JP2007278436A - シリンダブロックの締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクキャップをシリンダブロックの隔壁にねじ部品で締結する際の締結部の強度を向上したシリンダブロックの締結構造を提供する。
【解決手段】隔壁４には、隔壁４を貫通する隔壁貫通穴２０と、隔壁４の下部から隔壁貫通穴２０方向に延びるねじ孔１３が設けられている。ねじ孔１３は隔壁貫通穴２０とは連通していない。ねじ孔１３には、雌ねじ部１２が形成されている。クランクキャップ５を下部から上部に向かって貫通するボルト挿入孔１１に挿入されたボルト６の軸部６ｂは、雄ねじ部１４が雌ねじ部１２に螺合するように、ねじ孔１３に挿入されている。これにより、クランクキャップ５が隔壁４の下部に締結される。また、隔壁貫通穴２０は、ねじ孔１３の開口直径よりも大きな直径を有している。
【選択図】図２

Description

この発明はシリンダブロックの締結構造に係り、特に内燃機関において、クランクキャップをシリンダブロックの隔壁にねじ部品で締結する際の締結構造に関する。

特許文献１には、気筒間を区画する隔壁の下部にクランクキャップをボルトで締結するシリンダブロックが記載されている。このようなシリンダブロックの断面を図６に示す。隔壁３０には、気筒間を連通するように隔壁３０を貫通する隔壁貫通穴３６が形成されていると共に、ねじ孔３１が隔壁３０の下部から隔壁貫通穴３６に連通するように形成されている。クランクキャップ３８を貫通するボルト３３がねじ孔３１に挿入することにより、クランクキャップ３８が隔壁３０の下部に締結されている。このようなシリンダブロックにおいて、ボルト３３がねじ孔３１に挿入された状態の拡大断面図を図７に示す。隔壁３０に形成されたねじ孔３１の内周面には雌ねじ部３２が形成され、ボルト３３は、ボルト３３の雄ねじ部３５が雌ねじ部３２に螺合するようにして、ねじ孔３１に挿入されている。ボルト３３の先端面３３ａは隔壁貫通穴３６内に突き出ておらず、先端面３３ａに接続される第１雄ねじ部３５ａは、雌ねじ部３２に螺合している。

特開平１０−１２２０４２号公報

このようなシリンダブロックでは、ボルト３３の締結部付近に、エンジンの燃焼による爆発荷重によって、ボルト３３の長手方向の応力が生じる。それは、ボルト３３とシリンダブロックとをそれぞれ伝わっていくが、ボルト３３とシリンダブロックとは材質が異なるため、その結合の端部、つまりボルト３３の先端のねじ掛かり終わり付近３７（図６）に集中しやすい。さらにねじ掛かり終わり付近３７の中でも、特に雌ねじ谷底部の応力状態は、ボルト３３の軸方向の引張応力（図７の矢印Ｃ）が主となっている。この爆発荷重によって繰り返し生じる、ねじ掛かり終わり付近３７の雌ねじ谷底部３２ａの引張応力により、雌ねじ谷底部３２ａから疲労破壊が発生しやすくなるといった問題点があった。特に、昨今のエンジンでは、高出力化、軽量化、生産性向上、及びコスト削減を目的として、アルミダイカスト製のシリンダブロックを用いる場合がある。この場合には、鋳鉄製のシリンダブロックを用いる場合に比べて、ボルトとシリンダブロックとの剛性差が大きくなるため、雌ねじ谷底部３２ａからの疲労破壊がさらに発生しやすくなる。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、クランクキャップをシリンダブロックの隔壁にねじ部品で締結する際の締結部の強度を向上したシリンダブロックの締結構造を提供することを目的とする。

シリンダブロックの気筒間を区画する隔壁の下部にねじ部品でクランクキャップを締結するシリンダブロックの締結構造において、隔壁を貫通して気筒間が連通するように形成された隔壁貫通穴と、隔壁の下部から隔壁貫通穴方向に延びるねじ孔とを備え、隔壁貫通穴は、ねじ孔の延長方向の上方に位置するが、ねじ孔とは連通せず、ねじ孔の軸方向の投影部を含む大きさであり、ねじ部品は、ねじ孔に挿入されて、クランクキャップを隔壁の下部に締結することを特徴とする。ねじ孔の延長方向の上方に形成された隔壁貫通穴がねじ孔の軸方向の投影部を含む大きさであることにより、シリンダブロックに発生した引張応力は隔壁貫通穴を迂回するため、ねじ部品の雄ねじ部に生じる引張応力の割合が減少し、雄ねじ部と雌ねじ部との間に生じるせん断応力の割合が増加する。

