JP4968000B2 - 内燃機関のシリンダブロック - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロックの改良に関する。

内燃機関のシリンダブロックには、隣り合うシリンダ間の下方を仕切るとともにクランクシャフトを回転可能に支持する薄板状のバルクヘッドが形成されている。近年、シリンダブロックの小型化に伴い、バルクヘッドにより仕切られたシリンダ下方の空間が狭くなってきており、ピストンの往復動に伴うポンピングロスの増加やフリクションの増加が問題となっている。そこで、特許文献１や特許文献２にも記載されているように、バルクヘッドに貫通孔を形成し、この貫通孔を通して気体を隣りのシリンダ側へ流動させることで、ポンピングロスを軽減するものが知られている。このような貫通孔は、一般的に、ドリル加工等により断面真円形状に形成されている。
特開平５−１５７００５号公報 特開平７−１４５７５３号公報

クランクシャフトを回転可能に支持するバルクヘッドには、クランクシャフト側より燃焼圧や慣性力に起因する大きな変動荷重（負荷）が作用し、典型的には、最も燃焼圧が高くなるピストン上死点近傍で、最大荷重が概ねシリンダ中心線に沿う方向（ピストンストローク方向）に作用する。このため、上述したように貫通孔が断面真円形状をなしていると、貫通孔の周縁部の中でも、最大荷重の作用方向と直交する概ねスラスト−反スラスト方向の部分に応力集中を招き易い。このため、ポンピングロスを低減するための十分な断面積を確保することが強度的に困難であった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、ピストンが往復動する複数のシリンダが形成されるとともに、クランクシャフトを回転可能に支持するとともに隣り合うシリンダ間の下方を仕切る薄板状のバルクヘッドが形成され、このバルクヘッドに貫通孔が形成された内燃機関のシリンダブロックにおいて、上記貫通孔を、ピストンの往復動に伴うクランクシャフト側からの最大荷重の作用方向を長手方向とする楕円の断面形状としたことを特徴としている。

上記最大荷重の作用方向は、典型的にはシリンダ中心線に沿う方向である。但し、後述する第５実施例のようにシリンダ中心線がクランクシャフトの回転軸に対してオフセットしている内燃機関の場合には、最大荷重の作用方向がシリンダ中心線と傾斜するものとなる。貫通孔の断面形状としては、第１実施例のような楕円形状に限られず、例えば第２実施例のように複数の円孔を組み合わせて構成したものや、あるいは第４実施例のように楕円領域と拡張領域とを組みあわせたものなどであってもよい。

本発明によれば、クランクシャフト側からの最大荷重に起因する貫通孔の周縁部における局所的な応力集中を緩和することができ、ひいては強度不足を招くことなく貫通孔の断面積を拡大してポンピングロスやフリクションを大幅に低減することが可能となる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１〜図３は、本発明の第１実施例に係るＶ８型の内燃機関のシリンダブロック１０を示している。このシリンダブロック１０は、アルミダイキャストや鋳鉄等の金属により鋳造されるもので、所定のバンク角（この実施例では９０度）をなす左右の各バンクＬＢ，ＲＢのそれぞれに、４個のシリンダ１２がクランクシャフト１４の軸方向に並んで形成されている。この実施例では、各シリンダ１２を形成する別体のシリンダライナ１６が鋳込まれている。また、シリンダブロック１０には、シリンダ１２を囲うようにウォータージャケット１８が形成されているとともに、シリンダ１２の下方にクランクシャフト１４が回転可能に支持されている。

各シリンダ１２にはピストン２０が往復動可能に嵌合している。各ピストン２０はコネクティングロッド２２を介してクランクシャフト１４のクランクピン２４と連結されている。つまり、コネクティングロッド２２の上端はピストンピン２６を介してピストン２０と連結されており、コネクティングロッド２２の円筒状の下端部がクランクピン２４に回転可能に嵌合している。図２にも示すように、クランクシャフト１４は、複数のクランクピン２４と、複数のジャーナル部２８と、クランクピン２４とジャーナル部２８とを接続するバランスウエイト（クランクアーム）３０と、を有し、ジャーナル部２８には潤滑用の給油孔３２が適宜形成されている。

シリンダブロック１０におけるシリンダ１２下方のピストンスカート部３４には、クランクシャフト１４を収容するクランクケース内に、隣り合うシリンダ１２の下方空間を仕切るように、薄板状のバルクヘッド３６が複数形成されている。各バルクヘッド３６の下方にはクランクキャップ３８がボルト（図示省略）により固定され、両者間にクランクシャフト１４のジャーナル部２８が軸受メタル３９を介して回転可能に支持されている。なお、シリンダブロック１０の小型・軽量化のために、隣り合うシリンダ間のピッチは非常に短く設定されており、隣り合うバルクヘッド３６間のシリンダ下方の空間も非常に狭いものとなっている。

