JP2014034886A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベアリングキャップに作用する引っ張り応力を低減し、その耐久性を確保しながら重量を軽減する。
【解決手段】 ベアリングキャップ１７の両側部をシリンダ軸線Ｌ２方向に貫通するボルト１３でロアブロック１２をシリンダブロック１１に締結すると、ベアリングキャップ１７の波形の突起１７ｅ間にロアブロック本体１６を挟み付けることで、ベアリングキャップ１７がロアブロック本体１６に強固に一体化されるが、突起間１７ｅの谷部１７ｇには引っ張り応力Ｓ１が発生する。またクランクシャフト２０に伝達された爆発荷重Ｆ３によりベアリングキャップ１７には引っ張り応力Ｓ２が発生するが、その引っ張り応力Ｓ２の作用線Ｌ３から外れた位置に突起１７ｅを設けたので、ボルト１３の締結荷重Ｆ１による引っ張り応力Ｓ１と爆発荷重Ｆ３による引っ張り応力Ｓ２とが重なり合うことを防止し、ベアリングキャップ１７の耐久性を確保しながら軽量化を図ることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、両側縁に波形の突起を設けた鉄系材料製のベアリングキャップをアルミニウム系材料製のロアブロック本体内に鋳込んでロアブロックを構成し、前記ベアリングキャップとシリンダブロックの下面との間にクランクシャフトのジャーナル部を挟持した状態で、前記ベアリングキャップの両側部をシリンダ軸線方向に貫通するボルトで前記ロアブロックを前記シリンダブロックに締結した内燃機関に関する。

かかる内燃機関は、下記特許文献１により公知である。この内燃機関のアルミニウム系材料製のラダーフレーム（ロアブロック）に鋳込まれた鉄系材料製のベアリングキャップは、吸排気方向一方の側縁に上下２個の小片状の張り出し部を備えており、これらの張り出し部によってクランクシャフト軸線方向の荷重に耐え得るようにベアリングキャップをロアブロックを強固に結合している。

特公平７−０６８９７０号公報

ところで、上記特許文献１に記載された発明の張り出し部を、２個の突起が波形に連なる形状に構成した場合、［発明を実施するための形態］の欄で詳述するように、ベアリングキャップをシリンダブロックに締結するボルトの締結荷重で２個の突起が相互に接近するように圧縮されるため、それらの間にロアブロック本体を挟み付けてベアリングキャップおよびシリンダブロックを一層強固に結合することができる。

しかしながら、２個の突起はロアブロック本体から相互に離反する方向の反力荷重を受けるため、２個の突起間の谷部には前記反力荷重により引っ張り応力が発生することになる。また混合気の燃焼による爆発荷重がピストンからコネクティングロッドを介してクランクシャフトのジャーナル部に作用すると、その爆発荷重はシリンダ軸線に対して傾斜した方向にベアリングキャップを押し下げるため、ベアリングキャップに引っ張り応力が発生することになる。従って、前記ボルトの締結荷重による引っ張り応力と、前記爆発荷重による引っ張り応力とが重なり合うと、それに耐え得るようにベアリングキャップを補強することが必要になって重量が増加する問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ベアリングキャップに作用する引っ張り応力を低減し、その耐久性を確保しながら重量を軽減することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、両側縁に波形の突起を設けた鉄系材料製のベアリングキャップをアルミニウム系材料製のロアブロック本体内に鋳込んでロアブロックを構成し、前記ベアリングキャップとシリンダブロックの下面との間にクランクシャフトのジャーナル部を挟持した状態で、前記ベアリングキャップの両側部をシリンダ軸線方向に貫通するボルトで前記ロアブロックを前記シリンダブロックに締結した内燃機関において、前記突起は、前記クランクシャフトに伝達された爆発荷重により前記ベアリングキャップに発生する引っ張り応力の作用線から外れた位置に設けられることを特徴とする内燃機関が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記ベアリングキャップの前記突起は、少なくとも前記シリンダブロックの下面に対する合わせ面に隣接して設けられることを特徴とする内燃機関が提案される。