この発明によれば、シリンダブロックの隔壁を貫通するように、ねじ孔の軸方向の投影部を含む大きさの隔壁貫通穴を設けることにより、エンジンの燃焼による爆発荷重によってシリンダブロックに生じた応力が隔壁貫通穴を迂回するため、ボルトの先端のねじ掛かり終わり付近の応力集中が発生しにくくなる。これにより、クランクキャップをシリンダブロックの隔壁にボルトで締結する際の締結部の強度を向上することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この実施の形態１に係るシリンダブロックの断面図を示す。内燃機関のシリンダブロック１は、シリンダ部２と、シリンダ部２の下部に一体的に設けられたクランクケース部３とを備えている。シリンダ部２の内部には、気筒となるシリンダボア７が形成されている。クランクケース部３の内部には隔壁４が設けられ、隔壁４は、シリンダボア７と隣り合う図示しない他のシリンダボアとの間を区画している。隔壁４の下部にはクランクキャップ５が２本のボルト６で締結されており、２本のボルト６の間に、隔壁４及びクランクキャップ５によって、図示しないクランクシャフトを支持する支持部８が形成されている。ここで、ボルト６はねじ部品を構成する。また、隔壁４には、隔壁４を貫通してシリンダボア７と図示しない隣のシリンダボアとを連通する隔壁貫通穴２０が、２本のボルト６のそれぞれの先端部付近に設けられている。

図２に、クランクキャップ５と隔壁４との締結部分の拡大断面図を示す。クランクキャップ５には、下部から上部に向かってクランクキャップ５を貫通するボルト挿入孔１１が形成され、ボルト６の軸部６ｂがボルト挿入孔１１に挿入されている。隔壁４には、下部から隔壁貫通穴２０方向に延びるように、ねじ孔１３が形成されている。ねじ孔１３は、その軸方向の延長線Ｌが隔壁貫通穴２０の中心Ｏ’を通るように形成されているが、隔壁貫通穴２０とは連通していない。また、ねじ孔１３には、雌ねじ部１２が形成されている。ボルト挿入孔１１に挿入されたボルト６の軸部６ｂは、さらに、軸部６ｂに形成された雄ねじ部１４が雌ねじ部１２に螺合するように、ねじ孔１３に挿入されている。これにより、クランクキャップ５が隔壁４の下部に締結されている。
また、隔壁貫通穴２０は、ねじ孔１３の開口直径よりも大きな直径を有している。すなわち、ねじ孔１３の軸方向の投影部を含むことのできる大きさの開口となっている。

次に、この実施の形態１に係るシリンダブロックにおいて、エンジンの燃焼による爆発荷重によって生じる応力について説明する。
気筒内で燃焼が起こると、図３に示されるように、ボルト６の長手方向（矢印Ａ）に、爆発荷重によって応力が発生する。この応力は、隔壁貫通穴２０を迂回するように発生する。隔壁貫通穴２０の直径はねじ孔１３の開口直径よりも大きいので、ボルト６の先端のねじ掛かり終わり付近、すなわちボルト６の雄ねじ部１４が掛かる最も隔壁貫通穴２０側の雌ねじ谷底部１２ａ付近の応力集中が発生しにくくなる。前述の内容に関し、説明を補足するために図４を示す。図４では、爆発荷重、ねじ孔１３及び隔壁貫通穴２０周辺に加わる力の関係を、模式的に示している。爆発荷重Ｆにより、ボルト６の掛かり終わりの雌ねじ谷底に加わるねじ孔軸方向の力をＲ_１、その他の部位に加わる力をＲ_２とする。また、各力Ｒ_１又はＲ_２が主に作用する領域について、各領域の弾性係数をｋ_１及びｋ_２、変形量をｘ_１及びｘ_２とする。隔壁貫通穴２０が配置されることで、ねじ孔１３の上方の剛性が低下し、弾性係数ｋ_１及びボルト掛かり終わり部分に加わる力Ｒ_１の値が低下する。その分、他の部位にかかる力Ｒ_２が増すと共に、変形量ｘ_１及びｘ_２を同等に保とうとするＭが、せん断応力として働く。ここで増加するＲ_２及びＭは、ボルト６の掛かり終わりの雌ねじ谷底に作用する応力とあまり関係しないため、結果、ボルト６の掛かり終わりの雌ねじ谷底に集中していた応力が緩和される。

なお、弾性係数ｋ_１の値を小さくした時に、弾性係数ｋ_２の値が十分に大きくない場合、変形量ｘ_１及びｘ_２の値が大きくなり、ねじ孔周りの変形を招く。この実施の形態１では、隔壁貫通穴２０が、少なくともねじ孔の投影面積を含む大きさで、ボルト毎に個別に対応して形成されているので、領域Ｂは十分な広さにて弾性係数ｋ_２も十分に大きな値が確保されることとなり、この様な問題は招かない。
したがって、隔壁４に隔壁貫通穴２０が存在しない場合に比べて、ボルト６の雄ねじ部１４が掛かる最も隔壁貫通穴２０側の雌ねじ谷底部１２ａ付近の応力集中が発生しにくくなる。

