JP2009236008A

JP2009236008A - 内燃機関のシリンダブロック

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Publication number: JP2009236008A
Application number: JP2008083392A
Authority: JP
Inventors: Atsunori Kumagai; 厚法熊谷; Takanobu Arai; 隆宜荒井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP4968131B2

Abstract

【課題】従来よりもシリンダの変形を抑制することが可能な内燃機関のシリンダブロックを提供する。
【解決手段】複数のシリンダ２を形成するシリンダボア壁３と、シリンダボア壁３の周囲に設けられる外壁４と、シリンダボア壁３と外壁４との間にシリンダボア壁３に沿って設けられるウォータジャケット溝６とを有し、外壁４にヘッドボルトがねじ込まれるボルト穴５が複数設けられ、シリンダボア壁３の外周のうちウォータジャケット溝６が設けられている部分はウォータジャケット溝６がトップデッキ面１ａにて全長に亘って開口し、残りの部分にはシリンダボア壁３と外壁４とを一体に連結する連結部３ａが設けられている内燃機関のシリンダブロック１Ａであって、ウォータジャケット溝６は、連結部３ａと隣接する端部６ａにおいてトップデッキ面１ａに近い上部６ｂの幅Ｗ１がトップデッキ面１から遠い下部６ｃの幅Ｗ２よりも大きくなるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダボア壁の外周のうち一部にウォータジャケット溝が設けられ、残りの部分にシリンダボア壁と外壁とを一体に連結する連結部が設けられる内燃機関のシリンダブロックに関する。

一方向に並んだシリンダボアのうち両端部に位置するシリンダボアについて、シリンダボアに嵌め合わされるピストンの周方向での温度分布の均一化を図るため、シリンダボアを囲む水ジャケットを周方向に関して分断するオープンデッキ型の内燃機関のシリンダブロックが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２００６−２７４２号公報特開２００７−１８２８３７号公報

特許文献１のシリンダブロックでは、シリンダヘッドと対向するトップデッキ面においてシリンダを形成するボア壁とシリンダブロック外周部（以下、外壁と称することもある。）とが一体に形成されている部分と水ジャケットで分離されている部分が設けられる。ボア壁と外壁とが一体に形成されている部分はボア壁と外壁とが水ジャケットで分離されている部分と比較してヘッドボルトの軸力が伝達し易い。そのため、ボア壁の周方向においてボア壁に伝達されるヘッドボルトの軸力のバラツキが大きくなり、シリンダが変形し易くなる。

そこで、本発明は、従来よりもシリンダの変形を抑制することが可能な内燃機関のシリンダブロックを提供することを目的とする。

本発明の第１の内燃機関のシリンダブロックは、一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダボア壁と、前記シリンダボア壁の周囲に設けられる外壁と、前記シリンダボア壁と前記外壁との間に前記シリンダボア壁に沿って設けられるウォータジャケット溝と、を有し、前記外壁にシリンダヘッドを固定するヘッドボルトがねじ込まれるボルト穴が複数設けられ、前記シリンダボア壁の外周のうち前記ウォータジャケット溝が設けられている部分は前記ウォータジャケット溝が前記シリンダヘッドと対向するトップデッキ面にて全長に亘って開口し、残りの部分には前記シリンダボア壁と前記外壁とを前記トップデッキ面まで一体に連結する連結部が設けられている内燃機関のシリンダブロックであって、前記ウォータジャケット溝は、前記連結部と隣接する端部において前記トップデッキ面に近い上部の幅が、前記上部よりも前記トップデッキ面から遠い下部の幅よりも大きくなるように形成されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の第１の内燃機関のシリンダブロックによれば、ウォータジャケット溝の端部における上部の幅を下部の幅よりも大きくしたので、外壁に設けられているボルト穴からシリンダボア壁までの間で繋がっている部分の距離を長くすることができる。これにより、ヘッドボルトの軸力の伝達距離を長くできるので、連結部を介して外壁からシリンダボア壁に伝達されるヘッドボルトの軸力を低減することができる。そのため、シリンダボア壁に伝達されるヘッドボルトの軸力のバラツキを小さくし、従来よりもシリンダの変形を抑制することができる。また、ウォータジャケット溝の端部における下部の幅は上部の幅よりも小さいので、シリンダボア壁の剛性は確保することができる。

