JP2009275539A - 内燃機関のシリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】クランクジャーナル支持用の隔壁７にクランク室９の圧力変化を緩和するための呼吸孔１１が設けられた内燃機関のシリンダブロック１において、呼吸孔１１付近に作用する応力を分散可能とする。
【解決手段】呼吸孔１１の内周面は、少なくとも平行に対向する２つの直線部１２，１３を有し、この２つの直線部１２，１３が、気筒２の中心軸線Ｌと平行に配置されている。これにより、呼吸孔１１を円形としていた従来例に比べて応力集中箇所を多くできるようになるから、応力を分散することが可能になり、呼吸孔１１が破損しにくくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクジャーナル支持用の隔壁にクランク室の圧力変化を緩和するための呼吸孔が設けられたシリンダブロックに関する。特に、本発明は、呼吸孔の形状や配置形態を工夫している。

一般的に、内燃機関では、気筒内でピストンを往復運動させることによって気筒上方の燃焼室内の圧力を変化させ、この圧力変化を利用して燃焼室内に混合気を吸入させたり、混合気を圧縮させたりするようにしている。

しかし、内燃機関の気筒内でピストンが往復運動することに伴い、気筒と連通するクランク室では容積が変化して圧力が変化するようになる。この圧力変化は、内燃機関の運転時における抵抗の一つになり、好ましくない。

なお、クランク室は、シリンダブロックの下部に設けられるクランクジャーナル支持用の隔壁それぞれの対向間にできる空間のことであり、一般的な内燃機関の場合、前記各気筒に連通するクランク室は、オイルパンを通じて連通するようになっている。

しかし、前記のオイルパンは、内燃機関を搭載する車両の走行安定性を図るために内燃機関の低重心化が要求される関係より、浅く設計される傾向であるために、オイルパンを通じた前記各クランク室間の気体流通が行われにくくなっている。

そこで、前記のようなクランク室毎の圧力変化を緩和するために、例えば多気筒型内燃機関において隣り合うクランク室間の隔壁に貫通する呼吸孔を設け、隣り合う気筒間を連通させるようにすることが行われている（例えば特許文献１参照。）。

この呼吸孔は、要するに、気筒間に圧力差が生じる場合に、圧力の高い側から低い側へ空気を流通させるための孔である。

なお、前記呼吸孔は、シリンダブロックの各気筒間の隔壁においてクランクシャフトより上方に設置される。
特開平７−１４５７５３号公報

上記特許文献１に示す従来例のように、隣り合う気筒間を連通して各クランク室の圧力変化を緩和するための呼吸孔の形状を連通方向から見て円形にしている場合、ピストンの往復運動の方向に荷重が繰り返し作用するために、前記円形の呼吸孔が前記荷重作用方向に広がって楕円形に変形しやすくなる。

このような荷重により前記楕円形に変形した呼吸孔において、気筒の中心軸線と直交する方向に沿って当該呼吸孔の中心を横切る直線と交差する２箇所に、応力が集中することが懸念される。

特に、前記圧力変化の緩和作用を可及的に高めるという観点からは、前記呼吸孔の開口面積を可及的に大きくするのが好ましいが、そのようにすると、前記応力が増大する傾向になるので、好ましくない。

但し、特許文献１に示す従来例では、前記呼吸孔の形状について円形以外の形状にしてもよいといった記載があるものの、呼吸孔の形状について何らかの優位性を持たせることを目的として円形以外の形状にするといった旨の記載や示唆はない。つまり、特許文献１に示す従来例は、本発明のように前記呼吸孔の形状を特別な技術思想に基づいて円形以外の特殊な形状にするといったものではない。

これに対し、例えば特開２００６−２４９９９７号公報に示すように、隔壁に設けられる円形の呼吸孔内に円筒形のブッシュを嵌入することにより、隔壁の剛性アップを図るようにしたものも提案されている。この場合、部品点数ならびに組み付け作業工数が増えるので、コスト的に好ましくない。

この他、特開平６−３４６７８３号公報に示すように、シリンダライナの冷却水孔の断面形状をシリンダライナの軸方向よりも円周方向が長い形状とすることにより、応力集中を低減することが記載されている。

