JP3077452B2 - 内燃機関のシリンダブロック - Google Patents

内燃機関のシリンダブロック

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のシリンダブロ
ックに関し、とくにシリンダヘッドのシリンダブロック
への締結によるシリンダボアのゆがみおよびガスケット
シール面の撓みを抑制したシリンダブロックの構造に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図１０に示すような、ウォータジャケッ
ト上端が閉塞したクローズドデッキ型シリンダブロック
５１に、シリンダヘッド５２をヘッドボルト５３によっ
て締結すると、ヘッドガスケット５４のうち硬いグロメ
ット５５を支点としてボルトボス５６が引き上げられ、
シリンダボア壁５７およびデッキ５８に、図１１に示す
ようなボア中心とボルト中心を結ぶ面内の曲げモーメン
トが作用する。これによって、シリンダボアは図１２に
破線で示すような４次の変形（両端のボアは３次の変
形）を生じてゆがみ、デッキ５８は図１０に示すように
内側に下降する傾きを生じる。シリンダボアにゆがみを
生じるとピストン打音やオイル消費が悪化する。
【０００３】シリンダボアの変形を抑制するために、従
来、種々の提案がなされている。たとえば、実公昭５９
−２４８４６号公報は、図１３に示すように、ブロック
外壁６１とサイアミーズシリンダボア壁の気筒間連結部
６２とを、ピストンのオイルリングの側方部位で、単一
ブリッジ６３にて連結してピストンオイルリング側方部
位におけるシリンダボアの４次の変形を抑制するととも
に、その上方にはデッキを設けない構造としてデッキを
設けた場合に伝わる曲げモーメントの伝達を遮断するよ
うにしたシリンダブロックを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のブリッ
ジ連結型シリンダブロックでは、シリンダボアの変形は
低減されるものの、ブロック外壁上端面６４が、図１４
に示すように、ヘッドボルト６５の締結力によって内側
に下降する方向に傾き、シール性上問題を生じる。すな
わち、ボルトボス６７がボルト締結力で気筒間連結部に
対して上方に引き上げられ、シリンダブロック外壁６１
が内側に倒れ込み、気筒間連結部上端面とシリンダヘッ
ド下面６８との間にギャップが生じ、気筒間にガスの吹
き抜けが生じる。また、ブロック外壁上端面６４が傾く
と、エンジン冷却水の水もれが生じたり、ガスケットの
耐久性に問題が生じる。
【０００５】本発明の目的は、シリンダヘッドのシリン
ダブロックへの締結によるシリンダボアのゆがみ（４次
変形）、シリンダブロックのガスケットシール面の傾き
を抑制できる内燃機関のシリンダブロックを提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明に係る内燃機関のシリンダブロックは次のシ
リンダブロックから成る。すなわち、複数のシリンダボ
ア壁が気筒間でボア壁結合部により結合された単一のサ
イアミーズボア壁構造体と、前記サイアミーズボア壁構
造体をウォータジャケットを構成するスペースをおいて
囲み、前記サイアミーズボア壁構造体のボア壁結合部の
気筒並び方向両側部位にボルトボスが形成されたシリン
ダブロック外壁と、を有する内燃機関のシリンダブロッ
クにおいて、前記サイアミーズボア壁構造体のボア壁結
合部と前記シリンダブロック外壁の前記ボルドボスと
を、ボルトボスのねじ部の側方に位置する下部ブリッジ
と該下部ブリッジの気筒軸方向上方に位置する上部ブリ
ッジとのダブルブリッジ構造で連結した内燃機関のシリ
ンダブロック。
【０００７】
【作用】ピストンリング、オイルリングによるガスシー
ル、オイルシールで問題となるのは４次以上の高次のボ
ア変形である。２次、３次の低次のボア変形にはピスト
ンリング、オイルリングは追従変形してシールする。し
たがって、中央気筒の４次変形対策が重要である（両端
気筒は図１２に示すように３次変形のためリングでシー
ルできる）。ヘッドボルトを締めたときに、気筒間ボル
