり、燃焼効率が落ちるために燃費の低下にも繋がる。
この高圧ガスの漏れは、燃焼室での爆発力をピストンに伝達する力の低下に繋がり、エネルギーロスとなる。
また、摺動抵抗を軽減するためにクランクシャフト側から供給されるエンジンオイルは、ピストンリングによって必要最低限の薄さにシリンダ内壁に付くように管理されているが、シリンダとピストンリングの隙間が大きくなると、エンジンオイルの付着量が多くなり、結果、エンジンオイルが燃焼室側に漏れることになる。
エンジンオイルが漏れることでエンジンオイルの消費量が上がり、燃焼室にエンジンオイルが多く入り込むと、混合気にエンジンオイルが混じり、燃焼効率が落ちるために燃費の低下にも繋がる。
このようなシリンダとピストンとの形状誤差は、ピストンリングの張力を高めることで吸収する。しかし、ピストンリングの張力が高いことは、すなわちシリンダとピストンリングとの間で発生する摺動抵抗の増加を意味し、燃費低下や性能低下に繋がってしまう。
つまり、製品になった状態でのシリンダの真円度等の形状精度と、ピストンの真円度等の形状精度を高めることは、ピストンリングの張力を低く設定しても、シリンダとピストンとの間のシール性と摺動性のバランスがとれることに繋がる。
よって、シリンダとピストンの形状精度を高くすることで、シール性を保ちつつ、摺動抵抗を低くすることができ、燃費向上、性能向上を実現できる。
つまり、製品になった状態でのシリンダの真円度等の形状精度と、ピストンの真円度等の形状精度を高めることは、ピストンリングの張力を低く設定しても、シリンダとピストンとの間のシール性と摺動性のバランスがとれることに繋がる。
よって、シリンダとピストンの形状精度を高くすることで、シール性を保ちつつ、摺動抵抗を低くすることができ、燃費向上、性能向上を実現できる。
近年は、エンジンの高出力化が望まれると共に、環境にも配慮して燃費の向上の要望が高い。
この燃費向上の方法の一つが、エンジンのフリクションロスの低減、つまり、シリンダとピストンの摺動抵抗の低減である。
前述したように、ピストン周りの摺動抵抗は、エンジン全体で発生する摺動抵抗において大きな割合を占める。よって、ピストン周りの摺動抵抗の低減が実現すれば、エンジンの効率の向上に大きく貢献するのである。
このため近年では、シリンダブロックのシリンダは数μｍオーダーの形状精度が要求されるようになってきている。
しかしながら、単純にピストンとシリンダを高精度に加工することで、ピストンとシリンダの形状精度が得られるわけではない。
前述のように、エンジンのシリンダブロックは高い締結力でシリンダヘッドとヘッドボルトで締め付けられる。このため、シリンダブロックの締結部位での変形は避けられない。
このことは、エンジンを軽量化するために鉄製のエンジンから、アルミニウム合金製のエンジンに切り替わってきたことも影響している。
アルミニウム合金製のエンジンは、エンジンの軽量化が図れるために燃費向上等に有利であるが、鉄製エンジンと比べると剛性の点で劣るため、シリンダブロックとシリンダヘッドがヘッドボルトによって同じ力で締結されると、締結による歪みが大きくでてしまうのである。
この燃費向上の方法の一つが、エンジンのフリクションロスの低減、つまり、シリンダとピストンの摺動抵抗の低減である。
前述したように、ピストン周りの摺動抵抗は、エンジン全体で発生する摺動抵抗において大きな割合を占める。よって、ピストン周りの摺動抵抗の低減が実現すれば、エンジンの効率の向上に大きく貢献するのである。
このため近年では、シリンダブロックのシリンダは数μｍオーダーの形状精度が要求されるようになってきている。
しかしながら、単純にピストンとシリンダを高精度に加工することで、ピストンとシリンダの形状精度が得られるわけではない。
前述のように、エンジンのシリンダブロックは高い締結力でシリンダヘッドとヘッドボルトで締め付けられる。このため、シリンダブロックの締結部位での変形は避けられない。
このことは、エンジンを軽量化するために鉄製のエンジンから、アルミニウム合金製のエンジンに切り替わってきたことも影響している。
アルミニウム合金製のエンジンは、エンジンの軽量化が図れるために燃費向上等に有利であるが、鉄製エンジンと比べると剛性の点で劣るため、シリンダブロックとシリンダヘッドがヘッドボルトによって同じ力で締結されると、締結による歪みが大きくでてしまうのである。
この、ヘッドボルトで締め付けられることによって発生するシリンダの歪みは、図１１に示すようなメカニズムで発生すると考えられる。
図１１には、シリンダブロックとシリンダヘッドを組み付けた状態の模式断面図を示す。
シリンダブロック１０は、シリンダヘッド２０と組み付けられる際に、シリンダブロック１０と、シリンダヘッド２０の間にシール用のガスケット１５が挟まれる。そして、シリンダブロック１０には、前述のように冷却用のウォータジャケット１１が設けられるため、ウォータジャケット１１の外側に外壁１２とヘッドボルト締結穴１２ａを備えることになる。
従来技術における一般的なシリンダブロック１０と、シリンダヘッド２０を組み付けた状態のエンジンは図１１のような状態であり、ヘッドボルト締結穴１２ａを備えるシリンダブロック１０の外壁１２は、ヘッドボルト１６に引っ張られ、上向きの力Ｆ１が発生する。一方、高いシール力を発生するガスケット１５を挟み、シリンダ外筒１０ａはシリンダヘッド２０から下向きの力Ｆ２が発生する。
従って、シリンダブロック１０の外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部あたりでは、外側に引っ張られる力Ｆ３が発生して、シリンダ外筒１０ａに変形を生じることになる。この変形量は数十μｍ程度ではあるが、ピストンの上下運動及び、高圧ガスやエンジンオイルのシールにとっては好ましいものではなく、燃費の悪化や性能の低下に繋がることとなる。
図１１には、シリンダブロックとシリンダヘッドを組み付けた状態の模式断面図を示す。
シリンダブロック１０は、シリンダヘッド２０と組み付けられる際に、シリンダブロック１０と、シリンダヘッド２０の間にシール用のガスケット１５が挟まれる。そして、シリンダブロック１０には、前述のように冷却用のウォータジャケット１１が設けられるため、ウォータジャケット１１の外側に外壁１２とヘッドボルト締結穴１２ａを備えることになる。
従来技術における一般的なシリンダブロック１０と、シリンダヘッド２０を組み付けた状態のエンジンは図１１のような状態であり、ヘッドボルト締結穴１２ａを備えるシリンダブロック１０の外壁１２は、ヘッドボルト１６に引っ張られ、上向きの力Ｆ１が発生する。一方、高いシール力を発生するガスケット１５を挟み、シリンダ外筒１０ａはシリンダヘッド２０から下向きの力Ｆ２が発生する。
従って、シリンダブロック１０の外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部あたりでは、外側に引っ張られる力Ｆ３が発生して、シリンダ外筒１０ａに変形を生じることになる。この変形量は数十μｍ程度ではあるが、ピストンの上下運動及び、高圧ガスやエンジンオイルのシールにとっては好ましいものではなく、燃費の悪化や性能の低下に繋がることとなる。
このように、組み付け時においてシリンダブロックは、ヘッドボルトに引っ張られて変形してしまうので、加工時に、シリンダブロックのシリンダの形状精度をいくら高めても、組み付け時のシリンダブロックのシリンダの形状精度は数μｍオーダーに収まらない。
つまり、加工時と組み付け時で、シリンダブロックの備えるシリンダの形状は異なってしまう点が問題となる。
さらにエンジン稼働時では、高熱にさらされるために熱の影響も考慮する必要がある。高熱によって材料が膨張し、歪みが増幅されると、摺動抵抗は更に顕著になるからである。
つまり、加工時と組み付け時で、シリンダブロックの備えるシリンダの形状は異なってしまう点が問題となる。
さらにエンジン稼働時では、高熱にさらされるために熱の影響も考慮する必要がある。高熱によって材料が膨張し、歪みが増幅されると、摺動抵抗は更に顕著になるからである。
このような問題を抱えるので、高精度にシリンダブロックのシリンダを加工したい場合は、従来は、ダミーヘッドという部品を組み付けて、ボーリング加工やホーニング加工等を行っていた。
このダミーヘッドとは、ヘッドを組み付けた状態と同等の締結力を発生させるための治具の一種であり、シリンダブロックにシリンダヘッドと同様にボルトで締結して固定し、加工時に使用するものである。このダミーヘッドを組み付けることによって、シリンダヘッドを組み付けた状態と同等の歪みがシリンダブロックに発生し、その状態でシリンダの加工を行うため、仕上げ後に、シリンダヘッドを組み付ければ、加工時にと同等の真円度等の形状精度が再現できることになる。
ただし、このようなダミーヘッドを用いた加工は、ダミーヘッドを組み付け、加工後取り外すという手間と時間がかかり、ダミーヘッドや組み付け用のボルトの管理なども必要となるため、生産性の向上においては阻害原因となり、大量生産には向かない。
このダミーヘッドとは、ヘッドを組み付けた状態と同等の締結力を発生させるための治具の一種であり、シリンダブロックにシリンダヘッドと同様にボルトで締結して固定し、加工時に使用するものである。このダミーヘッドを組み付けることによって、シリンダヘッドを組み付けた状態と同等の歪みがシリンダブロックに発生し、その状態でシリンダの加工を行うため、仕上げ後に、シリンダヘッドを組み付ければ、加工時にと同等の真円度等の形状精度が再現できることになる。
ただし、このようなダミーヘッドを用いた加工は、ダミーヘッドを組み付け、加工後取り外すという手間と時間がかかり、ダミーヘッドや組み付け用のボルトの管理なども必要となるため、生産性の向上においては阻害原因となり、大量生産には向かない。
