JP2019108855A - 多気筒エンジン - Google Patents

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Abstract

【課題】ヘッドボルト孔の形成箇所からの遠近にかかわらず、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間での高いシール性を確保することができる多気筒エンジンを提供する。【解決手段】エンジンは、クランクシャフト、シリンダヘッド、シリンダブロック、ヘッドボルトを備える。シリンダブロックは、ブロックコア11と、ブロックコア11に設けられたヘッドボルト孔と、を有する。ブロックコア11は、気筒形成部112、接続部115,116、及びシャフト支持部119,120を有する。気筒形成部112の側壁面には、斜めリブ140,141が設けられている。斜めリブ140は、接続部115からヘッドボルト孔形成部138に向けて斜め上方向に延びるように設けられ、斜めリブ141は、接続部116からヘッドボルト孔形成部137に向けて斜め上方向に延びるように設けられている。【選択図】図6

Description

本発明は、多気筒エンジンに関し、特にシリンダブロックの構造に関する。
車両等のエンジンは、複数の気筒を有するシリンダブロックと、シリンダブロックの上方に取り付けられるシリンダヘッドと、を備える。シリンダブロックに対しては、複数本のヘッドボルトの締結によりシリンダヘッドが取り付けられる。
エンジンにおいては、ガス漏れや冷却液漏れやオイル漏れなどを防止するために、シリンダヘッドとシリンダブロックの当接部でのシール性を確保することが重要である。特許文献1には、このようなシール性を確保するために、シリンダブロックにおけるシリンダヘッドとの合わせ面に、無端状の凹凸を設ける技術が開示されている。この文献で提案されている技術では、シリンダブロックにおけるシリンダヘッドとの合わせ面に形成された凸部の頂部分にシリンダヘッドが当接することとなり、高い面圧を確保でき、シール性の確保に有利であると考えられる。
特開2005−201115号公報
しかしながら、上記特許文献1で提案されている技術では、シリンダブロックにおけるボア開口部を囲むように全周に亘って凹凸が形成されているので、ヘッドボルトによる締結箇所の近傍領域と、締結箇所から離れた離間領域と、でシール性に差異を生じることが考えられる。即ち、締結箇所の近傍領域では、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に高い圧縮応力が作用するのに対して、離間領域では、相対的に低い圧縮応力しか作用せず、このため、締結箇所の近傍領域では高いシール性が確保されるものの、締結箇所から離間した領域では相対的にシール性が低くなるものと考えられる。
本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、ヘッドボルト孔の形成箇所からの遠近にかかわらず、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間での高いシール性を確保することができる多気筒エンジンを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る多気筒エンジンは、前記多気筒エンジンの機関出力軸と、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに取り付けられるシリンダブロックと、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとを締結する複数のヘッドボルトと、を備え、前記シリンダブロックは、それぞれが前記機関出力軸に対して直交方向に延設され、それぞれが気筒を形成し、且つ、互いに連続形成された3つ以上の気筒形成部と、前記機関出力軸方向において、隣り合う前記気筒形成部同士が接続された部分における、気筒軸方向における前記シリンダヘッドとは反対側に配された複数の接続部と、前記複数の接続部のそれぞれに対して、前記気筒軸方向における前記気筒形成部とは反対側に向けて延設されているとともに、前記機関出力軸を支持する部位を有する複数の機関出力軸支持部と、前記3つ以上の気筒形成部の側壁における、前記機関出力軸方向で隣り合う前記気筒形成部同士が接続された部分のそれぞれにおいて、前記シリンダヘッドとの合わせ面から前記気筒軸方向の前記接続部側に向けて設けられ、前記複数のヘッドボルトのそれぞれが挿通した複数のヘッドボルト孔と、を有し、前記3つ以上の気筒形成部の内の少なくとも1つの前記気筒形成部の側壁面は、当該気筒形成部に対して前記機関出力軸方向の一方の側に設けられた前記接続部を基端として、当該気筒形成部に対して前記機関出力軸方向の他方の側の前記ヘッドボルト孔まで、前記シリンダヘッドの側に向け且つ前記気筒軸方向に対して斜め方向に延びる第1リブを有する。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、少なくとも1つの気筒形成部の側壁面に第1リブが設けられ、当該第1リブが斜め方向に延びるように形成されている。そして、第1リブは、接続部からヘッドボルト孔まで形成されている。このため、上記態様に係る多気筒エンジンでは、ヘッドボルトの締め付けによる圧縮応力が、第1リブにより気筒形成部の側壁面における第1リブが延びる範囲の領域で分散される。よって、上記態様に係る多気筒エンジンでは、ヘッドボルトの締め付けによる圧縮応力が、当該気筒形成部の側壁面において、第1リブが設けられた範囲で周方向に分散され、シリンダブロックにおけるシリンダヘッドとの合わせ面に作用する。
従って、上記態様に係る多気筒エンジンでは、ヘッドボルト孔の形成箇所からの遠近にかかわらず、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間での高いシール性を確保することができる。
