JP4175265B2 - 内燃機関の補機部品取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の補機部品取付構造に関し、さらに詳しくは、比重以外の材料特性が他の静止部品よりも劣る静止部品を有する内燃機関の補記部品取付構造に関するものである。

従来、内燃機関全体の軽量化を目的として、シリンダブロックなどを構成する材料として鋳鉄よりも比重が軽いアルミニウム合金を用いた内燃機関が実用化されている。しかしながら、近年、内燃機関全体のさらなる軽量化が要望されている。そこで、特許文献１に示すように、アルミニウム合金よりも比重がさらに軽いマグネシウム合金をシリンダブロックに用いる技術が提案されている。

この従来のシリンダブロックは、冷却水に接する部分、ヘッドボルト穴廻りの部分のように比較的大きな荷重がかかる部分、比較的高温になる部分をアルミニウム合金から形成し、残りの部分をマグネシウム合金から形成するものである。これにより、シリンダブロックの水に対する耐腐食性、耐荷重性、耐熱性を損なうことなく、このシリンダブロックを軽量化するものである。

特開２００２―２２７７１５号公報

ところで、内燃機関は一般に、シリンダブロックに代表される静止部品に、オルタネータに代表される補機部品をボルトなどの締結手段により締結する。ここで、補機部品は比較的重量物であるため、静止部品との締結が確実でないと、この補機部品自体が振動を発生し、車両の室内の静粛性が損なわれる。従って、上記従来のシリンダブロックに補機部品を締結手段により締結する際に、シリンダブロックの締結部分、例えばボルト穴をマグネシウム合金で形成すると、このマグネシウム合金がアルミニウム合金と比較して比重以外の材料特性が劣るため、補機部品の締結剛性の低下や締結部分の信頼性の低下により、補機部品を静止部品に確実に締結することができない虞がある。

また、静止部品どうし、例えばシリンダブロックとクランクケースとの合わせ面の少なくともいずれか一方にマグネシウム合金が介在する場合がある。この場合には、この介在するマグネシウム合金の部分に荷重が繰り返し加わると、このマグネシウム合金の材料特性により、へたりが発生し、静止部品どうしのシール性能が低下する虞がある。

一方、補機部品を締結するシリンダブロックの締結部分をマグネシウム合金と比較して比重以外の材料特性が高いアルミニウム合金などで形成することも考えられる。しかしながら、この場合はシリンダブロックをマグネシウム合金で構成する部分が減少し、内燃機関全体を大幅に軽量化することが困難になる虞がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の大幅な軽量化を図ると共に、静止部品に対する補機部品の確実な締結を図るあるいは静止部品どうしのシール性能の低下を抑制することができる内燃機関の補機部品取付構造を提供することを目的とするものである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、運動部品を内部に有する複数の静止部品に補機部品を締結手段により締結する内燃機関の補機部品取付構造において、複数の静止部品のうち少なくとも比重以外の材料特性が他の静止部品を構成する材料よりも劣る材料により構成される静止部品は、当該他の静止部品に挟まれるように配置され、締結手段は、補機部品を搭載したマウントを他の静止部品に跨って締結し、比重以外の材料特性は、剛性、強度、水に対する耐腐食性であることを特徴とする。

また、この発明では、少なくともシリンダブロック、クランクケース、ロアケースを備える内燃機関に補機部品を締結手段により締結する内燃機関の補機部品取付構造において、クランクケースは、シリンダブロックおよびロアケースを構成する材料よりも、比重以外の材料特性が劣る材料により構成され、締結手段は、補機部品を搭載したマウントをシリンダブロックとロアケースとに跨って締結し、比重以外の材料特性は、剛性、強度、水に対する耐腐食性であることを特徴とする。

これらの発明によれば、締結手段は、比重以外の材料特性が劣る静止部品、（例えば、クランクケース）に補機部品を締結せず、この比重以外の材料特性が劣る静止部品を挟み込む他の静止部品（例えば、シリンダブロックとロアケース）に跨ってマウントを介して補機部品を締結する。つまり、締結手段は、比重以外の材料特性である剛性、強度、水に対する耐腐食性などが高い他の静止部品に対してマウントを介して補機部品を締結する。従って、剛性、強度、水に対する耐腐食性などが劣る静止部品に対して補機部品を締結した場合と比較して、補機部品の締結剛性、締結部分の信頼性の低下を抑制することができる。