そこで、ダミーヘッドを用いずに、シリンダブロックのシリンダの形状精度を高める方法として、特許文献１では往復型水冷式内燃機関のシリンダライナの技術を開示している。
図１２には、特許文献１の水冷式直列４気筒内燃機関の断面図を示している。
なお、図１２の記号のうち図１１と同じものを指す場合は、同一の番号としてある。
図１２に示すように、アルミニウム合金製のシリンダブロック１０に備えるシリンダ外筒１０ａに、シリンダ外筒１０ａよりも剛性の高い金属性又は繊維強化金属製の４本のシリンダライナ１０４が、一体に鋳込まれている。
シリンダ外筒１０ａの周囲にはウォータジャケット１１が設けられている。また、シリンダライナ１０４の外周部にはウォータジャケット１１の底部に向かって円環状の突出部１０５が形成されている。
このように、突出部１０５を形成することで、最も歪みが大きくなる場所であるウォータジャケット１１の底部１０９ａの付近のシリンダライナ１０４の剛性を強くし、変形を抑えることができるとしている。
特開２００２−２１３２９６号公報
図１２には、特許文献１の水冷式直列４気筒内燃機関の断面図を示している。
なお、図１２の記号のうち図１１と同じものを指す場合は、同一の番号としてある。
図１２に示すように、アルミニウム合金製のシリンダブロック１０に備えるシリンダ外筒１０ａに、シリンダ外筒１０ａよりも剛性の高い金属性又は繊維強化金属製の４本のシリンダライナ１０４が、一体に鋳込まれている。
シリンダ外筒１０ａの周囲にはウォータジャケット１１が設けられている。また、シリンダライナ１０４の外周部にはウォータジャケット１１の底部に向かって円環状の突出部１０５が形成されている。
このように、突出部１０５を形成することで、最も歪みが大きくなる場所であるウォータジャケット１１の底部１０９ａの付近のシリンダライナ１０４の剛性を強くし、変形を抑えることができるとしている。
しかしながら、従来技術では以下のような問題が考えられる。
（１）シリンダブロック自体の重量が増加してしまう。
特許文献１のように、突出部１０５のあるシリンダライナ１０４をシリンダブロックに用いる場合、シリンダライナ１０４にこのようなアルミニウムよりも比重の高い材料を用いるため、シリンダブロック自体の重量を増加させてしまうといった問題がある。
一般的にシリンダライナは、アルミニウムよりも剛性の高い鉄系の金属であるねずみ鋳鉄又は繊維強化金属製で、素材に炭素を多く含み自己潤滑性能がある材料が使用される場合が多い。しかし、アルミニウムに比べて３〜４倍の密度があるため、シリンダライナ１０４の体積が大きくなればなるほど、エンジンの重量が増加してしまうことになる。
（１）シリンダブロック自体の重量が増加してしまう。
特許文献１のように、突出部１０５のあるシリンダライナ１０４をシリンダブロックに用いる場合、シリンダライナ１０４にこのようなアルミニウムよりも比重の高い材料を用いるため、シリンダブロック自体の重量を増加させてしまうといった問題がある。
一般的にシリンダライナは、アルミニウムよりも剛性の高い鉄系の金属であるねずみ鋳鉄又は繊維強化金属製で、素材に炭素を多く含み自己潤滑性能がある材料が使用される場合が多い。しかし、アルミニウムに比べて３〜４倍の密度があるため、シリンダライナ１０４の体積が大きくなればなるほど、エンジンの重量が増加してしまうことになる。
一方、自動車の燃費向上、性能向上のための方法の一つとして、前述したエンジンのフリクションロスの低減以外に、軽量化が上げられる。
そのうち、金属の固まりであり、自動車のパーツの中でも重量比の高いエンジンも、軽量化が望まれ、近年、アルミニウム合金製のエンジンが増えてきた背景として、そういった理由も上げられる。
そして、エンジンの軽量化を図るためには、エンジンの外形の肉厚の調整や、シリンダライナレスのエンジンも一部で用いられ、シリンダライナを用いた場合でも、その厚みを極力薄くしようという傾向にある。
また、エンジンの小型化も、軽量化に繋がる手法の一つである。
しかし、シリンダライナ１０４に突出部１０５のような厚みを持たせると、シリンダ間の距離が長くなり、その結果エンジンは大きく作らざるを得なくなり、エンジンの重量増加に繋がる。
つまり、特許文献１の方法では、シリンダの歪みを抑制できても、シリンダブロックが大きく重くなるので、エンジンの重量増加に繋がってしまい、好ましくない。
そのうち、金属の固まりであり、自動車のパーツの中でも重量比の高いエンジンも、軽量化が望まれ、近年、アルミニウム合金製のエンジンが増えてきた背景として、そういった理由も上げられる。
そして、エンジンの軽量化を図るためには、エンジンの外形の肉厚の調整や、シリンダライナレスのエンジンも一部で用いられ、シリンダライナを用いた場合でも、その厚みを極力薄くしようという傾向にある。
また、エンジンの小型化も、軽量化に繋がる手法の一つである。
しかし、シリンダライナ１０４に突出部１０５のような厚みを持たせると、シリンダ間の距離が長くなり、その結果エンジンは大きく作らざるを得なくなり、エンジンの重量増加に繋がる。
つまり、特許文献１の方法では、シリンダの歪みを抑制できても、シリンダブロックが大きく重くなるので、エンジンの重量増加に繋がってしまい、好ましくない。
（２）ウォータジャケットを深く作る場合の、製造上の問題がある。
そこで、軽量化という観点から、シリンダライナレスのエンジンにも対応し、ピストンの摺動に対する歪みの影響を抑える手段の一つとして、歪みが発生する位置をずらすということを本発明者は考えた。
図１１を用いて前述したように、シリンダブロック１０の外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部あたりで最も大きな歪みが発生する。
この歪みの発生で問題となるのが、前述したようなピストンのフリクションロスの増大である。
つまり、ピストンがシリンダを摺動する範囲にこの歪みが発生することが問題となっているのであるから、この歪みを除去することが困難であれば、歪みが発生する位置をずらし、ピストンの摺動範囲から遠ざけてしまえば良いと考えられる。
ピストンの摺動範囲というのは、ピストンに備えられるピストンリングが、シリンダに接触する範囲であり、ピストンの上死点から下死点に移動する間にピストンリングがシリンダに接触する部分である。
このピストンの摺動範囲に、歪み発生部が重ならなければ良い。
ピストン上死点は、シリンダブロックのアッパーデッキ面とピストンのヘッド面が同じか若干下になるのが一般的である。従って、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部を上方にずらすことはできない。そこで、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部を下方向にずらせばよいと考えた。
そこで、軽量化という観点から、シリンダライナレスのエンジンにも対応し、ピストンの摺動に対する歪みの影響を抑える手段の一つとして、歪みが発生する位置をずらすということを本発明者は考えた。
図１１を用いて前述したように、シリンダブロック１０の外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部あたりで最も大きな歪みが発生する。
この歪みの発生で問題となるのが、前述したようなピストンのフリクションロスの増大である。
つまり、ピストンがシリンダを摺動する範囲にこの歪みが発生することが問題となっているのであるから、この歪みを除去することが困難であれば、歪みが発生する位置をずらし、ピストンの摺動範囲から遠ざけてしまえば良いと考えられる。
ピストンの摺動範囲というのは、ピストンに備えられるピストンリングが、シリンダに接触する範囲であり、ピストンの上死点から下死点に移動する間にピストンリングがシリンダに接触する部分である。
このピストンの摺動範囲に、歪み発生部が重ならなければ良い。
ピストン上死点は、シリンダブロックのアッパーデッキ面とピストンのヘッド面が同じか若干下になるのが一般的である。従って、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部を上方にずらすことはできない。そこで、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部を下方向にずらせばよいと考えた。
ただし、ここで問題となるのが、製造上の問題である。
シリンダブロックは鋳造で作られるが、鋳造の際にはウォータジャケットを形成するために上型の凸部を、エンジンブロックを形成するキャビティ側に突出させることになる。
外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部を下方向にずらす為に、ウォータジャケット部を深く形成しようと思うと、この上型の凸部を長くする必要がある。
通常、鋳造で用いられる金型は、抜き勾配が必要である。金型からワークを取り出す際に必要な勾配であり、上型凸部を設計する際にも当然必要になる。この抜き勾配を上型凸部に設ける必要があるので、凸部は先端に行くほど細くなる。金型が一定以下の厚みになると、変形などの問題を起こしやすくなる。
近年はダイカスト鋳造によってシリンダブロックが形成されることが多く、型に高い鋳造圧がかかる。したがって、あまり上型凸部を長くすると、先端に行くほど凸部は細くなり、鋳造圧によって凸部が変形しやすくなるのである。
シリンダブロックは鋳造で作られるが、鋳造の際にはウォータジャケットを形成するために上型の凸部を、エンジンブロックを形成するキャビティ側に突出させることになる。