本発明の別態様に係る多気筒エンジンは、上記態様であって、前記第1リブを有する前記気筒形成部の前記側壁面は、当該気筒形成部に対して前記機関出力軸方向の前記他方の側に設けられた前記接続部を基端として、当該気筒形成部に対して前記機関出力軸方向の前記一方の側の前記ヘッドボルト孔まで、前記シリンダヘッドの側に向け且つ前記気筒軸方向に対して斜め方向に延びる第2リブを有する。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、第1リブが設けられた気筒形成部の側壁面に、斜め方向に延びる第2リブも設けられているため、ヘッドボルトの締め付けによる圧縮応力が、気筒形成部におけるヘッドボルト孔の近傍だけでなく、第2リブによって側壁面における機関出力軸方向のヘッドボルト孔同士の間の領域にも分散される。よって、上記態様に係る多気筒エンジンでは、ヘッドボルトの締め付けによる圧縮応力が、気筒形成部の側壁面において、第2リブが延びる範囲でも分散され、当該分散された圧縮応力がシリンダブロックにおけるシリンダヘッドとの合わせ面に作用する。
従って、上記態様に係る多気筒エンジンでは、ヘッドボルト孔の形成箇所からの遠近にかかわらず、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間での高いシール性をより確実に確保することができる。
本発明の別態様に係る多気筒エンジンは、上記態様であって、前記第1リブと前記第2リブとは、前記一方のヘッドボルト孔と前記他方のヘッドボルト孔との間で互いに交差するように設けられている。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、第1リブと第2リブとが交差する構成としているので、上記気筒形成部に対して機関出力軸方向の両側の近傍に作用する圧縮応力が、第1リブと第2リブとが延びる範囲でそれぞれ伝達され、第1リブと第2リブとが交差する箇所で一旦応力が集合される。そして、交差する箇所で集合された応力が、第1リブ及び第2リブで該気筒形成部の側壁における周方向に分散される。よって、上記態様に係る多気筒エンジンでは、上記気筒形成部において、第1リブ及び第2リブの上方でより確実に圧縮応力の分散が図られる。
本発明の別態様に係る多気筒エンジンは、上記態様であって、前記第1リブと前記第2リブとが交差する箇所は、前記気筒軸方向において、前記合わせ面よりも前記接続部側の箇所である。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、第1リブと第2リブとが交差する箇所を、シリンダブロックにおけるシリンダヘッドとの合わせ面よりも気筒軸方向における接続部側の箇所としているので、上記合わせ面の特定箇所での応力集中を抑制することができる。即ち、仮に第1リブと第2リブとが交差する箇所が上記合わせ面に位置するような形態では、合わせ面における交差箇所に応力が集中し、結果として上記合わせ面における機関出力軸方向での面圧の不均一を生じ、シール性の低下に繋がる。
一方、上記態様に係る多気筒エンジンでは、第1リブと第2リブとが交差する箇所を、シリンダブロックにおけるシリンダヘッドとの合わせ面よりも気筒軸方向における接続部側の箇所としているので、上記合わせ面で面圧の不均一が生じるのを抑制することができ、高いシール性を確保することができる。
本発明の別態様に係る多気筒エンジンは、上記態様であって、前記3つ以上の気筒形成部の前記側壁面は、前記機関出力軸方向で隣り合う前記気筒形成部同士が接続されたそれぞれの部分において、円柱リブ状のヘッドボルト孔形成部を有し、前記複数のヘッドボルト孔のそれぞれは、複数の前記ヘッドボルト孔形成部の内方に設けられており、前記第1リブは、前記機関出力軸方向の他方の側の前記ヘッドボルト孔形成部に接続されており、前記第2リブは、前記機関出力軸方向の一方の側の前記ヘッドボルト孔形成部に接続されている。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、第1リブ及び第2リブのそれぞれがヘッドボルト孔形成部に接続された構成を採用しているので、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間の高いシール性に加え、気筒形成部における側壁の高い剛性を確保することもできる。このため、上記態様の構成を採用する場合には、気筒形成部における第1リブ及び第2リブの形成部分を除く部分の肉厚を薄くした場合であっても、十分な剛性の確保が可能であり、エンジンの軽量化を図るのに好適である。
本発明の別態様に係る多気筒エンジンは、上記態様であって、前記第1リブと前記他方の側のヘッドボルト孔形成部との接続箇所、及び、前記第2リブと前記一方の側のヘッドボルト孔形成部との接続箇所は、前記気筒軸方向において、前記合わせ面よりも前記接続部側の箇所である。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、第1リブ及び第2リブとヘッドボルト孔形成部との各接続箇所を、シリンダブロックにおけるシリンダヘッドとの合わせ面よりも気筒軸方向における接続部側の箇所としているので、第1リブ及び第2リブを伝って伝達される応力が上記合わせ面で面圧の不均一が生じるのを抑制することができる。即ち、第1リブと第2リブとにより、気筒形成部における周方向に分散された応力が上記合わせ面に作用するようにできる。
本発明の別態様に係る多気筒エンジンは、上記態様であって、前記複数の機関出力軸支持部のそれぞれに対して、前記気筒軸方向における前記気筒形成部とは反対側に接続され、前記機関出力軸を支持する部分を有するキャップ部を更に備え、複数の前記キャップ部は、前記気筒軸方向における前記機関出力軸支持部とは反対側の端部同士が互いに接続されておらず、それぞれの前記端部が自由端の状態にある。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、キャップ部における端部(機関出力軸支持部とは反対側の端部)が自由端となっており、機関出力軸の回転に伴う気筒軸方向の荷重(上下荷重)は接続部を介して気筒形成部へと伝達されることになる。この場合においても、上記態様に係る多気筒エンジンでは、気筒形成部の側壁面に第1リブを設けることにより、シリンダブロックにおけるシリンダヘッドとの合わせ面にかかる荷重の分散を図ることができ、高いシール性を確保することができる。