トボスに作用するモーメントは、図１１に示すように、
ボルト穴中心と両側のボア中心とを結ぶ面内に働らき
（Ｅ1、Ｅ2 ）、その合成モーメントＥ0 は気筒並び方
向と直角方向に作用する。したがって、気筒間ボルトボ
スの気筒並び方向と直角方向の曲げ剛性を大にすれば、
該ボルトボスのＥ0 方向への倒れ込みも低減でき、それ
につれてＥ1 、Ｅ2 方向の曲げ変形も小になり、ボアの
４次変形も小になる。サイアミーズシリンダボア壁の気
筒間連結部は、気筒並び方向と直角方向には一枚の中実
の板とみなせ、板面内方向の剛性は非常に大きく、気筒
並び方向と直角方向には剛体とみなせる。本発明のシリ
ンダブロックでは、ボルトボスを気筒並び方向直角方向
に、ダブルブリッジにてサイアミーズボア壁のボア壁結
合部（気筒並び方向直角方向に剛体）に連結したので、
気筒間ボルトボスの気筒並び方向と直角方向の曲げ剛性
を大にでき、中央ボアの４次変形を低減でき、デッキ上
面の傾きを低減できる。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明の望ましい実施例を図１〜図
９を参照して説明する。図１〜図５は本発明の第１実施
例を示している。図１〜図５において、１はシリンダブ
ロックを示しており、たとえば４気筒エンジンのシリン
ダブロックから成る。シリンダブロック１は、サイアミ
ーズボア壁構造体（個々のシリンダボア壁が離れたもの
でない構造）２と、それをウォータジャケットを構成す
るスペースをおいて囲むシリンダブロック外壁３とを有
する。サイアミーズボア壁構造体２は複数のシリンダボ
ア壁４を気筒間でボア壁結合部５で結合したものから成
る。シリンダブロック外壁３は各気筒の中心として四隅
の位置にボルトボス６を有し、各ボルトボス６にはボル
ト穴７が形成されている。気筒間のボルトボス６および
ボルト穴７の中心は、サイアミーズボア壁構造体のボア
壁結合部５の中心線の延長線上にあり、ボア壁結合部５
の中心線は気筒並び方向と直交する。ボルト７はカウン
タボア（ねじのない部分）８とその下側のねじ部９とを
有する。シリンダブロックの一側には、ボルト７より外
側のシリンダブロック外壁３に、ブローバイガス兼オイ
ル戻し通路１０が形成されている。
【０００９】サイアミーズボア壁構造体２のボア壁結合
部５と、そのボア壁結合部の中心線の延長線上にあるボ
ルトボス６とは、ボルト穴７のねじ部９側方で気筒並び
方向と直交方向に延びる下部ブリッジ１１と、下部ブリ
ッジ１１の上方に位置する上部ブリッジ１２とのダブル
ブリッジで、互いに連結されている。図２は下部ブリッ
ジ１１を示し、図４は上部ブリッジ１２を示している。
図３において、左右の下部ブリッジ１１の間および左右
の上部ブリッジ１２の間は、一枚もののボア壁結合部５
であり、ボア壁結合部５の面内方向にほぼ剛体とみなせ
る大きな曲げ剛性を有している。ボア壁結合部５の上部
は燃焼ガスに接触する部分であるため、冷却のためにボ
ア壁結合部５内に小径の冷却水通路１３、１４を形成し
てもよい。図３では、ブロック内ウォータジャケット１
５からシリンダヘッド内ウォータジャケット（図示せ
ず）へと通じる通路１３、１４がボア壁結合部５内に形
成されたものが示されている。このような冷却水通路１
３、１４を形成しても、ボア壁結合部５の面内剛性（気
筒並び方向と直交方向の剛性）はほとんど低下しない。
第１実施例では、図３に示すように、上下のブリッジ１
１、１２間には冷却水が流れる通路１６が残されてお
り、シリンダブロック上部の水の流れを良くして下部ブ
リッジ１１を設けたにかかわらず冷却性を低下させない
ようにしてある。
【００１０】図５は本発明の第１実施例のダブルブリッ
ジの望ましい寸法関係の概略を示している。図５に示す
ように、下部ブリッジ１１の幅Ｗ2 はボア壁結合部５の
最小厚さ部の厚さＤとほぼ等しく、すなわち図８に示す
α＜βの関係を満すように設定され、上部ブリッジ１２
の幅Ｗ1 は下部ブリッジ１１の幅Ｗ2 より大とされてい
る。また、上部ブリッジ１２の断面２次モーメントＩ1
は下部ブリッジ１１の断面２次モーメントＩ2 以上とさ
れる。
【００１１】上記のように寸法関係を設定する理由は次
