JP2010084560A

JP2010084560A - 内燃機関のシリンダブロック

Info

Publication number: JP2010084560A
Application number: JP2008252483A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sumimoto; 裕司住本; Hideo Yamaji; 日出夫山路
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】ポンピングロスを効果的に低減することができるとともに、コンパクト化を図ることができる内燃機関のシリンダブロックを提供する。
【解決手段】隣接する気筒間下部のブロック壁に気筒間を連通する連通孔２１〜２３を備えている内燃機関のシリンダブロックにおいて、連通孔２１〜２３の配置位置を、各気筒内のピストンの往復運動に伴うクランクシャフトの回転によりクランクシャフトのカウンタウェイト部１５にて連通孔２１〜２３は周期的に塞がれるが、任意の気筒内のピストンが上死点から下死点に向かう過程でピストン速度が最大となる回転位相とその近傍でカウンタウェイト部１５で当該気筒の少なくとも一方の連通孔２１〜２３は塞がれることのない位置に設定した。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロックに関し、特に気筒配列方向一端の前面や隣接する気筒間の下部に垂下されたブロック壁に連通孔を形成してポンピングロスを低減するようにした内燃機関のシリンダブロックに関するものである。

内燃機関のシリンダブロックにおいて、隣接する気筒間下部のブロック壁に連通孔を形成して気筒間を相互に連通することで、各気筒内でのピストンの往復運動によってそれぞれの気筒の下部で圧縮されるエアを連通孔を通して側方の気筒側に逃がすようにし、エア圧縮のために生じるポンピングロスを低減するようにしたものは周知である。その場合、クランクシャフトのカウンタウェイト部にてその連通孔が塞がれることがないように、ピストンが下死点に位置するときのカウンタウェイト部の上端と、気筒下端との間に間隔を設け、その間に連通孔が配設されるのが通例である。

また、連通孔は、気筒間下部のブロック壁におけるクランクシャフトの軸受部と気筒の下端との間に形成されるが、シリンダブロックをコンパクトに構成するため軸受部と連通孔の間の距離を短くすると、軸受部の剛性が低下してしまうとともに、クランクシャフトのカウンタウェイト部にて連通孔が周期的に塞がれて圧縮エアがスムーズに流通できないという問題があるため、問題を解消する構成として、ピストンのスカート部に切り落とし部を形成し、気筒におけるピストンが下死点に位置するときに切り落とし部と対向する部位に隣接する気筒間を連通する連通孔を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１４５７５３号公報

ところが、上記特許文献１に記載された構成は、ピストンのスカート部を含めた軸心方向の長さ寸法及びそれに対応して気筒の長さ寸法の大きな内燃機関のシリンダブロックには適用することができるが、ピストン及び気筒の軸心方向長さを短くして内燃機関の高さ方向のコンパクト化を図ったシリンダブロックには適用することができない。

また、隣接する気筒間下部のブロック壁に連通孔を配設することを前提にした場合には、連通孔の効果とクランクシャフトの軸受部の支持剛性の両者を確保するために気筒の下端とクランクシャフトの軸受部との間において可及的に気筒の下端に近い位置に連通孔を配設し、かつコンパクト化を図るために気筒の下端と軸受部との間の距離を可及的に短くすることになるが、その場合上記のようにクランクシャフトのカウンタウェイト部にて連通孔が周期的に塞がれて圧縮エアのスムーズな流通を阻害することになり、そのためポンピングロスの低減とシリンダブロックのコンパクト化は両立できないものと考えられていた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ポンピングロスを効果的に低減することができるとともに、コンパクト化を図ることができる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。

本発明の内燃機関のシリンダブロックは、気筒配列方向一端の前面と隣接する気筒間の下部にクランクルームを区画形成若しくは仕切るように垂下されたブロック壁の内、各気筒における少なくとも気筒配列方向一側のブロック壁に連通孔を備えている内燃機関のシリンダブロックにおいて、連通孔の配置位置を、各気筒内のピストンの往復運動に伴うクランクシャフトの回転によりクランクシャフトのカウンタウェイト部にて連通孔が周期的に塞がれるが、任意の気筒内のピストンが上死点から下死点に向かう過程でピストン速度が最大となるクランクシャフトの回転位置の近傍でカウンタウェイト部で当該気筒の少なくとも一方の連通孔が塞がれることのない位置に設定したものである。