本発明の第１の内燃機関のシリンダブロックの一形態において、前記ウォータジャケット溝の端部における前記上部の幅は、前記ボルト穴に前記ヘッドボルトがねじ込まれて前記シリンダブロックに前記シリンダヘッドが固定された場合に発生する前記ヘッドボルトの軸力に応じて設定されてもよい（請求項２）。ウォータジャケット溝の幅を大きくするほどヘッドボルトの軸力の伝達距離が長くなるので、連結部を介してシリンダボア壁に伝達されるヘッドボルトの軸力を小さくすることができる。そのため、このようにウォータジャケット溝の端部における上部の幅を設定することにより、シリンダボア壁に伝達されるヘッドボルトの軸力のバラツキをより小さくすることができる。そのため、シリンダの変形をさらに抑制することができる。

本発明の第２の内燃機関のシリンダブロックは、一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダボア壁と、前記シリンダボア壁の周囲に設けられる外壁と、前記シリンダボア壁と前記外壁との間に前記シリンダボア壁に沿って設けられるウォータジャケット溝と、を有し、前記外壁にシリンダヘッドを固定するヘッドボルトがねじ込まれるボルト穴が複数設けられ、前記シリンダボア壁の外周のうち前記ウォータジャケット溝が設けられている部分は前記ウォータジャケット溝が前記シリンダヘッドと対向するトップデッキ面にて全長に亘って開口し、残りの部分には前記シリンダボア壁と前記外壁とを前記トップデッキ面まで一体に連結する連結部が設けられている内燃機関のシリンダブロックであって、前記連結部の上部には、前記シリンダボア壁の外周のうち前記連結部が設けられている部分の少なくとも一部の区間において前記シリンダボア壁と前記外壁とが離間するように前記トップデッキ面に開口する分離溝が設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。

本発明の第２の内燃機関のシリンダブロックによれば、連結部の上部にトップデッキ面に開口する分離溝を設けたので、この分離溝によって外壁から連結部を介してシリンダボア壁に伝達されるヘッドボルトの軸力を低減することができる。そのため、シリンダボア壁に伝達されるヘッドボルトの軸力のバラツキを小さくし、従来よりもシリンダの変形を抑制することができる。

本発明の第２の内燃機関のシリンダブロックの一形態において、前記分離溝は、一方の端が前記ウォータジャケット溝と連通していてもよい（請求項４）。この場合、分離溝にウォータジャケット溝から冷却水が流入するので、この冷却水で連結部付近のシリンダボア壁を冷却することができる。そのため、シリンダの変形をさらに抑制することができる。

この形態において、前記分離溝は、他方の端も前記ウォータジャケット溝と連通していてもよい（請求項５）。この場合、分離溝内を冷却水が流通するため、分離溝内における冷却水の滞留を防止できる。そのため、連結部付近のシリンダボア壁の冷却を促進させることができる。従って、シリンダの変形をさらに抑制することができる。

以上に説明したように、本発明の内燃機関のシリンダブロックによれば、外壁から連結部を介してシリンダボア壁に伝達されるヘッドボルトの軸力を低減することができるので、シリンダボア壁に伝達されるヘッドボルトの軸力のバラツキを小さくすることができる。そのため、従来よりもシリンダの変形を抑制することができる。

（第１の形態）
図１〜図３を参照して本発明の第１の形態に係るシリンダブロックを説明する。図１は、シリンダブロック１Ａをトップデッキ面１ａ側から見た図を示している。また、図２は図１のII−II線におけるシリンダブロック１Ａの断面を示し、図３は図１のIII−III線におけるシリンダブロック１Ａの断面を示している。シリンダブロック１Ａは、内燃機関の主要部品であり、鉄合金やアルミニウム合金等の金属材料の鋳造によって製造されている。シリンダブロック１Ａは、一方向に並ぶ複数（図１では４つ）のシリンダ２を形成するシリンダボア壁３と、シリンダボア壁３の周囲に設けられる外壁４とを備えている。外壁４には、シリンダブロック１Ａにシリンダヘッドを固定するヘッドボルトがねじ込まれるボルト穴５が複数設けられている。

