JP2009243440A - 内燃機関のボルト締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量で強固な内燃機関のボルト締結構造を提供することを課題としている。
【解決手段】 シリンダ中心線と平行な線に沿いシリンダ３にボルト挿通孔６、７が形成され、該シリンダ３のボルト挿通孔６、７の中心線に沿いクランクケース２の頂部２ａの内壁15の一部が円筒状のボス部16、17に形成され、前記円筒状ボス部16、17の中心線に沿って雌ネジが９、10形成され、前記シリンダ３のボルト挿通孔６、７を上方から下方へ向けて貫通した締結ボルト11、12の先端雄ネジ13、14が前記円筒状ボス雌ネジ９、10に螺着されることにより組立てられる内燃機関のボルト締結構造であって、前記クランクケース頂部２ａ円筒状ボス16、17とクランク軸枢支部４との間のクランクケース内壁15に、前記雌ネジ９、10下端が開口しうる凹部18、19が形成された内燃機関のボルト締結構造である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関において、シリンダを貫通したボルトの先端雄ネジをクランクケースのシリンダ側端面の雌ネジに螺着することにより組立てられる内燃機関のボルト締結構造に関するものである。

内燃機関の燃焼ガス圧力により大きな荷重を受ける部分の締結部分に応力が集中しないように考慮が払われたものがあった（特許文献１参照）。

特開２００２−３３９９３１号公報

特許文献１記載の内燃機関では、クランク軸をクランクケースとメインベアリングキャップとで回転自在に支持するクランク軸枢支部分におけるボルト締結構造が開示されている。

このボルト締結構造では、内燃機関のクランクケースに形成された雌ネジの奥部に連続して空洞部が形成され、この雌ネジに螺着されるボルトの有効ネジ部の先端位置が、該雌ネジ部の最奥端と、該最奥端からボルトの基端側に２ピッチ分変位した位置との間に設定され、このボルトの有効ネジ部先端位置の設定により、雌ネジ部近傍の応力集中が緩和されるようになっていた。

しかし、雌ネジ部のボルト挿入端から空洞部に達する雌ネジ部の長さや、ボルトの頭部におけるクランクケースとの当接面からボルトの有効ネジ部の先端迄の長さを管理しなければならず、生産性に難点があった。

本発明は、このような難点を克服したものであって、軽量で、強固な内燃機関のボルト締結構造を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、シリンダヘッドおよびシリンダで燃焼室を構成するシリンダと、クランク軸を回転可能に支持するクランクケースとがボルトにより一体に締結されて組立てられる内燃機関のボルト締結構造であって、シリンダにボルト挿通孔が形成され、該ボルト挿通孔の延長線上において、前記クランクケースのクランク軸枢支部よりシリンダ側に円筒状のボス部が形成され、前記ボス部には前記ボルト挿通孔に連通しつつボス部を貫通する雌ネジが形成され、前記ボルトが前記ボルト挿通孔を貫通し、該ボルトの先端雄ネジが前記ボス部の雌ネジに螺着され、前記ボス部と前記クランク軸枢支部との間に、前記雌ネジが開口する凹部が形成されたことを特徴とする内燃機関のボルト締結構造である。

請求項２記載の発明は、前記雄ネジ先端は前記雌ネジの凹部側開口に近接して配置され、前記クランクケースには前記凹部および前記ボス部に隣接しつつ前記雌ネジの軸線方向に延びた補強リブが設けられたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のボルト締結構造である。

請求項３記載の発明は、前記補強リブは、ボス部の雌ネジと略平行に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関のボルト締結構造である。

請求項４記載の発明は、前記クランクケースの内壁に形成された凹部の底面シリンダ中心線側または反対側のいずれか一方または両方には、該凹部の内壁面から前記凹部開口面に向って昇り勾配に傾斜して切欠かれた傾斜面が形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか記載の内燃機関のボルト締結構造である。