本発明は、従来、ピストンが下死点に位置するときに気筒下部のエアが最も圧縮されてポンピングロスが大きくなるため、その圧縮エアを連通孔を通して隣接する気筒側に流出させる必要があるという認識を前提にしていたことを再検討することによって、ピストンが上死点から下死点に向かう過程でピストン速度が最大となる位置近傍のときに気筒下部のエアの圧縮圧が最も大きくなってポンピングロスが最大となるため、このときに圧縮エアを隣接する気筒側に流出させるようにすることでポンピングロスを効果的に低減できることを見出したことに基づいて発明されたものであり、上記構成によると、連通孔がクランクシャフトの回転に伴って周期的にカウンタウェイト部で塞がれるように連通孔を配置しているので、気筒下端とブロック壁の下端に配設されるクランクシャフトの軸受部との間に連通孔を配置しながら気筒下端と軸受部の間の距離を小さくすることができてコンパクトな構成とすることができ、かつピストン速度が最大となるクランクシャフトの回転位置の近傍のときにカウンタウェイト部にて塞がれないように連通孔を配置しているので、上記のように気筒下部のエアの圧縮圧が最も大きくなるときにその圧縮エアを前面の外部若しくは隣接する気筒側に流出させることできてポンピングロスを効果的に低減することができる。なお、ピストン速度が最大となるクランクシャフトの回転位置は、回転速度や点火時期等の種々の条件によってある程度変化するため、本明細書では具体的にはピストンの上死点ＴＤＣ＋９０°±１０゜の位相範囲の回転クランクシャフトの回転範囲をピストン速度が最大となる位置の近傍と規定する。そして、連通孔の配置位置を精確に設定する場合には、具体的な設計条件と実験結果に応じて設定するのが好適であるが、実際上は特別な例を除いてＴＤＣ＋９０°に設定することで十分に効果が発揮される。

本発明の内燃機関のシリンダブロックによれば、連通孔がクランクシャフトの回転に伴って周期的にカウンタウェイト部で塞がれるように配置されているので、連通孔を気筒下端とクランクシャフトの軸受部との間に配置しながら気筒下端と軸受部の間の距離を小さくできてコンパクトな構成とすることができ、かつピストン速度が最大となるクランクシャフトの回転位置の近傍のときにカウンタウェイト部にて塞がれないように連通孔を配置しているので、上記のように気筒下部のエアが最も圧縮されるときにその圧縮エアを前面外部若しくは隣接する気筒側に流出させることできてポンピングロスを効果的に低減することができる。

以下、本発明の内燃機関のシリンダブロックの一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

図１〜図３において、１は内燃機関のシリンダブロックで、上部に複数（本実施形態では３つ）の気筒２（＃１〜＃３）が並列配設され、気筒２群の下部はクランクルーム３とされ、その下部にオイルパン（図示せず）を接合するように構成されている。各気筒２の周囲には水冷ジャケット４が設けられている。クランクルーム３は、気筒２の配列方向の一端のチェーンカバーが接合される前面５と他端のトランスミッションが接合される後面６の下部に垂下されたブロック壁７ａ及び両側壁３ａにて区画形成されるとともに、気筒２、２間の下部に垂下されたブロック壁７ｂにて気筒２、２間で仕切られている。各ブロック壁７ａ、７ｂの下端部に半円状の軸受穴８ａを有する軸受部８が設けられ、半円状の軸受穴９ａを有する軸受キャップ９をこの軸受部８に締結固定することでクランクシャフト１０（図２参照）を回転自在に支持するように構成されている。

クランクシャフト１０は、前端部にタイミングチェーン用のスプロケット１６などを装着する装着軸部１１と、各軸受部８で支持される軸受軸部１２と、各気筒２内を往復動作するピストン１７（図４参照）に上端部が連結されたコンロッド１８の下端部が連結されるクランクピン１３と、クランクピン１３の両端を軸受軸部１２にそれぞれ連結するクランク部１４と、クランク部１４からクランクピン１３とは反対側に延出されたカウンタウェイト部１５とを鍛造によって一体的に成形して構成されている。また、本実施形態ではクランクシャフト１０の量産性のために、図５に示すように、両側の気筒２（＃１、＃３）に対応するカウンタウェイト部１５（＃１、＃３）は回転方向両側に大きく張り出してアンダーカット部を有する形状に形成されているのに対して、中央の気筒２（＃２）に対応するカウンタウェイト部１５（＃２）は径方向にほぼストレートに伸びた形状に形成されている。

