JP2015094246A

JP2015094246A - 内燃機関のシリンダブロック

Info

Publication number: JP2015094246A
Application number: JP2013232659A
Authority: JP
Inventors: 高生伊藤; Takao Ito; 信行徳王; Nobuyuki Tokuo
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-05-18

Abstract

【課題】シリンダブロック全体の部品点数を削減するとともに、構造を単純化し、重量の低減を図る。
【解決手段】シリンダブロック１は、複数のシリンダ２を有するシリンダブロック部３と、燃焼室４を形成するシリンダヘッド部５と、が一体に鋳造されている。シリンダ２よりも下方のバルクヘッド２０の下面中央に、半円形に窪んだクランクシャフト軸受部２１がそれぞれ形成されている。バルクヘッド２０およびクランクシャフト軸受部２１が、シリンダ２のボア２ａと干渉しないように、ボア径およびボアピッチが設定されており、クランクケース側からピストンが挿入される。
【選択図】図１

Description

この発明は、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とが一体に鋳造された内燃機関のシリンダブロックに関する。

自動車用内燃機関などとして実用されている内燃機関の多くは、シリンダブロックとシリンダヘッドとが個々に鋳造され、かつ複数のシリンダヘッドボルトでもって互いに締結した構成となっている。

これに対し、特許文献１や特許文献２には、シリンダヘッド部をシリンダ部分と一体に鋳造する試みが開示されている。そして、特許文献１においては、シリンダ下端よりも下方つまりロアデッキよりも下方の部分をシリンダ部とは別体のクランクケース部として鋳造し、シリンダへのピストン挿入後にシリンダ部にボルト締結する構成となっている。同様に特許文献２においては、クランクシャフトを支持する主軸受部をシリンダブロックのバルクヘッドとは別に鋳造し、シリンダへのピストン挿入後にベアリングキャップとともにバルクヘッドに共締めする構成となっている。

実開平４−１１７１６２号公報特開平４−１４５２号公報

上記のようにクランクシャフトを支持する軸受部分をシリンダ部分とは別部材としてボルト締結する従来の構成では、シリンダヘッド部をシリンダ部分と一体鋳造しても、結局、全体としての部品点数は多くなり、重量の増加や分割面でのシール性などの点で不利となる。

この発明に係る内燃機関のシリンダブロックは、複数のシリンダを有するとともに下部にクランクシャフト軸受部を備えたシリンダブロック部と、燃焼室を形成するシリンダヘッド部と、が一体に鋳造され、かつ、シリンダ軸方向に投影したときに上記クランクシャフト軸受部がボア円と干渉しない、ことを特徴としている。

すなわち、この発明のシリンダブロックは、ベアリングキャップとの間でクランクシャフトを支持するクランクシャフト軸受部がシリンダブロックの一部として一体に鋳造されており、かつこのクランクシャフト軸受部とボア円とが干渉しないようにボア径およびボアピッチが設定されている。これにより、ピストンは、クランクシャフト軸受部の間を通してシリンダ下端から挿入される。

この発明によれば、クランクシャフト軸受部を含めてシリンダブロック部とシリンダヘッド部とが一体に鋳造されているので、部品点数の削減ならびに重量の低減が図れ、かつ分割面でのシール性確保等の問題を回避することができる。

この発明に係るシリンダブロックの縦断面図。図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。このシリンダブロックの底面図。ノックセンサを取り付けた状態で示す要部の拡大断面図。ボア下端にテーパ面を設けた実施例を示す要部の拡大断面図。

以下、この発明を直列３気筒内燃機関のシリンダブロック１として構成した一実施例を図１〜図３に基づいて説明する。このシリンダブロック１は、アルミニウム合金等の金属材料を用いて各部一体に鋳造したものであって、図１に示すように、３つのシリンダ２が直列に配置されてなるシリンダブロック部３と、各シリンダ２の上端を覆って燃焼室４を形成するシリンダヘッド部５と、が一体となっている。