この先行技術は、孔の役割や形成位置等が本発明のものとはまったく異なるものであり、孔形状を工夫することにより応力集中を低減するということが記載された参考例として提示しただけである。

このような事情に鑑み、本発明は、クランクジャーナル支持用の隔壁にクランク室の圧力変化を緩和するための呼吸孔が設けられた内燃機関のシリンダブロックにおいて、前記呼吸孔付近に作用する応力を分散可能とすることを目的としている。

本発明は、クランクジャーナル支持用の隔壁にクランク室の圧力変化を緩和するための呼吸孔が設けられた内燃機関のシリンダブロックであって、前記呼吸孔の内周面は、少なくとも平行に対向する２つの直線部を有し、この２つの直線部が、気筒の中心軸線と平行に配置されている、ことを特徴としている。

そもそも、内燃機関の運転中は、シリンダブロックの各部に荷重が作用するが、特に、ピストンの往復運動に伴いクランクシャフトのジャーナル部を支持するシリンダブロックの隔壁とクランクキャップとに過大な荷重が繰り返し作用する。

このため、隔壁に設けてある呼吸孔付近にも荷重が作用して、当該呼吸孔が例えば気筒の中心軸線に沿って広がり、変形する傾向となる。

このように呼吸孔が変形する際、前記２つの直線部の各一端側および各他端側にできる４つの内隅に、応力が集中するようになる。

つまり、呼吸孔を円形としていた従来例に比べて応力集中箇所を多くできるようになるから、応力を分散することが可能になり、呼吸孔が破損しにくくなる等、シリンダブロックの耐久性向上に貢献できるようになる。

しかも、このように応力分散が可能になることに伴い、呼吸孔の開口面積を可及的に大きくすることが可能になるから、隔壁を介して隣り合うクランク室間での気体流通性を高めることが可能になって、圧力差の緩和作用を高めることが可能になる。

したがって、シリンダブロックの耐久性向上と、クランク室の圧力変化抑制効果の向上とを両立することが可能になる。

好ましくは、前記呼吸孔は、すべての隔壁に設けられる、ものとすることができる。この場合、隣り合うクランク室間が連通されるようになる。

好ましくは、前記２つの直線部間における中央線が、前記気筒の中心軸線上に配置される、ものとすることができる。

この構成によれば、前記４つの内隅に作用する応力の差が無くなるか、あるいは小さくなるので、呼吸孔がより破損しにくくなる。

好ましくは、前記呼吸孔の内周面において前記２つの直線部の各一端側および各他端側にできる内隅が、丸みを持つ形状とされる、ものとすることができる。

この構成によれば、応力が集中する内隅が丸みを持つ形状であるので、応力が分散されるようになり、呼吸孔の局部からの亀裂損傷を長期にわたって抑制または防止することが可能になる。

好ましくは、前記呼吸孔が、その連通方向から見て略方形とされ、前記２つの直線部と、それと直交する他の２つの直線部とを有する、ものとすることができる。

この構成では、呼吸孔の形状を特定しており、当該呼吸孔を比較的容易に製作することが可能になる。この呼吸孔の製作は、シリンダブロックを鋳造する場合には例えば中子と呼ばれる砂型を用いることによって行える他、シリンダブロックを製作した後で、切削加工することにより行えるが、いずれの場合でも、呼吸孔の製作を簡単かつ効率よく作業できるようになり、好ましい。

本発明では、各気筒間を連通して圧力変化を緩和するための呼吸孔に作用する応力を分散可能としているから、シリンダブロックの耐久性を向上するうえで有利となる。

しかも、それに伴い、呼吸孔の開口面積を可及的に大きくすることが可能になるから、各気筒と連通するクランク室の圧力変化を緩和する効果を高めるうえで有利となる。

したがって、シリンダブロックの耐久性向上と、クランク室の圧力変化抑制効果の向上とを両立することが可能になる。

以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１から図６に、本発明の一実施形態を示している。

図１は、本発明に係る内燃機関のシリンダブロックの一実施形態を示す正面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図、図３は、図１の（３）−（３）線断面の矢視図、図４は、図１のシリンダブロックの平面図である。

