JP4475327B2

JP4475327B2 - ブラケットの締結構造

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Publication number: JP4475327B2
Application number: JP2007330566A
Authority: JP
Inventors: 竜啓寺田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN101903634B; CN101903634A; US8499883B2; WO2009087477A2; US20100269780A1; JP2009150349A; WO2009087477A3

Description

本発明は、内燃機関のエンジンブロックに固定されるブラケットの締結構造に関する。

一般に、内燃機関のエンジンブロックは、シリンダヘッド、シリンダブロック、及びクランクケースといった複数の分割体で構成されている。また、こうしたエンジンブロックには、内燃機関自体を車両に固定するためのエンジンマウントブラケットや、内燃機関の補機（エアーコンディショナー用のコンプレッサやオルタネータ等）を同エンジンブロックに固定するためのブラケット等、各種のブラケットがボルトにて締結固定されている。

例えば、特許文献１に記載のものでは、シリンダの形成されたアッパブロックと、クランクシャフトを支持するロアブロックとを跨いでそれら各ブロックの側壁にエンジンマウントブラケットを締結固定するようにしている。
特開２００３−４９７０６号公報

ところで、上記特許文献１に記載されるように、複数の分割体で構成されるエンジンブロックにあって、隣接した第１分割体及び第２分割体の双方に渡ってブラケットを締結固定する場合には、次のような不都合の発生が懸念される。

例えば、近年のエンジンブロックは、軽量化を図るべくアルミニウム合金で形成されることが多い。一方、ブラケットについてはコストや強度の面などから、鉄（鋳鉄等）で形成されることが多い。この場合には、エンジンブロックを構成するシリンダヘッド、シリンダブロック、及びクランクケースの線膨張係数よりもブラケットの線膨張係数の方が小さいため、低温環境下では、それら各ブロックよりもブラケットの熱収縮量の方が小さくなる。そのため、例えば図５に一例を示すように、シリンダブロック３００にあってブラケット５００が締結された第１締結部３１０、及びクランクケース４００にあってブラケット５００が締結された第２締結部４１０には、上記収縮量の違いによって生じる力であってシリンダブロック３００及びクランクケース４００の収縮を阻害する力がブラケット５００から直接作用する。このように第１締結部３１０の周囲におけるシリンダブロック３００の収縮、及び第２締結部４１０の周囲におけるクランクケース４００の収縮が阻害されると、他の部位に対して収縮量に差が生じる。そのため、第１締結部３１０と第２締結部４１０との間にある、シリンダブロック３００とクランクケース４００との合わせ面Ｃが開いてしまうようになる。

なお、上述したような合わせ面の開きは、エンジンブロックを構成する分割体とブラケットとで熱膨張量或いは熱収縮量に差があれば生じる現象である。従って、エンジンブロックを構成する分割体の線膨張係数よりもブラケットの線膨張係数の方が大きい場合、すなわち分割体よりもブラケットの熱膨張量の方が大きい場合にも合わせ面の開きは生じる可能性があり、この場合には、高温時にブラケットによって各分割体が引っ張られることにより、分割体の合わせ面は開いてしまうようになる。また、エンジンブロックを構成する分割体とブラケットの線膨張係数が同じであっても、同分割体とブラケットとの間に温度差があれば、同分割体とブラケットとの間で熱膨張量或いは熱収縮量に差が生じるため、同様な態様にて、分割体の合わせ面は開いてしまうおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の分割体で構成されるエンジンブロックにあって、隣接した第１分割体及び第２分割体の双方に渡ってブラケットを締結固定する場合に生じるおそれのある分割体の合わせ面の開きを好適に抑えることのできるブラケットの締結構造を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、複数の分割体で構成されるエンジンブロックにあって隣接した第１分割体及び第２分割体の双方に渡って締結固定されるブラケットの締結構造であって、前記第１分割体と前記第２分割体とが締結ボルトにより締結され、前記第１分割体と前記ブラケットとを締結する第１締結部と、前記第２分割体と前記ブラケットとを締結する第２締結部とが、前記締結ボルトを挟むように設けられ、前記第２分割体において前記締結ボルトを境界とした前記第１締結部と対応する側には、前記第２分割体とブラケットとを締結する締結部が設けられておらず、前記第１分割体において前記締結ボルトを境界とした前記第２締結部と対応する側には、前記第１分割体とブラケットとを締結する締結部が設けられていないことをその要旨とする。

