JP5282504B2 - 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に関し、特に、マグネシウム合金の採用に好適な内燃機関のシリンダブロックに関するものである。

従来から内燃機関の軽量化のために、マグネシウム合金を部分的に採用したシリンダブロックが提案されている（特許文献１参照）。

これは、内燃機関のシリンダブロックを、シリンダボアを備えるシリンダ部とクランク軸を収容するスカート部(クランクケース部)とに分割するとともに、シリンダ部をアルミニウム合金製とする一方、スカート部をマグネシウム合金製としている。そして、両者をクランクキャップボルトにより固定して一体化させている。なお、シリンダ部はシリンダライナ部とシリンダ外壁部とに分割して、ヘッドボルトにより一体化させている。
特開２００７-９７４１号公報

しかしながら、上記従来例では、クランクキャップボルトを、スカート部を貫通させてシリンダ部へ固定するものであるため、マグネシウム合金製のスカート部と鉄系材のクランクキャップボルトとの熱膨張率の違いから、高温時にクランクキャップボルトの軸力が必要以上に高くなり、シリンダライナの変形や比較的に高温強度が低いマグネシウム合金製のスカート部と他部品（クランクキャップ、シリンダ部）との合わせ面に座屈が発生しやすいという不具合が予想される。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、マグネシウム合金の採用による軽量化をより好適な形態で実現する内燃機関のシリンダブロックを提供することを目的とする。

本発明は、シリンダボアが形成されたシリンダ部とクランク軸を収容するクランクケース部とにシリンダブロックを分割形成すると共に、前記シリンダ部をアルミニウム合金製とすると共に前記クランクケース部をマグネシウム合金製とした内燃機関のシリンダブロックであり、前記シリンダ部のクランクケース部への取付面から突出させて連結棒を固定すると共に、その突出部分を前記クランクケース部のバルク部に設けた貫通穴に挿入し、前記クランクケース部のバルク部下面に配置されて、クランク軸のジャーナルを支持する軸受け部を形成するクランクキャップの締付けボルトを、前記貫通穴内の連結棒に締結して、前記シリンダ部と前記クランクケース部とを一体固定し、前記連結棒は、クランクケース部を構成する材料の熱膨張率を上限としてクランクキャップの締付けボルトを構成する材料の熱膨張率より大きく設定した材料により形成されていることを特徴とする。

したがって、本発明では、シリンダ部をアルミニウム合金製とすると共に前記クランクケース部をマグネシウム合金製とし、前記シリンダ部のクランクケース部への取付面から突出させて連結棒を固定すると共に、その突出部分を前記クランクケース部のバルク部に設けた貫通穴に挿入し、前記クランクケース部のバルク部下面に配置されて、クランク軸のジャーナルを支持する軸受け部を形成するクランクキャップの締付けボルトを、前記貫通穴内の連結棒に締結して、前記シリンダ部と前記クランクケース部とを一体固定し、連結棒は、クランクケース部を構成する材料の熱膨張率を上限としてクランクキャップの締付けボルトを構成する材料の熱膨張率より大きく設定した材料により形成されている。このため、高温時でもクランクケース部の熱膨張と連結棒の熱膨張とを近づけることができ、クランクキャップの締付けボルトの軸力の増加を抑制して、シリンダライナ部の変形を低減できる。また、同様の理由により、クランクケース部と他部品（クランクキャップ、シリンダ部）との合わせ面の面圧増加を抑制して、マグネシウム合金製クランクケース部の座屈を防止することができる。

以下、本発明を直列４気筒水冷式内燃機関のシリンダブロックに具体化した一実施形態を、図１，２に基づいて説明する。図１は本発明を適用した第１実施形態の内燃機関のシリンダブロックの平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図１、２において、内燃機関のシリンダブロック１は、アルミニウム合金により形成され、シリンダボア１０を備えるシリンダ部２と、マグネシウム合金により形成され、クランク軸を収容するクランクケース部３(スカート部)と、に２分割され、これらを後述するように一体化して構成される。

前記シリンダ部２の上部には、ガスケット４Ａを介してシリンダヘッド４が組付けられ、シリンダ部２の上部に開口した複数(図示例では８個)の雌ネジ穴５に、シリンダヘッド４を貫通させてヘッドボルト６を締結することにより、これらがシリンダ部２に固定される。シリンダヘッド４の上部には、図示しないヘッドカバーが取付けられる。また、前記クランクケース部３の下方には、図示しないオイルパンが取付けられる。

以下では、シリンダブロック１のシリンダ部２が位置する側を上方とし、クランクケース部３が位置する側を下方とする上下方向と定義し、変速機が組付けられる側（図中左側）を後方とし、その反対側を前方とする前後方向と定義し、前記前後方向と直交する水平方向を左右方向と定義する。なお、内燃機関の具体的なレイアウトや配置状態により、これらの方向は適宜変更される。