本発明の別態様に係る多気筒エンジンは、上記態様であって、前記複数のヘッドボルト孔のそれぞれは、前記気筒軸方向において、前記合わせ面から前記機関出力軸支持部における前記キャップ部側の端部まで貫通しており、前記複数のキャップ部のそれぞれは、前記ヘッドボルト孔と連続するとともに、前記ヘッドボルトと螺結するネジ孔を有し、前記シリンダブロックは、前記複数のヘッドボルトと前記ネジ孔の雌ネジとの螺結により、前記シリンダヘッドと前記キャップ部とで密に挟持されている。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、ヘッドボルトとキャップ部におけるネジ孔の雌ネジとの螺結により、シリンダブロックがシリンダヘッドとキャップ部との間で挟持されている。このような状態では、ヘッドボルト孔形成部の近傍に高い圧縮応力が発生するが、上記態様に係る多気筒エンジンでは、内側気筒形成部の側壁面に上記のような構成の第1リブを形成しているので、応力が気筒形成部における側壁面の周方向に分散され、合わせ面において局所的に応力集中が生じるのを抑制することができる。よって、上記態様に係る多気筒エンジンでは、より高いシール性が確保される。
本発明の別態様に係る多気筒エンジンは、上記態様であって、前記シリンダブロックは、前記3つ以上の気筒形成部と前記複数の機関出力軸支持部と前記複数のキャップ部とを外方から囲繞するシリンダブロック外壁を更に有し、前記3つ以上の気筒形成部と前記複数の接続部と前記複数の機関出力軸支持部とは、金属材料を用い一体形成されており、前記シリンダブロック外壁は、樹脂材料を用い形成されている。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、樹脂材料を用い形成されたシリンダブロック外壁を備えるので、シリンダブロック全体を金属材料を用い形成する場合に比べて、エンジンの重量軽減を図ることができる。また、このように樹脂材料からなるシリンダブロック外壁を用いて軽量化を図りながら、上記のように内側気筒形成部の側壁面に第1リブを形成することによりシリンダヘッドとシリンダブロックとの間の高いシール性を確保することができる。
本発明の別態様に係る多気筒エンジンは、上記態様であって、前記第1リブを有する前記気筒形成部は、前記3つの気筒形成部の内、前記機関出力軸方向の両端の前記気筒形成部を除く内側気筒形成部である。
上記態様に係る多気筒エンジンでは、内側気筒形成部の側壁面に第1リブを設けることとしているので、内側気筒形成部とシリンダヘッドとの間の高いシール性を確保することができる。
上記の各態様に係る多気筒エンジンでは、ヘッドボルト孔の形成箇所からの遠近にかかわらず、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間での高いシール性を確保することができる。
実施形態に係るエンジンの概略構成を示す模式正面図(一部断面図)である。 エンジンの概略構成を示す模式側面図である。 図2のIII−III断面を示す図であって、シリンダヘッドとブロックコアとベアリングキャップとの取り付け構成を示す模式断面図である。 ブロックコア及びベアリングキャップの構成を示す模式斜視図である。 ブロックコア及びベアリングキャップの構成を示す模式側面図である。 図5の一部を拡大して示す模式側面図である。 図5のVII−VII断面を示す図であって、ブロックコア及びベアリングキャップの構成を示す模式断面図である。 ヘッドボルトによる共締めによりブロックコアに作用する圧縮応力を説明するための模式図である。 シャフト支持部から気筒形成部への荷重の伝達形態を示す模式図である。
以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
なお、以下の説明で用いる各図においては、X方向が機関出力軸方向であり、Y方向が吸排気方向であり、Z方向が気筒軸方向である。
[実施形態]
1.エンジン1の概略構成
エンジン1の概略構成について、図1及び図2を用い説明する。
本実施形態に係るエンジン1は、4気筒のガソリンエンジンを一例として採用しており、図1に示すように、シリンダブロック10と、シリンダヘッド13と、ヘッドカバ14と、ベアリングキャップ(キャップ部)15と、クランクシャフト(機関出力軸)16と、オイルパン17と、を備える。
シリンダブロック10は、金属材料を用い形成されたブロックコア11と、樹脂材料を用い形成されたシリンダブロック外壁12と、を有する。ブロックコア11の詳細な構成については、後述する。
シリンダブロック外壁12は、ブロックコア11と、ベアリングキャップ15とクランクシャフト16の一部と、を外方から囲むように形成されており、−Z側にオイルパン17が接続されている。なお、図1では、詳細な図示を省略するが、シリンダブロック外壁12には、冷却液が流通する経路であるウォータージャケットが形成されている。
シリンダヘッド13は、シリンダブロック10の+Z側に取り付けられている。図1では図示を省略するが、シリンダヘッド13には、カムシャフト、吸排気バルブ、及び吸排気マニホールドなどが設けられている。
ヘッドカバ14は、シリンダヘッド13の+Z側に取り付けられており、シリンダヘッド13の+Z側開口部を塞いでいる。
ベアリングキャップ(キャップ部)15は、ブロックコア11の−Z側に取り付けられており、ブロックコア11とでクランクシャフト16を回転自在の状態で支持している。
図2に示すように、クランクシャフト16は、X方向に沿って延びている。クランクシャフト16は、ブロックコア11とベアリングキャップ15とで支持されたクランクジャーナル16aと、X方向に隣り合うクランクジャーナル16a同士の間に設けられたクランクアーム16bと、X方向に隣り合い互いに対をなすクランクアーム16b同士の間に設けられたクランクピン16cと、各クランクアーム16bに連続形成されたカウンターウェイト16dと、を有する。
各クランクピン16cには、回転自在の状態でコンロッド(コネクティングロッド)18が取り付けられており、コンロッド18の他端にピストン19が取り付けられている。ピストン19は、各気筒内をZ方向に往復動自在となっている。そして、クランクシャフト16は、ピストン19の往復動に伴い、回転する。