の通りである。Ｗ2 ≒Ｄとする理由は、Ｗ2 がＤよりは
るかに大きすぎる（たとえば、図８に示すαとβの関係
がα＞βとなる）とＤより外側のＷ2 部分を伝わるボル
トボス６からのモーメント荷重がシリンダボア壁４を変
形させるおそれがあるからである。Ｗ1 をＷ2 より大き
くするのは、Ｉ1 をＩ2 以上にするためである。また、
Ｉ1 ≧Ｉ2 とする理由は、図３のような曲げモーメント
が作用した場合、曲げモーメントの支点（トップデッキ
上のボア周り）に近い上部ブリッジ１２の方に大きな曲
げモーメントがかかるため、曲げ剛性ＥＩに寄与する断
面２次モーメントをＩ1 ≧Ｉ2 としてその大きな曲げモ
ーメントを受けるようにするためである。ここで、Ｉ1
を大きくするためには、上部ブリッジ１２の厚さを大に
するのが効果的ではあるが、Ｉ1 を大にすると、シリン
ダ上部のボア壁の温度が上昇するため、ピストン上死点
位置でのピストンリング溝温度が上昇し望ましくない。
そのため、上部ブリッジ１２の幅を大きくすることでＩ
1 を大にする構造としている。
【００１２】つぎに第１実施例の作用を説明する。ヘッ
ド締め付け時には、図１０に示すように、ボルト軸力に
よりボルトボス６に曲げモーメントが発生するが、気筒
間のボルトボス６では図１１に示すように、これらの曲
げモーメントＥ1 、Ｅ2 の合成モーメントはＥ0 方向、
すなわち気筒並び方向と直角方向に作用する。しかし、
気筒間ボルトボス６はＥ0 方向にはほぼ剛体とみなせる
ボア壁結合部５にダブルブリッジ構造で連結されている
ため、ボルトボス６の変形は大幅に低減される。その結
果、Ｅ1 、Ｅ2 方向の曲げ変形成分も抑制され、シリン
ダボアの４次変形が抑制されるとともにトップデッキ上
面（上部ブリッジ１２の上面）の傾きも抑制される。そ
の結果、シリンダボアの４次変形に起因するオイル消費
の増大、ピストン打音の悪化も抑えられる。また、トッ
プデッキの傾きによるガスケットの損傷、および図１４
のようなヘッド下面とボア壁結合部上面との間の隙間生
成によるガスの気筒間吹き抜けも生じない。
【００１３】図６は本発明の第２実施例を示している。
第２実施例が第１実施例と異なるところは、第２実施例
では下部ブリッジ１１′が上部ブリッジ１２とつながっ
ていることである。下部ブリッジ１１′を上部ブリッジ
１２迄上方に延ばすことによってボルトボス６とボア壁
結合部５との連結が強くなり、より一層シリンダボアの
変形およびトップデッキの傾きが抑えられる。その他の
構成、作用は第１実施例に準じるので、準じる部分に第
１実施例と同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００１４】図７、図８、図９は本発明の第３実施例を
示している。第３実施例が第１実施例と異なるところ
は、上部ブリッジ１２に、冷却水をシリンダヘッド内ウ
ォータジャケット（図示略）に導く小さな水穴（加工
穴）１７が設けられていることである。ただし、水穴１
７の大きさは、トップデッキ剛性をそこなわない程度に
する。これによってシリンダブロック上部のウォータジ
ャケットにおける冷却水の流れを良くし冷却性を向上さ
せている。この場合、図９に示すように、下部ブリッジ
１１″の側面にテーパをつけてウォータジャケット内の
水の流れをシリンダヘッド側に効果的に向けて冷却性能
をさらに向上させてもよい。その他の構成、作用は第１
実施例に準じるので、準じる部分に第１実施例と同一符
号を付して説明を省略する。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、シリンダブロックの外
壁のボルトボスをサイアミーズボア壁構造体のボア壁結
合部にダブルブリッジで連結したので、ボルトボスの曲
げ剛性を気筒並び方向と直交方向に著しく増大でき、ヘ
ッドボルト締め時に気筒間ボルトボスに気筒並び方向と
直交する方向に曲げモーメントが作用してもボルトボス
の変形を大幅に低減でき、それによってシリンダボア壁
の４次の変形およびトップデッキの傾きを抑制できる。
その結果、オイル消費の低減、ピストン打音の低減、ヘ
