JP2007154739A - シリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダボアの真円度の確保に好適なシリンダブロックを提供する。
【解決手段】シリンダライナ２の上部円筒部２Ａとブロック外壁４との間にウォータジャケット３を構成する中央結合壁１２により、前記シリンダライナ２の中途部をブロック外壁４に結合し、前記シリンダライナ２の下部円筒部２Ａを前記ブロック外壁４から分離させて自由端に構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関におけるシリンダブロックに関し、特に、シリンダボアの真円度の確保に好適なシリンダブロックに関するものである。

従来からウェットライナ構造を備え、その燃焼効率の更なる向上を図ることのできる内燃機関が提案されている（特許文献１参照）。

これは、シリンダライナの上部にねじ込み部を突出形成し、同ねじ込み部がシリンダヘッドの凹溝に螺着されることで、シリンダライナがシリンダヘッドに組付られ、シリンダライナの段差部がシリンダブロックの段差部に載置されることで、同シリンダライナはピストンの動作方向に支持されるようにし、また、シリンダライナは、Ｏリングによってピストンの動作方向と直交する方向からも支持されるとともに、同Ｏリングによって、シリンダライナおよびシリンダブロック間がシールされるようにしている。
特開２００２−２７６４５８号公報

しかしながら、上記従来例では、シリンダライナとシリンダブロックは相互の段差部で支持する構造となっており、シリンダヘッド取付け時の締付け応力やシリンダライナ熱膨張による圧縮応力がシリンダライナに作用し、シリンダボアの真円度が低下することが予想される。シリンダボアの真円度が低下すると、ピストン摺動時のピストンリングの追随性が低下してオイル消費が悪化したり、摺動抵抗の増加により、燃費効率が悪化する不具合が発生する。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、シリンダボアの真円度の確保に好適なシリンダブロックを提供することを目的とする。

本発明は、シリンダライナの上部円筒部とブロック外壁との間にウォータジャケットを構成する中央結合壁により、前記シリンダライナの中途部をブロック外壁に結合し、前記シリンダライナの下部円筒部を前記ブロック外壁から分離させて自由端に構成した。

したがって、本発明では、シリンダライナの上部円筒部とブロック外壁との間にウォータジャケットを構成する中央結合壁により、前記シリンダライナの中途部をブロック外壁に結合し、前記シリンダライナの下部円筒部を前記ブロック外壁から分離させて自由端に構成するため、シリンダブロックにシリンダヘッドの締結時におけるシリンダライナに加わる応力およびエンジン運転時の燃焼圧によるクランクシャフト、ジャーナル、キャップボルトを介在して伝わりシリンダライナへ働く応力を緩和することができ、シリンダボアの変形を低減し、真円度を保つことができる。

以下、本発明にかかるシリンダブロックの一実施形態について図１〜３に基づいて説明する。図１は本実施形態にかかるシリンダブロックの例えば１番気筒〜２番気筒についての概略平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿う概略断面図、図３は本実施形態にかかるシリンダブロックにより構成したエンジンの概略断面図である。

図１、２において、本実施形態におけるシリンダブロック１は、ピストンを移動可能に収容するシリンダボア５を形成するシリンダライナ２と、シリンダライナ２の周囲にウオータジャケット３を介在させてシリンダライナ２を支持するブロック外壁４と、を備える。

前記ブロック外壁４のシリンダヘッドとガスケットを介して接合される上部は、図示例では、クローズドデッキとするためのアッパーデッキ６を備え、対向する下部側はクランクシャフトを収容するスカート部７（ハーフスカート）に形成されている。対向するスカート部７はバルクヘッド８により連結され、バルクヘッド８にはクランクシャフトのジャーナルを回転自在に支持するためのベアリングハウジング９が形成されている。ベアリングハウジング９はバルクヘッド８に設けた半円状の窪み８Ａとそれに対向してキャップボルト１０により固定されたベアリンクキャップ１１とにより構成される。前記バルクヘッド８には、図示しないが、対向するスカート７同士を連結するロアーデッキや補強リブが設けられる場合がある。