2.シリンダヘッド13とブロックコア11とベアリングキャップ15との取り付け構成
シリンダヘッド13とブロックコア11とベアリングキャップ15との取り付け構成について、図3を用い説明する。図3は、図2のIII−III断面を示す模式断面図である。
図3に示すように、ブロックコア11には、複数のヘッドボルト孔11aが設けられている。複数のヘッドボルト孔11aは、Y方向に対をなす状態で設けられており、クランクシャフト16が挿通する軸受部11bのY方向両脇部分(径方向外側部分)を、それぞれがZ方向に貫通した状態で設けられている。
シリンダヘッド13にも、複数のヘッドボルト孔13aが設けられている。シリンダヘッド13の複数のヘッドボルト孔13aは、それぞれがブロックコア11のヘッドボルト孔11aに連続するように設けられている。そして、複数のヘッドボルト孔13aも、それぞれがZ方向に貫通している。
ベアリングキャップ15には、クランクシャフト16が挿通する軸受部15bのY方向両脇部分(径方向外側部分)に、それぞれがブロックコア11のヘッドボルト孔11aに連続する複数のネジ孔15aが設けられている。複数のネジ孔15aは、それぞれがZ方向に貫通している。
エンジン1では、シリンダヘッド13の+Z側より複数のヘッドボルト20が、それぞれヘッドボルト孔13a及びヘッドボルト孔11aに挿入され、−Z側の先端部分に設けられたネジ部20bがベアリングキャップ15のネジ孔15aの雌ネジと螺結されている。
図3に示すように、本実施形態に係るエンジン1では、シリンダヘッド13とブロックコア11とベアリングキャップ15とがヘッドボルト20により共締めされている。このため、エンジン1において、シリンダヘッド13とブロックコア11とが、ヘッドボルト20のボルト頭20aと、ネジ部20bとベアリングキャップ15のネジ孔15aとの螺結箇所と、の間で挟持された状態となっている。さらに詳細には、ブロックコア11は、シリンダブロック13とベアリングキャップ15とでZ方向に挟持されている。
なお、図3では、エンジン1の一断面(図2のIII−III断面)を一例として図示したが、ヘッドボルト20による他の締結箇所も同様の構成となっている。
3.ブロックコア11及びベアリングキャップ15の構成
ブロックコア11及びベアリングキャップ15の構成について、図4及び図5を用い説明する。図4は、ブロックコア11及びベアリングキャップ15の構成を示す模式斜視図であり、図5は、模式側面図である。
図4に示すように、シリンダブロック10におけるブロックコア11は、4つの気筒形成部111〜114と、3つの接続部115〜117と、5つのシャフト支持部(機関出力軸支持部)118〜122と、を有する。ブロックコア11において、4つの気筒形成部111〜114と、3つの接続部115〜117と、5つのシャフト支持部118〜122と、は金属材料を用いて一体形成されている。
4つの気筒形成部111〜114のそれぞれは、気筒123〜126を有する。気筒123〜126は、X方向に配列されている。なお、以下において、4つの気筒形成部111〜114の内、X方向の両端の気筒形成部111,114を除く気筒形成部112,113を内側気筒形成部と記載する場合がある。
ブロックコア11では、複数のヘッドボルト孔127〜136がZ方向に貫通するように設けられている。そして、複数のヘッドボルト孔127〜136の内、ヘッドボルト孔127,129,131,133,135は、ブロックコア11の+Y側の側壁に設けられており、ヘッドボルト孔128,130,132,134,136は、ブロックコア11の−Y側の側壁に設けられている。
また、ヘッドボルト孔129〜134は、X方向において、隣り合う気筒123〜126同士の間の部分に設けられており、ヘッドボルト孔127,128,135,136は、X方向において、気筒123,126の両端となる箇所に設けられている。
なお、Y方向において、ヘッドボルト孔127とヘッドボルト孔128とが対をなし、ヘッドボルト孔129とヘッドボルト孔130とが対をなし、ヘッドボルト孔131とヘッドボルト孔132とが対をなし、ヘッドボルト133とヘッドボルト134とが対をなし、ヘッドボルト135とヘッドボルト136とが対をなしている。
図5に示すように、接続部115は、X方向における気筒形成部111と気筒形成部112との隣接部分(接続部分)の−Z側の部分に設けられ、接続部116は、X方向における気筒形成部112と気筒形成部113との隣接部分(接続部分)の−Z側の部分に設けられ、接続部117は、X方向における気筒形成部113と気筒形成部114との隣接部分(接続部分)の−Z側の部分に設けられている。
シャフト支持部119〜121は、それぞれ接続部115〜117の−Z側部分から、−Z側に向けて延設されている。
一方、シャフト支持部118,122は、X方向において、気筒形成部111,114の両外側から−Z側に向けて延設されている。
また、図5に示すように、ブロックコア11の側壁面には、各接続部115〜117の+Z側の部分に、ヘッドボルト孔形成部137〜139が形成されている。ヘッドボルト孔形成部137〜139は、図5の紙面手前側(−Y側)に円柱リブ状に突出する部分である。そして、ヘッドボルト孔130はヘッドボルト孔形成部137に設けられ、ヘッドボルト孔132はヘッドボルト孔形成部138に設けられ、ヘッドボルト孔134はヘッドボルト孔形成部139に設けられている。
なお、図5では、ブロックコア11における−Y側の側壁面だけを図示しているが、反対側となる+Y側についても、同様の構成を以ってヘッドボルト孔形成部が形成されている。
図4及び図5に示すように、シャフト支持部118〜122のそれぞれの−Z側の部分には、ベアリングキャップ151〜155が取り付けられている。これらベアリングキャップ151〜155を纏めて、「ベアリングキャップ15」と記載する場合がある。
シャフト支持部118〜122に対するベアリングキャップ151〜155の取り付けは、図3を用い説明したようにヘッドボルト20との締結による。ここで、ヘッドボルト20とベアリングキャップ15(ベアリングキャップ151〜155)におけるネジ孔15aの雌ネジとの締結により生じる圧縮応力は、+Z側に加わる。
4.気筒形成部112,113における側壁面の構成