また、静止部品どうし（例えば、シリンダブロックとクランクケース、クランクケースとロアケース）の合わせ面に比重以外の材料特性のうち強度が劣る材料が介在していても、締結手段は、強度が高い他の静止部品（例えば、シリンダブロックとロアケース）に跨ってマウントを介して補機部品を締結する。従って、この合わせ面に補機部品の荷重が加わることを抑制でき、さら強度が劣る静止部品に加わる荷重を分散することができる。これにより、この合わせ面に介在する強度が劣る材料の部分に繰り返し加わる荷重を低減することができる。

また、比重が軽い材料で構成される静止部品（例えば、クランクケース）には、マウントを介して補機部品を締結手段により締結しないので、比重が重い材料で構成される締結部分をこの比重が軽い材料で構成される静止部品に形成する必要はない。従って、締結手段により補機部品が締結されない静止部品の全部あるいは大部分を比重が軽い材料で構成することができる。

この発明にかかる内燃機関の補機部品取付構造は、比重以外の材料特性が劣る静止部品には、補機部品を締結せず、この比重以外の材料特性が劣る静止部品を挟み込む静止部品に跨ってマウントを介して補機部品を締結するので、内燃機関の大幅な軽量化を図ると共に、静止部品に対する補機部品の確実な締結を図るあるいは静止部品どうしのシール性能の低下を抑制することができるという効果を奏する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下に説明する内燃機関は、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジンが含まれるものである。

図１は、この発明にかかる内燃機関の補機部品取付構造を有する内燃機関の概略構成例を示す図である。図１に示すような内燃機関１は、運動部品と、この運動部品を内部に有する複数の静止部品とにより構成されている。ここで、運動部品とは、内燃機関１を運転するために運動を行う部品をいい、図示は省略するが例えば、ピストン、コンロッド、クランクシャフト、吸気バルブ、排気バルブなどをいう。また、静止部品とは、上記運動部品を内部に有し、内燃機関１を運転する際に、静止している部品をいい、例えばシリンダヘッドカバー２、シリンダヘッド３、シリンダブロック４、クランクケース５、ロアケース６などをいう。さらに、補機部品１０とは、内燃機関に必要な運動部品および静止部品以外部品をいい、例えば、オルタネータ、コンプレッサ、パワーステアリングポンプ、モータジェネレータ、ウォータポンプ、蓄熱タンクなどをいう。

シリンダヘッドカバー２、シリンダヘッド３、シリンダブロック４、ロアケース６は、比重以外の材料特性が高い材料であるアルミニウム合金により構成されている。なお、比重以外の材料特性が高い静止部品は、全部を上記アルミニウム合金により構成する必要はない。これは、アルミニウム合金の材料特性では、内燃機関１を構成する部品として要求される材料特性を満たすことができない部分を他の比重以外の材料特性がさらに高い材料、例えば鋳鉄などを用いる必要があるからである。具体的には、シリンダブロック４の図示しないシリンダボアは、アルミニウム合金ではなく、鋳鉄で構成されることが好ましい。

クランクケース５は、比重以外の材料特性が、シリンダヘッドカバー２、シリンダヘッド３、シリンダブロック４、ロアケース６を構成する材料であるアルミニウム合金よりも劣る材料であるマグネシウム合金により構成されている。ここで、マグネシウム合金の比重は、アルミニウム合金の比重よりも軽い、つまりクランクケース５をアルミニウム合金により構成する場合と比較して、マグネシウム合金により構成することで、クランクケース５の重量を大幅に低減することができる。従って、内燃機関１の全体の大幅な軽量化を図ることができる。また、マグネシウム合金は、アルミニウム合金と比較して、比重以外の他の材料特性、例えばヤング率で決定される剛性、降伏応力で決定される強度、水に対する耐腐食性などが劣る。