請求項１の構成によれば、両側縁に波形の突起を設けた鉄系材料製のベアリングキャップをアルミニウム系材料製のロアブロック本体内に鋳込んでロアブロックを構成し、ベアリングキャップとシリンダブロックの下面との間にクランクシャフトのジャーナル部を挟持した状態で、ベアリングキャップの両側部をシリンダ軸線方向に貫通するボルトでロアブロックをシリンダブロックに締結すると、ボルトの締結荷重でベアリングキャップの波形の突起間にロアブロック本体を挟み付けることで、ベアリングキャップがロアブロック本体に強固に一体化されるが、波形の突起間の谷部には引っ張り応力が発生する。またクランクシャフトに伝達された爆発荷重によりベアリングキャップには引っ張り応力が発生するが、その引っ張り応力の作用線から外れた位置に突起を設けたので、ボルトの締結荷重による引っ張り応力と爆発荷重による引っ張り応力とが重なり合うことを防止し、ベアリングキャップの耐久性を確保しながら軽量化を図ることができる。

また請求項２の構成によれば、ベアリングキャップの突起は、少なくともシリンダブロックの下面に対する合わせ面に隣接して設けられるので、ベアリングキャップの合わせ面の近傍の剛性を突起により高めることができる。

内燃機関の要部縦断面図（図２の１−１線断面図）。［実施の形態］ 図１の２−２線矢視図。［実施の形態］ ベアリングキャップの正面図。［実施の形態］ 図１に対応する図。［比較例］ 図３に対応する図。［比較例］

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態および比較例を説明する。尚、本明細書において、クランクシャフト軸線Ｌ１方向、シリンダ軸線Ｌ２方向（上下方向）および吸排気方向とは、図１〜図３に示す方向として定義される。

図１および図２に示すように、直列４気筒内燃機関Ｅはアルミニウム合金製のシリンダブロック１１を備えており、その下面にロアブロック１２が複数本のボルト１３…で締結される。ロアブロック１２は、クランクシャフト軸線Ｌ１方向と平行に延びる一対のサイドビーム１４，１４と、これらのサイドビーム１４，１４間を接続するように吸排気方向に延びる５本のクロスビーム１５…とが一体に形成されたアルミニウム合金製の梯子状のロアブロック本体１６を備える。ロアブロック本体１６の５個のクロスビーム１５…には鉄系材料製のベアリングキャップ１７…がそれぞれ鋳込まれる。

ベアリングキャップ１７の上部には吸排気方向に延びる平坦な合わせ面１７ａ，１７ａと、両合わせ面１７ａ，１７ａ間を接続する半円状の凹部１７ｂとが形成されており、ベアリングキャップ１７がロアブロック本体１６に鋳込まれた状態で、ベアリングキャップ１７の合わせ面１７ａ，１７ａはロアブロック本体１６の合わせ面１６ａと面一になる。ベアリングキャップ１７の凹部１７ｂには半円状の下部ベアリング半体１８が嵌合するとともに、シリンダブロック１１の合わせ面１１ａから上方に延びるジャーナル壁１１ｂの下面の凹部１１ｃには半円状の上部ベアリング半体１９が嵌合し、下部ベアリング半体１８および上部ベアリング半体１９間にクランクシャフト２０のジャーナル部２０ａが回転自在に支持される。

ベアリングキャップ１７の吸排気方向両側部には、一対のボルト孔１７ｃ，１７ｃがシリンダ軸線Ｌ２方向に貫通しており、一対のボルト孔１７ｃ，１７ｃ間が、凹部１７ｂの下方に沿って吸排気方向に円弧状に延びる架橋部１７ｄによって接続される。ベアリングキャップ１７のボルト孔１７ｃ，１７ｃを下から上に貫通する２本のボルト１３，１３が、シリンダブロック１１の合わせ面１１ａに開口する２個の雌ねじ孔１１ｄ，１１ｄに螺合することで、ロアブロック１２がシリンダブロック１１に締結される。このとき、ベアリングキャップ１７の合わせ面１７ａ，１７ａに臨むボルト孔１７ｃ，１７ｃと、クランクケース１１の合わせ面１１ａに臨む雌ねじ孔１１ｄ，１１ｄとに共通のカラー２１，２１が嵌合する。