内側気筒形成部112,113における側壁面の構成について、図6を用いて説明する。なお、図6では、内側気筒形成部112を一例として図示しているが、内側気筒形成部113の側壁面についても同様の構成を有する。
図6に示すように、内側気筒形成部112の側壁面(図6の紙面手前側の壁面)には、X方向及びZ方向の双方に対して斜め方向となる斜めリブ140,141が設けられている。斜めリブ140が第1リブに相当し、斜めリブ141が第2リブに相当する。
斜めリブ140は、接続部115を基端として、+X側であって+Z側に向けて斜め方向に延びている。斜めリブ141は、接続部116を基端として、−X側であって+Z側に向けて斜め方向に延びている。本実施形態に係るブロックコア11では、内側気筒形成部112が有する気筒124(図4を参照)のZ方向に延びる中心軸(気筒中心軸)Ax112を基準として、斜めリブ140と斜めリブ141とが線対称の関係を以って形成されている。
斜めリブ140は、+Z側において、接続箇所Pでヘッドボルト孔形成部138に接続されている。斜めリブ141は、+Z側において、接続箇所Pでヘッドボルト孔形成部137に接続されている。
本実施形態に係るブロックコア11では、接続箇所P,Pが、ブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cから、−Z側に距離Hだけ離間した箇所に位置している。即ち、接続箇所P,Pは、合わせ面11cよりも接続部115,116側(−Z側)に位置する。
また、斜めリブ140と斜めリブ141とは、交差箇所Pで互いに交差している。交差箇所Pは、内側気筒形成部112における気筒中心軸Ax112上に位置している。また、交差箇所Pは、シリンダブロック10のブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cから、−Z側に距離Hだけ離間した箇所に位置している。換言すると、交差箇所Pは、合わせ面11cよりも下方(−Z側)に位置する。
なお、ブロックコア11では、図6の紙面奥側に位置する気筒形成部112の側壁面においても、上記同様の形態を以って斜めリブ140,141が形成されている。これについても、気筒形成部113でも同様である。
5.ベアリングキャップ151〜155の構成
ベアリングキャップ151〜155の構成について、図6及び図7を用い説明する。図7は、図5のVII−VII断面を示す模式断面図である。
図6に示すように、ベアリンキャップ152,153のそれぞれは、+Z側の端部でシャフト支持部119,120に取り付けられている。そして、ベアリングキャップ152,153のそれぞれの下端部(−Z側の端部)152a,153aは、X方向に隣り合うベアリングキャップ151〜154に対して接続されておらず、所謂、自由端の状態となっている。このような構成については、他のベアリングキャップ151,154,155についても同様である。
上記のようにベアリングキャップ151〜155の下端部が自由端となるのは、樹脂材料から形成されたシリンダブロック外壁12を採用することに起因する。即ち、本実施形態では、樹脂材料を用い形成されたシリンダブロック外壁12を採用し、エンジン1の軽量化を図るために、ベアリングキャップ151〜155を梁で接続する構成(ベアリングビーム、ベアリングキャップブリッジ、ラダーフレーム等)を採用していない。
次に、図7に示すように、−X側のベアリングキャップ151には、−Z側の部分に空洞部151aが設けられている。空洞部151aは、ベアリングキャップ151を板厚方向(X方向)に貫通する孔部である。空洞部151aは、X方向からの正面視で、長円形又は楕円形を以って構成されている。なお、図7では、図示を省略しているが、+X側のベアリングキャップ155においても、同様の構成の空洞部が設けられている。
ベアリングキャップ152,153にも、空洞部152b,153bが設けられている。空洞部152b,153bも、ベアリングキャップ152,153を板厚方向(X方向)に貫通する孔部である。X方向からの正面視で、空洞部152b,153bは、角丸の二等辺三角形を以って構成されている。
なお、図7では、図示を省略しているが、ベアリングキャップ154においても、同様の構成の空洞部が設けられている。
6.ブロックコア11に対する圧縮応力の作用
ブロックコア11に対する圧縮応力の作用について、図8を用い説明する。図8は、ブロックコア11に作用する圧縮応力を説明するための模式図である。
図3を用いて説明したように、本実施形態に係るエンジン1では、ヘッドボルト20によりシリンダヘッド13とブロックコア11とベアリングキャップ15とが共締めされている。このため、ブロックコア11は、Z方向において、シリンダヘッド13とベアリングキャップ15とで挟持された状態となっている。
図8に示すように、共締めによる圧縮応力は、ベアリングキャップ15(152,153)からシャフト支持部119,120に対して+Z側に向けて作用する(圧縮応力Sc,Sc)。圧縮応力Scは、接続部115へと作用する。そして、圧縮応力Scは、接続部115で内側気筒形成部112側と、ヘッドボルト孔形成部137側へと分散される(圧縮応力Sc,Sc)。
同様に、圧縮応力Scは、接続部116へと作用する。圧縮応力Scは、接続部116で内側気筒形成部112側とヘッドボルト孔形成部138側へと分散される(Sc,Sc)。
圧縮応力Scは、そのままヘッドボルト孔形成部137を伝わり、ブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cに作用する(圧縮応力Sc)。圧縮応力Sc6も、そのままヘッドボルト孔形成部138を伝わり、ブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cに作用する(圧縮応力Sc)。
一方、圧縮応力Scは斜めリブ141を伝わり、圧縮応力Scは斜めリブ140を伝わる(圧縮応力Sc,Sc10)。圧縮応力Sc,Sc10は、内側気筒形成部112の周方向(図8では、X方向)に分散される(圧縮応力Sc11)。
