JP2021148103A - モノブロック式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】モノブロック式の内燃機関において、大型化を防止しつつピストンの嵌め込みを容易化する。【解決手段】シリンダブロック１とシリンダヘッドとが鋳造品として一体化しており、シリンダブロック１の下面にクランクケース４が固定されている。クランクケース４には、クランク軸６のクランクジャーナル７を回転自在に保持する軸受け壁部８が形成されており、軸受け壁部８は、前後壁部（ボア間部）２５の最小幅よりも大きい寸法になっている。従って、クランク軸６を安定的に保持できる。シリンダブロック１の前後壁部２５の下端部に、ピストン１７の嵌め込みをガイドする下広がり傾斜面２６が形成されている。前後壁部２５を厚肉化する必要はないため、機関の大型化を防止できる。【選択図】図３

Description

本発明は、シリンダブロックとシリンダヘッドとを一体の鋳造品としたモノブロック式内燃機関に関するものである。

内燃機関は、機関本体としてシリンダブロックとシリンダヘッドとを備えており、一般に、これらシリンダブロックとシリンダヘッドとは別体に製造されており、ガスケットを介してヘッドボルトで締結されている。他方、シリンダブロックとシリンダヘッドとを一体に鋳造してモノブロック化することが提案されている。

シリンダヘッドとシリンダブロックとを一体化すると、ガスケットやヘッドボルトは不要になるため組み立ての手間を軽減できる利点や、冷却性を向上できるなどの利点があるが、ピストンはシリンダボアに下方から嵌め込むことになるため、治具を使用し難くてピストンの嵌め込みが厄介になるという問題がある。

つまり、ピストンにはピストンリング（オイルリング及びコンプレッションリング）が装着されており、これらのピストンリングは自由状態ではシリンダボアの内径よりも大きい外径に設定されていることから、ピストンの嵌め込みに際してはピストンリングをその弾性に抗して縮径せねばならないが、モノブロック構造では、スペースの問題からピストンリングを縮径させるガイド用の治具を使用し難く、従って、ピストンの嵌め込みが厄介であった。

この点について特許文献１には、シリンダボアの下端に面取り部を全周に亙って形成すると共に、シリンダボアの下方部のうちクランク軸線方向から見て前後両側の部位にガイド部材を固定し、ガイド部材に、ピストンの挿入をガイドするガイド面を形成することが開示されている。

特許文献１では、前後一対のガイド部材に設けたガイド面によってピストンリングの縮径がガイドされるため、ピストンをシリンダボアにスムースに挿入できると云える。従って、ガイド機能は優れていると解される。

実公平０７−２９９９号公報

特許文献１では、シリンダボアの下端に面取り部を形成して、更に、ガイド部材のガイド面は、シリンダボアの軸心から離れるように形成しており、図３，４のとおり、ガイド面の下端をクランクジャーナル用軸受け部の壁面に一致させている。従って、ボア間部の箇所では、クランクジャーナル用軸受け部は、隣り合ったガイド面の下端間の間に位置している。従って、クランクジャーナル用軸受け部（壁部）は、ボア間部の箇所では、隣り合ったシリンダボアで挟まれた部位に位置し、シリンダボアの群の端部では、シリンダボアの外側に位置している。

さて、クランク軸の安定的な回転のためには、クランクジャーナル用軸受け部（壁部）はある程度の幅寸法が必要である。しかるに、特許文献１では、シリンダボアの軸心方向から見て、クランクジャーナル用軸受け部（壁部）がシリンダボアの外側に位置しているため、クランクジャーナル用軸受け部（壁部）に必要な幅寸法を確保すると、必然的にシリンダボアのピッチは大きくならざるを得ず、このため機関が大型化してしまうという問題がある。