このように、ねじ孔１３の開口直径よりも大きい直径を有する隔壁貫通穴２０を、隔壁４を貫通するように設けることにより、エンジンの燃焼による爆発荷重によって生じる応力は隔壁貫通穴２０を迂回するようになるので、ボルト６の雄ねじ部１４が掛かる最も隔壁貫通穴２０側の雌ねじ谷底部１２ａ付近の応力集中が発生しにくくなる。これにより、クランクキャップ５を隔壁４の下部にボルト６で締結する際のボルト６の締結部の強度を向上することができる。
また、アルミダイカスト製のシリンダブロックであっても、ボルト６の締結部の強度を向上することができるようになるので、高出力化及び軽量化を実現することができる。
さらに、ねじ孔１３と隔壁貫通穴２０とが連通している場合には、隔壁貫通穴２０を形成する際に、ねじ孔１３と隔壁貫通穴２０との接続部分にばりが生じてしまうが、この発明の隔壁４は、ねじ孔１３と隔壁貫通穴２０とが連通していないので、このような問題を回避することができる。

実施の形態１では、ねじ孔１３は、その軸方向の延長線Ｌが隔壁貫通穴２０の中心Ｏ’を通るように形成されているが、この形態に限定するものではない。ねじ孔１３の軸方向の延長線Ｌが隔壁貫通穴２０の中心Ｏ’からずれるように形成されていても、隔壁貫通穴２０がねじ孔１３の軸方向の投影部を含むようになっていれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るシリンダブロックについて説明する。尚、実施の形態２において、図１〜３の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この実施の形態２に係るシリンダブロックは、実施の形態１に対して、１つの隔壁貫通穴２０に対応するボルト６の本数を２本にしたものである。
図５に示されるように、クランクキャップ５には、下部から上部に向かってクランクキャップ５を貫通するボルト挿入孔１１が２つ形成され、２本のボルト６の軸部６ｂが各ボルト挿入孔１１に挿入されている。隔壁４には、下部から隔壁貫通穴２０方向に延びるように、ねじ孔１３が２つ形成されている。各ねじ孔１３は、隔壁貫通穴２０とは連通していない。また、各ねじ孔１３には、雌ねじ部１２が形成されている。各ボルト挿入孔１１に挿入されたボルト６の軸部６ｂは、さらに、軸部６ｂに形成された雄ねじ部１４が雌ねじ部１２に螺合するように、ねじ孔１３に挿入されている。これにより、クランクキャップ５が隔壁４の下部に締結されている。また、隔壁貫通穴２０は、２つのねじ孔１３の軸方向の投影部を含むことのできる大きさの開口となっている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。

このように、２つのねじ孔１３の軸方向の投影部を含むことのできる大きさの隔壁貫通穴２０を、隔壁４を貫通するように設けることにより、エンジンの燃焼による爆発荷重によって生じる応力は隔壁貫通穴２０を迂回するようになるので、各ボルト６の雄ねじ部１４が掛かる最も隔壁貫通穴２０側の雌ねじ谷底部１２ａ（図３参照）付近の応力集中が発生しにくくなる。したがって、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。
尚、実施の形態２では、１つの隔壁貫通穴２０に対応するボルト６は２本であったが、２本に限定するものではない。隔壁貫通穴２０が、全てのボルトの軸方向の投影部を含むことのできる大きさの開口となっていれば、ボルトの数は何本であってもよい。

実施の形態１及び２において、隔壁貫通穴２０は円形状であったが、これに限定するものではない。ねじ孔１３の軸方向の投影部を含むことのできる大きさの開口であれば、どのような形状であってもよい。さらに、隔壁貫通穴２０の大きさについても、ねじ孔１３の軸方向の投影部を含むことのできる大きさであれば、エンジンのサイズや形状に応じて適宜設計することができる。

この発明の実施の形態１に係るシリンダブロックの断面図である。 実施の形態１に係るシリンダブロックにおけるクランクキャップと隔壁との締結部分の拡大断面図である。 実施の形態１に係るシリンダブロックにおけるねじ締結部分の拡大断面図である。 実施の形態１に係るシリンダブロックにおいて、応力が低減される原理を示す説明図である。 実施の形態２に係るシリンダブロックにおけるねじ締結部分の拡大断面図である。 従来のシリンダブロックにおけるねじ締結部分の断面図である。 従来のシリンダブロックにおけるねじ締結部分の拡大断面図である。

符号の説明

１ シリンダブロック、４ 隔壁、５ クランクキャップ、６ ボルト（ねじ部品）、７ シリンダボア（気筒）、１３ ねじ孔、２０ 隔壁貫通穴。

Claims (1)

1. シリンダブロックの気筒間を区画する隔壁の下部にねじ部品でクランクキャップを締結するシリンダブロックの締結構造において、
   前記隔壁を貫通して前記気筒間が連通するように形成された隔壁貫通穴と、
   前記隔壁の下部から前記隔壁貫通穴方向に延びるねじ孔と
   を備え、
   前記隔壁貫通穴は、前記ねじ孔の延長方向の上方に位置するが、前記ねじ孔とは連通せず、前記ねじ孔の軸方向の投影部を含む大きさであり、
   前記ねじ部品は、前記ねじ孔に挿入されて、前記クランクキャップを前記隔壁の下部に締結することを特徴とする、シリンダブロックの締結構造。

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