前記シリンダライナ２は、隣接する気筒同士のシリンダボア５を夫々構成するライナ２同士を一体に連結したサイアミーズド型に形成している。また、前記シリンダライナ２は、図示しないシリンダヘッドにガスケットを介して接合されるアッパーデッキ６により、シリンダヘッド側がブロック外壁４に連結・支持されている。前記ウォータジャケット３はシリンダライナ２、アッパーデッキ６およびブロック外壁４とにより形成される空間部により構成される。アッパデッキ６には、シリンダヘッド側のウォータジャケットとシリンダブロック１側の前記ウォータジャケット３とを連通させる複数の穴によって形成した冷却通路３Ａを備える。

前記シリンダライナ２は、アッパーデッキ６からクランクケース側に離れた中途部において、アッパデッキ６と同様の隔壁を構成する中央結合壁１２（ミドルデッキ）によりブロック外壁４に連結・支持されている。前記中央結合壁１２は、前記アッパーデッキ６に対向して前記ウォータジャケット３の空間を画成するクランクケース側の壁面を構成する。このウォータジャケット３はシリンダライナ２の上部円筒部２Ａを冷却するハーフジャケットに構成している。

前記中央結合壁１２への連結部分よりクランクケース側（下部側）のシリンダライナ２の下部円筒部２Ｂは、ブロック外壁４に連結・固定されることなくブロック外壁４に対して隙間Ｓを設けて分離されてクランクケース側に延びる自由端に形成している。このシリンダライナ２の自由端は、図示しないが、前記スカート部７の上端側同士を連結するロアーデッキが設けられる場合においても、ロアーデッキとは分離されている。

前記シリンダライナ２は、前記アッパーデッキ６と中央結合壁１２（ミドルデッキ）とにより上部円筒部２Ａがブロック外壁４と一体化され、下部円筒部２Ｂはブロック外壁４と分離された独立構造となっている。そして、シリンダライナ２は、燃焼ガスにより加熱され高温となる上部円筒部２Ａをウォータジャケット３を流れる冷却水により冷却してピストンおよびピストンリングに対する焼き付き防止を行っている。また、下部円筒部２Ｂはクランクケース内に飛散される潤滑油により冷却して温度上昇を抑制する構造としている。

前記シリンダライナ２の内面に形成するシリンダボア５は、ホーニング仕上げ加工により、高い真円度と潤滑性のある表面性状に加工しており、ボア５内周面を摺動するピストンおよびピストンリングに対して、燃焼ガスシール性を保持し、滑らかに摺動できるようにしてある。

図１に示すように、各シリンダボア５間に位置するブロック外壁４およびブロック外壁４の各隅部には、シリンダヘッドの締結ボルトのためのねじ穴１４が配置されている。このねじ穴１４は、図２に示すように、シリンダブロック１のシリンダヘッドと接合される表面側からブロック外壁４に沿ってストレートな穴が空けられ、その穴の中央結合壁１２を超えた位置近傍から先端側において孔径を小径化して、その小径化した部分にねじ部１５を形成している。以下では、ねじ部１５を形成した領域の外壁を中央部外壁とし、それよりシリンダヘッド側の外壁を上部外壁とし、中央部外壁よりスカート７側を下部外壁とする。

以上の構成になるシリンダブロック１を用いて構成したエンジンの概略断面図を図３に示す。図３において、シリンダヘッド２０は、ガスケット２１を介在させてシリンダブロック１に積層され、シリンダヘッド２０を貫通させたヘッドボルト２２をシリンダブロック１のねじ穴１４に挿入し、ボルト２２の先端のねじ部２２Ａをねじ穴１４のねじ部１５にねじ係合させて締結される。各シリンダボア５にはピストンリング２５を備えたピストン２４が移動自在に挿入され、ピストンピン２６を介して連結されたコンロッド２７の大径端は、メインベアリング２８にジャーナル部が回転自在に支持されたクランクシャフト２９のクランク軸２９Ａに回転自在に連結されている。前記メインベアリング２８は、バルクヘッド８とキャップボルト１０により固定したベアリングキャップ１１とにより構成したベアリンクハウジング９内に軸受メタルを挿入して形成される。