本願発明は、この問題を改善しようするものである。

本願発明の内燃機関は、
「下向きに開口したシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記各シリンダボアに対応して吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダヘッドとを有し、これらシリンダブロックとシリンダヘッドとは１つの鋳造品として一体に連続しており、
かつ、前記シリンダブロックの下面に、クランク軸を回転自在に保持するクランクケースが重ね固定されている」
という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、
「前記クランクケースのうちクランクジャーナルを上から保持する各軸受け壁部は、シリンダボアの軸心方向から見て前記シリンダボアと部分的に重なる幅寸法に形成されている一方、
前記シリンダブロックのうちクランク軸線方向から見て前記シリンダボアを挟んだ前後両側の部位の下端部に、シリンダボアへのピストンの嵌め込みをガイドする下広がり傾斜面が形成されている」
という特徴を備えている。

本願発明では、各軸受け壁部は、シリンダボアの軸心方向から見て前記シリンダボアと部分的に重なる幅寸法に形成されているため、各軸受け壁部には、シリンダボアの軸心方向から見てシリンダボアに向けて入り込んだ重なり部が存在している。

本願発明において、シリンダボアへのピストンの嵌め込みは、クランクケースをシリンダブロックに固定する前に行われる。すなわち、コンロッドが連結されたピストンを各シリンダボアに嵌め込んでから、クランクケースをシリンダブロックに固定し、次いで、クランクキャップを介してクランク軸をクランクケースに取り付け、それから、コンロッドをクランクピンに連結するという組み立て手順が採られる。

そして、シリンダボアへのピストンの嵌め込みに際しては、シリンダボアの下端部に形成した前後の下広がり傾斜面によってピストンリングの縮径がガイドされることにより、ピストンをシリンダボアにスムースに嵌め込むことができる一方、クランクケースはピストンの嵌め込み後にシリンダブロックに固定されるため、シリンダボアと重複する重なり部を有していても、ピストンの嵌め込みの障害にはならない。

従って、シリンダボアへのピストンの嵌め込みを容易に行える内燃機関でありながら、クランクケースの軸受け壁部に必要な幅寸法を確保しつつ、シリンダボア間のピッチを必要最小限度に小さくできる（ボア間部の間隔を必要最小限度に小さくできる。）。従って、ピストンの取り付けの容易性を確保しつつ、機関本体の大型化を防止して燃費悪化を防止できる。

また、シリンダボアの下端部に下広がり傾斜面を形成したことによってシリンダブロックの重量が低減するが、クランクジャーナルの支持機能はクランクケースの軸受け壁部が担っているため、シリンダボアの傾斜面を形成してもクランク軸の保持機能には影響しない。従って、クランク軸の回転支持機能に悪影響を及ぼすことなく機関を軽量化して燃費の改善に貢献できる。

実施形態のように、クランクケースにおける各軸受け壁部の上端部に、シリンダボアの傾斜面に対応した上広がり傾斜面を形成することも可能であり、このように構成すると、クランクケースとシリンダブロックとの密着性を高めて締結の安定性を向上できると共に、ピストン冷却用のオイル（オイルジェット）の逃がしを良好にできる利点がある。

実施形態に係る内燃機関の縦断面図で、図２のI-I 視断面図である。 図１のII-II 視概略断面図である。 図１及び図２のIII-III 視縦断側面図である。 図３の IV-IV視底面図である。 （Ａ）はピストンの挿入手順を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。 別例の縦断側面図である。

(1).構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、タイミングチェーンが配置される側を前、ミッションケースが配置される側を後ろとしている。左右方向は、クランク軸線及びシリンダボア軸心と直交した方向である。図１に方向を明示している。

図１に示すように、内燃機関は、基本的要素として、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とが一体化したモノブロック式の本体ブロックと、シリンダブロック１の下面にボルト３で固定されたクランクケース４とを備えている。ボルト３は、各シリンダボア５の中心線を挟んだ左右両側と、各シリンダボア５の前後両側の部位の左右両側の部位とに配置されている。

図２に示すように、シリンダブロック１には、クランク軸線方向に並んだ３つのシリンダボア５が形成されている。従って、本実施形態の内燃機関は３気筒である。本体ブロックはアルミの鋳造品であるが、各シリンダボア５の内面に、鉄製のライナーを鋳込むことも可能である。

