JP2016223402A - 内燃機関のシリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックとシリンダヘッド間のシール圧力を確保しつつシリンダボア部の変形を抑える。【解決手段】シリンダボア部１２の上部１２ｄが接続部１８を介してヘッドボルト締結部１４に機械的に接続されていることで、ヘッドボルト軸力による荷重をシリンダボア部１２を介さずにシリンダヘッドガスケットの押圧力Ｐに効率的に変換することができる。さらに、シリンダボア部１２の下部１２ｅは、ヘッドボルト締結部１４と空間１３を空けて位置し、ヘッドボルト締結部１４と機械的に直接接続されていないため、ヘッドボルト軸力によりシリンダ軸線方向上側への荷重がシリンダボア部１２の下部１２ｅに作用するのを抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、上部にシリンダヘッドが締結される内燃機関のシリンダブロックに関する。

内燃機関のシリンダブロック構造は、シリンダボア下部のみをヘッドボルト締結部と機械的に連続な構造で接続したオープンデッキ構造、またはシリンダボア上部及び下部をヘッドボルト締結部と機械的に連続な構造で接続したクローズドデッキ構造・セミクローズドデッキ構造が一般的である（例えば下記非特許文献１参照）。

また、下記特許文献１のシリンダブロックでは、シリンダブロックのシール性確保・コンパクト化・組み付け性向上を目的として、シリンダライナを圧入した上方ブロックと下方ブロックの２つに分割し、下方ブロックに対してシリンダライナを弾性体（Ｏリング等）を介してルーズに固定している。

特開平５−５４５７号公報

村中重夫編著、「新訂 自動車用ガソリンエンジン 研究開発技術者の基礎と実際」、養賢堂、２０１１年３月

上記のオープンデッキ構造や、クローズドデッキ構造・セミクローズドデッキ構造では、シリンダ冷却水路を形成するために、ヘッドボルト締結部はシリンダボア下部と機械的に接続されている。そのため、シリンダボア下部では、ヘッドボルト軸力によりシリンダ軸線方向上側への荷重が作用するとともに、シリンダボア上部では、シリンダヘッドガスケットからの押圧力によりシリンダ軸線方向下側への荷重が作用する。つまり、シリンダボアをシリンダ軸線方向上下から挟み込む荷重が作用することで、シリンダボアが変形しやすくなる。シリンダボアの変形は、内燃機関の摩擦損失増加やオイル消費量増加の原因となる。

また、特許文献１では、そもそもシリンダボア変形抑制の観点から構造を検討していない。ヘッドボルト締結部とシリンダ上部との間でシリンダブロックが分割され、機械的に連続な構造となっていないことから、不連続部で滑りが発生してヘッドボルト軸力が効率的にシリンダヘッドガスケットのシール圧力に変換されない他、さらに不連続部で冷却水のシールを行う必要性が生じる。

本発明に係る内燃機関のシリンダブロックは、シリンダヘッドとの間のシール圧力を確保しつつシリンダボア部の変形を抑えることを目的とする。

本発明に係る内燃機関のシリンダブロックは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る内燃機関のシリンダブロックは、上部にシリンダヘッドが締結される内燃機関のシリンダブロックであって、シリンダブロック本体部と、シリンダブロック本体部の外周を取り囲む外壁部とを備え、シリンダブロック本体部は、ピストンが摺動するシリンダボア部と、シリンダボア部の外周面と空間を空けて位置し、シリンダヘッドをヘッドボルトにより締結するためのねじ穴が形成されたヘッドボルト締結部と、ヘッドボルト締結部に機械的に接続され、クランクシャフトが嵌められるクランクジャーナル部と、シリンダボア部の上部とヘッドボルト締結部を機械的に接続する接続部と、を含み、シリンダボア部の下部がヘッドボルト締結部と空間を空けて位置することを要旨とする。

本発明の一態様では、シリンダボア部と外壁部及びヘッドボルト締結部との間に形成された空間に冷却液が供給され、シリンダボア部の下部と外壁部及びヘッドボルト締結部との間にシール材が設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、シリンダボア部の上面がヘッドボルト締結部の上面よりシリンダヘッド側に位置することが好適である。