前記シリンダ部２は、前後方向に直列に配列して４つのシリンダボア１０を上下方向に貫通させて備えると共に各シリンダボア１０を形成するシリンダ壁同志は互いに連結されてシリンダライナ部１１を構成すると共に、シリンダライナ部１１を、隙間をもって取囲んで外壁を形成するブロック外壁部１２を備える。前記シリンダライナ部１１とブロック外壁部１２とは、上下方向の中途部に配置した厚肉のミドルデッキ部１３により連結されて一体構造のシリンダ部２を構成する。

前記上下方向中途部のミドルデッキ部１３より上方におけるシリンダライナ部１１とブロック外壁部１２との間の隙間はウォータジャケット１４に形成され、前記ミドルデッキ部１３より下方におけるシリンダライナ部１１とブロック外壁部１２との間の隙間はクランクケース部３側に開口する空間部１５に形成されている。前記ウォータジャケット１４と空間部１５とは、厚肉のミドルデッキ部１３を挟んで上下方向に隔てて配置されて互いが画成されており、ウォータジャケット１４はシリンダ部２の上方に開口し、空間部１５はシリンダ部２の下方に開口している。なお、空間部１５の隙間寸法は、ウォータジャケット１４の隙間寸法より小さく形成されることにより、ミドルデッキ部１３より下部のブロック外壁部１２の厚さ寸法はミドルデッキ部１３より上部のブロック外壁部１２の厚さ寸法より厚肉となっている。

前記ウォータジャケット１４を収容する上部側のブロック外壁部１２には、前記シリンダボア１０同士の間およびシリンダ部２の前後端の各位置においてシリンダ部２の上面に開口させて、前記ヘッドボルト６がねじ締結される複数の雌ネジ穴５が形成されている。各雌ネジ穴５の深さ寸法Ｗ１は、ウォータジャケット１３の深さ寸法Ｗ２より浅く形成されている。即ち、前記雌ネジ穴５は、前記ミドルデッキ部１３に達しない寸法に設定されている。

前記空間部１５を収容する下部側のブロック外壁部１２には、後述するクランクケース部３のバルク部２０が位置する部位において、シリンダ部２の下面に開口させて、夫々２個の雌ネジ穴１６が形成されている。前記２個の雌ネジ穴１６は、シリンダ部２の左右方向の対称位置に配置されている。前記各雌ネジ穴１６の深さ寸法Ｖ２は、前記空間部１５の深さ寸法Ｖ１より浅く形成されている。即ち、前記雌ネジ穴１６は、前記ミドルデッキ部１３に達しない寸法に設定されている。

前記雌ネジ穴１６には、アルミニウム合金より形成した連結棒１７の上端がネジ込みにより締結され、この連結棒１７はシリンダ部２の下端から突出させて配置されている。前記連結棒１７の下部には、下端面には開口させ且つ軸方向に延びる雌ネジ穴１７Ａが設けられている。連結棒１７の前記突出する長さ寸法は、後述するバルク部２０の上下方向寸法より短く形成されている。

前記クランクケース部３は、左右方向に配置されてクランク軸のジャーナル４０を支持するための複数のバルク部２０と、バルク部２０の左右方向の端部同士を連結して形成されるハウジング部２１と、を備える。クランクケース部３の上面は前記シリンダ部２の下面と接続される平面に形成されている。

各バルク部２０には、前記連結棒１７を収容する大径穴２２Ａを上面に開口させ、大径穴２２Ａに連ねて小径となった小径穴２２Ｂを下面に開口させる段付き穴２２が形成されている。また、バルク部２０の下面には、当該下面に固定されるクランクキャップ３０との間において、クランク軸のジャーナル４０を支持する軸受け穴３１が形成されている。前記クランクキャップ３０には、クランクキャップボルト３２が貫通する貫通穴３３が形成されている。

前記シリンダ部２とクランクケース部３との連結は、前記段付き穴２２の大径穴２２Ａをシリンダ部２の下面から突出している連結棒１７に嵌合させる。次いで、前記クランクキャップ３０の貫通穴３３および前記バルク部２０の段付き穴２２の小径穴２２Ｂを貫通させて、クランクキャップボルト３２を連結棒１７の雌ネジ穴１７Ａにねじ込むことにより、クランクキャップ３０がバルク部２０に締結されると共に、クランクケース部３がシリンダ部２に締結固定される。なお、シリンダ部２に対するクランクケース部３の位置決めは、図示しない位置決め手段により行われる。