外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部を下方向にずらす為に、ウォータジャケット部を深く形成しようと思うと、この上型の凸部を長くする必要がある。
通常、鋳造で用いられる金型は、抜き勾配が必要である。金型からワークを取り出す際に必要な勾配であり、上型凸部を設計する際にも当然必要になる。この抜き勾配を上型凸部に設ける必要があるので、凸部は先端に行くほど細くなる。金型が一定以下の厚みになると、変形などの問題を起こしやすくなる。
近年はダイカスト鋳造によってシリンダブロックが形成されることが多く、型に高い鋳造圧がかかる。したがって、あまり上型凸部を長くすると、先端に行くほど凸部は細くなり、鋳造圧によって凸部が変形しやすくなるのである。
ダイカスト鋳造時には、溶湯がキャビティ内に高い鋳造圧で高速に流れ込むため、溶湯の回ってない部分と回った部分の圧力差が生じて、変形を引き起こす可能性がある。
この変形によって、成形後に製品に必要な精度が得られなかったし、金型が抜けなくなったりして、製品不良となってしまう。
また、この変形が製品に影響がない程度であったとしても、繰り返し鋳造に金型を用いるために、金型の寿命を短くする原因となり、金型コストが高く付いてしまう。
ところで、アッパーデッキ面の開口部の広さは、シリンダブロックの強度やシール性、エンジン自体の大きさの制限から決定される。外壁１２に設けられるヘッドボルト締結穴１２ａは、シール性の問題からシリンダ外筒１０ａに近い必要があり、アッパーデッキ面の開口部もこの距離に左右される。
従って、必然的に上型凸部の長さはアッパーデッキ面の開口部によって決定され、結果的に、ピストン摺動範囲よりも外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接合部を下げることは、出来ない。
つまり、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接合部の下限は、製造上の問題から制限されてしまうのである。
この変形によって、成形後に製品に必要な精度が得られなかったし、金型が抜けなくなったりして、製品不良となってしまう。
また、この変形が製品に影響がない程度であったとしても、繰り返し鋳造に金型を用いるために、金型の寿命を短くする原因となり、金型コストが高く付いてしまう。
ところで、アッパーデッキ面の開口部の広さは、シリンダブロックの強度やシール性、エンジン自体の大きさの制限から決定される。外壁１２に設けられるヘッドボルト締結穴１２ａは、シール性の問題からシリンダ外筒１０ａに近い必要があり、アッパーデッキ面の開口部もこの距離に左右される。
従って、必然的に上型凸部の長さはアッパーデッキ面の開口部によって決定され、結果的に、ピストン摺動範囲よりも外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接合部を下げることは、出来ない。
つまり、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接合部の下限は、製造上の問題から制限されてしまうのである。
このように、従来技術においては、（１）特許文献１のようにシリンダライナに厚い部分を設けると、シリンダブロックの重量増加や小型化の妨げとなり、（２）ウォータジャケットを深く作ることで、ピストン摺動範囲よりもクランクシャフト側に外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接合部を移動させ、ピストン摺動範囲に歪みの影響を軽減させることは、製造上の問題があり困難である、という問題があった。
そこで、本発明ではこのような問題を解決するためになされたものであり、製品としてエンジンに組み付けられたシリンダブロックの歪みが、ピストンの摺動を妨げないシリンダブロック、及びシリンダブロック組立体を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明によるシリンダブロック、及びシリンダブロック組立体は以下のような特徴を有する。
（１）ピストンリングを備えるピストンが中空部を摺動する円筒部と、前記円筒部の外側に設けられウォータジャケットを形成する外壁部と、前記外壁部に形成されるヘッドボルトを締結するためのヘッドボルト締結部とを有するエンジンのシリンダブロックにおいて、前記外壁部の内側に、アッパーデッキ面から段差のある座面を有し、前記座面に前記ヘッドボルト締結部が設けられ、前記座面の周辺にある前記ウォータジャケットの底の位置が、エンジン稼働時に前記ピストンが下死点に到達した際の前記ピストンリングの位置よりもクランクシャフト側にあることを特徴とする。
（１）ピストンリングを備えるピストンが中空部を摺動する円筒部と、前記円筒部の外側に設けられウォータジャケットを形成する外壁部と、前記外壁部に形成されるヘッドボルトを締結するためのヘッドボルト締結部とを有するエンジンのシリンダブロックにおいて、前記外壁部の内側に、アッパーデッキ面から段差のある座面を有し、前記座面に前記ヘッドボルト締結部が設けられ、前記座面の周辺にある前記ウォータジャケットの底の位置が、エンジン稼働時に前記ピストンが下死点に到達した際の前記ピストンリングの位置よりもクランクシャフト側にあることを特徴とする。
ここでいう「ピストンリング」とは、ピストンに備えられるコンプレッションリングやオイルリングの総称であり、コンプレッションリングは燃焼室の気密を保つと共に、ピストンが受けた熱をシリンダ壁に逃がす役目がある。また、オイルリングは、シリンダ壁に必要最低限の油膜を作ると同時に、余分なオイルが燃焼室に進入するのを防ぐ役割がある。
通常はシリンダヘッドの上部にピストンリングは３本設けられ、上の２本がコンプレッションリング、一番下にオイルリングが設けられる。ここでいう「ピストンリング」はこれらの３本全てを指している。
なお、ピストンの摺動抵抗で問題となるのは、この３本のピストンリングについてである。
ピストンの上死点の一番上のピストンリングと、ピストンの下死点の一番下のピストンリングの位置が、ピストンの摺動範囲となり、このピストンの下死点に居る際のピストンリングの位置よりも下に歪みが来ることで、ピストンリングに歪みが影響しなくなるのである。
また、これらのピストンリングの本数と、コンプレッションリングとオイルリングの組み合わせは、エンジンの設計思想によって変化する。例えば、コンプレッションリングが１本、オイルリングが２本の仕様のエンジンもあれば、２サイクルエンジンのように、オイルリングを用いない場合もある。
通常はシリンダヘッドの上部にピストンリングは３本設けられ、上の２本がコンプレッションリング、一番下にオイルリングが設けられる。ここでいう「ピストンリング」はこれらの３本全てを指している。
なお、ピストンの摺動抵抗で問題となるのは、この３本のピストンリングについてである。
ピストンの上死点の一番上のピストンリングと、ピストンの下死点の一番下のピストンリングの位置が、ピストンの摺動範囲となり、このピストンの下死点に居る際のピストンリングの位置よりも下に歪みが来ることで、ピストンリングに歪みが影響しなくなるのである。
また、これらのピストンリングの本数と、コンプレッションリングとオイルリングの組み合わせは、エンジンの設計思想によって変化する。例えば、コンプレッションリングが１本、オイルリングが２本の仕様のエンジンもあれば、２サイクルエンジンのように、オイルリングを用いない場合もある。
またここでいう「円筒部」とは、シリンダブロックの備えるシリンダ外筒であり、ウォータジャケットと接する面を含む部分である。通常、４気筒の場合は円筒が４本隣接した状態で備えられることになるので、厳密には円筒形状ではなく、円筒形状が隣接した形状であるが、ここではこれらの全てを総称している。
またここでいう「外壁部」とは、シリンダブロックに設けられる外壁であり、ウォータジャケットをその内壁と前述円筒部とで形成する。ウォータジャケットには、エンジン使用中には冷却水が流され、シリンダの冷却を行う。
またここでいう「ヘッドボルト締結部」とは、ヘッドボルトを締結するための雌ねじ部である。
またここで、「座面」とは、シリンダブロックの外壁部の内側に設けられ、ウォータジャケット内にある、アッパーデッキ面から数十ｍｍ程度クランクシャフト側に段差がある部分のことであり、この面に「ヘッドボルト締結部」となる雌ねじ加工が行われる。
またここでいう「外壁部」とは、シリンダブロックに設けられる外壁であり、ウォータジャケットをその内壁と前述円筒部とで形成する。ウォータジャケットには、エンジン使用中には冷却水が流され、シリンダの冷却を行う。
またここでいう「ヘッドボルト締結部」とは、ヘッドボルトを締結するための雌ねじ部である。
またここで、「座面」とは、シリンダブロックの外壁部の内側に設けられ、ウォータジャケット内にある、アッパーデッキ面から数十ｍｍ程度クランクシャフト側に段差がある部分のことであり、この面に「ヘッドボルト締結部」となる雌ねじ加工が行われる。
（２）（１）に記載するシリンダブロックと、シリンダヘッドを組み立てたシリンダブロック組立体において、前記ウォータジャケット内部の前記座面から、前記シリンダブロックの有するアッパーデッキ面までの空間にセットされた、前記ヘッドボルトが貫通するヘッドボルト通過穴を有したシール部材を備え、前記シール部材が、前記座面と前記シリンダヘッドのアッパーデッキ面と当接する面により押圧されることで、前記ウォータジャケット内を流れる冷却水が、前記ヘッドボルト通過穴に入り込まないようにシールされることを特徴とする。
