JP2021055573A

JP2021055573A - 締結構造

Info

Publication number: JP2021055573A
Application number: JP2019177390A
Authority: JP
Inventors: 本間　伸一; Shinichi Honma; 伸一本間; 大雅日比; Taiga Hibi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-04-08
Also published as: WO2021060260A1; CN114450474A

Abstract

【課題】シリンダブロックにシリンダヘッドをボルトにより締結する締結構造において、応力集中を抑制できる締結構造を提供する。【解決手段】シリンダブロック１にシリンダヘッド２をボルト３により締結する締結構造１００であって、シリンダブロック１は、複数のシリンダボア１０と、ウォータジャケット２０と、ボア壁３０と、ジャケット壁４０と、シリンダボア１０間の位置でジャケット壁４０に形成されたボス部５０と、ボス部５０に形成された雌ネジ穴６０と、を備え、シリンダボア１０間の位置を基準位置Ａ１として雌ネジ穴６０中心Ｘ周りに所定角度αずれた中心位置Ａ２を中心とする所定の角度範囲β内において、ウォータジャケット２０の底面２１に傾斜面２２を設ける。【選択図】図３

Description

本開示は、締結構造に関する。

内燃機関においては、シリンダブロックにシリンダヘッドをボルトにより締結する締結構造が知られている。

一般的に、この締結構造において、シリンダブロックは、複数のシリンダボア及びウォータジャケットの間に形成されたボア壁と、ボア壁に対向してウォータジャケットの外側に形成されたジャケット壁と、シリンダボア間の位置でジャケット壁に形成されたボス部と、を備える。ボス部には、ボルトが螺合される雌ネジ穴が形成される。

特開平１１−６４６２号公報

ところで、上記の締結構造では、シリンダブロックにシリンダヘッドが締結されると、雌ネジ穴を中心に、ボス部がシリンダヘッド側に引っ張られる。その結果、例えば、ウォータジャケットの底面では、ボス部に隣接する部分で応力が集中する可能性がある。このような応力集中は、疲労破壊等が生じる原因となる。

そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、シリンダブロックにシリンダヘッドをボルトにより締結する締結構造において、応力集中を抑制することにある。

本開示の一の態様によれば、シリンダブロックにシリンダヘッドをボルトにより締結する締結構造であって、前記シリンダブロックは、複数のシリンダボアと、複数のシリンダボアを囲繞するウォータジャケットと、前記シリンダボア及び前記ウォータジャケットの間に形成されたボア壁と、前記ボア壁に対向して前記ウォータジャケットの外側に形成されたジャケット壁と、前記シリンダボア間の位置で前記ジャケット壁に形成されたボス部と、前記ボス部に形成され前記ボルトが螺合される雌ネジ穴と、を備え、平面視において、前記シリンダボア間の位置を基準位置として前記雌ネジ穴中心周りに所定角度ずれた中心位置を中心とする所定の角度範囲内において、前記ウォータジャケットの底面に傾斜面を設けたことを特徴とする締結構造が提供される。

好ましくは、前記傾斜面は、前記角度範囲内において、前記基準位置側の開始位置からの角度が大きくなるにつれて、前記シリンダヘッド側に向かうように傾斜される。

本開示によれば、シリンダブロックにシリンダヘッドをボルトにより締結する締結構造において、応力集中を抑制できる。

締結構造におけるシリンダブロックの概略構成を示す平断面図である。図１に示したＩＩ−ＩＩ線の断面図である。図１に示したＩＩＩ部の拡大断面図である。図３に示したＩＶ−ＩＶ線の断面図であり、（ａ）は、従来構造を表し、（ｂ）は、本実施形態の構造を表す。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。また、図中に示す上下前後左右の各方向は、説明の便宜上定められたものに過ぎないものとする。

図１は、締結構造１００におけるシリンダブロック１の概略構成を示す平断面図であり、図２は、図１に示したＩＩ−ＩＩ線の断面図である。なお、図１は、図２に示したＩ−Ｉ線の高さ位置での断面を表している。

図１及び図２に示すように、締結構造１００は、シリンダブロック１にシリンダヘッド２（本実施形態では、図２のみに示す。）をボルト３により締結する締結構造である。

シリンダブロック１及びシリンダヘッド２は、内燃機関を構成する部品である。シリンダブロック１の下部には、クランクケース４が一体に形成されている。シリンダヘッド２は、シリンダブロック１の上部に接続されてボルト３により締結される。