以上の構成になるシリンダブロック１においては、シリンダヘッド２０とシリンダブロック１とをヘッドボルト２２のねじ部２２Ａをねじ穴１４のねじ部１５にねじ係合させて締結すると、その締結力によりシリンダヘッド１に圧縮応力Ｆｈが働き、シリンダブロック１にも圧縮応力Ｆｈ２が働く。シリンダブロック１では、前記圧縮応力は中央結合壁１２よりもクランクシャフト２９側に形成したねじ穴１４のねじ部１５からシリンダブロック１に加わり、中央部外壁〜上部外壁に至るブロック外壁４とブロック外壁４に中央結合壁１２により結合されているシリンダライナ２の上部円筒部２Ａに対して均一に作用するので、（上部）シリンダボア５の真円度を保つことができる。

また、シリンダライナ２の中央結合壁１２よりクランクシャフト２９側の下部円筒部２Ｂは、ブロック外壁４とは分離した独立構造としているため、前記シリンダヘッド２０との締結に伴う圧縮応力やクランクシャフト２９のジャーナルを回転自在に支持するメインベアリング２８を支持するベアリングハウジング９のためにバルクヘッド８とベアリングキャップ１１とをキャップボルト１０とにより締結した応力は、ブロック外壁４には作用するが、自由端となっているシリンダライナ２の下部円筒部２Ｂには影響しない。このため、（下部）シリンダボア５の真円度を保つことができる。

エンジンの運転時においては、燃焼圧力Ｐによりピストン２４、コンロッド２７を介してクランクシャフト２９には荷重Ｆｃが作用し、メインベアリング２８、バルクヘッド８、スカート７を経由してブロック外壁４にも、引張り荷重Ｆｃ２として作用するが、この引張り荷重Ｆｃ２は、前記圧縮荷重と同様に、中央部外壁〜上部外壁に至るブロック外壁４とブロック外壁４に中央結合壁１２により結合されているシリンダライナ２の上部円筒部２Ａに対して均一に作用して、（上部）シリンダボア５の真円度を保つことができる。また、シリンダライナ２の下部円筒部２Ａには影響しないので、（下部）シリンダボア５の真円度を保つことができる。

また、エンジンの運転が継続されて、シリンダライナ２に熱膨張が発生した場合においては、シリンダライナ２の下部円筒部２Ｂは、ブロック外壁４に拘束されることなく下方向に自由に延びることができ、応力発生を防止して、シリンダボア５の真円度を保つことができる。

また、シリンダライナ２の中央結合壁１２より下側の下部円筒部２Ｂは、ブロック外壁４と分離した形状としつつ、ブロック外壁４とはアッパーデッキ６と中央結合壁１２とで一体構造に形成した多連シリンダライナを形成しているので、気筒問の間隔を小さくでき、シリンダブロック１全長を短縮することができる。

またシリンダライナ２はシリンダブロック１に中央結合壁１２により一体構造としているので、部品点数と組み付け工数を低減でき、生産コストを低減でき、またウェットライナのようにシリンダライナとシリンダブロックとの間にシールのためのＯリングを使用することがないため、Ｏリングの劣化による冷却水漏れ等も発生しない。

なお、上記実施形態において、シリンダライナ２の上部円筒部２Ａの上端がアッパーデッキ６によりブロック外壁４と結合されたものについて説明したが、図示はしないが、アッパーデッキ６を省略してオープンデッキとするものであってもよく、シリンダライナ２の上部円筒部２Ａの上端はガスケットを介在させてシリンダヘッドに接合される。この場合におけるシリンダライナ２においても、上端から大きく離れていないその中途部が中央結合壁１２によりブロック外壁４に結合されるものであるため、シリンダヘッド締付け時に生ずる圧縮応力は中央結合壁１２を介在させて上部外壁とシリンダライナ２の上部円筒部２Ａとに均等に作用し、上部円筒部２Ａの真円度を損なうことはなく保持され、また、シリンダライナ２の下部円筒部２Ｂはブロック外壁４から分離されているため、ここでも真円度が保持される。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）シリンダライナ２の上部円筒部２Ａとブロック外壁４との間にウォータジャケット３を構成する中央結合壁１２により、前記シリンダライナ２の中途部をブロック外壁４に結合し、前記シリンダライナ２の下部円筒部２Ａを前記ブロック外壁４から分離させて自由端に構成するため、シリンダブロック１にシリンダヘッドを締結した時におけるシリンダライナ２に加わる応力およびエンジン運転時の燃焼圧によるクランクシャフト２９、メインベアリング２８、キャップボルト１０を介在して伝わりシリンダライナ２へ働く応力を緩和することができ、シリンダボア５の変形を低減し、真円度を保つことができる。また、シリンダライナ２をシリンダブロック１と別部品とする必要がなく、ブロック外壁４と一体に形成でき、生産コストを低減することができる。