ここで、ブロックコア11では、斜めリブ140と斜めリブ141とが交差するように構成されている。このため、圧縮応力Scと圧縮応力Sc10とは、交差箇所P(図6を参照)で一旦集合される。このため、仮に圧縮応力Scと圧縮応力Sc10との間でバラツキがあったとしても、交差箇所Pで集合されることにより、平準化された状態で圧縮応力Sc11として分散される。
分散された圧縮応力Sc11は、+Z側へと伝わり、ブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cに作用する(圧縮応力Sc12)。
なお、図8では、気筒形成部112における圧縮応力の分散形態についてのみ図示したが、気筒形成部113についても同様の形態で圧縮応力が分散される。
また、図8で示す側壁面とは反対側の側壁面においても同様の形態で圧縮応力が分散される。
7.クランクシャフト16の回転に伴い生じる荷重の伝達形態
クランクシャフト16の回転に伴い生じる荷重の伝達形態について、図9を用い説明する。図9は、シャフト支持部119,120から気筒形成部112への荷重の伝達形態を示す模式図である。
図9に示すように、シャフト支持部119,120には、クランクシャフト16(図9では図示を省略)の位相角度に応じて、荷重F1U,F2U及び荷重F1L,F2Lが加わる。荷重F1U,F2Uは、+Z側に向けて働く圧縮荷重であり、荷重F1L,F2Lは、−Z側に向けて働く引張荷重である。この内、引張荷重である荷重F1L,F2Lは、クランクシャフト16からベアリングキャップ152,153に作用する荷重が、シャフト支持部119,120におけるベアリングキャップ152,153との合わせ面11dを介して、シャフト支持部119,120に作用する。
荷重F1U,F2U及び荷重F1L,F2Lは、シャフト支持部119,120から接続部115,116まで伝達される。そして、接続部115,116に伝達された荷重F1U,F2U及び荷重F1L,F2Lの各一部は、ヘッドボルト孔形成部137,138及びその周辺部分を介して+Z側へと伝達される。
一方、接続部115,116に伝達された荷重F1U,F2U及び荷重F1L,F2Lのそれぞれの残りの荷重は、斜めリブ140,141を伝達される。そして、斜めリブ140,141を伝達された荷重は、ヘッドボルト孔形成部137とヘッドボルト孔形成部138の間の領域(内側気筒形成部112の側壁面の一部領域)で分散された状態で+Z側に向けて伝達される(荷重Fcom)。
なお、斜めリブ140を伝達される荷重と斜めリブ141を伝達される荷重とは、交差箇所Pで一旦集合される。このため、上記同様に、接続部115,116から交差箇所Pまでの各間で、斜めリブ140を伝達される荷重と斜めリブ141を伝達される荷重との間にバラツキがある場合にも、上記のように交差箇所Pで一旦集合することで荷重も合力され力の平準化がなされる。
斜めリブ140,141を伝達される荷重の一部は、接続箇所P,Pを介してヘッドボルト孔形成部137,138へ伝達される。
8.効果
本実施形態に係るエンジン1では、内側気筒形成部112,113の側壁面に斜めリブ140が設けられ、当該斜めリブ140が斜め方向に延びるように形成されている。そして、斜めリブ140は、接続部116からヘッドボルト孔形成部137まで形成されている。このため、図8を用い説明したように、本実施形態に係るエンジン1では、ヘッドボルト20の締め付けによる圧縮応力Scが、斜めリブ140により内側気筒形成部112の側壁面における斜めリブ140が延びる範囲の領域で分散される。よって、本実施形態に係るエンジン1では、ヘッドボルト20の締め付けによる圧縮応力Scが、内側気筒形成部112,113の側壁面において、斜めリブ140が設けられた範囲で周方向に分散され、ブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cに作用する。
従って、本実施形態に係るエンジン1では、ヘッドボルト20の締結箇所からの遠近にかかわらず、シリンダブロック10におけるブロックコア11とシリンダヘッド13との間での高いシール性を確保することができる。
本実施形態に係るエンジン1では、図6を用い説明したように、内側気筒形成部112,113の側壁面に、斜めリブ140に加えて、斜めリブ141も設けられているため、ヘッドボルト20の締め付けによる圧縮応力Scも、内側気筒形成部112,113におけるヘッドボルト孔の近傍だけでなく、斜めリブ141によって側壁面におけるヘッドボルト孔形成部137,138の間の領域にも分散される。よって、本実施形態に係るエンジン1では、ヘッドボルト20の締め付けによる圧縮応力Scが、内側気筒形成部112,113の側壁面において、斜めリブ141が延びる範囲でも分散され、当該分散された圧縮応力Sc11がシリンダブロック10におけるブロックコア11のシリンダヘッド13との合わせ面11cに作用する。
本実施形態に係るエンジン1では、斜めリブ140と斜めリブ141とが交差箇所Pで交差する構成としているので、内側気筒形成部112,113に対してヘッドボルト孔形成部137,138の近傍に作用する圧縮応力が、斜めリブ140と斜めリブ141とが延びる範囲でそれぞれ伝達され、交差箇所Pで一旦応力が集合される。そして、交差箇所Pで集合された応力が、斜めリブ140,141で内側気筒形成部112,113の側壁面における周方向に分散される。よって、本実施形態に係るエンジン1では、内側気筒形成部112,113において、斜めリブ140,141が設けられた領域よりも+Z側の部分でより確実に圧縮応力の分散が図られる(圧縮応力Sc11,Sc12)。
図6を用い説明したように、本実施形態に係るエンジン1では、斜めリブ140と斜めリブ141とが交差する箇所である交差箇所Pを、ブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cよりも−Z側に距離Hだけ離間した箇所としているので、合わせ面11cにおける特定箇所での応力集中を抑制することができる。即ち、仮に斜めリブ同士の交差箇所が合わせ面に位置するような形態では、合わせ面における交差箇所に応力が集中し、結果として合わせ面における周方向での面圧の不均一を生じ、シール性の低下に繋がる。