ッドガスケットの耐久性の向上、気筒間吹き抜けの抑
制、ブロック放射音低減等の種々の効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関のシリンダ
ブロックの全体斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面に沿うシリンダブロックの断
面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面に沿うシリンダブロックの断
面図である。
【図４】図１のシリンダブロックの平面図である。
【図５】図３のシリンダブロックの上下ブリッジの寸法
関係を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る内燃機関のシリンダ
ブロックの断面図である。
【図７】本発明の第３実施例に係る内燃機関のシリンダ
ブロックの断面図である。
【図８】図７のシリンダブロックの部分平面図である。
【図９】図７のシリンダブロックの下部ブリッジの断面
図である。
【図１０】従来のシリンダブロックにおけるヘッドボル
ト締め時のシリンダボア壁とトップデッキの変形を示す
断面図である。
【図１１】図１０のシリンダブロックにおけるボルト締
結による曲げモーメントのベクトル図である。
【図１２】図１０のシリンダブロックにおけるシリンダ
ボアの変形を誇張して示した平面図である。
【図１３】実公昭５９−２４８４６号公報のシリンダブ
ロックの概略断面図である。
【図１４】図１３のシリンダブロックにボルト締結力が
作用したときのシリンダブロックの変形を誇張して示す
断面図でる。
【符号の説明】
１ シリンダブロック ２ サイアミーズボア壁構造体 ３ シリンダブロック外壁 ４ シリンダボア壁 ５ ボア壁結合部 ６ ボルトボス ７ ボルト穴 ８ カウンタボア ９ ねじ部 １０ ブローバイガス兼オイル戻し通路 １１ 下部ブリッジ １１′ 下部ブリッジ １１″ 下部ブリッジ １２ 上部ブリッジ １３ 冷却水通路 １４ 冷却水通路 １５ ウォータジャケット １６ 通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−153249（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−103245（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−10258（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−71936（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−179150（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−63553（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02F 1/00 - 1/40 F01P 3/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のシリンダボア壁が気筒間でボア壁
    結合部により結合された単一のサイアミーズボア壁構造
    体と、 前記サイアミーズボア壁構造体をウォータジャケットを
    構成するスペースをおいて囲み、前記サイアミーズボア
    壁構造体のボア壁結合部の気筒並び方向両側部位にボル
    トボスが形成されたシリンダブロック外壁と、を有する
    内燃機関のシリンダブロックにおいて、 前記サイアミーズボア壁構造体のボア壁結合部と前記シ
    リンダブロック外壁の前記ボルドボスとを、ボルトボス
    のねじ部の側方に位置する下部ブリッジと該下部ブリッ
    ジの気筒軸方向上方に位置する上部ブリッジとのダブル
    ブリッジ構造で連結したことを特徴とする内燃機関のシ
    リンダブロック。
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