ここで、静止部品であるシリンダヘッドカバー２とシリンダヘッド３との間には、図示しない吸気バルブ、排気バルブなどの運動部品が配置され、このシリンダヘッド３内で上下動自在に支持されている。また、シリンダヘッド３とシリンダブロック４との間には、図示しない運動部品であるピストンが配置され、このシリンダヘッド４内で上下動自在に支持されている。また、シリンダブロック４とクランクケース５との間には、図示しない運動部品であるコンロッドが配置され、このピストンとクランクシャフトとに回転自在に支持されている。さらに、クランクケース５とロアケース６との間には、図示しない運動部品であるクランクシャフトが配置され、このクランクケース５とロアケース６に回転自在に支持されている。なお、クランクシャフト５およびロアケース６のそれぞれにクランクシャフト穴５ｂ、６ｂが形成されている。図示しないクランクシャフトは、このクランクシャフト穴５ｂ、６ｂから静止部品の外部に、コンロッドを介して伝達されたピストンの上下運動を回転運動に変換し伝達するものである。なお、ロアケース６は、クランクシャフトを回転自在に支持する機能と、内燃機関１の運動部品と静止部品との間に介在させる潤滑材であるオイルを貯留するオイルパンとしての機能を有する。

内燃機関１の静止部品は、各静止部品を重ね合わせ、隣り合う静止部品の合わせ面に図示しないシール部材を介在させてボルトなどで締結する。これにより、静止部品の内部に配置される運動部品を回転自在あるいは上下動自在に支持するものである。具体的には、ロアケース６、クランクケース５、シリンダブロック４、シリンダヘッド３、シリンダヘッドカバー２の順番で重ね合わせる。つまり、比重以外の材料特性が劣る材料で構成される静止部品であるクランクケース５は、比重以外の材料特性が高い材料で構成される他の静止部品であるロアケース６とシリンダブロック４とにより挟まれるように配置される。

シリンダヘッドカバー２は、所定個数のカバーボルト１１をシリンダヘッド３の所定個所に形成されたカバーボルト穴３ａに螺合することで、このシリンダヘッド３に締結される。また、シリンダヘッド３は、所定個数のヘッドボルト１２をシリンダブロック４の所定個所に形成されたヘッドボルト穴４ａに螺合することで、シリンダブロック４に締結される。ここで、シリンダブロック４、クランクケース５、ロアケース６は、それぞれ所定個所に互いに連通するようにボルト貫通孔４ｂ，５ａ，６ａが形成されている。シリンダブロック４、クランクケース５、ロアケース６のそれぞれの締結は、一体締結用ボルト１３をこのボルト貫通孔４ｂ，５ａ，６ａに挿入し、ロアケース６の裏面に配置された一体締結用ナット１４に螺合することにより行われる。つまり、シリンダブロック４、クランクケース５、ロアケース６は、一体に締結される。これは、マグネシウム合金で構成されるクランクケース５に、このクランクケース５とアルミニウム合金で構成されるシリンダブロック４およびロアケース６とを締結するボルト穴を形成すると、マグネシウム合金の比重以外の材料特性により、確実な締結ができない虞があるからである。

なお、シリンダブロック４、クランクケース５、ロアケース６を一体に締結しない場合は、シリンダブロック４およびクランクケース５、クランクケース５およびロアケース６を個々に締結することとなる。この場合は、クランクケース５に、シリンダブロック４との締結のための締結用貫通孔と、ロアケース６との締結のための締結用貫通孔とをそれぞれ形成する。そして、シリンダブロック４およびクランクケース５、クランクケース５およびロアケース６をそれぞれ締結するための締結用ボルトを上記それぞれの締結用貫通孔に挿入し、シリンダブロック４およびロアケース５のそれぞれに形成されたボルト穴に螺号するようにしても良い。これにより、材料特性が劣る静止部品に、材料特性が高い静止部品との締結のための締結部分を形成する必要がないので、確実に締結することができる。