一方、本実施形態に係るエンジン1では、交差箇所Pを、ブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cよりも−Z側の箇所としているので、合わせ面11cで面圧の不均一が生じるのを抑制することができ、ブロックコア11とシリンダヘッド13との間での高いシール性を確保することができる。
本実施形態に係るエンジン1では、斜めリブ140,141がそれぞれヘッドボルト孔形成部137,138に接続された構成を採用しているので、ブロックコア11とシリンダヘッド13との間の高いシール性に加え、内側気筒形成部112,113における側壁の高い剛性を確保することもできる。このため、本実施形態に係るブロックコア11では、内側気筒形成部112,113における斜めリブ140,141を除く部分の肉厚を薄くした場合であっても、十分な剛性の確保が可能であり、エンジン1の軽量化を図るのに好適である。
本実施形態に係るエンジン1では、斜めリブ140,141とヘッドボルト孔形成部137,138との各接続箇所P,Pを、ブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cよりも−Z側に距離Hだけ離間した箇所としているので、斜めリブ140,141を伝って伝達される応力Sc,Sc10が合わせ面11cで面圧の不均一が生じるのを抑制することができる。即ち、斜めリブ140,141により、内側気筒形成部112,113における周方向に分散された応力Sc12が合わせ面11cに作用するようにできる。
図6を用い説明したように、本実施形態に係るエンジン1では、ベアリングキャップ15における端部152a,153aが自由端となっており、図8に示したように、クランクシャフト16の回転に伴うZ方向の荷重F1U,F1L,F2U,F2Lは接続部115,116を介して気筒形成部111〜114へと伝達されることになる。この場合においても、本実施形態に係るエンジン1では、内側気筒形成部112,113の側壁面に斜めリブ140,141を設けることにより、ブロックコア11におけるシリンダヘッド13との合わせ面11cにかかる荷重の分散を図ることができ、高いシール性を確保することができる。
本実施形態に係るエンジン1では、ヘッドボルト20とベアリングキャップ15におけるネジ孔15aの雌ネジとの螺結により、ブロックコア11がシリンダヘッド13とベアリングキャップ15との間で挟持された状態となっている。このような状態では、ヘッドボルト孔形成部137,138の近傍に高い圧縮応力が発生するが、本実施形態に係るエンジン1では、内側気筒形成部112,113の側壁面に上記のような構成の斜めリブ140,141を形成しているので、応力が内側気筒形成部112,113の周方向に分散され、合わせ面11cにおいて局所的に応力集中が生じるのを回避することができる。よって、本実施形態に係るエンジン1では、ブロックコア11とシリンダヘッド13との間でのより高いシール性が確保される。
図1を用い説明したように、本実施形態に係るエンジンでは、樹脂材料を用い形成されたシリンダブロック外壁12を備えるので、シリンダブロック全体を金属材料を用い形成する場合に比べて、エンジン1の重量軽減を図ることができる。また、このように樹脂材料からなるシリンダブロック外壁12を用いて軽量化を図りながら、上記のように内側気筒形成部112,113の側壁面に斜めリブ140,141を形成することにより高いシール性を確保することができる。
以上のように、本実施形態に係るエンジン1では、ヘッドボルト20の締結箇所からの遠近にかかわらず、シリンダブロック10におけるブロックコア11とシリンダヘッド13との間での高いシール性を確保することができる。
[変形例]
上記実施形態に係るエンジン1では、ブロックコア11の内側気筒形成部112,113の各側壁面に2つの斜めリブ140,141を設けることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、1つの斜めリブをそれぞれ設けることとしてもよいし、3つ以上の斜めリブを設けることとしてもよい。
また、上記実施形態に係るエンジン1では、斜めリブ140と斜めリブ141とが交差箇所Pで交差する構成を採用したが、本発明では、必ずしも斜めリブ同士が交差しなくてもよい。
上記実施形態に係るエンジン1では、斜めリブ140,141のそれぞれが、Y方向からの側面視で直伸する形状のリブを採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、側面視で湾曲するように延びるリブを採用することもできる。
上記実施形態に係るエンジン1では、ベアリングキャップ151〜155の下端部同士が接続されておらず、各下端部が自由端の状態となっていることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、ベアリングキャップの下端部同士をビーム状部材で相互に連結することとしてもよい。
また、上記実施形態では、ヘッドボルト20をシリンダヘッド13及びブロックコア11を挿通させ、ベアリングキャップ15に設けたネジ孔20bに対して螺結させることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、ヘッドボルトを、シリンダヘッド、ブロックコア、及びベアリングキャップを挿通させ、ベアリングキャップの下方に配したナットに対して螺結させることとしてもよい。また、ブロックコアにネジ孔を設けておき、シリンダヘッドを挿通させたボルトをブロックコアのネジ孔に螺結させ、一方、ベアリングキャップの下方から挿入し、ベアリングキャップを挿通させたボルトをブロックコアのネジ孔に螺結させることとしてもよい。
上記実施形態に係るエンジン1では、シリンダヘッド13とシリンダブロック10との間への、ヘッドガスケットの介挿の有無については特に言及しなかったが、介挿することとしてもよい。
上記実施形態では、エンジン1として4気筒のガソリンエンジンを一例として採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、3気筒や5気筒以上のエンジンを採用することもできるし、ディーゼルエンジンを採用することもできる。また、エンジン形式としては、水平対向エンジンを採用することもできる。
1 エンジン