上述したように、第１分割体及び第２分割体よりもブラケットの熱収縮量の方が小さい場合、或いは第１分割体及び第２分割体よりもブラケットの熱膨張量の方が大きい場合には、第１締結部と第２締結部との間にある、第１分割体と第２分割体との合わせ面が開いてしまうおそれがある。この点、同構成によれば、第１締結部と第２締結部とが、第１分割体及び第２分割体を締結するボルトを挟むように設けられているため、そのボルトによって上記合わせ面の開きが抑えられるようになる。従って、複数の分割体で構成されるエンジンブロックにあって、隣接した第１分割体及び第２分割体の双方に渡ってブラケットを締結固定する場合に生じるおそれのある分割体の合わせ面の開きを好適に抑えることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブラケットの締結構造において、前記ブラケットは、前記第１分割体及び前記第２分割体の端部に設けられていることをその要旨とする。

先の図５に示した一例のように、第１分割体及び第２分割体の端部にブラケットを設ける場合には、第１分割体及び第２分割体の中央部寄りにブラケットを設ける場合と比較して、合わせ面の開き量が大きくなる傾向がある。これは、そうした端部にブラケットを設けると、締結部から見て分割体の中央部方向には、第１分割体及び第２分割体を締結するボルトが存在するものの、締結部から見て分割体の端部方向にはそうしたボルトが存在しておらず、この締結部から見て分割体の端部方向における同分割体の締結剛性が低くなることに由来する。この点、同構成によれば、そうした端部近傍にブラケットを固定する場合でも、第１分割体及び第２分割体の合わせ面の開きを好適に抑えることができるようになる。

上記第１分割体及び第２分割体としては、請求項３に記載の発明によるように、前記第１分割体はシリンダブロックであり、前記第２分割体はクランクケースである、といった構成や、請求項４に記載の発明によるように、前記第１分割体はシリンダブロックであり、前記第２分割体はシリンダヘッドである、といった構成を採用することができる。

また、上記ブラケットとしては、エンジンマウントブラケットの他、請求項５に記載の発明によるように、前記エンジンブロックに固定される補機用のブラケットである、といった構成を採用することもできる。

以下、本発明にかかるブラケットの締結構造が適用されたエンジンブロックについて、その一実施形態を図１及び図２を参照して説明する。
この図１に示すように、本実施形態における内燃機関のエンジンブロック１は、動弁系機構が配設されるシリンダヘッド１０、ピストンが往復動するシリンダが形成されたシリンダブロック２０、及びクランクシャフトを支持するクランクケース３０にて構成されており、同エンジンブロック１は、大きくは３つの分割体にて構成されている。また、同エンジンブロック１は、アルミニウム合金で形成されている。

シリンダブロック２０と同シリンダブロック２０の上部に配設されるシリンダヘッド１０とはボルトにて締結固定されている。また、シリンダブロック２０と同シリンダブロック２０の下部に配設されるクランクケースも、複数の締結ボルト４０（図１では一部の締結ボルト４０のみを図示）によって締結固定されている。

このエンジンブロック１には、隣接したシリンダブロック２０及びクランクケース３０の双方に渡ってブラケット５０が締結固定されている。また、このブラケット５０は、シリンダブロック２０及びクランクケース３０の端部近傍に固定されている。なお、同ブラケット５０は、鉄製（例えば鋳鉄製）である。

このブラケット５０は、エンジンブロック１に内燃機関の補機（例えばエアーコンディショナー用のコンプレッサやオルタネータ等）を固定するための部材であり、そうした補機を取り付けるための固定部５５が複数設けられている。

このブラケット５０とシリンダブロック２０とは、第１シリンダ側ボルト６１及び第２シリンダ側ボルト６２にて締結固定されており、同ブラケット５０とクランクケース３０とは、第１クランク側ボルト７１及び第２クランク側ボルト７２にて締結固定されている。

より詳細には、同ブラケット５０には、上記第１シリンダ側ボルト６１が挿入される挿入孔が形成された第１シリンダ用ボス部５１や、上記第２シリンダ側ボルト６２が挿入される挿入孔が形成された第２シリンダ用ボス部５２が形成されている。また、上記第１クランク側ボルト７１が挿入される挿入孔が形成された第１クランク用ボス部５３、及び上記第２クランク側ボルト７２が挿入される挿入孔が形成された第２クランク用ボス部５４も形成されている。