補機部品１０は、図１に示すようにこの補機部品１０を搭載するマウント１０ａを介して、内燃機関１の静止部品に締結手段である補機部品締結用ボルト２０により締結される。補機部品締結ボルト２０は、比重以外の材料特性の劣る材料、つまりマグネシウム合金で構成されるクランクケース５に、補機部品１０を締結しない。この補記部品締結用ボルト２０は、このクランクケース５を挟むように配置された比重以外の材料特性の高い材料、つまりアルミニウム合金で構成されるシリンダブロック４とロアケース６とに跨って、このシリンダブロック４とロアケース６とに補機部品１０を締結する。具体的には、シリンダブロック４およびロアケース６の所定個所のそれぞれに形成された補機部品締結用ボルト穴４ｃ，６ｃに補機部品締結用ボルト２０を螺合することで、補機部品１０を締結する。つまり、締結手段である補機部品締結用ボルト２０は、比重以外の材料特性が高い材料で構成される静止部品に対して補機部品１０を締結する。ここで、シリンダブロック４およびロアケース６を構成する材料であるアルミニウム合金は、クランクケース５を構成する材料であるマグネシウム合金と比較して、ヤング率により決定される剛性が高い。従って、比重以外の材料特性が劣る静止部品であるクランクケース５に締結部分である補機部品締結用ボルト穴を形成し、締結手段である補機部品締結用ボルト２０により補機部品１０を締結する場合と比較して、締結手段による補機部品１０の締結剛性の低下を抑制することができる。

また、シリンダブロック４およびロアケース６を構成する材料であるアルミニウム合金は、クランクケース５を構成する材料であるマグネシウム合金と比較して、降伏応力により決定される強度および水に対する耐腐食性が高い。ここで、比重以外の材料特性が劣る静止部品であるクランクケース５に締結部分である補機部品締結用ボルト穴を形成し、締結手段である補機部品締結用ボルト２０により補機部品１０を締結する場合には、この補機部品締結用ボルト穴に水が浸入した際に、荷重が繰り返し加わると、この補機部品締結用ボルト穴にもげや欠けが発生する恐れがある。つまり、比重以外の材料特性が劣る静止部品であるクランクケース５に締結部分である補機部品締結用ボルト穴を形成し、補機部品締結用ボルト２０により補機部品１０を締結すると、この締結部分の信頼性が低下する恐れがある。しかし、補機部品１０は、比重以外の材料特性が高い静止部品であるシリンダブロック４およびロアケース６に形成された補機部品締結用ボルト穴４ｃ，６ｃに締結手段である補機部品締結用ボルト２０により締結されるので、比重以外の材料特性が劣る静止部品に締結する場合と比較して、締結部分の信頼性の低下を抑制することができる。これらにより、締結剛性、締結部分の信頼性の低下を抑制するので、静止部品に対する補機部品１０の確実な締結を図ることができる。

また、シリンダブロック４とクランクケース５、クランクケース５とロアケース６の合わせ面には、クランクケース５を構成する比重以外の材料特性が劣る材料であるマグネシウム合金が介在する。つまり、静止部品どうしの合わせ面に比重以外の材料特性のうち強度が劣る材料が介在する。しかし、締結手段である補機部品締結用ボルト２０は、強度が高い他の静止部品であるシリンダブロック４とロアケース６に跨って補機部品１０を締結する。従って、この合わせ面に補機部品１０の荷重が加わることを抑制できる。また、強度が劣る静止部品であるクランクシャフト５の上側に重ね合わせて締結された静止部品であるシリンダヘッドカバー２、シリンダヘッド３、シリンダブロック４の荷重は、クランクケース５および締結された補機部品１０のマウント１０ａを介してロアケース６に加わる。つまり、比重以外の材料特性が劣る静止部品であるクランクケース５に加わる荷重を分散することができる。これにより、この合わせ面に介在する強度が劣る材料の部分に繰り返し加わる荷重を低減することができ、静止部品どうしのシール性能の低下を抑制することができる。

さらに、比重が軽い材料であるマグネシウム合金で構成される静止部品であるクランクケース５には、補機部品１０を締結手段である補機部品締結用ボルト２０により締結しないので、比重が重い材料であるアルミニウム合金で構成される締結部分をこのクランクケース５に形成する必要はない。従って、補機部品締結用ボルト２０により補機部品１０が締結されないクランクケース５の全部あるいは大部分を比重が軽い材料で構成することができる。