10 シリンダブロック
11 ブロックコア
11a,13a,127〜136 ヘッドボルト孔
12 シリンダブロック外壁
13 シリンダヘッド
15,151〜155 ベアリングキャップ(キャップ部)
15a ネジ孔
16 クランクシャフト(機関出力軸)
20 ヘッドボルト
111〜114 気筒形成部
115〜117 接続部
118〜122 シャフト支持部(機関出力軸支持部)
123〜126 気筒
137〜139 ヘッドボルト孔形成部
140 斜めリブ(第1リブ)
141 斜めリブ(第2リブ)
152a,153a 下端部(端部)

Claims (10)

  1. 多気筒エンジンにおいて、
    前記多気筒エンジンの機関出力軸と、
    シリンダヘッドと、
    前記シリンダヘッドに取り付けられるシリンダブロックと、
    前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとを締結する複数のヘッドボルトと、
    を備え、
    前記シリンダブロックは、
    それぞれが前記機関出力軸に対して直交方向に延設され、それぞれが気筒を形成し、且つ、互いに連続形成された3つ以上の気筒形成部と、
    前記機関出力軸方向において、隣り合う前記気筒形成部同士が接続された部分における、気筒軸方向における前記シリンダヘッドとは反対側に配された複数の接続部と、
    前記複数の接続部のそれぞれに対して、前記気筒軸方向における前記気筒形成部とは反対側に向けて延設されているとともに、前記機関出力軸を支持する部位を有する複数の機関出力軸支持部と、
    前記3つ以上の気筒形成部の側壁における、前記機関出力軸方向で隣り合う前記気筒形成部同士が接続された部分のそれぞれにおいて、前記シリンダヘッドとの合わせ面から前記気筒軸方向の前記接続部側に向けて設けられ、前記複数のヘッドボルトのそれぞれが挿通した複数のヘッドボルト孔と、
    を有し、
    前記3つ以上の気筒形成部の内の少なくとも1つの前記気筒形成部の側壁面は、当該気筒形成部に対して前記機関出力軸方向の一方の側に設けられた前記接続部を基端として、当該気筒形成部に対して前記機関出力軸方向の他方の側の前記ヘッドボルト孔まで、前記シリンダヘッドの側に向け且つ前記気筒軸方向に対して斜め方向に延びる第1リブを有する、
    多気筒エンジン。
  2. 請求項1に記載の多気筒エンジンであって、
    前記第1リブを有する前記気筒形成部の前記側壁面は、当該気筒形成部に対して前記機関出力軸方向の前記他方の側に設けられた前記接続部を基端として、当該気筒形成部に対して前記機関出力軸方向の前記一方の側の前記ヘッドボルト孔まで、前記シリンダヘッドの側に向け且つ前記気筒軸方向に対して斜め方向に延びる第2リブを有する、
    多気筒エンジン。
  3. 請求項2に記載の多気筒エンジンであって、
    前記第1リブと前記第2リブとは、前記一方のヘッドボルト孔と前記他方のヘッドボルト孔との間で互いに交差するように設けられている、
    多気筒エンジン。
  4. 請求項3に記載の多気筒エンジンであって、
    前記第1リブと前記第2リブとが交差する箇所は、前記気筒軸方向において、前記合わせ面よりも前記接続部側の箇所である、
    多気筒エンジン。
  5. 請求項2から請求項4の何れかに記載の多気筒エンジンであって、
    前記3つ以上の気筒形成部の前記側壁面は、前記機関出力軸方向で隣り合う前記気筒形成部同士が接続されたそれぞれの部分において、円柱リブ状のヘッドボルト孔形成部を有し、
    前記複数のヘッドボルト孔のそれぞれは、複数の前記ヘッドボルト孔形成部の内方に設けられており、
    前記第1リブは、前記機関出力軸方向の他方の側の前記ヘッドボルト孔形成部に接続されており、
    前記第2リブは、前記機関出力軸方向の一方の側の前記ヘッドボルト孔形成部に接続されている、
    多気筒エンジン。
  6. 請求項5に記載の多気筒エンジンであって、
    前記第1リブと前記他方の側のヘッドボルト孔形成部との接続箇所、及び、前記第2リブと前記一方の側のヘッドボルト孔形成部との接続箇所は、前記気筒軸方向において、前記合わせ面よりも前記接続部側の箇所である、
    多気筒エンジン。
  7. 請求項1から請求項6の何れかに記載の多気筒エンジンであって、
    前記複数の機関出力軸支持部のそれぞれに対して、前記気筒軸方向における前記気筒形成部とは反対側に接続され、前記機関出力軸を支持する部分を有するキャップ部を更に備え、
    複数の前記キャップ部は、前記気筒軸方向における前記機関出力軸支持部とは反対側の端部同士が互いに接続されておらず、それぞれの前記端部が自由端の状態にある、
    多気筒エンジン。
  8. 請求項7に記載の多気筒エンジンであって、
    前記複数のヘッドボルト孔のそれぞれは、前記気筒軸方向において、前記合わせ面から前記機関出力軸支持部における前記キャップ部側の端部まで貫通しており、
    前記複数のキャップ部のそれぞれは、前記ヘッドボルト孔と連続するとともに、前記ヘッドボルトと螺結するネジ孔を有し、
    前記シリンダブロックは、前記複数のヘッドボルトと前記ネジ孔の雌ネジとの螺結により、前記シリンダヘッドと前記キャップ部とで密に挟持されている、
    多気筒エンジン。
  9. 請求項1から請求項8の何れかに記載の多気筒エンジンであって、
    前記シリンダブロックは、前記3つ以上の気筒形成部と前記複数の機関出力軸支持部と前記複数のキャップ部とを外方から囲繞するシリンダブロック外壁を更に有し、
    前記3つ以上の気筒形成部と前記複数の接続部と前記複数の機関出力軸支持部とは、金属材料を用い一体形成されており、
    前記シリンダブロック外壁は、樹脂材料を用い形成されている、
    多気筒エンジン。
  10. 請求項1から請求項9の何れかに記載の多気筒エンジンであって、
    前記第1リブを有する前記気筒形成部は、前記3つ以上の気筒形成部の内、前記機関出力軸方向の両端の前記気筒形成部を除く内側気筒形成部である、
    多気筒エンジン。
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