そして本実施例では、各バルクヘッド３６に、隣り合うシリンダ１２間の下方を連通する貫通孔４０が貫通形成されている。機関運転中、内燃機関の回転部分を構成するクランクシャフト１４のジャーナル部２８を支持するバルクヘッド３６には常に大きな変動荷重が作用し、特に、燃焼圧が最大となるピストン上死点近傍で最大荷重Ｆ０がコネクティングロッド２２の中心線方向、つまりシリンダ中心線方向Ｌ０に作用する。このために、貫通孔４０の周囲の中でも、最大荷重Ｆ０の作用方向（Ｌ０）と直交する部分αに応力集中を招き易い。そこで本実施例では、貫通孔４０を、この最大荷重Ｆ０の作用方向を長手方向とする楕円形状に設定している。これにより、応力が集中し易い部分αの曲率半径が大きくなり、つまり曲率・湾曲が小さくなって、その応力集中を緩和することができる。従って、貫通孔の断面形状を真円形状とした場合に比して、応力集中を緩和することにより、強度不足を招くことなく貫通孔４０の断面積を大きく確保して、気体を貫通孔４０を通してスムースに隣りのシリンダ１２の下方空間へ流動させることができ、ポンピングロス及びこれによるフリクションを大幅に低減することができる。

また、一つの貫通孔４０でクランクシャフト側からの入力による応力をスラスト−反スラスト方向Ｌ１でバランス良く負担するように、貫通孔４０がスラスト−反スラスト方向Ｌ１でシリンダ１２の中心位置つまりシリンダ中心線（Ｌ０）上に配置されている。更に、ポンピングロスの低減化を図るために、貫通孔４０は、可能な限りシリンダ１２に近いシリンダ寄り（燃焼室寄り）の位置、具体的にはシリンダライナ１６の直ぐ下方位置に配置されている。

但し、このようなシリンダライナ１６の直ぐ下側部分、つまりシリンダ１２の下端とバルクヘッド３６の上端との接続部分には、ホーニング加工等によって段付き形状の段差部４２が形成されている。このため、貫通孔４０が段差部４２にまたがるように、つまり段差部４２と交差することとなり、段差部４２と貫通孔４０とが交差するスラスト−反スラスト方向の部分αで応力集中を招き易い。ここで本実施例によれば、貫通孔４０をシリンダ中心線方向Ｌ０に長尺な断面楕円形状としているために、段差部４２と交差するスラスト−反スラスト方向の部分αでは曲率・湾曲が緩くなり、段差部４２における応力集中の緩和にも効果のあるものとなっている。

このような貫通孔４０は、例えば鋳造時に同じ断面形状をもつ棒状の中子（ピン）を用いて鋳造と同時に一斉に形成することが可能である。但し、この場合、鋳造後に棒状の中子を抜くために、図２に示すようにシリンダブロック１０の前後の壁部４３の少なくとも一方に、複数の貫通孔４０と同軸線上に補助貫通孔４１が形成されることとなる。

貫通孔の断面形状は、第１実施例のような楕円形状に限られず、楕円に近い形状であっても良い。例えば図４に示す第２実施例では、３つの真円の断面形状の円孔４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃを組み合わせて、最大荷重の作用方向であるシリンダ中心線方向Ｌ０を長手方向とする楕円に近い断面形状の貫通孔４４を構成している。ここでは、相対的に大径の円孔４４Ａと、その両側の小径の２つの円孔４４Ｂ，４４Ｃとをシリンダ中心線方向Ｌ０に沿って配置し、かつ、互いに部分的にオーバーラップさせて、シリンダ中心線方向Ｌ０を長手方向とする略楕円形状の一つの貫通孔４４を形成している。この第２実施例によれば、上記第１実施例とほぼ同様の作用効果が得られることに加え、貫通孔４４を鋳造後にドリル加工等により形成することが可能であり、仕様・要求に応じた貫通孔４４の形状・寸法の変更が容易である。なお、円孔の組み合わせは上記第２実施例に限られず、例えば複数の同径の円孔を組み合わせて略長円形の断面形状の貫通孔を構成しても良い。

図５に示す第３実施例では、第１実施例に対して貫通孔の個数と位置を異ならせている。すなわち、２つの貫通孔４６，４６を、最大荷重の作用方向であるシリンダ中心線方向Ｌ０を中心として、スラスト−反スラスト方向Ｌ１に等間隔に並設している。各貫通孔４６は、最大荷重作用方向Ｌ０を長手方向とする楕円形状をなしている。この場合、第１実施例とほぼ同様の作用効果が得られることに加え、総断面積の等しい一つの貫通孔を設けた場合に比して、貫通孔のシリンダ中心線方向Ｌ０の寸法を短縮化できる。