シリンダボア壁３と外壁４との間には、シリンダボア壁３を囲むようにシリンダボア壁３に沿ってウォータジャケット溝６が設けられている。図２及び図３に示したようにウォータジャケット溝６は、シリンダ２の高さ方向に延びている。また、ウォータジャケット溝６は、シリンダヘッドと対向するトップデッキ面１ａにて全長に亘って開口している。そのため、シリンダブロック１Ａは、オープンデッキ型のシリンダブロックである。図１に示したようにシリンダボア壁３の外周のうちウォータジャケット溝６がもうけられていない残りの部分には、シリンダボア壁３と外壁４とをトップデッキ面１ａまで一体に連結する連結部３ａが設けられている。そのため、図１に示したようにウォータジャケット溝６の端部６ａは、連結部３ａと隣接する。なお、シリンダブロック１Ａにおいては、図１に示したようにシリンダ２の並び方向の両端側においてシリンダボア壁３と外壁４とが連結部３ａにて一体に連結されている。

図２に示したようにウォータジャケット溝６は、その端部６ａにおいてトップデッキ面１ａに近い上部６ｂの幅Ｗ１がその上部６ｂよりもトップデッキ面１ａから遠い下部６ｃの幅Ｗ２よりも大きくなるように形成されている。これらウォータジャケット溝６の幅は、例えばヘッドボルトがボルト穴５にねじ込まれた際に発生するヘッドボルトの軸力に基づいて設定される。図１に示したようにシリンダボア壁３には、ウォータジャケット溝６によって外壁４と分離している部分と連結部３ａによって外壁４と一体に形成されている部分とがある。ヘッドボルトの軸力は、外壁４と分離している部分よりも連結部３ａで連結されている部分の方が伝達し易い。また、図２の左側に一例を示したようにヘッドボルトがボルト穴５にねじ込まれた際に発生するヘッドボルトの軸力は、トップデッキ面１ａから遠くなるほど小さくなる。そこで、例えば発生する軸力の大きさと比例するようにウォータジャケット溝６の各深さにおける幅を設定する。すなわち、軸力が大きい部分ほどウォータジャケット溝６の幅を大きくする。なお、ウォータジャケット溝６の端部６ａ以外の部分の幅は、図３に示したように例えばシリンダボア壁３の冷却が促進されるようにシリンダボア壁３の厚さや形状及び外壁４の厚さや形状などに応じて適宜設定される。

このウォータジャケット溝６の端部６ａは、例えば鋳造時に図２に示した形状になるように砂型を加工して成形してもよいし、鋳造後に機械加工で成形してもよい。鋳造時に成形する場合は、例えば図４に拡大して示したように端部６ａの先端のアールＲが上部のみ小さくなるように砂型を加工してもよい。この場合、シリンダブロック１Ａの中央付近までウォータジャケット溝６の端部６ａの先端を設けることができる。

第１の形態のシリンダブロック１Ａによれば、ウォータジャケット溝６の端部６ａにおける上部６ｂの幅Ｗ１を下部６ｃの幅Ｗ２よりも大きくしたので、外壁４に設けられているボルト穴５からシリンダボア壁３までの間で繋がっている部分の距離を長くし、連結部３ａを介して伝達されるヘッドボルトの軸力の伝達距離を長くすることができる。そのため、連結部３ａを介して外壁４からシリンダボア壁３に伝達されるヘッドボルトの軸力を低減できる。これにより、シリンダボア壁３の周方向においてシリンダボア壁３に伝達されるヘッドボルトの軸力のバラツキを小さくし、シリンダ２の変形を抑制することができる。また、ウォータジャケット溝６の端部６ａにおける下部６ｃの幅Ｗ２は上部６ｂの幅Ｗ１よりも小さいので、シリンダボア壁３の剛性は確保することができる。

（第２の形態）
次に図５及び図６を参照して本発明の第２の形態に係るシリンダブロック１Ｂについて説明する。なお、図５は、第１の形態の図１に対応する図であり、図６は図５のVI−VI線におけるシリンダブロック１Ｂの断面を示している。なお、図５及び図６に示したシリンダブロック１Ｂにおいて第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図５及び図６に示したように、この形態のシリンダブロック１Ｂは、連結部３ａの上部にシリンダボア壁３と外壁４とを分離する分離溝１０が設けられる点が第１の形態と異なる。図５に示したように、分離溝１０は、その両端がウォータジャケット溝６と連通している。また、図５及び図６に示したように分離溝１０は、その幅がウォータジャケット溝６の幅よりも小さく、その深さがウォータジャケット溝６の深さよりも浅くなるように設けられる。なお、分離溝１０の深さは、例えばヘッドボルトの軸力の強さ及びシリンダボア壁３とボルト穴５との距離に応じて設定すればよい。