ここでいう「シール部材」とは、樹脂やゴムなどからなる部材であり、シリンダブロックにシリンダヘッドを組み付けた状態で、シリンダヘッドの下面と、段差部のヘッドボルト締結部の周囲に押し付けられ、シール性を発揮する部材である。形状は円筒形であっても、外壁部内面に沿う形状でヘッドボルト通過穴を複数有していてもどちらでも良い。
なお、樹脂やゴムのような素材ではなく、シリンダブロックの母材の強度よりも同等以下の強度の金属製の部材であって、シリンダヘッドのアッパーデッキ面との当接面と、座面とで面シールする方法であっても良い。
なお、樹脂やゴムのような素材ではなく、シリンダブロックの母材の強度よりも同等以下の強度の金属製の部材であって、シリンダヘッドのアッパーデッキ面との当接面と、座面とで面シールする方法であっても良い。
このような特徴を有する本発明によるシリンダブロック、及びシリンダブロック組立体により、以下のような作用、効果が得られる。
（１）ピストンリングを備えるピストンが中空部を摺動する円筒部と、前記円筒部の外側に設けられウォータジャケットを形成する外壁部と、前記外壁部に形成されるヘッドボルトを締結するためのヘッドボルト締結部とを有するエンジンのシリンダブロックにおいて、前記外壁部の内側に、アッパーデッキ面から段差のある座面を有し、前記座面に前記ヘッドボルト締結部が設けられ、前記座面の周辺にある前記ウォータジャケットの底の位置が、エンジン稼働時に前記ピストンが下死点に到達した際の前記ピストンリングの位置よりもクランクシャフト側にあることを特徴とするので、ピストン摺動範囲よりも下側に外壁部と円筒部の接続部が設けられ、その部分で発生する歪みの影響をピストンがシリンダを摺動する際に受けないので、フリクションロスを低減できるという優れた効果を奏する。
（１）ピストンリングを備えるピストンが中空部を摺動する円筒部と、前記円筒部の外側に設けられウォータジャケットを形成する外壁部と、前記外壁部に形成されるヘッドボルトを締結するためのヘッドボルト締結部とを有するエンジンのシリンダブロックにおいて、前記外壁部の内側に、アッパーデッキ面から段差のある座面を有し、前記座面に前記ヘッドボルト締結部が設けられ、前記座面の周辺にある前記ウォータジャケットの底の位置が、エンジン稼働時に前記ピストンが下死点に到達した際の前記ピストンリングの位置よりもクランクシャフト側にあることを特徴とするので、ピストン摺動範囲よりも下側に外壁部と円筒部の接続部が設けられ、その部分で発生する歪みの影響をピストンがシリンダを摺動する際に受けないので、フリクションロスを低減できるという優れた効果を奏する。
すなわち、ピストンがシリンダを摺動する際のフリクションロスを低減は以下の作用によって実現される。
まず、シリンダブロックに発生する歪みは、前述した通り上向きの力Ｆ１と下向きの力Ｆ２が働くことにより、外壁部と円筒部の接続部で発生する。
その歪みによって、ピストンに備えられるピストンリングと、円筒部内面のシリンダに隙間が生じないように、ピストンリングの張力を強めに設定する必要がある。しかし、ピストンリングの張力を強めることで、ピストンリングとシリンダの摺動抵抗が大きくなってしまう。また、ピストンリングが歪み部分を通過する場合には、更に大きな抵抗となる。
つまり、円筒部と外壁部の接続部に発生する歪みが、ピストン摺動範囲ｈ１になければ、シリンダの真円度を悪化させることが無く、ピストンリングの張力を弱めに設定することができるので、フリクションロスの低減が可能となる。
まず、シリンダブロックに発生する歪みは、前述した通り上向きの力Ｆ１と下向きの力Ｆ２が働くことにより、外壁部と円筒部の接続部で発生する。
その歪みによって、ピストンに備えられるピストンリングと、円筒部内面のシリンダに隙間が生じないように、ピストンリングの張力を強めに設定する必要がある。しかし、ピストンリングの張力を強めることで、ピストンリングとシリンダの摺動抵抗が大きくなってしまう。また、ピストンリングが歪み部分を通過する場合には、更に大きな抵抗となる。
つまり、円筒部と外壁部の接続部に発生する歪みが、ピストン摺動範囲ｈ１になければ、シリンダの真円度を悪化させることが無く、ピストンリングの張力を弱めに設定することができるので、フリクションロスの低減が可能となる。
そこで、ウォータジャケットの内部であって、外壁部の内側に設けられ、アッパーデッキ面よりも低い位置にある座面に、ヘッドボルト締結部を設けることで、シリンダブロックのアッパーデッキ面の開口部を広くとれるようにした。
こうすることで、前述した鋳造に用いる上型のウォータジャケットを形成する凸部を、ウォータジャケット底部が深く形成できるように伸ばし、かつ抜き勾配を設けても、凸部先端まで必要な肉厚を確保することができる。
また、上型凸部の根本は座面を確保した分だけ厚くなるため、金型の強度も上がる。
このように、上型凸部に必要な肉厚を確保することが出来るので、上型凸部を伸ばしてもダイカスト成形時の鋳造圧に耐えることができ、製品不良を減らし、金型の寿命を短くするようなことがない。
こうすることで、前述した鋳造に用いる上型のウォータジャケットを形成する凸部を、ウォータジャケット底部が深く形成できるように伸ばし、かつ抜き勾配を設けても、凸部先端まで必要な肉厚を確保することができる。
また、上型凸部の根本は座面を確保した分だけ厚くなるため、金型の強度も上がる。
このように、上型凸部に必要な肉厚を確保することが出来るので、上型凸部を伸ばしてもダイカスト成形時の鋳造圧に耐えることができ、製品不良を減らし、金型の寿命を短くするようなことがない。
これによって、シリンダブロックのウォータジャケットを深く成形することを可能とし、円筒部と外壁部の接続部が、ピストン摺動範囲よりもクランクシャフト側の位置に持ってくることが可能となった。
この結果、ピストンとシリンダの摺動に与える円筒部と外壁部の接続部に発生する歪みの影響を最低限に抑えることができ、ピストンリングの張力を低く設定できるので、フリクションロスの低減を図ることが出来る。
また、シリンダブロックのウォータジャケットを深く設けることでフリクションロスの低減を実現できるので、シリンダブロックを大きくしなければならない等の軽量化を妨げる要因がなく、エンジンの軽量化にも貢献する。
この結果、ピストンとシリンダの摺動に与える円筒部と外壁部の接続部に発生する歪みの影響を最低限に抑えることができ、ピストンリングの張力を低く設定できるので、フリクションロスの低減を図ることが出来る。
また、シリンダブロックのウォータジャケットを深く設けることでフリクションロスの低減を実現できるので、シリンダブロックを大きくしなければならない等の軽量化を妨げる要因がなく、エンジンの軽量化にも貢献する。
（２）（１）に記載するシリンダブロックと、シリンダヘッドを組み立てたシリンダブロック組立体において、前記ウォータジャケット内部の前記座面から、前記シリンダブロックの有するアッパーデッキ面までの空間にセットされた、前記ヘッドボルトが貫通するヘッドボルト通過穴を有したシール部材を備え、前記シール部材が、前記座面と前記シリンダヘッドのアッパーデッキ面と当接する面により押圧されることで、前記ウォータジャケット内を流れる冷却水が、前記ヘッドボルト通過穴に入り込まないようにシールされることを特徴とするので、ヘッドボルト締結部にウォータジャケット内を流れる冷却水が入り込まないという優れた効果を奏する。
すなわち、ヘッドボルト締結部にウォータジャケット内を流れる冷却水が入り込まないことは以下の作用によって実現される。
シリンダヘッドとシリンダブロックがヘッドボルトで組み付けられる際に、ヘッドボルト通過穴を有したシール部材を、前記座面と前記シリンダヘッドのアッパーデッキ面と当接する面の間であって、ヘッドボルト締結部とヘッドボルト通過穴がほぼ同芯なる位置にセットし、座面とアッパーデッキ面と当接する面で押圧され、シール部材が弾性変形して両方の面と馴染むことで、冷却水がヘッドボルト締結部に入り込まないようになる。
シリンダヘッドとシリンダブロックがヘッドボルトで組み付けられる際に、ヘッドボルト通過穴を有したシール部材を、前記座面と前記シリンダヘッドのアッパーデッキ面と当接する面の間であって、ヘッドボルト締結部とヘッドボルト通過穴がほぼ同芯なる位置にセットし、座面とアッパーデッキ面と当接する面で押圧され、シール部材が弾性変形して両方の面と馴染むことで、冷却水がヘッドボルト締結部に入り込まないようになる。
この、ウォータジャケット内を流れる冷却水は、凍結防止剤や冷却系の金属部品の腐食を防止するための防錆、防食剤が入った不凍液が用いられることが多いが、運用方法によっては水を用いる場合もあり、防錆、防食剤が入った不凍液であっても完全に腐食を防げるわけではない。
このような冷却水が、ヘッドボルト締結部などの穴に入り込むとその部分で滞留することとなり、ヘッドボルトが腐食されてしまう場合も考えられる。
また、シリンダブロックとシリンダヘッドを組み付けた際に、ヘッドボルトがウォータジャケットを通過することになる場合、シールする部分を設けないと、シリンダヘッド側に設けられるヘッドボルトを通すための穴から、ポンプによって送り込まれる冷却水が吹き出すことになる。このような問題もシール部材を用いることで解決しうる。
このような冷却水が、ヘッドボルト締結部などの穴に入り込むとその部分で滞留することとなり、ヘッドボルトが腐食されてしまう場合も考えられる。