なお、以下の説明においては、各一対のカウンタウェイト部１５（＃１）〜１５（＃３）の内、クランク軸心方向前側に位置するものを１５（＃１Ｆｒ）〜１５（＃３Ｆｒ）と記し、後側に位置するものを１５（＃１Ｒｒ）〜１５（＃３Ｒｒ）と記して区別して指示することがある。

前面５のブロック壁７ａにおける気筒２（＃１）の下端と軸受部８の間の所定位置に、気筒２（＃１）側とチェーンカバー側を連通する連通孔２１（図２、図５（ａ）参照）が形成されている。また、気筒２（＃１）と２（＃２）間のブロック壁７ｂにおける気筒２（＃１、＃２）の下端と軸受部８の間の所定位置に、両側の気筒２（＃１）と２（＃２）間を連通する連通孔２２（図３、図４、図５（ｂ）参照）が形成されている。また、また、気筒２（＃２）と２（＃３）間のブロック壁７ｂにおける気筒２（＃２、＃３）の下端と軸受部８の間の所定位置に、両側の気筒２（＃２）と２（＃３）間を連通する連通孔２３（図５（ｃ）参照）が形成されている。

上記連通孔２１〜２３の配置位置は、各気筒２（＃１〜＃３）内のピストン１７の往復運動に伴うクランクシャフト１０の回転によりクランクシャフト１０のカウンタウェイト部１５（＃１〜＃３）にて連通孔２１〜２３が周期的に塞がれるが、任意の気筒（＃１〜＃３）内のピストン１７が上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに向かう過程でピストン速度が最大となる回転位置（具体的にはＴＤＣ＋９０°）の近傍位置ではカウンタウェイト部１５で当該気筒２（＃１〜＃３）の少なくとも一方の連通孔２１〜２３は塞がれることのない位置に設定されている。

以下、動作過程を含めて具体的に説明する。まず、気筒２（＃２）を例にとって各気筒２における動作を図４を参照して説明すると、図４（ａ）に示すように、ピストン１７が上死点ＴＤＣに位置している状態では、クランク部１４の先端部が連通孔２２に対向することになるが、図２に示すように、連通孔２２が蜜に塞がれることはなく、図４（ｂ）に示すように、ピストン１７が上死点ＴＤＣ＋９０°に位置し、ピストン速度が略最大になっている状態では、クランク部１４もカウンタウェイト部１５も連通孔２２を塞ぐことはなく、図４（ｃ）に示すように、ピストン１７が下死点ＢＤＣに位置している状態では、カウンタウェイト部１５にて連通孔２２が塞さがれた状態となる。かくして、連通孔２２はピストン１７が下死点ＢＤＣに位置したときに周期的に塞がれることになる。その他の各気筒（＃１、＃３）においても同様である。

ここで、各気筒２（＃１〜＃３）において、ピストン１７がその動作速度が略最大になる上死点ＴＤＣ＋９０°に位置するときのクランクシャフト１０の回転位置で各連通孔２１〜２３がカウンタウェイト部１５で塞がれるか否かを確認する。気筒２（＃１）において、ピストン１７が上死点ＴＤＣ＋９０°に位置するときは、図５（ａ）に示すように、この気筒２（＃１）の前側のカウンタウェイト部１５（＃１Ｆｒ）は一点鎖線で示すように水平方向左横向きとなり、ブロック壁７ａの軸受部８の上部に若干右側に偏芯させて配置された連通孔２１はカウンタウェイト部１５（＃１Ｆｒ）で塞がれない。

また、気筒２（＃２）において、ピストン１７が上死点ＴＤＣ＋９０°に位置するときは、図５（ｂ）に示すように、この気筒２（＃２）の前側のカウンタウェイト部１５（＃２Ｆｒ）は一点鎖線で示すように水平方向左横向きとなるとともに、気筒２（＃１）の後側のカウンタウェイト部１５（＃１Ｒｒ）は二点鎖線で示すように＋２４０°の斜め下方に傾斜した姿勢となり、気筒２（＃１）と気筒２（＃２）の間のブロック壁７ｂの軸受部８の上部に若干右側に偏芯させて配置された連通孔２２はその両側のカウンタウェイト部１５（＃２Ｆｒ）と１５（＃１Ｒｒ）で塞がれない。