図６に示す第４実施例では、一つの貫通孔４８を、シリンダ中心線方向Ｌ０に対してスラスト−反スラスト方向Ｌ１で一方向、具体的にはバンク中心方向へオフセットさせている。また、貫通孔４８の断面形状は、シリンダ中心線方向Ｌ０を長手方向とする楕円形状の楕円領域４８Ａと、この楕円領域４８Ａから強度的に余裕のあるシリンダ中心線Ｌ０から遠ざかる方向、つまり貫通孔４８のオフセット方向へ拡大・拡張された拡張領域４８Ｂと、を組み合わせた形状となっており、全体としては楕円に近い断面形状となっている。つまり、貫通孔４８の楕円領域４８Ａをスラスト−反スラスト方向Ｌ１にオフセットさせるとともに、このオフセット方向に拡張領域４８Ｂを楕円領域４８Ａの側方へ付帯形成している。

この第４実施例によれば、貫通孔４８の楕円領域４８Ａにおける反オフセット側つまりシリンダ中心線Ｌ０寄りの部分の応力負担は大きくなるものの、オフセット方向寄りの部分の発生応力を小さくすることができ、このように強度的に余裕のある部分に拡張領域４８Ｂを設けることで、強度不足を招くことなく貫通孔４８全体の断面積を拡大して、ポンピングロスの大幅な低減化を図ることができる。

図７及び図８は、本発明を直列型の内燃機関のシリンダブロック１０に適用した第５実施例を示している。この第５実施例の内燃機関では、クランクシャフト１４の軸心１４Ａがシリンダ中心線方向Ｌ０に対してスラスト−反スラスト方向Ｌ１へオフセットしている。このため、ピストン上死点近傍における最大荷重Ｆ０の作用方向が、シリンダ中心線方向Ｌ０に対して傾斜したものとなっている。そして貫通孔５０は、上記の最大荷重Ｆ０の作用方向を長手方向とする楕円（又は楕円に近い）形状をなしており、かつ、スラスト−反スラスト方向Ｌ１ではシリンダ中央位置、つまりシリンダ中心線Ｌ０上に配置されている。なお、図８に示すように、シリンダブロック１０の前後の壁部の少なくとも一方に、第１実施例と同様の補助貫通孔４１が複数の貫通孔５０と同軸線上に形成されている。このような第５実施例においても、最大荷重Ｆ０に起因する応力集中を有効に緩和しつつ、貫通孔５０の断面積を十分に確保してポンピングロスを大幅に低減することができる。

本発明の第１実施例に係るＶ型内燃機関のシリンダブロックを示す断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図１の貫通孔の近傍を拡大して示す断面図。 本発明の第２実施例に係るシリンダブロックの貫通孔近傍の断面図。 本発明の第３実施例に係るシリンダブロックの貫通孔近傍の断面図。 本発明の第４実施例に係るシリンダブロックの貫通孔近傍の断面図。 本発明の第５実施例に係る直列型内燃機関のシリンダブロックを示す断面図。 図７のシリンダブロックの上面図。

符号の説明

１０…シリンダブロック
１２…シリンダ
１４…クランクシャフト
１６…シリンダライナ
２０…ピストン
４０，４４，４６，４８，５０…貫通孔
４２…段差部
４８Ａ…楕円部
４８Ｂ…拡張部

Claims (4)

1. ピストンが往復動する複数のシリンダが形成されるとともに、クランクシャフトを回転可能に支持するとともに隣り合うシリンダ間の下方を仕切る薄板状のバルクヘッドが形成され、このバルクヘッドに貫通孔が形成された内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   上記貫通孔を、ピストンの往復動に伴うクランクシャフト側からの最大荷重の作用方向を長手方向とする楕円の断面形状としたことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
2. 上記貫通孔が、シリンダの下端とバルクヘッドの上端とを接続する段差部をまたいで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロック。
3. 一つのバルクヘッドに対して複数の貫通孔をスラスト−反スラスト方向に並設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のシリンダブロック。
4. ピストンが往復動する複数のシリンダが形成されるとともに、クランクシャフトを回転可能に支持するとともに隣り合うシリンダ間の下方を仕切る薄板状のバルクヘッドが形成され、このバルクヘッドに貫通孔が形成された内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   上記貫通孔を、シリンダ中心線方向を長手方向とする楕円の断面形状と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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