また、シリンダブロックとシリンダヘッドを組み付けた際に、ヘッドボルトがウォータジャケットを通過することになる場合、シールする部分を設けないと、シリンダヘッド側に設けられるヘッドボルトを通すための穴から、ポンプによって送り込まれる冷却水が吹き出すことになる。このような問題もシール部材を用いることで解決しうる。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１に、本実施例のシリンダブロック組立体の断面図を示す。また、図２に、本実施例のシリンダブロックのアッパーデッキ面１３を表す上面視図を示す。また、図３には、図２に示すＢＢ断面図を示している。
図１のシリンダブロック１０は、アルミニウム合金製であり、ダイカスト鋳造によって作られる、オープンデッキタイプのシリンダブロック１０である。また、図２に示すようにシリンダブロック１０は直列４気筒のエンジンに用いられるものとする。なお、図は、説明に不要な部分は省略し簡略化している。
このシリンダブロック１０には、複数のシリンダ外筒１０ａと、ウォータジャケット１１と外壁１２が設けられている。
シリンダ外筒１０ａは、エンジン稼働中にはピストン２５の摺動するシリンダの外周を含む略円筒体であり、直列４気筒のエンジンであれば、シリンダ外筒１０ａは４本備えられることになる。
また、シリンダ外筒１０ａは、図２に示すように、隣り合うシリンダ外筒１０ａ同士がくっついており、直列に４つのシリンダ外筒１０ａが並んでいる状態となっている。このシリンダブロック１０が例えば３気筒用であっても、６気筒用であっても、気筒数が変わるだけで、構成はほぼ同じである。
なお、本実施例におけるシリンダ外筒１０ａは、シリンダライナを備えていないシリンダライナレスのシリンダブロック１０となっているが、シリンダライナを備えていても構わない。
図１に、本実施例のシリンダブロック組立体の断面図を示す。また、図２に、本実施例のシリンダブロックのアッパーデッキ面１３を表す上面視図を示す。また、図３には、図２に示すＢＢ断面図を示している。
図１のシリンダブロック１０は、アルミニウム合金製であり、ダイカスト鋳造によって作られる、オープンデッキタイプのシリンダブロック１０である。また、図２に示すようにシリンダブロック１０は直列４気筒のエンジンに用いられるものとする。なお、図は、説明に不要な部分は省略し簡略化している。
このシリンダブロック１０には、複数のシリンダ外筒１０ａと、ウォータジャケット１１と外壁１２が設けられている。
シリンダ外筒１０ａは、エンジン稼働中にはピストン２５の摺動するシリンダの外周を含む略円筒体であり、直列４気筒のエンジンであれば、シリンダ外筒１０ａは４本備えられることになる。
また、シリンダ外筒１０ａは、図２に示すように、隣り合うシリンダ外筒１０ａ同士がくっついており、直列に４つのシリンダ外筒１０ａが並んでいる状態となっている。このシリンダブロック１０が例えば３気筒用であっても、６気筒用であっても、気筒数が変わるだけで、構成はほぼ同じである。
なお、本実施例におけるシリンダ外筒１０ａは、シリンダライナを備えていないシリンダライナレスのシリンダブロック１０となっているが、シリンダライナを備えていても構わない。
外壁１２は、その内側に座面１４を有しており、この座面１４にヘッドボルト締結穴１２ａを備えている。座面１４は、外壁１２のアッパーデッキ面１３から、数十ｍｍ程、クランクシャフト１８側に近く、つまり図面下側に設けられている。
また、外壁１２は、シリンダ外筒１０ａの周りに設けられてウォータジャケット１１を形成している。
ウォータジャケット１１は、シリンダ外筒１０ａの周囲を囲うように設けられており、エンジン稼働時に、高温になるシリンダ外筒１０ａを冷却するために、クーラントを循環させて熱を放出している。
座面１４は、図２に示すようにヘッドボルト締結穴１２ａの設けられる１０カ所に、それぞれ設けられている。そして、この座面１４の周りのウォータジャケット１１の第１底部１１ａは、図３に示す通り、他の部分の第２底部１１ｂに比べ、アッパーデッキ面１３からの深さが深くなっている。
また、外壁１２は、シリンダ外筒１０ａの周りに設けられてウォータジャケット１１を形成している。
ウォータジャケット１１は、シリンダ外筒１０ａの周囲を囲うように設けられており、エンジン稼働時に、高温になるシリンダ外筒１０ａを冷却するために、クーラントを循環させて熱を放出している。
座面１４は、図２に示すようにヘッドボルト締結穴１２ａの設けられる１０カ所に、それぞれ設けられている。そして、この座面１４の周りのウォータジャケット１１の第１底部１１ａは、図３に示す通り、他の部分の第２底部１１ｂに比べ、アッパーデッキ面１３からの深さが深くなっている。
このように構成されるシリンダブロック１０は、組み付け時には図１に示すように、ガスケット１５を挟んでシリンダヘッド２０がヘッドボルト１６によって締結される。なお、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０が組み付けられた状態を本明細書中ではシリンダブロック組立体３０と呼ぶことにする。
このシリンダブロック組立体３０に、ピストン２５と、クランクシャフト１８及びコンロッド１９が組み付けられ、図示しないクランクキャップ等が組み付けられると、エンジンとして機能するようになる。
このシリンダブロック組立体３０に、ピストン２５と、クランクシャフト１８及びコンロッド１９が組み付けられ、図示しないクランクキャップ等が組み付けられると、エンジンとして機能するようになる。
ところで、シリンダ外筒１０ａの内部では、エンジン稼働時にピストン２５が摺動する。燃焼室２１に供給された気化された燃料に、プラグ用雌ねじ部２３に備える点火プラグで点火し、爆発させて、ピストン２５が下方向への力を受ける。このピストン２５に伝えられた力はピストン２５に接続されるコンロッド１９を介してクランクシャフト１８に伝達され、回転運動に変換されて、自動車の動力となる。
このようにピストン２５は上下運動を繰り返すが、ピストン２５が図面の最上端に来た時を上死点、最下端に来た時を下死点という。この上死点と下死点の間をピストンは上下するわけだが、ピストン２５にはシリンダ外筒１０ａの内壁とのシール性を保つためにピストンリング２６を備えている。
ピストンリング２６は通常、ピストン２５に３つ備えられ、一番上と二番目のリングをコンプレッションリング、一番下に設けられるリングをオイルリングとする場合が多い。
これらのピストンリング２６は、コンプレッションリングが、燃焼室２１からの燃焼ガスをシールしクランクシャフト１８側に燃焼ガスが漏れないように、オイルリングは、クランクシャフト１８側に供給されるエンジンオイルが燃焼室２１に入り込まないようにシールすると共に、ピストン２５とシリンダ外筒１０ａの内壁との摺動に必要最低限の油膜を切らさないように保持する役割を果たしている。
このようにピストン２５は上下運動を繰り返すが、ピストン２５が図面の最上端に来た時を上死点、最下端に来た時を下死点という。この上死点と下死点の間をピストンは上下するわけだが、ピストン２５にはシリンダ外筒１０ａの内壁とのシール性を保つためにピストンリング２６を備えている。
ピストンリング２６は通常、ピストン２５に３つ備えられ、一番上と二番目のリングをコンプレッションリング、一番下に設けられるリングをオイルリングとする場合が多い。
これらのピストンリング２６は、コンプレッションリングが、燃焼室２１からの燃焼ガスをシールしクランクシャフト１８側に燃焼ガスが漏れないように、オイルリングは、クランクシャフト１８側に供給されるエンジンオイルが燃焼室２１に入り込まないようにシールすると共に、ピストン２５とシリンダ外筒１０ａの内壁との摺動に必要最低限の油膜を切らさないように保持する役割を果たしている。
図４に、本実施例の図１と同じシリンダブロックの断面図を示す。
この図４は、ピストン２５の上死点から下死点までの摺動範囲、厳密に言うと、上死点にいるときのピストン２５の一番上に付けられたピストンリング２６がシリンダ外筒１０ａの内壁に接する部分から、下死点にいるときのピストン２５の一番下に付けられたピストンリング２６がシリンダ外筒１０ａの内壁に接する部分までのピストン摺動範囲ｈ１と、ピストン２５が下死点にいるときの一番下に付けられたピストンリング２６がシリンダ外筒１０ａの内壁に接する位置から、第１底部１１ａまでのクリアランスｈ２、そして、アッパーデッキ面１３から座面１４までの掘り下げ高さｈ３との関係を示している。
この図４は、ピストン２５の上死点から下死点までの摺動範囲、厳密に言うと、上死点にいるときのピストン２５の一番上に付けられたピストンリング２６がシリンダ外筒１０ａの内壁に接する部分から、下死点にいるときのピストン２５の一番下に付けられたピストンリング２６がシリンダ外筒１０ａの内壁に接する部分までのピストン摺動範囲ｈ１と、ピストン２５が下死点にいるときの一番下に付けられたピストンリング２６がシリンダ外筒１０ａの内壁に接する位置から、第１底部１１ａまでのクリアランスｈ２、そして、アッパーデッキ面１３から座面１４までの掘り下げ高さｈ３との関係を示している。
またウォータジャケット１１内に示している仮想線１１ｃは、ヘッドボルト締結穴１２ａがアッパーデッキ面１３に設けられていた場合の、ウォータジャケット１１の深さを示している。この深さは、第２底部１１ｂの高さと同様でもある。
ウォータジャケット１１の深さは、ダイカスト鋳造で作る場合に、金型の制約を受ける。ウォータジャケット１１を形成するのは、通常上型と呼ばれる金属製の型に設けられた凸部であり、下型と合わせられたときにシリンダブロック１０の形を形成するようなキャビティを作り、凸部は凹部であるウォータジャケット１１にはまり込むような形をしている。
ダイカスト鋳造工程で溶湯が流し込まれると、このキャビティに満たされ、金型に触れることによって温度を奪われ、次第に凝固してシリンダブロック１０の形を形成する。