図３から容易に理解できるように、クランクケース４には、クランク軸６のクランクジャーナル７を上から保持する軸受け壁部８が形成されており、クランクジャーナル７は、軸受け壁部８の下面にボルト９で固定されたクランクキャップ１０によって回転自在に保持されている。軸受け壁部８及びクランクキャップ１０とクランクジャーナル７の間には、軸受けメタル１１が配置されている。

なお、図１において符号１２で示すのは吸気ポート、符号１３で示すのは排気ポート、符号１４で示すのは点火プラグを装着するイグニッションホール、符号１５で示すのは冷却水ジャケットである。複数の排気ポート１３は、１つに集合して排気側面に開口している。

図１のとおり、各シリンダボア５にはピストン１７が摺動自在に嵌め込まれている。ピストン１７の外周のうち上部には３本の環状溝１８が形成されて、各環状溝１８にピストンリング（オイルリング及びコンプレッションリング）１９が装着されている。

また、ピストン１７にはピストンピン２０を介してコンロッド２１の小端部２１ａが連結されており、コンロッド２１の大端部２１ｂは、クランク軸６のクランクアーム２２に固定されたクランクピン２３に、コンロッドキャップ２４を介して連結されている。図１に示すように、クランクアーム２２にはカウンタウエイト２２ａを設けている。

シリンダブロック１のうち、クランク軸線方向から見て各シリンダボア５を挟んだ前後両側の部位は、クランク軸線方向の幅を有する前後壁部２５になっているが、この前後壁部２５は、強度を維持するのに必要最小限度の幅寸法になっている。前後壁部２５のうち隣り合ったシリンダボア５の間の部分はボア間部になっており、図２に明示するように、ボア間部の箇所には、上下長手のリブ１ａを設けている。

他方、図２に明示するように、クランクケース４の軸受け壁部８は、クランクジャーナル７を安定的に保持できる幅寸法になっており、軸受け壁部８の幅寸法はシリンダブロック１における前後壁部２５の最小幅寸法よりも大きい寸法になっている。そこで、軸受け壁部８は、シリンダボア５の軸心方向から見てシリンダボア５に入り込んだ重なり部８ａを有している。

図１に示すように、シリンダブロック１の前後壁部２５はシリンダボア５の下端よりも若干の寸法Ｅだけ下がっている。換言すると、シリンダボア５の下端は、シリンダブロック１の下面よりも若干の寸法Ｅだけ上に位置している。

そして、図３，４に示すように、シリンダブロック１における各前後壁部２５の下端部に、ピストン１７の嵌め込みをガイドするための下広がり傾斜面２６を形成しており、前後の下広がり傾斜面２６の下端間の間隔Ｌは、自由状態でのピストンリング１９の外径Ｄ（最大径）よりも大きい寸法になっている。

また、図３のとおり、クランクケース４における軸受け壁部８の上部には、シリンダブロック１の下広がり傾斜面２６と逆方向に傾斜した上広がり傾斜面２７が形成されており、傾斜面２６，２７を設けた箇所において、シリンダブロック１とクランクケース４とは略同じ形態で密着している。図３ではクランクケース４の軸受け壁部８にも上広がり傾斜面２７を形成したが、図６に示すように、クランクケース４における軸受け壁部８を上下全高に亙って等幅のままに設定しておくことも可能である。図１に示すように、クランクケース４の下面にはオイルパン２８が固定されている。

(2).ピストンの取り付け手順
本実施形態において、内燃機関の組み立ては、各シリンダボア５への各ピストン１７の嵌め込み、シリンダブロック１へのクランクケース４の締結、クランクケース４へのクランク軸６の取り付け、クランク軸６へのコンロッド２１の連結、という順序で行われる。準備段階として、各ピストン１７にはコンロッド２１が連結されている。