図中、１はＶ型８気筒エンジンのシリンダブロックである。このシリンダブロック１の各バンク１Ｌ，１Ｒには、それぞれ複数の気筒２が設けられているとともに、各気筒２の周辺にウォータージャケット３が設けられている。なお、図１はＶ型８気筒ＤＯＨＣエンジンの前方を見た正面図であるので、図中の右側が左バンク１Ｌ、図中の左側が右バンク１Ｒとなる。

各バンク１Ｌ，１Ｒの各気筒２には、図１に仮想線で示すように、ピストン４が往復変位可能に挿入されている。このピストン４は、コネクティングロッド５を介してクランクシャフト６に支持されている。

クランクシャフト６は、シリンダブロック１の下端に回転自在に支持されている。つまり、シリンダブロック１において各気筒２の下側には、クランクシャフト６のジャーナル部を回転自在に支持するための隔壁７が、気筒２の配列方向に所定間隔離れてそれぞれ設けられている。

この各隔壁７の下面に、クランクキャップ８がボルト等で取り付けられることによって、隔壁７とクランクキャップ８とで、クランクシャフト６のクランクジャーナル部が挟まれるようになっている。

隔壁７とクランクキャップ８とには、それぞれ半円凹状の軸受面が設けられており、この軸受面それぞれには、図示していないが、すべり軸受としてのメタルを介してクランクシャフト６のジャーナル部の外周面を受けるようになっている。

なお、シリンダブロック１の隔壁７は、Ｖ型８気筒エンジンの場合、５つとされ、それぞれ軸方向に並んで設けられる。

この隔壁７それぞれの対向空間、つまりクランク室９には、図２に示すように、クランクシャフト６のクランクピン６ａおよびバランスウェイト６ｂが配置される。

このクランク室９それぞれは、シリンダブロック１の下端に取り付けられるオイルパン１０を介して連通されている。

但し、近年では、エンジンの低重心化を図るためにオイルパン１０を可及的に浅く設計する傾向であるので、オイルパン１０がオイルで満たされている状態だと、各クランク室９間でオイルパン１０を通じて気体が流通しにくくなることがある。

そこで、隣り合うクランク室９間を連通させるために、シリンダブロック１において隣り合うすべての隔壁７に、その厚み方向に貫通する呼吸孔１１が設けられている。

この呼吸孔１１は、各クランク室９間での気体の流通を許容して各クランク室９の圧力変化を緩和するためのものである。この実施形態では、呼吸孔１１を、隔壁７それぞれに２つのバンク１Ｌ，１Ｒに対応して２つずつ設けている。

次に、本発明の特徴を適用した部分について、図５および図６を参照して詳細に説明する。

要するに、呼吸孔１１付近に作用する応力を分散可能とするよう、呼吸孔１１の形状と配置形態とを工夫するようにしている。

具体的に、この実施形態では、呼吸孔１１の形状を、その連通方向から見て略正方形としたうえで、この呼吸孔１１の内周面における４つの内隅をＲ形状、つまり丸く形成するようにしている。

この呼吸孔１１の内周面における４つの直線部１２，１３，１４，１５のうち、平行に対向する第１、第２直線部１２，１３は、気筒２の中心軸線Ｌと平行に配置されており、当該第１、第２直線部１２，１３の中央線が気筒２の中心軸線Ｌ上に配置されている。これにより、必然的に、残りの第３、第４直線部１４，１５が、気筒２の中心軸線Ｌと直交する方向Ｘに沿って配置されるようになっている。

しかも、この実施形態では、前記の各呼吸孔１１は、図２に示すように、ピストン３の往復運動やクランクシャフト６のバランスウェイト６ｂの回転運動に伴って、当該ピストン３やバランスウェイト６ｂでもって周期的に閉塞されないように配置されている。

このような特徴構成を有するシリンダブロック１の作用について、以下で説明する。

内燃機関の運転に伴いピストン３がそれぞれ往復運動をすると、シリンダブロック１の気筒２と連通するクランク室９の容積が変化する。

この容積変化に応じてクランク室９内の圧力が変化するが、例えばピストン３が下死点側から上死点側へ変位した場合、その変位に従ってクランク室９の容積が大きくなるので、これに伴って、通常は、クランク室９の内圧が低くなる。一方、ピストン３が上死点側から下死点方向に移動した場合には、その移動に従ってクランク室９の容積が小さくなるので、これに伴って、通常は、クランク室９の内圧が高くなる。