本発明の一態様では、シリンダボア部は、ピストンが上死点にあるときのオイルリング位置よりシリンダヘッド側の位置で接続部と機械的に接続されていることが好適である。

本発明の一態様では、複数のヘッドボルト締結部同士が互いに機械的に接続されていることが好適である。

本発明によれば、シリンダボア部の上部とヘッドボルト締結部が接続部により機械的に接続され、シリンダボア部の下部がヘッドボルト締結部と空間を空けて位置することで、シリンダブロックとシリンダヘッド間のシール圧力を確保しつつ、シリンダボア部の変形を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関のシリンダブロックの構成例を示す斜視図である。 図１の平面Ａで切断した断面図である。 シリンダブロック本体部の構成例を示す斜視図である。 外壁部の構成例を示す斜視図である。 シリンダボア部の下部がヘッドボルト締結部に機械的に接続されている構成例におけるシリンダボア部の変形を示す断面図である。 シリンダブロック本体部の他の構成例を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜４は、本発明の実施形態に係る内燃機関のシリンダブロックの構成例を示す図である。図１はシリンダブロック全体構成例の斜視図を示し、図２は図１の平面Ａで切断した断面図を示し、図３はシリンダブロック本体部１０の構成例の斜視図を示し、図４は外壁部３０の構成例の斜視図を示す。図１〜４は２気筒エンジンの例を示しているが、内燃機関の気筒数については任意に設定することができる。

本実施形態に係る内燃機関のシリンダブロックは、シリンダブロック本体部１０と、シリンダブロック本体部１０の外周囲を取り囲む外壁部３０とを備え、シリンダブロックの上部にシリンダヘッド（図示せず）が締結される。以下の説明では、クランクシャフト軸線方向をｘ軸、シリンダ軸線方向をｚ軸とする、互いに直交するｘｙｚ３次元座標系を規定する。

シリンダブロック本体部１０は、複数（図１〜４の例では２つ）の円筒状のシリンダボア部１２と、複数（図１〜４の例では６つ）のヘッドボルト締結部１４と、複数（図１〜４の例では３つ）のクランクジャーナル部１６と、複数（図１〜４の例では６つ）の接続部１８とを含む。シリンダブロック本体部１０の材料としては、例えば鋳鉄やアルミニウム等が用いられる。

複数のシリンダボア部１２はｘ方向（クランクシャフト軸線方向）に配列され、各シリンダボア部１２の内周側には、図２に示すようにピストン５０が収容される。図２は、ピストン５０が上死点に位置する状態を示している。ピストン５０には、ピストンリングとして、コンプレッションリング（トップリング５１及びセカンドリング５２）とオイルリング５３がシリンダ軸線方向上側（シリンダヘッド側）から順に装着され、ピストン５０はシリンダボア部１２の内周面１２ａに沿ってｚ方向（シリンダ軸線方向）に摺動する。

複数のヘッドボルト締結部１４は、シリンダボア部１２の外周囲に、ｘ方向及びｙ方向に互いに間隔を空けて配列され、各ヘッドボルト締結部１４がシリンダボア部１２の外周面１２ｂと空間１３を空けて位置する。各ヘッドボルト締結部１４には、ねじ穴１５がｚ方向に延びて形成されている。各シリンダボア部１２の上面１２ｃは、各ヘッドボルト締結部１４の上面１４ｃよりシリンダ軸線方向上側（シリンダヘッド側）に位置する。

複数のクランクジャーナル部１６はｘ方向に互いに間隔を空けて配列され、各クランクジャーナル部１６のｙ方向両端部がヘッドボルト締結部１４に機械的に接続されている。各クランクジャーナル部１６には半円筒形状の窪み部１６ａが形成され、クランクシャフト（図示せず）が各クランクジャーナル部１６の窪み部１６ａにベアリング（メタル）を介して嵌められる。さらに、各クランクジャーナル部１６には、半円筒形状の窪み部が形成されたベアリングキャップ（図示せず）が締結され、クランクシャフトがクランクジャーナル部１６及びベアリングキャップの窪み部にメタルを介して回転可能に支持される。

図２に示すように、各ヘッドボルト締結部１４の上部１４ｄは、シリンダボア部１２の上部１２ｄに接続部１８を介して機械的に連続な構造で接続されている。接続部１８は、シリンダボア部１２との接続箇所からヘッドボルト締結部１４との接続箇所にかけてシリンダ軸線方向下側へ傾斜して延びている。シリンダボア部１２は、ピストン５０が上死点にあるときのオイルリング５３の位置よりシリンダ軸線方向上側（シリンダヘッド側）の位置で接続部１８と機械的に接続されている。