請求項１記載の発明では、クランクケースのシリンダ側端部に形成された円筒状ボス部の雌ネジに螺着されたボルトの曲げ荷重やボルトの横断面に沿った剪断荷重が円筒状ボス部に加えられても、円筒状ボス部の雌ネジ開放端直下に位置してクランクケース内壁面に形成された凹部により、ボルト側方に荷重を逃すことができるため、クランクケース内壁部、円筒状ボス部開放端、およびボルト雄ネジが螺着している雌ネジにおける応力集中が回避される。

請求項１記載の発明では、クランクケースの円筒状ボスとクランク軸枢支部との間のクランクケース内壁に雌ネジ下端が開口しうる凹部が形成されたため、その凹部の体積に相当する重量が軽減される。

請求項２記載の発明では、補強リブによって、雄ネジの先端が位置するクランクケースが補強、補剛され、特に、ボルト先端に集中する曲げ荷重やボルトの長手方向に対し直交する剪断荷重に対する強度や剛性が増大する。

請求項３記載の発明では、雌ネジと平行な補強リブによって、ボルト先端が位置するクランクケースに加わる引張荷重および剪断荷重をより緩和することができる。

請求項４記載の発明では、クランクケースの内壁面における凹部底面の内壁面から凹部開口面に亘るいずれか一方または両方の隅部の応力集中がさらに緩和され、クランクケースの耐久性が向上する。

以下、図１ないし図８に図示される本発明の実施形態について説明する。
なお、本明細書において、頂部、上方はシリンダヘッドに近い側を意味し、底部、下方は、シリンダヘッドから離れる側を意味している。

本発明のボルト締結構造が適用される内燃機関１は、自動二輪車に搭載される単気筒内燃機関であり、内燃機関１は、クランク軸６の一端側と他端側をそれぞれ支持する１対のクランクケース２（図面には一方のクランクケース２のみが図示されている）と、１対のクランクケース２の上部に結合されるシリンダ３と、シリンダヘッド４と、シリンダヘッドカバー５とよりなり、クランクケース２のクランク軸枢支部10に図示されない軸受を介してクランク軸６が回転可能に枢支されている。

クランクケース２には、クランク軸枢支部10と同芯円であって、クランク軸枢支部10の外周に、クランク軸枢支部10を補強するために厚肉とされた軸受側フランジ部31が形成されている。

シリンダ３のシリンダ孔７に上下に摺動可能にピストン８が嵌装され、このピストン８とクランク軸６とは連結杆９を介して連結されており、シリンダ３およびシリンダヘッド４で構成される燃焼室30内の間欠的な燃焼により、ピストン８の往復摺動に連動してクランク軸６が回転駆動されるようになっている。

シリンダ３には、シリンダ孔７の中心線Ｃと略平行に指向した、複数のボルト挿通孔11、12が、シリンダ孔７に対し所定の間隔を存してシリンダ孔７の外周に亘りそれぞれ形成される。クランクケース２の頂部の円筒状開口13（図２、図９参照）の中心と、シリンダ３のシリンダ孔７の中心とは一致し、クランクケース２の頂面２ａにシリンダ３の底面３ａが重ねられた状態で、シリンダ３のボルト挿通孔11、12の下方延長線に沿いクランクケース２の頂部に雌ネジ14、15がそれぞれ形成されている。

クランクケース２の円筒状開口13の周囲は、頂面２ａを含む厚肉のシリンダ側フランジ部32が形成されている。

さらにまた、締結ボルト16、17が、シリンダヘッド４のボルト挿通孔11´、12´およびシリンダ３のボルト挿通孔11、12を上方から下方へ貫通し、締結ボルト16、17の先端（下端）に形成された雄ネジ18、19がクランクケース２の雌ネジ14、15にそれぞれ螺着されることで、シリンダヘッド４およびシリンダ３がクランクケース２に締結される。

図２に図示されたクランクケース２の頂面２ａより下方に位置した内壁20に、図９に図示されるように、雌ネジ14、15の中心線と略同芯で雌ネジ14、15より大径の円筒面の一部に沿った形状のボス部21、22が形成される。ボス部21、22よりシリンダ孔７の中心延長線Ｃから離れて位置する内壁20の厚肉部20ａの内壁面20ｂにボス部21の外周面21ａおよびボス部22の外周面22ａが滑らかに接続される。ボス部21、22の下方には、凹部23、24が形成されている。