その後、型抜きを行うが、この際に、型表面に離型剤をしっかり塗布してあっても、抜き勾配と呼ばれる勾配を型表面に付けておかないと、製品がうまく型から抜けないなどの問題がある。
ウォータジャケット１１の深さは、ダイカスト鋳造で作る場合に、金型の制約を受ける。ウォータジャケット１１を形成するのは、通常上型と呼ばれる金属製の型に設けられた凸部であり、下型と合わせられたときにシリンダブロック１０の形を形成するようなキャビティを作り、凸部は凹部であるウォータジャケット１１にはまり込むような形をしている。
ダイカスト鋳造工程で溶湯が流し込まれると、このキャビティに満たされ、金型に触れることによって温度を奪われ、次第に凝固してシリンダブロック１０の形を形成する。
その後、型抜きを行うが、この際に、型表面に離型剤をしっかり塗布してあっても、抜き勾配と呼ばれる勾配を型表面に付けておかないと、製品がうまく型から抜けないなどの問題がある。
上型凸部にも当然抜き勾配が設けられる必要があり、数％ほどの傾きが必要となる。そして、ウォータジャケット１１のアッパーデッキ面１３に設けられた開口部は、シリンダブロック１０の大きさの制約から、必然的に定められる。
ウォータジャケット１１の開口部の広さが決定することで、上型凸部の厚みも必然的に決定される。そして、抜き勾配を設けることで、上型凸部の厚みは次第にウォータジャケット１１の深さに応じて、次第に薄くなることとなる。
一方、ダイカスト鋳造する場合には、高い鋳造圧をかけて溶湯をキャビティ内に注入するため、金型の各部にはその鋳造圧に耐えられるだけの厚みが必要とされる。
従って、上型凸部の限界厚みが、ウォータジャケット１１の深さを決定することになる。
このように、座面１４をアッパーデッキ面１３より深くした分だけ、第１底部１１ａをクランクシャフト１８側に近づけることができ、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部をピストン摺動範囲ｈ１の範囲外に設けることができる。掘り下げ高さｈ３の部分だけ第１底部１１ａが下がることで、外壁１２とシリンダ外筒１０ａで発生する歪みの影響が避けられる。
ウォータジャケット１１の開口部の広さが決定することで、上型凸部の厚みも必然的に決定される。そして、抜き勾配を設けることで、上型凸部の厚みは次第にウォータジャケット１１の深さに応じて、次第に薄くなることとなる。
一方、ダイカスト鋳造する場合には、高い鋳造圧をかけて溶湯をキャビティ内に注入するため、金型の各部にはその鋳造圧に耐えられるだけの厚みが必要とされる。
従って、上型凸部の限界厚みが、ウォータジャケット１１の深さを決定することになる。
このように、座面１４をアッパーデッキ面１３より深くした分だけ、第１底部１１ａをクランクシャフト１８側に近づけることができ、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部をピストン摺動範囲ｈ１の範囲外に設けることができる。掘り下げ高さｈ３の部分だけ第１底部１１ａが下がることで、外壁１２とシリンダ外筒１０ａで発生する歪みの影響が避けられる。
座面１４には、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０がガスケット１５を挟んでヘッドボルト１６で締め付けられる際に、グロメット２２がセットされる。
グロメット２２は、樹脂製、またはゴム製であり、シリンダヘッド２０と座面１４に挟み込まれることによって、押圧され、弾性変形することによりシール性を発揮する。
なお、このグロメット２２は、表面精度が確保できるのであれば、金属製でも構わない。金属製の場合は、面圧でシールすることになる、
このグロメット２２の上面視図を図５及び図６に示す。
グロメット２２の形状は、図５の様に円筒状のものを複数個セットしても良いし、図６の様に全周一体となった形状でも良い。図５のような形状であれば、安価に用意することが可能であるし、図６のような形状であれば、材料費は多少かかるが、セットする場合に容易である。
グロメット２２は、樹脂製、またはゴム製であり、シリンダヘッド２０と座面１４に挟み込まれることによって、押圧され、弾性変形することによりシール性を発揮する。
なお、このグロメット２２は、表面精度が確保できるのであれば、金属製でも構わない。金属製の場合は、面圧でシールすることになる、
このグロメット２２の上面視図を図５及び図６に示す。
グロメット２２の形状は、図５の様に円筒状のものを複数個セットしても良いし、図６の様に全周一体となった形状でも良い。図５のような形状であれば、安価に用意することが可能であるし、図６のような形状であれば、材料費は多少かかるが、セットする場合に容易である。
本実施例は上記のような構成を示すので、以下のような効果作用が得られる。
図７に、図１１よりモデルを作成して歪みを解析した結果を示し、図８には、図７のＣＣ断面図を示す。また、図９に、図１よりモデルを作成して歪みを解析した結果を示し、図１０に、図９のＣＣ断面図を示す。
まず、図７について説明する。縦軸にアッパーデッキ面１３からの距離を示し、横軸に中心線ＣＬを基準とした距離を示している。
図７に示されるシリンダ輪郭線１０ｃは、図１１に示すような従来用いられてきたシリンダブロック１０をモデル化し、シリンダ外筒１０ａの内壁の形状について、歪み解析した結果である。
このようにシリンダ輪郭線１０ｃはピストン摺動範囲ｈ１において、最も変形が大きくなっている。このピストン摺動範囲ｈ１の位置は、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部分に対応している。
つまり、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部分で最も歪みが大きくなることを示しているのである。これは、図１１に示すように、上向きの力Ｆ１と下向きの力Ｆ２が働くことによって、外側に引っ張られる力Ｆ３にシリンダ外筒１０ａと外壁１２の接続部に最も力が集中し、それによって、シリンダ外筒１０ａの形状に歪みが生じてしまうためである。
図７に、図１１よりモデルを作成して歪みを解析した結果を示し、図８には、図７のＣＣ断面図を示す。また、図９に、図１よりモデルを作成して歪みを解析した結果を示し、図１０に、図９のＣＣ断面図を示す。
まず、図７について説明する。縦軸にアッパーデッキ面１３からの距離を示し、横軸に中心線ＣＬを基準とした距離を示している。
図７に示されるシリンダ輪郭線１０ｃは、図１１に示すような従来用いられてきたシリンダブロック１０をモデル化し、シリンダ外筒１０ａの内壁の形状について、歪み解析した結果である。
このようにシリンダ輪郭線１０ｃはピストン摺動範囲ｈ１において、最も変形が大きくなっている。このピストン摺動範囲ｈ１の位置は、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部分に対応している。
つまり、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部分で最も歪みが大きくなることを示しているのである。これは、図１１に示すように、上向きの力Ｆ１と下向きの力Ｆ２が働くことによって、外側に引っ張られる力Ｆ３にシリンダ外筒１０ａと外壁１２の接続部に最も力が集中し、それによって、シリンダ外筒１０ａの形状に歪みが生じてしまうためである。
図８は、図７のピストン摺動範囲ｈ１の高さの部分の断面図であるＣＣ断面を示しており、ヘッドボルト１６の位置が周りに示してある。基準線ＳＬは、５μｍ幅で設けてあり、シリンダ輪郭線１０ｃの歪みの大きさを示している。
解析の結果から、図８の示す通りヘッドボルト１６の締結される位置に対応して、歪みが大きくなっており、シリンダ輪郭線１０ｃの歪みの大きさは１０μｍ程度あることがわかる。なお、左半分に比べて、右半分の歪みが大きいのは、シリンダ輪郭線１０ｃが第１気筒について歪み解析したものだからである。左半分は、第２気筒に隣接するため剛性があがっており、歪みの影響が小さく現れる。
解析の結果から、図８の示す通りヘッドボルト１６の締結される位置に対応して、歪みが大きくなっており、シリンダ輪郭線１０ｃの歪みの大きさは１０μｍ程度あることがわかる。なお、左半分に比べて、右半分の歪みが大きいのは、シリンダ輪郭線１０ｃが第１気筒について歪み解析したものだからである。左半分は、第２気筒に隣接するため剛性があがっており、歪みの影響が小さく現れる。
次に、本実施例の図１をモデル化して歪み解析を行った結果である図９について説明をする。図７と同じく、縦軸にアッパーデッキ面１３からの距離を示し、横軸に中心線ＣＬを基準とした距離を示している。
このように、図７と図９を比較すると、歪みの位置は図９の上方向に移動していることが分かる。ピストン摺動範囲ｈ１の位置の断面図であるＤＤ断面について図１０に示すが、図８と比較してもその歪み量は小さくなっている。
そして、図９のＣＣ断面は、図８とほぼ同様の形状となった。
このことは、第１底部１１ａを深くすることによって、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部がシリンダブロック１０のクランクシャフト１８側に移動したことに対応して、歪みの位置もシリンダブロック１０のクランクシャフト１８側に移動したことを意味している。
図１０に示すＤＤ断面では、数μｍ程度に歪みが抑えられており、図９で示すようにＣＣ断面で最も歪みが大きくなり、ＤＤ断面より下、つまりピストン摺動範囲ｈ１では、歪みの影響がほとんど出ていないことが分かる。これは図４に示すように、掘り下げ高さｈ３だけ第１底部１１ａが下がったことによる効果である。