ベアリングキャップ１７の吸気側の側縁および排気側の側縁の上部および下部には、それぞれ一対の突起１７ｅ，１７ｅが波型（Ｗ字状）に連続したものが、吸排気方向外向きに突設される。上側の一対の突起１７ｅ，１７ｅはベアリングキャップ１７の上端の合わせ面１７ａの近傍に形成され、下側の一対の突起１７ｅ，１７ｅはベアリングキャップ１７の下端の近傍に形成され、上側の一対の突起１７ｅ，１７ｅおよび下側の一対の突起１７ｅ，１７ｅの間、つまりベアリングキャップ１７の側縁のシリンダ軸線Ｌ２方向中間部は突起１７ｅ…が存在しない直線部１７ｆとなっている。突起１７ｅ，１７ｅのクランクシャフト軸線Ｌ１方向の幅は、ロアブロック本体１６のクロスビーム１５のクランクシャフト軸線Ｌ１方向の幅よりも小さくなっており、よって突起１７ｅ，１７ｅはクロスビーム１５内に完全に埋設される。

ロアブロック本体１６をダイキャストにより鋳造する金型の内部にベアリングキャップ１７を予め配置しておくことで、ベアリングキャップ１７を一体に鋳込んだロアブロック１２が製造することができる。鉄系材料製のベアリングキャップ１７とアルミニウム系材料製のロアブロック本体１６とは異種材料どうしであるために接合部が剥がれやすくなるが、ベアリングキャップ１７の突起１７ｅ…がロアブロック本体１６の内部にアンカーとなって埋め込まれることで、ベアリングキャップ１７およびロアブロック本体１６を強固に一体化して強度を高めることができる。

上述のようにして製造したベアリングキャップ１７の凹部１７ｂに装着した下部ベアリング半体１８と、シリンダブロック１１の凹部１１ｃに装着した上部ベアリング半体１９との間にクランクシャフト２０のジャーナル部２０ａを挟持した状態で、ベアリングキャップ１７のボルト孔１７ｃ，１７ｃを下から上に貫通するボルト１３，１３をシリンダブロック１１の雌ねじ孔１１ｄ，１１ｄに螺合することで、ロアブロック１２がシリンダブロック１１に締結される。

図３から明らかなように、ベアリングキャップ１７をシリンダ軸線Ｌ２方向に締め付けるボルト１３の締結荷重Ｆ１により、ベアリングキャップ１７の４か所に設けられた各２個の突起１７ｅ，１７ｅは相互に接近する方向に圧縮され、それらの間にロアブロック本体１６の肉を挟み込むことで、ベアリングキャップ１７がロアブロック本体１６に更に強固に一体化される。このとき、２個の突起１７ｅ，１７ｅはロアブロック本体１６から受ける反力荷重Ｆ２により相互に離反する方向に広げられるため、２個の突起１７ｅ，１７ｅ間の谷部１７ｇには局部的に引っ張り応力Ｓ１が発生することになる。

また内燃機関Ｅの膨張行程において、混合気の爆発荷重Ｆ３はピストンおよびコネクティングロッド２２を介してクランクシャフト２０のクランクピン部２０ｂに伝達されるが、クランクシャフト２０のクランクピン部２０ｂはシリンダ軸線Ｌ２に対して排気側に偏倚しており、前記爆発荷重Ｆ３はベアリングキャップ１７の排気側の側部に対して吸気側の側部を引き離すように作用するため、ベアリングキャップ１７の架橋部１７ｄに沿う作用線Ｌ３上に引っ張り応力Ｓ２が発生する。このとき、前記引っ張り応力Ｓ２の作用線Ｌ３は、ベアリングキャップ１７の排気側の側縁の上側の２個の突起１７ｅ，１７ｅと下側の２個の突起１７ｅ，１７ｅとに挟まれた直線部１７ｆを指向している。