シリンダブロック１は、直列された複数のシリンダボア１０（本実施形態では４つ。但し、図１中には２つのみを示す。）と、複数のシリンダボア１０を囲繞するウォータジャケット２０と、シリンダボア１０及びウォータジャケット２０の間に形成されたボア壁３０と、を備える。

また、シリンダブロック１は、ボア壁３０に対向してウォータジャケット２０の外側に形成されたジャケット壁４０と、シリンダボア１０間の位置でジャケット壁４０に形成されたボス部５０と、ボス部５０に形成されボルト３が螺合される雌ネジ穴６０と、を備える。

シリンダボア１０は、前後方向に一列に並んで配置される。シリンダボア１０は、ピストン（不図示）を昇降可能に収容する空間であり、平面視で断面円形状に形成される。なお、本実施形態の上下方向は、シリンダボア１０の中心軸Ｃの方向に一致する。

ウォータジャケット２０は、シリンダブロック１の内部において、エンジン冷却水が流れる通路である。また、ウォータジャケット２０は、上下方向に長い断面形状を有し、シリンダブロック１の上面の近傍かつ下方の位置から、シリンダブロック１の下面の近傍かつ上方の位置にかけて形成される。

ボア壁３０は、前後方向に並んで配置された複数（図１中には２つ）の円筒状の壁部３１と、隣り合う壁部３１同士を一体に接続して形成されたボア間隔壁部３２と、を有する。シリンダボア１０は、円筒状の壁部３１の内壁面により画成される。

ジャケット壁４０は、平面視において、前後方向に長い枠状に形成され、ボア壁３０との間に隙間を空けて配置される。ウォータジャケット２０は、ボア壁３０とジャケット壁４０との隙間により画成される。

ボス部５０は、シリンダボア１０列方向（前後方向）において、隣り合うシリンダボア１０間に位置するジャケット壁４０に形成される。また、ボス部５０は、左右両側のジャケット壁４０にそれぞれ形成される。

また、ボス部５０は、ボア間隔壁部３２に向けて、ジャケット壁４０から左右方向の内側に突出するように形成される。

本実施形態のボス部５０は、平面視において、断面略半円状に形成され、中心部分に雌ネジ穴６０を有する。また、ボス部５０は、前後方向におけるシリンダボア１０間の位置（シリンダボア１０の中心軸Ｃ間を２等分する位置）を基準位置Ａ１として、前後対称の断面形状を有する。

図２に示すように、雌ネジ穴６０は、シリンダブロック１の上面から下部にかけて、上下方向に延びる。雌ネジ穴６０の下端６１は、ウォータジャケット２０の底面２１よりも高い位置に位置される。なお、図１中、雌ネジ穴６０は、見えない高さ位置にあるが、平面視において位置を理解できるように便宜上記載している。

シリンダヘッド２には、シリンダブロック１の雌ネジ穴６０と同軸に配置されたボルト挿通穴７０が形成される。シリンダヘッド２は、ボルト３が上方からボルト挿通穴７０に挿通されて雌ネジ穴６０に螺合されることで、シリンダブロック１に締結される。なお、符号８０は、シリンダヘッド２の内部に形成されたウォータジャケットである。

ところで、シリンダブロック１にシリンダヘッド２が締結されると、雌ネジ穴６０を中心に、ボス部５０がボルト３によってシリンダヘッド２側（上側）に引っ張られる。

これにより、ウォータジャケット２０の底面２１では、ボス部５０に隣接する部分に、上側に引っ張られる応力が生じる。

特に、本実施形態では、図３に示すように、雌ネジ穴６０の中心Ｘ周りに基準位置Ａ１から所定角度αずれた位置を中心位置Ａ２とする所定の角度範囲β内において、ボス部５０の表面５１が、雌ネジ穴６０側からボア壁３０側に向かって突出した円弧状の断面形状を有する。ウォータジャケット２０の底面２１では、このようなボス部５０に隣接する角度範囲β内の領域Ｄにおいて、応力が集中する傾向がある。

ここで、図４は、図３に示したＩＶ−ＩＶ線の断面図であり、（ａ）は、従来構造を表し、（ｂ）は、本実施形態の構造を表す。なお、図３及び図４では、基準位置Ａ１よりも前方の構造のみが示されている。基準位置Ａ１よりも後方の構造は、前方の構造と前後対称の関係になり、同様の作用効果を得られる。