従って、ピストン摺動範囲ｈ１に現れる歪みは数μｍ程度に抑えることができ、ピストン２５の摺動に与える影響も少なくなる。
このように、図７と図９を比較すると、歪みの位置は図９の上方向に移動していることが分かる。ピストン摺動範囲ｈ１の位置の断面図であるＤＤ断面について図１０に示すが、図８と比較してもその歪み量は小さくなっている。
そして、図９のＣＣ断面は、図８とほぼ同様の形状となった。
このことは、第１底部１１ａを深くすることによって、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部がシリンダブロック１０のクランクシャフト１８側に移動したことに対応して、歪みの位置もシリンダブロック１０のクランクシャフト１８側に移動したことを意味している。
図１０に示すＤＤ断面では、数μｍ程度に歪みが抑えられており、図９で示すようにＣＣ断面で最も歪みが大きくなり、ＤＤ断面より下、つまりピストン摺動範囲ｈ１では、歪みの影響がほとんど出ていないことが分かる。これは図４に示すように、掘り下げ高さｈ３だけ第１底部１１ａが下がったことによる効果である。
従って、ピストン摺動範囲ｈ１に現れる歪みは数μｍ程度に抑えることができ、ピストン２５の摺動に与える影響も少なくなる。
また、グロメット２２については、図１に示すようにシリンダヘッド２０とシリンダブロック１０をヘッドボルト１６で組み付ける際に、座面１４とシリンダヘッド２０の下面で押圧される。
このように面同士で押圧されたグロメット２２は、弾性変形し、シリンダヘッド２０の下面及び座面１４と馴染みシール性を発揮する。
これによりグロメット２２を貫通するヘッドボルト１６は、エンジン稼働時にウォータジャケット１１を流れる冷却水に触れることが無く、ヘッドボルト締結穴１２ａにも冷却水が入り込むことが無くなる。
この、ウォータジャケット１１内を流れる冷却水は、凍結防止剤や冷却系の金属部品の腐食を防止するための防錆、防食剤が入った不凍液が用いられることが多いが、運用方法によっては水を用いる場合もあり、防錆、防食剤が入った不凍液であっても完全に腐食を防げるわけではない。
このような冷却水が、ヘッドボルト締結穴１２ａなどに入り込むと、その部分で滞留することとなり、ヘッドボルト１６が腐食されてしまう場合も考えられる。
また、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０を組み付けた際に、ヘッドボルト１６がウォータジャケット１１を通過することになる場合、シールする部分を設けないと、シリンダヘッド２０側に設けられるヘッドボルト１６を通すための穴から、ポンプによって送り込まれる冷却水が吹き出すことになる。このような問題もグロメット２２を用いることで解決しうる。
このように面同士で押圧されたグロメット２２は、弾性変形し、シリンダヘッド２０の下面及び座面１４と馴染みシール性を発揮する。
これによりグロメット２２を貫通するヘッドボルト１６は、エンジン稼働時にウォータジャケット１１を流れる冷却水に触れることが無く、ヘッドボルト締結穴１２ａにも冷却水が入り込むことが無くなる。
この、ウォータジャケット１１内を流れる冷却水は、凍結防止剤や冷却系の金属部品の腐食を防止するための防錆、防食剤が入った不凍液が用いられることが多いが、運用方法によっては水を用いる場合もあり、防錆、防食剤が入った不凍液であっても完全に腐食を防げるわけではない。
このような冷却水が、ヘッドボルト締結穴１２ａなどに入り込むと、その部分で滞留することとなり、ヘッドボルト１６が腐食されてしまう場合も考えられる。
また、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０を組み付けた際に、ヘッドボルト１６がウォータジャケット１１を通過することになる場合、シールする部分を設けないと、シリンダヘッド２０側に設けられるヘッドボルト１６を通すための穴から、ポンプによって送り込まれる冷却水が吹き出すことになる。このような問題もグロメット２２を用いることで解決しうる。
また、ウォータジャケット１１内に突起部や、障害物を置くことで、乱流が発生しシリンダ外筒１０ａの冷却効果を妨げることも考えられる。従って、グロメット２２を用いることで、冷却水の循環を積極的に整流できるように、グロメット２２の形状を工夫し、例えば図６に示すような、内部に凹凸の少ないグロメット２２とすれば、冷却水の整流効果も得られると考えられる。
このようにグロメット２２によって、ヘッドボルト１６の腐食を防いだり、冷却水の循環を積極的に整流する機能を付加したりすれば、エンジンの性能確保や長寿命化に繋がることになる。
このようにグロメット２２によって、ヘッドボルト１６の腐食を防いだり、冷却水の循環を積極的に整流する機能を付加したりすれば、エンジンの性能確保や長寿命化に繋がることになる。
以上に説明した、本発明のシリンダブロック、及びシリンダブロック組立体によれば、以下のような優れた作用、効果が得られる。
（１）ピストンリング２６を備えるピストン２５が中空部を摺動するシリンダ外筒１０ａと、シリンダ外筒１０ａの外側に設けられウォータジャケット１１を形成する外壁１２と、外壁１２に形成されるヘッドボルト１６を締結するためのヘッドボルト締結穴１２ａとを有するエンジンのシリンダブロック１０において、外壁１２の内側に、アッパーデッキ面１３から段差のある座面１４を有し、座面１４にヘッドボルト締結穴１２ａが設けられ、座面１４の周辺にあるウォータジャケット１１の第１底部１１ａの位置が、エンジン稼働時にピストン２５が下死点に到達した際のピストンリング２６の位置よりもクランクシャフト１８側にあることを特徴とするので、ピストン摺動範囲ｈ１よりも下側に外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部が設けられ、その部分で発生する歪みの影響をピストン２５がシリンダを摺動する際に受けないので、フリクションロスを低減できるという優れた効果を奏する。
（１）ピストンリング２６を備えるピストン２５が中空部を摺動するシリンダ外筒１０ａと、シリンダ外筒１０ａの外側に設けられウォータジャケット１１を形成する外壁１２と、外壁１２に形成されるヘッドボルト１６を締結するためのヘッドボルト締結穴１２ａとを有するエンジンのシリンダブロック１０において、外壁１２の内側に、アッパーデッキ面１３から段差のある座面１４を有し、座面１４にヘッドボルト締結穴１２ａが設けられ、座面１４の周辺にあるウォータジャケット１１の第１底部１１ａの位置が、エンジン稼働時にピストン２５が下死点に到達した際のピストンリング２６の位置よりもクランクシャフト１８側にあることを特徴とするので、ピストン摺動範囲ｈ１よりも下側に外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部が設けられ、その部分で発生する歪みの影響をピストン２５がシリンダを摺動する際に受けないので、フリクションロスを低減できるという優れた効果を奏する。
すなわち、ピストン２５がシリンダ外筒１０ａの内壁を摺動する際のフリクションロスを低減は以下の作用によって実現される。
まず、シリンダブロック１０に発生する歪みは、前述した通り、上向きの力Ｆ１と下向きの力Ｆ２が働くことにより、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部で発生する。
その歪みによって、ピストン２５に備えられるピストンリング２６と、シリンダ外筒１０ａの内壁に隙間が生じないように、ピストンリング２６の張力を強めに設定する必要がある。しかし、ピストンリング２６の張力を強めることで、ピストンリング２６とシリンダ外筒１０ａの内壁の摺動抵抗が大きくなってしまう。また、ピストンリング２６が歪み部分を通過する場合には、更に大きな抵抗となる。
すなわち、シリンダ外筒１０ａと外壁１２の接続部に発生する歪みが、ピストン摺動範囲ｈ１になければ、シリンダ外筒１０ａの内壁の真円度を悪化させることが無く、ピストンリング２６の張力を弱めに設定することができるので、フリクションロスの低減が可能となる。
まず、シリンダブロック１０に発生する歪みは、前述した通り、上向きの力Ｆ１と下向きの力Ｆ２が働くことにより、外壁１２とシリンダ外筒１０ａの接続部で発生する。
その歪みによって、ピストン２５に備えられるピストンリング２６と、シリンダ外筒１０ａの内壁に隙間が生じないように、ピストンリング２６の張力を強めに設定する必要がある。しかし、ピストンリング２６の張力を強めることで、ピストンリング２６とシリンダ外筒１０ａの内壁の摺動抵抗が大きくなってしまう。また、ピストンリング２６が歪み部分を通過する場合には、更に大きな抵抗となる。
すなわち、シリンダ外筒１０ａと外壁１２の接続部に発生する歪みが、ピストン摺動範囲ｈ１になければ、シリンダ外筒１０ａの内壁の真円度を悪化させることが無く、ピストンリング２６の張力を弱めに設定することができるので、フリクションロスの低減が可能となる。
そこで、ウォータジャケット１１の内部であって、外壁１２の内側に設けられ、アッパーデッキ面１３よりも低い位置にある座面１４に、ヘッドボルト締結穴１２ａを設けることで、シリンダブロック１０のアッパーデッキ面１３の開口部を広くとれるようにした。
こうすることで、前述した鋳造に用いる上型のウォータジャケット１１を形成する凸部を、ウォータジャケット１１の第１底部１１ａが深く形成できるように伸ばし、かつ抜き勾配を設けても、凸部先端まで必要な肉厚を確保することができる。
また、上型凸部の根本は座面を確保した分だけ厚くなるため、金型の強度も上がる。
このように、上型凸部に必要な肉厚を確保することが出来るので、上型凸部を伸ばしてもダイカスト成形時の鋳造圧に耐えることができ、金型の寿命を短くすることがない。