図４および図５の比較例に示すように、ベアリングキャップ１７の突起１７ｅ…間の谷部１７ｇが爆発荷重Ｆ３による引っ張り応力Ｓ２の作用線Ｌ３上に存在すると、ボルト１３の締結荷重Ｆ１により突起１７ｅ…間の谷部１７ｇに作用する引っ張り応力Ｓ１と爆発荷重Ｆ３による引っ張り応力Ｓ２とが重畳してしまうため、重畳した引っ張り応力Ｓ１，Ｓ２に耐え得るようにベアリングキャップ１７を補強する必要が生じて重量が増加する可能性がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、爆発荷重Ｆ３による引っ張り応力Ｓ２の作用線Ｌ３を上下に外れた位置に突起１７ｅ…間の谷部１７ｇ，１７ｇが配置されているため、ボルト１３の締結荷重Ｆ１による引っ張り応力Ｓ１と爆発荷重Ｆ３による引っ張り応力Ｓ２とがベアリングキャップ１７の谷部１７ｇにおいて重畳するのを回避することができ、これによりベアリングキャップ１７の補強を不要にして重量を軽減することができる。

以上のように、ベアリングキャップ１７の吸排気方向両側縁の突起１７ｅ…の位置を工夫するだけで、ベアリングキャップ１７の作用する引っ張り応力の最大値を低減することができるだけでなく、上側の突起１７ｅ，１７ｅをベアリングキャップ１７の合わせ面１７ａ，１７ａの近傍に配置したことにより、前記合わせ面１７ａ，１７ａからロアブロック本体１６およびベアリングキャップ１７が剥離するのを防止してベアリングキャップ１７の剛性を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では直列四気筒内燃機関Ｅを例示したが、本発明は他の任意の形態の内燃機関に対して適用することができる。

また実施の形態ではベアリングキャップ１７の吸気側の側部および排気側の側部が、それぞれ上部に２個、下部に２個の突起１７ｅ，１７ｅを備えているが、突起１７ｅ，１７ｅの数は実施の形態に限定されるものではない。

また実施の形態では２個の突起１７ｅ，１７ｅが対を成すように形成されているが、３個以上の突起１７ｅ…が群を成すように形成されていても良い。

また実施の形態ではベアリングキャップ１７の吸気側の側部および排気側の側部の両方に本発明を適用しているが、爆発荷重Ｆ３により引っ張り応力Ｓ２が発生する排気側の側部だけに本発明を適用しても良い。

１２ ロアブロック
１３ ボルト
１６ ロアブロック本体
１７ ベアリングキャップ
１７ａ 合わせ面
１７ｅ 突起
２０ クランクシャフト
２０ａ ジャーナル部
Ｆ３ 爆発荷重
Ｌ２ シリンダ軸線
Ｌ３ 引っ張り応力の作用線
Ｓ２ 引っ張り応力

Claims (2)

1. 両側縁に波形の突起（１７ｅ）を設けた鉄系材料製のベアリングキャップ（１７）をアルミニウム系材料製のロアブロック本体（１６）内に鋳込んでロアブロック（１２）を構成し、前記ベアリングキャップ（１７）とシリンダブロック（１１）の下面との間にクランクシャフト（２０）のジャーナル部（２０ａ）を挟持した状態で、前記ベアリングキャップ（１７）の両側部をシリンダ軸線（Ｌ２）方向に貫通するボルト（１３）で前記ロアブロック（１２）を前記シリンダブロック（１１）に締結した内燃機関において、
   前記突起（１７ｅ）は、前記クランクシャフト（２０）に伝達された爆発荷重（Ｆ３）により前記ベアリングキャップ（１７）に発生する引っ張り応力（Ｓ２）の作用線（Ｌ３）から外れた位置に設けられることを特徴とする内燃機関。
2. 前記ベアリングキャップ（１７）の前記突起（１７ｅ）は、少なくとも前記シリンダブロック（１１）の下面に対する合わせ面（１７ａ）に隣接して設けられることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。

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