図４（ａ）に示すように、従来構造の場合、ウォータジャケット２０の底面２１は、上記の角度範囲β内において、図１に示したシリンダボア１０の中心軸Ｃに垂直な平面（便宜上、水平面と言う。）となっている。この場合、この角度範囲β内の領域Ｄでは、シリンダボア１０の中心軸Ｃと平行で上側に引っ張られる応力Ｐ１によって、応力集中が生じる。

すなわち、本実施形態で言う「所定の角度範囲β」は、仮に、底面２１が水平面である場合に、シミュレーション試験等によって応力集中が認められる角度範囲を意味する。このような応力集中は、ウォータジャケット２０の底面２１やボス部５０の表面５１において、疲労破壊等が生じる原因となる。

これに対して、図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、上記の角度範囲β内において、ウォータジャケット２０の底面２１に傾斜面２２が設けられる。具体的には、角度範囲β内の領域Ｄの全体に傾斜面２２が形成される。また、傾斜面２２は、角度範囲β内において、基準位置Ａ１側の開始位置Ｂからの角度が大きくなるにつれて、シリンダヘッド２側（上側）に向かうように傾斜される。なお、傾斜面２２は、角度範囲β内において、底面２１の全体に形成されるが、領域Ｄを含む底面２１の一部のみに形成されても良い。

本実施形態によれば、角度範囲β内に位置する領域Ｄの面上において、シリンダボア１０の中心軸Ｃと平行で上側に引っ張られる応力Ｐ１が、傾斜面２２に平行な応力Ｐ２と、傾斜面２２に垂直な応力Ｐ３とに分解される。その結果、領域Ｄに生じる応力が分散され、応力集中を抑制できる。そして、応力集中による疲労破壊等が抑制可能になる。また、これにより、シリンダブロック１の構造強度が向上し、より高い圧縮比等に適した内燃機関を提供することが可能となる。

また、図３に示すように、角度範囲β内において、開始位置Ｂからの角度が小さい位置では、ウォータジャケット２０の通路幅Ｗ１が小さく形成され、開始位置Ｂからの角度が大きい位置では、この通路幅Ｗ２が大きく形成される（Ｗ２＞Ｗ１）。

そして、図３及び図４（ｂ）を見比べて分かるように、大きい通路幅Ｗ２の位置では、小さい通路幅Ｗ１の位置に比べて、底面２１の高さ位置が高く形成される分、ウォータジャケット２０の底壁部２３が肉厚になる。これにより、大きい通路幅Ｗ２の位置でも、底面２１の強度を確保でき、疲労破壊等を効果的に抑制できる。

他方、上述した基本実施形態は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図２に示したように、基本実施形態では、雌ネジ穴６０の下端６１の高さ位置が、ウォータジャケット２０の底面２１よりも高い位置であったが、底面２１と同じ高さ位置、または、それより低い位置であっても良い。また、雌ネジ穴６０がシリンダブロック１の上面から下面まで貫通していても、同様の作用効果が得られる。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は上述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って、本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１シリンダブロック
２シリンダヘッド
３ボルト
１０シリンダボア
２０ウォータジャケット
２１底面
２２傾斜面
３０ボア壁
４０ジャケット壁
５０ボス部
６０雌ネジ穴
１００締結構造
Ａ１基準位置
Ａ２中心位置
Ｂ開始位置
α 所定角度
β 所定の角度範囲

Claims

シリンダブロックにシリンダヘッドをボルトにより締結する締結構造であって、
前記シリンダブロックは、
複数のシリンダボアと、
複数のシリンダボアを囲繞するウォータジャケットと、
前記シリンダボア及び前記ウォータジャケットの間に形成されたボア壁と、
前記ボア壁に対向して前記ウォータジャケットの外側に形成されたジャケット壁と、
前記シリンダボア間の位置で前記ジャケット壁に形成されたボス部と、
前記ボス部に形成され前記ボルトが螺合される雌ネジ穴と、を備え、
平面視において、前記シリンダボア間の位置を基準位置として前記雌ネジ穴中心周りに所定角度ずれた中心位置を中心とする所定の角度範囲内において、前記ウォータジャケットの底面に傾斜面を設けた
ことを特徴とする締結構造。
前記傾斜面は、前記角度範囲内において、前記基準位置側の開始位置からの角度が大きくなるにつれて、前記シリンダヘッド側に向かうように傾斜される
請求項１に記載の締結構造。