こうすることで、前述した鋳造に用いる上型のウォータジャケット１１を形成する凸部を、ウォータジャケット１１の第１底部１１ａが深く形成できるように伸ばし、かつ抜き勾配を設けても、凸部先端まで必要な肉厚を確保することができる。
また、上型凸部の根本は座面を確保した分だけ厚くなるため、金型の強度も上がる。
このように、上型凸部に必要な肉厚を確保することが出来るので、上型凸部を伸ばしてもダイカスト成形時の鋳造圧に耐えることができ、金型の寿命を短くすることがない。
これによって、シリンダブロック１０のウォータジャケット１１を深く成形することを可能とし、シリンダ外筒１０ａと外壁１２の接続部が、ピストン摺動範囲ｈ１よりもクランクシャフト１８側の位置に持ってくることが可能となった。
この結果、ピストン２５とシリンダ外筒１０ａの内壁の摺動に与えるシリンダ外筒１０ａと外壁１２の接続部に発生する歪みの影響を最低限に抑えることができ、ピストンリング２６の張力を低く設定できるので、フリクションロスの低減を図ることが出来る。
また、シリンダブロック１０のウォータジャケット１１を深く設けることでフリクションロスの低減を実現できるので、シリンダブロック１０を大きくしなければならない等の軽量化を妨げる要因がなく、エンジンの軽量化にも貢献する。
この結果、ピストン２５とシリンダ外筒１０ａの内壁の摺動に与えるシリンダ外筒１０ａと外壁１２の接続部に発生する歪みの影響を最低限に抑えることができ、ピストンリング２６の張力を低く設定できるので、フリクションロスの低減を図ることが出来る。
また、シリンダブロック１０のウォータジャケット１１を深く設けることでフリクションロスの低減を実現できるので、シリンダブロック１０を大きくしなければならない等の軽量化を妨げる要因がなく、エンジンの軽量化にも貢献する。
（２）（１）に記載するシリンダブロック１０と、シリンダヘッド２０を組み立てたシリンダブロック組立体３０において、ウォータジャケット１１内部の座面１４から、シリンダブロック１０の有するアッパーデッキ面１３までの空間にセットされた、ヘッドボルト１６が貫通するヘッドボルト通過穴を有したグロメット２２を備え、グロメット２２が、座面１４とシリンダヘッド２０のアッパーデッキ面１３と当接する面により押圧されることで、ウォータジャケット１１内を流れる冷却水が、ヘッドボルト通過穴に入り込まないようにシールされることを特徴とするので、ヘッドボルト締結穴１２ａにウォータジャケット１１内を流れる冷却水が入り込まないという優れた効果を奏する。
すなわち、ヘッドボルト締結穴１２ａにウォータジャケット１１内を流れる冷却水が入り込まないことは以下の作用によって実現される。
シリンダヘッド２０とシリンダブロック１０がヘッドボルト１６で組み付けられる際に、ヘッドボルト通過穴を有したグロメット２２を、座面１４とシリンダヘッド２０のアッパーデッキ面１３と当接する面の間であって、ヘッドボルト締結穴１２ａとヘッドボルト通過穴がほぼ同芯なる位置にセットし、座面１４とアッパーデッキ面１３と当接する面で押圧され、グロメット２２が弾性変形して両方の面と馴染むことで、冷却水がヘッドボルト締結穴１２ａに入り込まないようになる。
シリンダヘッド２０とシリンダブロック１０がヘッドボルト１６で組み付けられる際に、ヘッドボルト通過穴を有したグロメット２２を、座面１４とシリンダヘッド２０のアッパーデッキ面１３と当接する面の間であって、ヘッドボルト締結穴１２ａとヘッドボルト通過穴がほぼ同芯なる位置にセットし、座面１４とアッパーデッキ面１３と当接する面で押圧され、グロメット２２が弾性変形して両方の面と馴染むことで、冷却水がヘッドボルト締結穴１２ａに入り込まないようになる。
この、ウォータジャケット１１内を流れる冷却水は、凍結防止剤や冷却系の金属部品の腐食を防止するための防錆、防食剤が入った不凍液が用いられることが多いが、運用方法によっては水を用いる場合もあり、防錆、防食剤が入った不凍液であっても完全に腐食を防げるわけではない。
このような冷却水が、ヘッドボルト締結穴１２ａなどの穴に入り込むとその部分で滞留することとなり、ヘッドボルト締結穴１２ａが腐食されてしまう場合も考えられる。
また、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０を組み付けた際に、ヘッドボルト１６がウォータジャケット１１を通過することになる場合、シールする部分を設けないと、シリンダヘッド２０側に設けられるヘッドボルト１６を通すための穴から、ポンプによって送り込まれる冷却水が吹き出すことになる。このような問題もグロメット２２を用いることで解決しうる。
このような冷却水が、ヘッドボルト締結穴１２ａなどの穴に入り込むとその部分で滞留することとなり、ヘッドボルト締結穴１２ａが腐食されてしまう場合も考えられる。
また、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０を組み付けた際に、ヘッドボルト１６がウォータジャケット１１を通過することになる場合、シールする部分を設けないと、シリンダヘッド２０側に設けられるヘッドボルト１６を通すための穴から、ポンプによって送り込まれる冷却水が吹き出すことになる。このような問題もグロメット２２を用いることで解決しうる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、グロメット２２の形状は、本実施例で挙げた以外の形状でも、シール機能が発揮できれば問題ない。
また、座面１４の形状や第１底部１１ａの範囲も、エンジンの仕様によって変更されるべきものなので、図面に示される形状でなくても良い。
例えば、グロメット２２の形状は、本実施例で挙げた以外の形状でも、シール機能が発揮できれば問題ない。
また、座面１４の形状や第１底部１１ａの範囲も、エンジンの仕様によって変更されるべきものなので、図面に示される形状でなくても良い。
１０ シリンダブロック
１０ａ シリンダ外筒
１１ ウォータジャケット
１１ａ 第１底部
１１ｂ 第２底部
１２ 外壁
１２ａ ヘッドボルト締結穴
１３ アッパーデッキ面
１４ 座面
１５ ガスケット
１６ ヘッドボルト
１８ クランクシャフト
１９ コンロッド
２０ シリンダヘッド
２１ 燃焼室
２２ グロメット
２３ プラグ用雌ねじ部
２５ ピストン
２６ ピストンリング
３０ シリンダブロック組立体
ＣＬ 中心線
Ｆ１ 上向きの力
Ｆ２ 下向きの力
Ｆ３ 外側に引っ張られる力
ＳＬ 基準線
ｈ１ ピストン摺動範囲
ｈ２ クリアランス
ｈ３ 掘り下げ高さ
１０ａ シリンダ外筒
１１ ウォータジャケット
１１ａ 第１底部
１１ｂ 第２底部
１２ 外壁
１２ａ ヘッドボルト締結穴
１３ アッパーデッキ面
１４ 座面
１５ ガスケット
１６ ヘッドボルト
１８ クランクシャフト
１９ コンロッド
２０ シリンダヘッド
２１ 燃焼室
２２ グロメット
２３ プラグ用雌ねじ部
２５ ピストン
２６ ピストンリング
３０ シリンダブロック組立体
ＣＬ 中心線
Ｆ１ 上向きの力
Ｆ２ 下向きの力
Ｆ３ 外側に引っ張られる力
ＳＬ 基準線
ｈ１ ピストン摺動範囲
ｈ２ クリアランス
ｈ３ 掘り下げ高さ
Claims (2)
- ピストンリングを備えるピストンが中空部を摺動する円筒部と、前記円筒部の外側に設けられウォータジャケットを形成する外壁部と、前記外壁部に形成されるヘッドボルトを締結するためのヘッドボルト締結部とを有するエンジンのシリンダブロックにおいて、
前記外壁部の内側に、アッパーデッキ面から段差のある座面を有し、
前記座面に前記ヘッドボルト締結部が設けられ、
前記座面の周辺にある前記ウォータジャケットの底の位置が、エンジン稼働時に前記ピストンが下死点に到達した際の前記ピストンリングの位置よりもクランクシャフト側にあることを特徴とするシリンダブロック。 - 請求項１に記載するシリンダブロックと、シリンダヘッドを組み立てたシリンダブロック組立体において、
前記ウォータジャケット内部の前記座面から、前記シリンダブロックの有するアッパーデッキ面までの空間にセットされた、前記ヘッドボルトが貫通するヘッドボルト通過穴を有したシール部材を備え、
前記シール部材が、前記座面と前記シリンダヘッドのアッパーデッキ面と当接する面により押圧されることで、前記ウォータジャケット内を流れる冷却水が、前記ヘッドボルト通過穴に入り込まないようにシールされることを特徴とするシリンダブロック組立体。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010053694A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Mitsubishi Motors Corp | エンジン本体構造 |
| JP2011163215A (ja) * | 2010-02-09 | 2011-08-25 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関のシリンダブロック |
| US8667932B2 (en) | 2009-11-19 | 2014-03-11 | Honda Motor Co., Ltd. | Cooling structure for internal combustion engine |
-
2005
- 2005-11-22 JP JP2005336903A patent/JP4466541B2/ja active Active
Cited By (3)
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