上記シリンダブロック２０には、上記第１シリンダ側ボルト６１が螺合される第１シリンダ側雌ねじ部と、同第１シリンダ側雌ねじ部よりもシリンダブロック２０の中央側に設けられて上記第２シリンダ側ボルト６２が螺合される第２シリンダ側雌ねじ部とが形成されている。また、上記クランクケース３０には、上記第１クランク側ボルト７１が螺合される第１クランク側雌ねじ部と、同第１クランク側雌ねじ部よりもクランクケース３０の中央側に設けられて上記第２クランク側ボルト７２が螺合される第２クランク側雌ねじ部とが形成されている。

そして、上記第１シリンダ用ボス部５１の挿入孔に挿入された第１シリンダ側ボルト６１が上記第１シリンダ側雌ねじ部に締結され、上記第２シリンダ用ボス部５２の挿入孔に挿入された第２シリンダ側ボルト６２が上記第２シリンダ側雌ねじ部に締結されることにより、ブラケット５０とシリンダブロック２０との締結固定がなされる。

また、上記第１クランク用ボス部５３の挿入孔に挿入された第１クランク側ボルト７１が上記第１クランク側雌ねじ部に締結され、上記第２クランク用ボス部５４の挿入孔に挿入された第２クランク側ボルト７２が上記第２クランク側雌ねじ部に締結されることにより、ブラケット５０とクランクケース３０との締結固定がなされる。

このように、本実施形態では、シリンダブロック２０とブラケットとを締結する締結部として、第１シリンダ側雌ねじ部と第１シリンダ用ボス部５１とで第１締結部１００が構成されており、第２シリンダ側雌ねじ部と第２シリンダ用ボス部５２とで第３締結部が構成されている。また、クランクケース３０とブラケットとを締結する締結部として、第１クランク側雌ねじ部と第１クランク用ボス部５３とで第２締結部２００が構成されており、第２クランク側雌ねじ部と第２クランク用ボス部５４とで第４締結部が構成されている。

図２に、図１のＡ部、すなわち上記第１締結部１００及び第２締結部２００の近傍における拡大断面図を示す。
この図２に示すように、第１シリンダ用ボス部５１に挿入された第１シリンダ側ボルト６１は、第１シリンダ側雌ねじ部２０ａに螺合される。また、第１クランク用ボス部５３に挿入された第１クランク側ボルト７１は、第１クランク側雌ねじ部３０ａに螺合される。

そして、本実施形態では、上述した第１締結部１００と第２締結部２００とが、シリンダブロック２０及びクランクケース３０を締結する締結ボルト４０を挟むように設けられている。すなわち、１つの締結ボルト４０の近傍であって両隣にそれぞれ設けられた第１締結部１００及び第２締結部２００は、第１締結部１００の中心（第１シリンダ側雌ねじ部２０ａの中心）と第２締結部２００の中心（第１クランク側雌ねじ部３０ａの中心）を通る直線Ｌ１が、締結ボルト４０の中心線Ｌ２と交差するように設けられている。

このようにして第１締結部１００及び第２締結部２００を配置する作用効果について、以下に説明する。
本実施形態では、３つの分割体で構成されるアルミニウム合金製のエンジンブロック１にあって、隣接したシリンダブロック２０及びクランクケース３０の双方に渡って鉄製のブラケット５０を締結固定するようにしている。こうしたブラケットの締結構造において、先の図５に示したように、締結ボルト４０を挟まないようにして第１締結部１００及び第２締結部２００を配置すると、シリンダブロック２０やクランクケース３０よりもブラケット５０の熱収縮量の方が小さいため、第１締結部１００及び第２締結部２００の間にある、シリンダブロック２０及びクランクケース３０の合わせ面Ｃが開いてしまうおそれがある。

しかし、本実施形態では、第１締結部１００と第２締結部２００とが、シリンダブロック２０及びクランクケース３０を締結する締結ボルト４０を挟むように設けられており、シリンダブロック２０及びクランクケース３０にあってこの締結ボルト４０が配設された部位は強固に固定されている。従って、その締結ボルト４０によって上記合わせ面Ｃの開きは抑えられる。