一方、シリンダボア部１２の下部１２ｅは、ヘッドボルト締結部１４と空間１３を空けて位置し、ヘッドボルト締結部１４及びクランクジャーナル部１６と機械的に連続な構造で直接接続されていない。さらに、シリンダボア部１２は、上部１２ｄを除いて、ヘッドボルト締結部１４と空間１３を空けて位置し、ヘッドボルト締結部１４と機械的に連続な構造で直接接続されていない。

外壁部３０は、上側外壁部３２と下側外壁部３６が機械的に接続された構造となっている。外壁部３０の材料としては、例えばシリンダブロック本体部１０と同種の金属材料や、シリンダブロック本体部１０と異なる金属材料や、樹脂等が用いられる。上側外壁部３２は、複数のシリンダボア部１２及び複数のヘッドボルト締結部１４の外周囲を取り囲み、シリンダボア部１２の外周面１２ｂと空間１３を空けて位置する。上側外壁部３２には、ヘッドボルト締結部１４と同数（図１〜４の例では６つ）の嵌合部３４がｘ方向及びｙ方向に配列され、各ヘッドボルト締結部１４が上側外壁部３２の各嵌合部３４に嵌められた状態で、シリンダブロック本体部１０が外壁部３０に固定される。各シリンダボア部１２の上面１２ｃは、上側外壁部３２の上面３２ｃと同一平面上に位置する。下側外壁部３６は、複数のクランクジャーナル部１６の外周囲を取り囲む。図１，４では、ｘ方向端部における下側外壁部３６の図示を省略しているが、実際にはｘ方向端部も下側外壁部３６により囲まれる。下側外壁部３６の下面３６ａにはオイルパン（図示せず）が接合される。

シリンダボア部１２の外周面１２ｂと上側外壁部３２及びヘッドボルト締結部１４との間に形成された空間１３には、内燃機関の冷却を行うための冷却水（冷却液）が供給される。シリンダボア部１２の下部１２ｅと上側外壁部３２及びヘッドボルト締結部１４との間にはシール材４０が設けられていることで、空間１３に供給された冷却水のシリンダ軸線方向下側への流出が防止される。このように、シリンダボア部１２の外周面１２ｂと上側外壁部３２及びヘッドボルト締結部１４との間の空間１３をウォータージャケットとして機能させる。

各シリンダボア部１２の上面１２ｃ及び上側外壁部３２の上面３２ｃには、シリンダヘッドガスケット（図示せず）を介してシリンダヘッドが載置される。シリンダヘッドには、ねじ穴１５と同数のヘッドボルト挿通穴がねじ穴１５の上に形成されている。ヘッドボルト（図示せず）をシリンダヘッドのヘッドボルト挿通穴を通してヘッドボルト締結部１４のねじ穴１５に嵌め込むことで、シリンダヘッドがシリンダヘッドガスケットを介してシリンダブロックの上部にねじ締結される。

シリンダヘッドをシリンダブロックの上部にヘッドボルトによりねじ締結する際には、ヘッドボルト軸力Ｆによる荷重がヘッドボルト締結部１４に作用する。ここで、図５に示すように、シリンダボア部１２の下部１２ｅがヘッドボルト締結部１４に機械的に連続な構造で直接接続されている構成を考えると、シリンダボア部１２の下部１２ｅでは、ヘッドボルト軸力Ｆによりシリンダ軸線方向上側への荷重が作用するとともに、シリンダボア部１２の上部１２ｄでは、シリンダヘッドガスケットからの押圧力Ｐによりシリンダ軸線方向下側への荷重が作用する。つまり、シリンダボア部１２をシリンダ軸線方向上下から挟み込む荷重が作用することで、図５に示すように、シリンダボア部１２が変形しやすくなる。シリンダボア部１２の変形は、内燃機関の摩擦損失増加やオイル消費量増加の原因となる。