そして、図４でシリンダボア５へのピストン１７の嵌め込み行程の初期状態を示しているが、シリンダブロック１における前後の下広がり傾斜面２６の下端間の距離Ｌは自由状態にあるピストンリング１９の外径Ｄよりも大きいため、ピストン１７の上部を前後の下広がり傾斜面２６の間の空間に嵌め込むと、最上段のピストンリング１９の上端縁が前後の下広がり傾斜面２６に当接する。従って、ピストン１７をシリンダボア５の軸心方向に押し込むと、各ピストンリング１９は順番に縮径して、ピストンリング１９を装着したピストン１７の全体がシリンダボア５に嵌まり込む。

そして、最下段のピストンリング１９がシリンダボア５に入り込んだら、各ピストンリング１９はシリンダボア５の内周をスムースにスライドするので、ピストン１７を軽い力で所定高さに移動させることができる。この場合、下広がり傾斜面２６はシリンダボア５の前後両側の部位のみに形成されているが、ピストンリング１９は軸心を挟んだ対象位置において下広がり傾斜面２６に当たるため、片当たりしてこじれることなくスムースに縮径する。

各シリンダボア５に各ピストン１７を嵌め入れたら、クランクケース４をボルト３で固定し、次いで、クランク軸６をクランクケース３にクランクキャップ１０によって連結し、次いで、クランク軸６の各クランクピン２３にコンロッド２１の大端部２１ｂをコンロッドキャップ２４によって連結する。

さて、ピストンリング１９はループには連続しておらず、図５（Ｂ）に示すように、一端と他端とが対向した合口部１９ａが存在している。そして、自由状態において合口部１９ａの箇所は最も広がっている傾向を呈するため、シリンダボア５への嵌め込みに際しては合口部１９ａの箇所が最もシリンダボア５に引っ掛かりやすい。そこで、本実施形態では、合口部１９ａが下広がり傾斜面２６の箇所に位置するように、合口部１９ａをピストンピン２０の長手方向に向けて配置することにより、各ピストンリング１９の縮径を容易化している。

以上のように、軸受け壁部８はシリンダボア５に入り込んだ重なり部８ａを有して必要な前後幅を確保しているため、クランク軸６を安定した状態で保持できる一方、シリンダブロック１の前後壁部２５に下広がり傾斜面２６を形成しているため、ピストンリング１９の嵌め込みをスムースに行える。従って、機関の大型化を防止しつつ、ピストン１７の装着を容易に行える。

図３のようにクランクケース４の軸受け壁部８に上広がり傾斜面２７を形成すると、シリンダブロック１の前後壁部２５とクランクケース３の軸受け壁部８との密着性が向上するためシール性と締結強度とを向上できると共に、オイルジェットの逃がしも良好になる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、３気筒以外の多気筒内燃機関にも具体化できる。

本願発明は、モノブロック式内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
４ クランクケース
５ シリンダボア
６ クランク軸
７ クランクジャーナル
８ 軸受け壁部
８ａ 重なり部
１０ クランクキャップ
１７ ピストン
１８ 環状溝
１９ ピストンリング
２０ ピストンピン
２１ コンロッド
２５ 前後壁部
２６ 下広がり傾斜面
２７ 上広がり傾斜面

Claims (1)

1. 下向きに開口したシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記各シリンダボアに対応して吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダヘッドとを有し、これらシリンダブロックとシリンダヘッドとは１つの鋳造品として一体に連続しており、
   かつ、前記シリンダブロックの下面に、クランク軸を回転自在に保持するクランクケースが重ね固定されている構成であって、
   前記クランクケースのうちクランクジャーナルを上から保持する各軸受け壁部は、シリンダボアの軸心方向から見て前記シリンダボアと部分的に重なる幅寸法に形成されている一方、
   前記シリンダブロックのうちクランク軸線方向から見て前記シリンダボアを挟んだ前後両側の部位の下端部に、シリンダボアへのピストンの嵌め込みをガイドする下広がり傾斜面が形成されている、
   モノブロック式内燃機関。

Images