また、凹部23、24の内壁面23ａ、24ａの上面には、雄ネジの凹部側開口14ａ、15ａが形成されている。

締結ボルト16、17の雄ネジの先端（終端）18ａ、19ａは、雌ネジ14、15の凹部側開口14ａ、15ａに近接（締結ボルト16、17のネジ山が、雌ネジ14、15の凹部側開口14ａ、15ａよりも３ピッチ上方から３ピッチ下方に配置される範囲）して配置される。

また、ボス部21、22よりシリンダ孔7の中心延長線Ｃの近くに位置する内壁面20ｂには、シリンダ側フランジ部32と軸受側フランジ部31とを連結する補強リブ27、28が形成されている。
すなわち、補強リブ27は、凹部23の上下方向に伸びる一辺の全長と、ボス部14の雌ネジの軸線方向に延びる一辺の全長とに亘って連続して設けられる。
また、補強リブ28は、凹部24の上下方向に延びる一辺の全長と、ボス部15の雌ネジの軸線方向に延びる一辺の全長とに亘って連続して設けられる。
そして、図６、図８、図９に図示されるように、凹部23、24の内壁面23ａ、24ａから補強リブ27、28に向って傾斜面25、26が形成されている。

さらに、図４、図７に図示されるように、ボス部21、22の外周面21ｂ、22ｂとクランクケース頂部の下面２ｂとは断面で１／４円弧状に滑らかに接続されている。

図１ないし図９に図示の実施形態では、前述したようにクランクケース２の雌ネジ14、15の付近のボス部21、22の下方にそれぞれ凹部23、24が形成されているので、この凹部23、24の体積に相当する部分のクランクケース２の重量が軽減される。

また、クランクケース２の雌ネジ14、15の内周面と、ボス部21、22の外周面の外側部とが、図９に図示されるように、略同芯円筒面状となっているので、雌ネジ14、15の中心線と直交する方向に切断した場合のボス部21、22の外周面と雌ネジ14、15の内周面との間の横断面部分の厚さが略均一となり、ボス部21、22に働く応力が均等に分散される。

さらに、クランクケース２の雌ネジ14、15に螺着された締結ボルト16、17における図５、図７の紙面に沿った曲げ荷重や締結ボルト16、17の剪断荷重がボス部21、22に加えられても、ボス部21、22の直下の内壁20に形成された凹部23、24により、図６、図８に図示されるように、内壁20の薄くなった薄肉部分20ｃが柔軟に変形できる結果、薄肉部分20ｃと厚肉部20ａとの境界部分における応力集中が回避される。

また、ボルト16、17の雄ネジ下端18ａ、19ａを雌ネジ14、15の凹部側開口に近接して配置することで、雄ネジ18、19と雌ネジ14、15とが螺合する下端に燃焼室30の爆発による応力が集中するにもかかわらず、凹部23、24のひずみにより応力集中を緩和することができる。

さらにまた、内壁20の内壁面20ａにおけるボス部21、22の相互に隣接する部分には、図１に図示されるように、クランク軸枢支部10の中心部から放射方向に沿った補強リブ27、28が隆設されているため、この補強リブ27、28によって、この部分の強度剛性が増大する。

しかも、図５、図７に図示されるように、ボス部21、22の外周面21ａ、22ａとクランクケース２の頂部の下面２ｂの交差部分とは、断面で１／４円弧状に滑らかに接続されているため、締結ボルト16、17が図５、図７紙面に沿って働く曲げモーメントや剪断力を受けても、ボス部21、22の外周面21ａ、22ａとクランクケース２の頂部の下面２ｂとの交差部分に曲げ応力や剪断応力が集中することがない。