これに対して本実施形態では、シリンダボア部１２の上部１２ｄが接続部１８を介してヘッドボルト締結部１４に機械的に連続な構造で接続されていることで、ヘッドボルト軸力Ｆによる荷重をシリンダボア部１２を介さずにシリンダヘッドガスケットの押圧力Ｐに効率的に変換することができる。そのため、シリンダヘッドガスケットのシール性能を維持しながらヘッドボルト軸力Ｆを低減することができる。さらに、シリンダボア部１２の下部１２ｅは、ヘッドボルト締結部１４と空間１３を空けて位置し、ヘッドボルト締結部１４と機械的に連続な構造で直接接続されていないため、ヘッドボルト軸力Ｆによりシリンダ軸線方向上側への荷重がシリンダボア部１２の下部１２ｅに作用するのを抑制することができる。したがって、シリンダボア部１２をシリンダ軸線方向上下から挟み込む荷重によるシリンダボア部１２の変形を抑制することができる。その結果、内燃機関の摩擦損失低減及びオイル消費量低減を図ることができる。さらに、シリンダボア部１２の変形低減を目的としたシリンダブロックの剛性確保が不要となり、シリンダブロックの軽量化を図ることができる。

また、ヘッドボルト締結部１４の上面１４ｃがシリンダボア部１２の上面１２ｃと同一平面上またはそれよりもシリンダ軸線方向上側に位置する場合は、ヘッドボルト軸力Ｆがヘッドボルト締結部１４の上面１４ｃとシリンダヘッド下面とを押し付ける力として作用する分、シリンダボア部１２の上面１２ｃでの面圧（シリンダボア部１２の上面１２ｃとシリンダヘッド下面とを押し付ける力）が減少する。これに対して本実施形態では、ヘッドボルト締結部１４の上面１４ｃがシリンダボア部１２の上面１２ｃよりシリンダ軸線方向下側に位置することで、ヘッドボルト軸力Ｆをシリンダボア部１２の上面１２ｃでの面圧（シリンダヘッドガスケットの押圧力Ｐ）にさらに効率的に変換することができる。その結果、シリンダヘッドガスケットのシール性能をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、シリンダボア部１２は、ピストン５０が上死点にあるときのオイルリング５３の位置よりシリンダ軸線方向上側の位置で接続部１８と機械的に接続されていることで、ピストンリング（オイルリング５３）の通るシリンダ軸線方向位置にヘッドボルト軸力Ｆによる歪みが伝わるのを防ぐことができる。

本実施形態に係るシリンダブロックの他の構成例を図６に示す。図６の構成例では、シリンダブロック本体部１０において、ｘ方向に配列された複数のヘッドボルト締結部１４同士が接続部１９を介して互いに機械的に連続な構造で接続されている。シリンダボア部１２の外周面１２ｂと、ヘッドボルト締結部１４、接続部１９、及び上側外壁部３２との間に形成された空間１３には冷却水（冷却液）が供給され、シリンダボア部１２の下部１２ｅと、ヘッドボルト締結部１４、接続部１９、及び上側外壁部３２との間にはシール材４０が設けられる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ シリンダブロック本体部、１２ シリンダボア部、１３ 空間、１４ ヘッドボルト締結部、１５ ねじ穴、１６ クランクジャーナル部、１８，１９ 接続部、３０ 外壁部、３２ 上側外壁部、３６ 下側外壁部、４０ シール材、５０ ピストン、５１ トップリング、５２ セカンドリング、５３ オイルリング。

Claims (5)

1. 上部にシリンダヘッドが締結される内燃機関のシリンダブロックであって、
   シリンダブロック本体部と、シリンダブロック本体部の外周を取り囲む外壁部とを備え、
   シリンダブロック本体部は、
   ピストンが摺動するシリンダボア部と、
   シリンダボア部の外周面と空間を空けて位置し、シリンダヘッドをヘッドボルトにより締結するためのねじ穴が形成されたヘッドボルト締結部と、
   ヘッドボルト締結部に機械的に接続され、クランクシャフトが嵌められるクランクジャーナル部と、
   シリンダボア部の上部とヘッドボルト締結部を機械的に接続する接続部と、
   を含み、
   シリンダボア部の下部がヘッドボルト締結部と空間を空けて位置する、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であって、
   シリンダボア部と外壁部及びヘッドボルト締結部との間に形成された空間に冷却液が供給され、
   シリンダボア部の下部と外壁部及びヘッドボルト締結部との間にシール材が設けられている、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であって、
   シリンダボア部の上面がヘッドボルト締結部の上面よりシリンダヘッド側に位置する、内燃機関のシリンダブロック。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の内燃機関のシリンダブロックであって、
   シリンダボア部は、ピストンが上死点にあるときのオイルリング位置よりシリンダヘッド側の位置で接続部と機械的に接続されている、内燃機関のシリンダブロック。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載の内燃機関のシリンダブロックであって、
   複数のヘッドボルト締結部同士が互いに機械的に接続されている、内燃機関のシリンダブロック。

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