また、気筒２（＃３）において、ピストン１７が上死点ＴＤＣ＋９０°に位置するときは、図５（ｃ）に示すように、この気筒２（＃３）の前側のカウンタウェイト部１５（＃３Ｆｒ）は一点鎖線で示すように水平方向左横向きとなるとともに、気筒２（＃２）の後側のカウンタウェイト部１５（＃２Ｒｒ）は二点鎖線で示すように＋２４０°の斜め下方に傾斜した姿勢となり、気筒２（＃２）と気筒２（＃３）の間のブロック壁７の軸受部８の上部に若干右側に偏芯させて配置された連通孔２３はその両側のカウンタウェイト部１５（＃３Ｆｒ）と１５（＃２Ｒｒ）で塞がれない。

以上の本実施形態によれば、連通孔２１〜２３がクランクシャフト１０の回転に伴って周期的にカウンタウェイト部１５（＃１〜＃３）で塞がれるように配置しているので、気筒２（＃１〜＃３）の下端とクランクシャフト１０の軸受部８との間に連通孔２１〜２３を配置した構成でありながら気筒２（＃１〜＃３）の下端と軸受部８とそれらの間の距離を小さくできてシリンダブロック１をコンパクトな構成とすることができる。

しかも、各気筒２（＃１〜＃３）において、ピストン１７の動作速度（ピストン速度）が略最大となるＴＤＣ＋９０°の回転位相のときにクランクシャフト１０のカウンタウェイト部１５（＃１Ｆｒ〜＃３Ｆｒ）にて塞がれないように連通孔２１〜２３を配置しているので、上記のように各気筒２（＃１〜＃３）下部のエア圧縮圧が最も高くなるときにその圧縮エアを連通孔２１〜２３を通して前面のブロック壁７ａの前方のチェーンカバー内、若しくは隣接する気筒２（＃１、＃２）側に流出させることできるので、ポンピングロスを効果的に低減することができる。

なお、以上の実施形態の説明では、ピストン速度が最大となる回転位相をＴＤＣ＋９０°の回転位置であるとして、そのときにカウンタウェイト部１５で塞がれないように連通孔２１〜２３を配置した例を説明したが、実際にピストン速度が最大となる回転位相は、内燃機関の回転速度、点火時期、クランクシャフト軸心の気筒軸心に対する偏芯量等によって異なる。しかし、その異動範囲は、最大でもＴＤＣ＋９０°±１０°程度であり、ＴＤＣ＋９０°近傍に設定しておけば、ピストン速度が略最大となる回転位置となり、ポンピングロスの低減効果を十分に発揮することができる。

また、以上の実施形態の説明では、３気筒の内燃機関の例について説明したが、４気筒以上の内燃機関においても本発明を適用することでその効果を奏することができるが、各気筒の排気量が少なく、定格回転速度の速い内燃機関に適用すると、ピストン速度が最大となるときポンピングロスが最大となるので特に大きな効果が得られて好ましい。

本発明の内燃機関のシリンダブロックは、連通孔を気筒下端とクランクシャフトの軸受部との間に配置しながら気筒下端と軸受部の間の距離を小さくできてコンパクトな構成とすることができ、かつピストン速度が最大となる回転位相の近傍のときにカウンタウェイト部にて塞がれないように連通孔を配置してポンピングロスを効果的に低減することができるようにしているので、各種内燃機関に好適に利用できる。

本発明の内燃機関のシリンダブロックの一実施形態の平面図。図１のＡ−Ａ矢視断面図。図１のＢ−Ｂ矢視断面図。同実施形態における任意の気筒における動作説明図。同実施形態における各気筒における動作と連通孔の配置位置の説明図。

符号の説明

１シリンダブロック
２（＃１〜＃３）気筒
７ａ、７ｂブロック壁
８軸受部
１０クランクシャフト
１５（＃１Ｆｒ〜＃３Ｒｒ）カウンタウェイト部
２１〜２３連通孔

Claims

気筒配列方向一端の前面と隣接する気筒間の下部にクランクルームを区画形成若しくは仕切るように垂下されたブロック壁の内、各気筒における少なくとも気筒配列方向一側のブロック壁に連通孔を備えている内燃機関のシリンダブロックにおいて、
連通孔の配置位置を、各気筒内のピストンの往復運動に伴うクランクシャフトの回転によりクランクシャフトのカウンタウェイト部にて連通孔が周期的に塞がれるが、任意の気筒内のピストンが上死点から下死点に向かう過程でピストン速度が最大となるクランクシャフトの回転位置の近傍でカウンタウェイト部で当該気筒の少なくとも一方の連通孔が塞がれることのない位置に設定した
ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。