特に、本実施形態では、ブラケット５０をシリンダブロック２０及びクランクケース３０の端部近傍に設けるようにしており、こうした位置にブラケット５０を固定する場合には、本実施形態で説明した上記第１締結部１００及び第２締結部２００の配置態様が特に有効に作用する。

すなわち、先の図５に示したように、シリンダブロック３００及びクランクケース４００の端部にブラケット５００を設ける場合には、シリンダブロック３００及びクランクケース４００の中央部寄りにブラケット５００を設ける場合と比較して、合わせ面Ｃの開き量が大きくなる傾向がある。これは、そうした端部にブラケット５００を設けると、第１締結部３１０及び第２締結部４１０から見て、シリンダブロック３００やクランクケース４００の中央部方向には、シリンダブロック３００及びクランクケース４００を締結するボルトが存在する。しかし、第１締結部３１０及び第２締結部４１０から見て、シリンダブロック３００やクランクケース４００の端部方向にはそうしたボルトが存在していない。そのため、それら各締結部３１０、４１０から見て、シリンダブロック３００やクランクケース４００の端部方向における同シリンダブロック３００及びクランクケース４００の締結剛性が低くなることに由来する。この点、本実施形態では、そうした端部近傍にブラケット５０を固定する場合でも、シリンダブロック２０及びクランクケース３０の合わせ面Ｃの開きを抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。
（１）シリンダブロック２０及びブラケット５０を締結する第１締結部１００と、クランクケース３０及びブラケット５０を締結する第２締結部２００とで、シリンダブロック２０及びクランクケース３０を締結する締結ボルト４０を挟むように、同第１締結部１００及び第２締結部２００を設けるようにしている。そのため、隣接したシリンダブロック２０及びクランクケース３０の双方に渡ってブラケット５０を締結固定する場合に生じるおそれのある上記合わせ面Ｃの開きを好適に抑えることができるようになる。

（２）シリンダブロック２０及びクランクケース３０の端部にブラケット５０を設けるようにしている。こうした端部にブラケット５０を設けると、シリンダブロック２０及びクランクケース３０の合わせ面Ｃについてその開き量が大きくなる傾向がある。この点、本実施形態では、第１締結部１００及び第２締結部２００を上記態様にて適切に配置するようにしているため、そうした端部近傍にブラケット５０を固定する場合でも、上記合わせ面Ｃの開きを好適に抑えることができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・シリンダヘッド１０、シリンダブロック２０、クランクケース３０、及びブラケット５０の各材質を他の材質に変更することも可能である。

・上記実施形態では、エンジンブロック１を構成する分割体についてその材質の線膨張係数よりもブラケット５０を構成する材質の線膨張係数の方が小さい場合について説明した。

ここで、上述したような合わせ面Ｃの開きは、エンジンブロック１を構成する分割体とブラケット５０とで熱膨張量或いは熱収縮量に差があれば生じる現象である。従って、同分割体を構成する材質の線膨張係数よりもブラケット５０を構成する材質の線膨張係数の方が大きい場合、すなわち分割体よりもブラケット５０の熱膨張量の方が大きい場合にも、合わせ面Ｃの開きは生じる可能性がある。この場合には、高温時にブラケット５０によって各分割体が引っ張られることにより、分割体の合わせ面Ｃは開いてしまうようになる。この点、上記実施形態では、第１締結部１００と第２締結部２００とが、シリンダブロック２０及びクランクケース３０を締結する締結ボルト４０を挟むように設けられており、シリンダブロック２０及びクランクケース３０にあってこの締結ボルト４０が配設された部位は強固に固定されている。従って、そのように分割体を形成する材質の線膨張係数よりもブラケット５０を形成する材質の線膨張係数の方が大きい場合でも、上記合わせ面Ｃの開きを好適に抑えることが可能である。

また、エンジンブロック１を構成する分割体とブラケット５０の線膨張係数が同じであっても、同分割体とブラケット５０との間に温度差があれば、同分割体とブラケット５０との間で熱膨張量や熱収縮量に差が生じる。そのため、同分割体とブラケット５０の線膨張係数が同じ場合にも、上述したような態様にて分割体の合わせ面Ｃが開いてしまうおそれがある。この点、上記実施形態によれば、分割体よりもブラケット５０の熱収縮量の方が小さい場合、或いは分割体よりもブラケット５０の熱膨張量の方が大きい場合でも、各分割体の合わせ面Ｃの開きを好適に抑えることができる。従って、ブラケット５０が締結されるエンジンブロック１の分割体と同ブラケット５０の線膨張係数が同じであり、同分割体とブラケット５０との間に生じた温度差に起因して発生する上記合わせ面Ｃの開きについても、上記実施形態では好適に抑えることができる。