（イ）シリンダライナ２を、ブロック外壁４とアッパーデッキ６により結合させ、アッパデッキ６および中央結合壁１２とともにシリンダライナ２の上部円筒部２Ａとブロック外壁４との間にウォータジャケット３を構成するようにすると、シリンダブロック１としての強度・剛性をより一層向上できる。

（ウ）シリンダブロック１にガスケット２１を介在させてシリンダヘッド２０を接合するヘッドボルト２２のねじ穴１４を、前記ブロック外壁４に前記中央結合壁１２が形成された位置を超える領域において、ヘッドボルト２２にねじ係合するねじ部１５を備えるよう形成すると、シリンダヘッド２０締結によりシリンダブロック１に作用する圧縮応力を、ブロック外壁４およびシリンダライナ２の上部円筒部２Ａの円筒全体で均一に受けるので、シリンダボア５の真円度を保つことができる。

（エ）シリンダライナ２の下部円筒部２Ｂを、ブロック外壁４から分離した自由端に構成され且つ隣接するシリンダライナ２と互いに繋がって一体化すると、気筒問の間隔を小さくでき、シリンダブロック１の全長を短縮することができる。

本発明の一実施形態を示すシリンダブロックの概略平面図。 同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 本実施形態にかかるシリンダブロックにより構成したエンジンの概略断面図。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ シリンダライナ
３ ウォータジャケット
４ ブロック外壁
５ シリンダボア
６ アッパーデッキ
７ スカート部
８ バルクヘッド
９ ベアリングハウジング
１０ キャップボルト
１１ ベアリングキャップ
１２ 中央結合壁
１４ ねじ穴
１５ ねじ部

Claims (5)

1. シリンダライナの上部円筒部とブロック外壁との間にウォータジャケットを構成する中央結合壁により、前記シリンダライナの中途部をブロック外壁に結合し、
   前記シリンダライナの下部円筒部を前記ブロック外壁から分離させて自由端に構成したことを特徴とするシリンダブロック。
2. 前記シリンダライナは、ブロック外壁とアッパーデッキにより結合され、前記アッパデッキは前記中央結合壁とともに前記シリンダライナの上部円筒部とブロック外壁との間にウォータジャケットを構成することを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロック。
3. 前記シリンダブロックにガスケットを介在させてシリンダヘッドを接合するヘッドボルトのねじ穴を、前記ブロック外壁に前記中央結合壁が形成された位置を超える領域において、ヘッドボルトにねじ係合するねじ部を備えるよう形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリンダブロック。
4. 前記シリンダライナの下部円筒部は、前記ブロック外壁から分離した自由端に構成され且つ隣接するシリンダライナと互いに繋がって一体化されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のシリンダブロック。
5. シリンダライナの上部円筒部とブロック外壁との間にウォータジャケットを構成する中央結合壁により、前記シリンダライナの中途部をブロック外壁に結合し且つ前記シリンダライナの下部円筒部を前記ブロック外壁から分離させて自由端に構成され、
   ガスケットを介在させてシリンダヘッドを結合するヘッドボルトが、前記ブロック外壁の前記中央結合壁が形成された位置を超える領域において、ブロック外壁に設けたねじ部にねじ係合されていることを特徴とするシリンダブロック。

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