上記シリンダヘッド部５は、燃焼室４の天井面となる燃焼室壁４ａに連続して、吸気ポート６を形成する吸気ポート壁６ａおよび排気ポート７を形成する排気ポート壁７ａがそれぞれ設けられている。なお、図示例では、図示せぬ吸気弁および排気弁が垂直に、つまりシリンダ中心軸線と平行に配置される構成となっている。これらの燃焼室壁４ａ、吸気ポート壁６ａおよび排気ポート壁７ａの周囲には、冷却水が通流するウォータジャケット８が中子により形成されている。上記ウォータジャケット８は、気筒列方向（換言すれば機関前後方向）に連続しており、その一端には冷却水入口９が設けられ、他端には冷却水出口１０が設けられている。これにより、図示せぬウォータポンプによって圧送される冷却水は、気筒列方向に沿って流れる。

シリンダブロック部３における各シリンダ２は、図２に示すように、内周面がボア２ａとなった円筒状のシリンダ壁１１によってそれぞれ形成されており、隣接する２つの気筒のシリンダ壁１１同士が連接部１２（図１参照）によって互いに接続されている。つまり、３個の円筒状シリンダ壁１１が、周方向の一部で直列に連結されている。

また、シリンダ壁１１の上端部の外側には、３個の連続したシリンダ壁１１全体を囲むようにウォータジャケット外壁１４が形成されており、両者間に、ほぼ一定幅のウォータジャケット８ａが形成されている。このウォータジャケット８ａは、シリンダ２の軸方向の長さ範囲の中で、熱負荷の高いシリンダ２上端部にのみ設けられているものであり、気筒間の連接部１２においても、図１，図２に示すように、隣接するシリンダ壁１１の間がウォータジャケット８ａとなっている。つまり、シリンダ２上端部を冷却するウォータジャケット８ａは、各シリンダ２の全周を囲んでおり、かつ３気筒に亘って連続している。このシリンダ２周囲のウォータジャケット８ａは、上端がシリンダヘッド部５側のウォータジャケット８に開放されており、実質的にウォータジャケット８の一部をなしている。

ウォータジャケット外壁１４の♯１気筒と♯２気筒との間の位置には、ノックセンサ取付用のネジ孔１６ａを有する円柱状のノックセンサ取付ボス１６がウォータジャケット外壁１４と一体に形成されている。つまり、このノックセンサ取付ボス１６は、外側から見て窪んだ形となるウォータジャケット外壁１４の気筒間位置に、円柱状に突出した形に設けられている。

シリンダブロック部３のシリンダ２下端よりも下方は、図示せぬクランクシャフトのクランクピンがコンロッド大端部とともに回転運動するための空間を確保するように、左右に拡がったスカート部１８となっており、このスカート部１８の下縁に、図３に示すオイルパン取付フランジ１９が設けられている。そして、シリンダブロック部３の前後両端および各気筒の間には、スカート部１８内の空間を各気筒毎に仕切るようにバルクヘッド２０が設けられている。気筒間に位置する２つのバルクヘッド２０は、隣接する気筒のシリンダ壁１１同士を連結する連接部１２の下端に実質的に連続している。各バルクヘッド２０は、気筒列方向に対し直交する平面に沿った板状をなし、その下面は、周囲のオイルパン取付フランジ１９と同一平面に形成されている。また、各バルクヘッド２０の下面中央に、半円形の凹部からなるクランクシャフト軸受部２１がそれぞれ形成されている。このクランクシャフト軸受部２１には、両側のネジ孔２２を用いて図示せぬ半円形のベアリングキャップが対向して取り付けられ、図示せぬ軸受メタルを介してクランクシャフトのメインジャーナルを回転自在に支持する構成となっている。なお、各クランクシャフト軸受部２１の内周面には、潤滑油供給孔２３（図３参照）が開口している。

ここで、上記バルクヘッド２０の気筒列方向に沿った厚さ寸法、換言すればクランクシャフト軸受部２１の軸方向寸法、は、クランクシャフトの軸受として面圧等から定まる必要な寸法を満たすように設定されているが、このような寸法のバルクヘッド２０およびクランクシャフト軸受部２１に対して、シリンダ２のボア２ａをシリンダ軸方向へ投影したときに、両者が干渉しない関係となっている。つまり、図３に示すようにシリンダブロック１を下方のクランクケース側から見たときに、ボア２ａの円がクランクシャフト軸受部２１に覆われずに全周が見えるように、ボア径に比較してボアピッチが比較的大きく設定されている。