また、クランクケースとシリンダを締結ボルトで締結する内燃機関であれば、多気筒内燃機関であってもよい。

さらに、前方の傾斜面25は、前方の凹部23の後方に配設されるとともに、後方の傾斜面26は後方凹部24の前方に配置されているが、前後傾斜面25、26の配置関係が逆であってもよく、しかもこれら傾斜面25、26は、凹部23、24の前後両側にあってもよい。

さらにまた、前方の補強リブ27は、前方凹部23の後方に配設されるとともに、後方の補強リブ28は後方凹部24の前方に配置されているが、前後の補強リブ27、28の配置関係が逆であってもよく、さらにこれら補強リブ27、28は凹部23、24の前後両側にあってもよい。

また、図１ないし図９に図示の実施形態では補強リブ27、28は図２に図示されるように、シリンダ孔7の中心延長線に対して傾斜しているが、図10に図示のように、平行に補強リブ29を形成してもよい。

以上の説明では、ボルトを締結ボルトとしたが、スタットボルトによるシリンダとクランクケースとの締結であってもよい。

本発明の内燃機関の右側面図である。 本発明の内燃機関の左クランクケースの合せ面と、シリンダの縦断側面図である。 図１のIII矢視図。 図１のIV−IV線に沿って裁断した断面図である。 図２、図３、図９のV−V線に沿って裁断した断面図である。 図２、図５のVI−VI線に沿って裁断した断面図である。 図２、図３、図９のVII−VII線に沿って裁断した断面図である。 図２、図７のVIII−VIII線に沿って裁断した断面図である。 図２、図５、図６、図７のIX−IX線に沿って裁断した断面図である。 本発明の他の実施形態の側面図である。

符号の説明

１…内燃機関、２…クランクケース、２ａ…頂端部、３…シリンダ、３ａ…底部、４…シリンダヘッド、５…シリンダヘッドカバー、６…クランク軸、７…シリンダ孔、
８…ピストン、９…連結杆、10…クランク軸枢支部、11…ボルト挿通孔、12…ボルト挿通孔、13…円筒状開口、14…雌ネジ、15…雌ネジ、16…締結ボルト、17…締結ボルト、
18…雄ネジ、19…雄ネジ、20…内壁、20ａ…厚肉部、20ｂ…内壁面、21…ボス部、
21ａ…外周面、21ｂ…頂部外周面、22…ボス部、22ａ…外周面、22ｂ…頂部外周面、
23…凹部、23ａ…内壁面、24…凹部、24ａ…内壁面、25…傾斜面、26…傾斜面、
27…補強リブ、28…補強リブ、29…補強リブ、30…燃焼室。

Claims (4)

1. シリンダヘッドおよびシリンダで燃焼室を構成するシリンダと、クランク軸を回転可能に支持するクランクケースとがボルトにより一体に締結されて組立てられる内燃機関のボルト締結構造であって、
   シリンダにボルト挿通孔が形成され、該ボルト挿通孔の延長線上において、前記クランクケースのクランク軸枢支部よりシリンダ側に円筒状のボス部が形成され、前記ボス部には前記ボルト挿通孔に連通しつつボス部を貫通する雌ネジが形成され、前記ボルトが前記ボルト挿通孔を貫通し、該ボルトの先端雄ネジが前記ボス部の雌ネジに螺着され、
   前記ボス部と前記クランク軸枢支部との間に、前記雌ネジが開口する凹部が形成されたことを特徴とする内燃機関のボルト締結構造。
2. 前記雄ネジ先端は前記雌ネジの凹部側開口に近接して配置され、前記クランクケースには前記凹部および前記ボス部に隣接しつつ前記雌ネジの軸線方向に延びた補強リブが設けられたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のボルト締結構造。
3. 前記補強リブは、ボス部の雌ネジと略平行に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関のボルト締結構造。
4. 前記クランクケースの内壁に形成された凹部の底面シリンダ中心線側または反対側のいずれか一方または両方には、該凹部の内壁面から前記凹部開口面に向って昇り勾配に傾斜して切欠かれた傾斜面が形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか記載の内燃機関のボルト締結構造。

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