このように、ピストン３の往復運動によってクランク室９の内圧が変化する傾向となる場合に、クランク室９それぞれにおいて圧力が高くなる側から圧力が低くなる側へ向けて、各クランク室９内の気体が、隔壁７に設けてある呼吸孔１１を通じて移動するようになる。

このような呼吸孔１１を通じた呼吸作用でもって、クランク室９間に生じる圧力差が低減されるようになる。これにより、内燃機関の運転時におけるクランク室９の内圧変化に起因する抵抗を低減することが可能になる結果、内燃機関の出力向上や燃費向上を図るうえで有利となる。

ところで、内燃機関の運転中は、シリンダブロック１の各部に荷重が作用するが、特に、ピストン３の往復運動に伴いクランクシャフト６のジャーナル部を支持するシリンダブロック１の隔壁７とクランクキャップ８とに過大な荷重が繰り返し作用する。

このため、隔壁７に設けてある呼吸孔１１付近にも荷重が作用して、当該呼吸孔１１が例えば図６に示すように、気筒２の中心軸線Ｌに沿って広がり、小判形状に変形する傾向となる。なお、図６では、わかりやすくするために、変形を誇張して記載している。

このように呼吸孔１１が変形する際、第１、第２直線部１２，１３とその両端に位置する４つの内隅に、応力が集中するようになる。

つまり、呼吸孔１１を円形としていた従来例に比べて応力集中箇所を多くできるようになるから、応力を分散することが可能になり、その結果、呼吸孔１１の局部からの亀裂損傷を長期にわたって抑制または防止することが可能になる等、シリンダブロック１の耐久性向上に貢献できるようになる。

しかも、このように応力分散が可能になることに伴い、呼吸孔１１の開口面積を可及的に大きくすることが可能になるから、隔壁７を介して隣り合うクランク室９間での気体流通性を高めることが可能になって、圧力差の緩和作用を高めることが可能になる。したがって、シリンダブロック１の耐久性向上と、クランク室９の圧力変化抑制効果の向上とを両立することが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げる。

（１）上記実施形態では、Ｖ型多気筒エンジンにおいて各隔壁７に呼吸孔１１を２つずつ設けた例を挙げているが、各隔壁７に呼吸孔１１を１つずつ設けるようにしてもよい。

具体的に、例えば図７に示すように、シリンダブロック１の前方の１番目から３番目までの隔壁７に、左バンク１Ｌの気筒２寄りに呼吸孔１１を１つずつ設け、４番目および５番目の隔壁７に、右バンク１Ｒの気筒２寄りに呼吸孔１１を１つずつ設けるようにすることができる。

その他、各隔壁７に呼吸孔１１を１つずつ設ける場合として、例えばいずれか一方のバンク寄りに、一列に設ける形態とすることも可能である。

（２）上記実施形態では、Ｖ型多気筒エンジンに本発明の特徴を適用した例を示しているが、それ以外の型式の内燃機関にも本発明を適用することができる。

例えば図８および図９を参照して、本発明の他実施形態を説明する。この実施形態では、内燃機関として直列多気筒エンジンのシリンダブロックに本発明を適用する場合の例を示している。

具体的に、この実施形態でのシリンダブロック１の場合、その隔壁７それぞれに呼吸孔１１が１つずつ設けられている。

この呼吸孔１１そのものの形状や設置形態については、上記実施形態と基本的に同様である。つまり、呼吸孔１１の形状は、その連通方向から見て略正方形とされているとともに、この呼吸孔１１の内周面における４つの内隅がＲ形状、つまり丸みを持つように形成されている。

そして、呼吸孔１１の内周面における４つの直線部１２，１３，１４，１５のうち、平行に対向する第１、第２直線部１２，１３は、気筒２の中心軸線Ｌと平行に配置されており、当該第１、第２直線部１２，１３間の中央線が気筒２の中心軸線Ｌ上に配置されている。これにより、必然的に、残りの第３、第４直線部１４，１５が、気筒２の中心軸線Ｌと直交する方向Ｘに沿って配置されるようになっている。