上記のように構成されたシリンダブロック１においては、鋳造後に必要なボア２ａ内周面の機械加工ならびにボート開口部の機械加工が、シリンダ２の下方つまりクランクケース側から行われる。そして、組立時には、図示せぬピストンの挿入が同じくクランクケース側から行われ、ピストン挿入後に、クランクシャフトのクランクシャフト軸受部２１への取付が行われる。

従って、上記の構成によれば、ボア径に比較してボアピッチが比較的大きなものに設定されるため、気筒列方向に沿った全長はやや長くなる反面、シリンダ２とクランクシャフト軸受部２１とが一体となって構成が単純化され、全体の重量の軽減が図れる。

また、隣接する２つの気筒のシリンダ壁１１の上端部は、両者間に介在するウォータジャケット８ａによって気筒列方向に互いに分割されている。同様に、２つの気筒の燃焼室壁４ａも周囲のウォータジャケット８によって気筒列方向に互いに分割されている。従って、内燃機関の運転中は、各気筒が独立して熱変形し、１つの気筒の熱変形が他の気筒へ影響することがないので、熱応力が低減する。そして、各気筒が独立して熱変形することから、熱変形による真円度の低下が少なく、ボア２ａの壁面に対するピストンリングの追従性が向上する。なお、このようにピストンリングの追従性が向上するため、ピストンリングの張力を低く設定することが可能となり、フリクションの低減が図れる。さらに、各燃焼室４を全周から冷却水が冷却するので、ノッキングの抑制が図れる。

また、上記実施例では、気筒間のノックセンサ取付ボス１６には、最終的に図４に示すように、ノックセンサ３１が取付ネジ３１ａの螺合によって取り付けられる。ここで、シリンダヘッド部５をシリンダブロック部３と一体に鋳造した上記の構成では、気筒間位置にシリンダヘッドボルトが存在しないことから、ノックセンサ３１が螺合するネジ孔１６ａを、２つの気筒のシリンダ壁１１により近付けることが可能である。具体的には、ノックセンサ３１の振動検出部位ともなる取付ネジ３１ａ先端部が、ボア２ａの中心を通る横断面におけるウォータジャケット外壁１４の内側面の位置（図４に仮想線Ｌで示す）よりも内側（内燃機関の幅方向の内側）に位置している。従って、ノックセンサ３１の検出部位が燃焼室４に近付き、ノッキングの検出精度が高く得られる。

次に、図５は、各シリンダ２のボア２ａ下端にピストンリング案内用のテーパ面３５を設けた実施例を示している。このテーパ面３５は、ボア２ａの全周に亘って連続しており、好ましくは、ボア２ａ内壁面と同様に鋳造後に表面が滑らかに機械加工されている。

このテーパ面３５を設けた構成によれば、ピストンの挿入時に、ピストンに装着されたピストンリングがテーパ面３５に沿って縮径していくので、ピストンリングを縮小させておく治具が不要となる。従って、治具とバルクヘッド２０との干渉などの問題を回避でき、クランクケース側からのピストンの挿入が容易となる。

１…シリンダブロック
２…シリンダ
３…シリンダブロック部
５…シリンダヘッド部
８、８ａ…ウォータジャケット
１１…シリンダ壁
１４…ウォータジャケット外壁
１６…ノックセンサ取付ボス
２０…バルクヘッド
２１…クランクシャフト軸受部
３５…テーパ面

Claims

複数のシリンダを有するとともに下部にクランクシャフト軸受部を備えたシリンダブロック部と、燃焼室を形成するシリンダヘッド部と、が一体に鋳造され、かつ、シリンダ軸方向に投影したときに上記クランクシャフト軸受部がボア円と干渉しない、ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
各気筒の燃焼室の周囲ならびに各シリンダの少なくとも上端部の周囲にウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットによって、隣接する気筒の燃焼室壁ならびにシリンダ壁上端部が気筒列方向に互いに分割されている、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロック。
ノックセンサ取付ボスがウォータジャケット外壁の気筒間位置に配置されており、このノックセンサ取付ボスにおける取付ネジ先端位置が、ボア中心を通る断面におけるウォータジャケット外壁の内側面よりも内側に位置している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のシリンダブロック。
ボア下端に、ピストンリング案内用のテーパ面を備えている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のシリンダブロック。