第２の形態のシリンダブロック１Ｂによれば、連結部３ａの上部に分離溝１０を設けたので、連結部３ａを介して外壁４からシリンダボア壁３に伝達されるヘッドボルトの軸力をこの分離溝１０で低減することができる。そのため、シリンダボア壁３の周方向においてシリンダボア壁３に伝達されるヘッドボルトの軸力のバラツキを小さくすることができる。従って、シリンダ２の変形を抑制することができる。また、分離溝１０内を冷却水が流通するので、この冷却水によって連結部３ａを冷却し、この連結部３ａ付近のシリンダボア壁３を冷却することができる。これにより、シリンダ２の変形をさらに抑制することができる。

なお、分離溝１０は、一方の端のみがウォータジャケット溝６と連通していてもよい。この場合も、分離溝１０内に冷却水を導入することができるので、連結部３ａ付近のシリンダボア壁３を冷却してシリンダ２の変形を抑制できる。また、分離溝１０は、その両端がウォータジャケット溝６と連通していなくてもよい。この場合でも、分離溝１０により連結部３ａを介して外壁４からシリンダボア壁３に伝達されるヘッドボルトの軸力を低減できるので、シリンダ２の変形を抑制することができる

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、シリンダボア壁と外壁とがシリンダの並び方向の一方の端部側のみにおいて連結部により一体に連結されていてもよい。また、シリンダボア壁と外壁とがシリンダの並び方向の端部以外の部分において連結部にて連結されているシリンダブロックに本発明を適用してもよい。

本発明の第１の形態に係るシリンダブロックを示す図。図１のII−II線におけるシリンダブロックの断面を示す図。図１のIII−III線におけるシリンダブロックの断面を示す図。ウォータジャケット溝の端部を拡大して示す図。本発明の第２の形態に係るシリンダブロックを示す図。図５のVI−VI線におけるシリンダブロックの断面を示す図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂシリンダブロック
１ａトップデッキ面
２シリンダ
３シリンダボア壁
３ａ連結部
４外壁
５ボルト穴
６ウォータジャケット溝
６ａ端部
６ｂ上部
６ｃ下部
１０分離溝
Ｗ１上部の幅
Ｗ２下部の幅

Claims

一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダボア壁と、前記シリンダボア壁の周囲に設けられる外壁と、前記シリンダボア壁と前記外壁との間に前記シリンダボア壁に沿って設けられるウォータジャケット溝と、を有し、前記外壁にシリンダヘッドを固定するヘッドボルトがねじ込まれるボルト穴が複数設けられ、前記シリンダボア壁の外周のうち前記ウォータジャケット溝が設けられている部分は前記ウォータジャケット溝が前記シリンダヘッドと対向するトップデッキ面にて全長に亘って開口し、残りの部分には前記シリンダボア壁と前記外壁とを前記トップデッキ面まで一体に連結する連結部が設けられている内燃機関のシリンダブロックであって、
前記ウォータジャケット溝は、前記連結部と隣接する端部において前記トップデッキ面に近い上部の幅が、前記上部よりも前記トップデッキ面から遠い下部の幅よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
前記ウォータジャケット溝の端部における前記上部の幅は、前記ボルト穴に前記ヘッドボルトがねじ込まれて前記シリンダブロックに前記シリンダヘッドが固定された場合に発生する前記ヘッドボルトの軸力に応じて設定される請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロック。
一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダボア壁と、前記シリンダボア壁の周囲に設けられる外壁と、前記シリンダボア壁と前記外壁との間に前記シリンダボア壁に沿って設けられるウォータジャケット溝と、を有し、前記外壁にシリンダヘッドを固定するヘッドボルトがねじ込まれるボルト穴が複数設けられ、前記シリンダボア壁の外周のうち前記ウォータジャケット溝が設けられている部分は前記ウォータジャケット溝が前記シリンダヘッドと対向するトップデッキ面にて全長に亘って開口し、残りの部分には前記シリンダボア壁と前記外壁とを前記トップデッキ面まで一体に連結する連結部が設けられている内燃機関のシリンダブロックであって、
前記連結部の上部には、前記シリンダボア壁の外周のうち前記連結部が設けられている部分の少なくとも一部の区間において前記シリンダボア壁と前記外壁とが離間するように前記トップデッキ面に開口する分離溝が設けられていることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
前記分離溝は、一方の端が前記ウォータジャケット溝と連通している請求項３に記載の内燃機関のシリンダブロック。
前記分離溝は、他方の端も前記ウォータジャケット溝と連通している請求項４に記載の内燃機関のシリンダブロック。