・上記実施形態では、ブラケット５０を、シリンダブロック２０及びクランクケース３０の端部近傍に設けるようにしたが、例えばシリンダブロック２０及びクランクケース３０の中央部寄り（先の図１に示すＤ部近傍）に設けるようにしてもよい。この場合にも、同Ｄ部の拡大断面図である図３に示すように、第１締結部１００と第２締結部２００とが、シリンダブロック２０及びクランクケース３０を締結する締結ボルト４０を挟むように設けることにより、同様な作用効果を得ることができる。

・上記実施形態では、エンジンブロック１を構成する複数の分割体のうち、シリンダブロック２０を上記第１分割体とし、クランクケース３０を上記第２分割体とした場合について説明した。この他、シリンダヘッド１０を第２分割体とし、隣接したシリンダブロック２０及びシリンダヘッド１０の双方に渡ってブラケット５０を締結固定する場合にも、本発明にかかるブラケットの締結構造は同様に適用することができる。この場合には、図４に示すように、シリンダヘッド１０とシリンダブロック２０とを締結する締結ボルト８０を挟むようにして、上記第１締結部１００と同様な第１締結部１００’を設けるとともに、上記第２締結部２００と同様な第２締結部２００’を設けるようにすればよい。

・上記ブラケット５０は、エンジンブロック１に固定される補機用のブラケットであったが、この他の用途で利用されるブラケット、例えば内燃機関自体を車両に固定するためのエンジンマウントブラケットであってもよい。

本発明にかかるブラケットの締結構造を具体化した一実施形態にあって、これが適用されるエンジンブロックの側面図。図１のＡ部を拡大した断面図。同実施形態の変形例が適用されたエンジンブロックにあって、図１のＤ部を拡大した断面図。同実施形態の変形例が適用されたエンジンブロックにあって、シリンダヘッド及びシリンダブロックの断面構造を示す拡大図。シリンダブロック及びクランクケースの断面を示す拡大図。

符号の説明

１…エンジンブロック、１０…シリンダヘッド、２０…シリンダブロック、２０ａ…第１シリンダ側雌ねじ部、３０…クランクケース、３０ａ…第１クランク側雌ねじ部、４０…締結ボルト、５０…ブラケット、５１…第１シリンダ用ボス部、５２…第２シリンダ用ボス部、５３…第１クランク用ボス部、５４…第２クランク用ボス部、５５…固定部、６１…第１シリンダ側ボルト、６２…第２シリンダ側ボルト、７１…第１クランク側ボルト、７２…第２クランク側ボルト、８０…締結ボルト、１００、１００’…第１締結部、２００、２００’…第２締結部、３００…シリンダブロック、３１０…第１締結部、４００…クランクケース、４１０…第２締結部、５００…ブラケット、Ｃ…合わせ面。

Claims

複数の分割体で構成されるエンジンブロックにあって隣接した第１分割体及び第２分割体の双方に渡って締結固定されるブラケットの締結構造であって、
前記第１分割体と前記第２分割体とが締結ボルトにより締結され、
前記第１分割体と前記ブラケットとを締結する第１締結部と、前記第２分割体と前記ブラケットとを締結する第２締結部とが、前記締結ボルトを挟むように設けられ、
前記第２分割体において前記締結ボルトを境界とした前記第１締結部と対応する側には、前記第２分割体とブラケットとを締結する締結部が設けられておらず、
前記第１分割体において前記締結ボルトを境界とした前記第２締結部と対応する側には、前記第１分割体とブラケットとを締結する締結部が設けられていない
ことを特徴とするブラケットの締結構造。
前記ブラケットは、前記第１分割体及び前記第２分割体の端部に設けられている
請求項１に記載のブラケットの締結構造。
前記第１分割体はシリンダブロックであり、前記第２分割体はクランクケースである
請求項１または２に記載のブラケットの締結構造。
前記第１分割体はシリンダブロックであり、前記第２分割体はシリンダヘッドである
請求項１または２に記載のブラケットの締結構造。
前記ブラケットは、前記エンジンブロックに固定される補機用のブラケットである
請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラケットの締結構造。