この実施形態の場合も、上記実施形態と同様に、呼吸孔１１付近に作用する応力を効率よく分散することが可能になり、シリンダブロック１の耐久性向上が可能になる。

（３）上記各実施形態では、呼吸孔１１をその連通方向に見た形状を略正方形とした例を挙げているが、その形状は特に限定されない。具体的には、図示していないが、呼吸孔１１の形状を略長方形とすることも可能である。

また、図１や図８に示した呼吸孔１１において、気筒２の中心軸線Ｌに直交する方向Ｘに沿う第３、第４直線部１４，１５については、直線形状とする必要はなく、曲面形状とすることが可能である。

具体的には、図示していないが、呼吸孔１１の形状を小判形状とすることも可能である。小判形状とする場合には、平行に対向する直線部を気筒２の中心軸線Ｌに沿うように配置すればよい。

（４）上記実施形態では、シリンダブロック１の隔壁７すべてに呼吸孔１１を設けた例を挙げているが、条件によっては少なくともいずれか一つの隔壁７に呼吸孔１１を設けるようにすることが可能である。

例えば図１０および図１１に示すように、オイルパン１０は、一般的に、内燃機関のフロント（Ｆｒ）側またはリア（Ｒｒ）側で浅い形状とすることがある。

このような場合、オイルパン１０の浅い側に位置するクランク室９の下側開口がオイルパン１０内のオイルで塞がれやすくなる。

そこで、図１０に示すように、フロント（Ｆｒ）側を浅くしている場合には、シリンダブロック１におけるフロント（Ｆｒ）側から１番目の隔壁７のみに、呼吸孔１１を設けるようにすることができる。

また、図１１に示すように、リア（Ｒｒ）側を浅くしている場合には、シリンダブロック１におけるフロント（Ｆｒ）側から最後尾の５番目の隔壁７のみに、呼吸孔１１を設けるようにしてもよい。

このようにすれば、下側開口が塞がれるクランク室９を外部と連通させることが可能になるので、当該クランク室９の圧力変化を緩和させることが可能になる。

本発明に係る内燃機関のシリンダブロックの一実施形態で、正面から示す図である。 図１の（２）−（２）線断面の矢視図である。 図１の（３）−（３）線断面の矢視図である。 図１のシリンダブロックを平面的に示す図である。 図１の左バンクの呼吸孔およびその周辺を拡大して示す図である。 図５に示す呼吸孔に過大な荷重が作用したときの様子を説明するための図である。 本発明に係る内燃機関のシリンダブロックの他実施形態で、図４に対応する図である。 本発明に係る内燃機関のシリンダブロックの他実施形態で、図１に対応する図である。 図８の（９）−（９）線断面の矢視図である。 本発明に係る内燃機関のシリンダブロックの他実施形態で、図３に対応する図である。 本発明に係る内燃機関のシリンダブロックの他実施形態で、図３に対応する図である。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ 気筒
４ ピストン
５ コネクティングロッド
６ クランクシャフト
７ 隔壁
８ クランクキャップ
９ クランク室
１０ オイルパン
１１ 呼吸孔
１２ 中心軸線に平行な第１直線部
１３ 中心軸線に平行な第２直線部
１４ 中心軸線と直交する方向に沿う第３直線部
１５ 中心軸線と直交する方向に沿う第４直線部
Ｌ 気筒の中心軸線
Ｘ 中心軸線と直交する方向

Claims (5)

1. クランクジャーナル支持用の隔壁にクランク室の圧力変化を緩和するための呼吸孔が設けられた内燃機関のシリンダブロックであって、
   前記呼吸孔の内周面は、少なくとも平行に対向する２つの直線部を有し、この２つの直線部が、気筒の中心軸線と平行に配置されている、ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
2. 請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記呼吸孔は、すべての隔壁に設けられる、ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記２つの直線部間における中央線が、前記気筒の中心軸線上に配置される、ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記呼吸孔の内周面において前記２つの直線部の各一端側および各他端側にできる内隅が、丸みを持つ形状とされる、ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
5. 請求項４に記載の内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記呼吸孔が、その連通方向から見て略方形とされ、前記２つの直線部と、それと直交する他の２つの直線部とを有する、ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。

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