なお、上記実施例においては、比重以外の材料特性が劣る材料として、マグネシウム合金を用いたが、この発明はこれに限定されるものではなく、比重が鋳鉄、好ましくはアルミニウム合金よりも軽い材料であればいずれの材料でもよく、例えば内燃機関の静止部品として要求される材料特性、例えば耐熱性などを満たすことができる合成樹脂などであっても良い。

また、上記実施例においては、他の静止部品に挟まれる比重以外の材料特性が劣る材料で構成される静止部品をクランクケース５としたが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリンダブロック４を比重以外の材料特性が劣る材料により構成される静止部品とし、このシリンダブロック４を挟む比重以外の材料特性が高い材料で構成される他の静止部品をシリンダヘッド３とクランクケース５とし、補機部品１０をこのシリンダヘッド３とクランクケース５とに跨って、締結手段である補機部品締結用ボルト２０により締結しても良い。また、例えば、シリンダブロック４およびクランクケース５を比重以外の材料特性が劣る材料により構成される静止部品とし、このシリンダブロック４およびクランクケース５を挟む比重以外の材料特性が高い他の静止部品をシリンダヘッド３とロアケース６とし、補機部品１０をこのシリンダヘッド３とロアケース６とに跨って、締結手段である補機部品締結用ボルト２０により締結しても良い。さらに、ロアケース６がオイルパンとしての機能を有さずに、このロアケース６の下部に静止部品として別途オイルパンが形成されている場合は、このオイルパンおよびクランクケース５、あるいはオイルパンおよびシリンダブロック４を比重以外の材料特性が高い材料で構成し、ロアケース６、あるいはクランクケース５およびロアケース６を比重以外の材料特性が劣る材料で構成し、オイルパンとクランクケース５とを、あるいはオイルパンとシリンダブロック４とを跨るように補機部品１０を締結手段である補機部品締結用ボルト２０により締結しても良い。

以上のように、この発明にかかる内燃機関の補機部品取付構造は、静止部品として他の静止部品と比較して比重以外の材料特性が劣る静止部品を用いる内燃機関に有用であり、特に、内燃機関の大幅な軽量化を図ると共に、静止部品に対する補機部品の確実な締結を図るあるいは静止部品どうしのシール性能の低下を抑制するのに適している。

この発明にかかる内燃機関の補機部品取付構造を有する内燃機関の概略構成例を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダヘッドカバー
３ シリンダヘッド
４ シリンダブロック（比重以外の材料特性が高い材料により構成される静止部品）
４ｃ 補機部品締結用ボルト穴（締結部分）
５ クランクケース（比重以外の材料特性が劣る材料により構成される静止部品）
６ ロアケース（比重以外の材料特性が高い材料により構成される静止部品）
６ｃ 補機部品締結用ボルト穴（締結部分）
１０ 補機部品
１１ カバーボルト
１２ ヘッドボルト
１３ 一体締結用ボルト
１４ 一体締結用ナット
２０ 補機部品締結用ボルト（締結手段）

Claims (2)

1. 運動部品を内部に有する複数の静止部品に補機部品を締結手段により締結する内燃機関の補機部品取付構造において、
   前記複数の静止部品のうち少なくとも、比重以外の材料特性が他の静止部品を構成する材料よりも劣る材料により構成される静止部品は、当該他の静止部品に挟まれるように配置され、
   前記締結手段は、前記補機部品を搭載したマウントを前記他の静止部品に跨って締結し、
   前記比重以外の材料特性は、剛性、強度、水に対する耐腐食性であることを特徴とする内燃機関の補機部品取付構造。
2. 少なくともシリンダブロック、クランクケース、ロアケースを備える内燃機関に補機部品を締結手段により締結する内燃機関の補機部品取付構造において、
   前記クランクケースは、前記シリンダブロックおよび前記ロアケースを構成する材料よりも、比重以外の材料特性が劣る材料により構成され、
   前記締結手段は、前記補機部品を搭載したマウントを前記シリンダブロックと前記ロアケースとに跨って締結し、
   前記比重以外の材料特性は、剛性、強度、水に対する耐腐食性であることを特徴とする内燃機関の補機部品取付構造。

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