前記シリンダ部２のブロック外壁部１２の前記ミドルデッキ部１３に連結される部位には、シリンダ部２の前後方向に貫通させてオイルメインギャラリ１８が配置されており、図示しないオイルパンに配置されたオイルポンプからクランクケース部３及びシリンダ部２に設けた供給通路２３を介してオイルが供給される。

前記シリンダ部２には、メインオイルギャラリ１８よりミドルデッキ部１３及びミドルデッキ部１３の下方におけるシリンダライナ部１１を経由させてクランクケース部３への取付面に開口する分岐通路１９を備える。また、前記クランクケース部３には、シリンダ部２への取付面に開口されて前記シリンダ部２の分岐通路１９に連通し且つバルク部２０を貫通して前記クランク軸のジャーナル４０を支持する軸受け穴３１に開口するオイル供給通路２４を備える。

このため、前記メインギャラリ１８のオイルは、メインギャラリ１８から分岐させて前記ミドルデッキ部１３および下部シリンダライナ部１１に設けた分岐通路１９とクランクケース部３のバルク部２０に設けたオイル供給通路２４を経由させて、前記ジャーナル４０の軸受け穴３１に供給されるようにしている。

また、前記シリンダ部２のブロック外壁部１２およびクランクケース部３のバルク部２０には、シリンダヘッド４の上方に溜まったオイルをオイルパンに戻すオイル戻し通路２５が形成されている。

以上の構成の内燃機関のシリンダブロック１では、シリンダ部２とクランクケース部３とを分割した構造であり、シリンダ部２とクランクケース部３との結合を、マグネシウム合金で形成したクランクケース部３と同等の熱膨張率を備えるアルミニウムニウム合金等により形成した連結棒１７を介して、クランクキャップボルト３２にて締結する構造としている。即ち、構成部品の熱膨張率の関係は、鉄系の金属（Ｆｅ）よりなるクランクキャップボルト３２＜アルミニウム・マグネシウム合金（Ａｌ・Ｍｇ）、若しくは、アルミニウムニウム・シリコン合金等からなる連結棒１７≦マグネシウム合金（Ｍｇ）よりなるクランクケース部３としている。

その結果、高温時にクランクケース部３が熱膨張した場合でも、連結棒１７が同様に熱膨張するので、クランクキャップボルト３２の軸力増加を抑制でき、シリンダライナ部１１の変形を低減できる。また、同様の理由により、クランクケース部３とクランクキャップ３０との合せ面、及び、クランクキャップ３０とクランクキャップボルト３２とのボルト座面の面圧増加によるクランクケース部３の座屈を防止することができる。

また、シリンダライナ部１１とブロック外壁部１２とはミドルデッキ部１３を介して一体となっており、ウォータジャケット１４の深さ寸法Ｗ２をヘッドボルト６に対する雌ネジ穴５の深さ寸法Ｗ１より大きくしているので、ヘッドボルト６の軸力がブロック外壁部１２に加わっても、ウォータジャケット１４による遮断機能（ミドルデッキ部１３の変形は生じない）により、シリンダライナ部１１の変形を抑制することができる。

しかも、シリンダ部２の下端には、連結棒１７の雌ネジ穴１６とシリンダライナ部１１との間に空間部１５を設け、空間部１５の深さ寸法Ｖ１を連結棒１７の雌ネジ穴１６の深さ寸法Ｖ２より大きくしているので、連結棒１７のネジ部による軸力がブロック外壁部１２に加わっても、空間部１５による遮断機能（ミドルデッキ部１３の変形は生じない）により、シリンダライナ部１１の変形を抑制することができる。

以上のように、シリンダライナ部１１の変形が抑制されるので、内燃機関の本体系騒音とオイル消費を低減することができる。そして、シリンダライナ部１１とブロック外壁部１２はミドルデッキ部１３を介して一体構造としているため、シリンダ部２の剛性を高くでき、シリンダ部２の変形を抑制できる。また、シリンダライナ部１１の下端にシール部材を設ける必要がないので、ウォータジャケット１４よりの水漏れ発生に対する虞がない。

なお、従来例として示した特許文献１では、シリンダライナとブロック外壁部とは分割構造となっており、シリンダヘッドとブロック外壁部との間にシリンダライナ部のつば部を挟んで締結する構造としているが、シリンダライナ部は薄肉構造であるので剛性はあまり高くなく、シリンダライナ部の変形が大きくなりやすい。またシリンダライナ部の下端をシール部材でシールしているが、シール部材の劣化により水漏れが発生する虞もあった。

また、ジャーナル４０には、シリンダ部２のメインギャラリ１８より分岐通路１９及びオイル供給通路２４を経由してオイルを供給するようにしているので、シリンダ部２とクランクケース部３とが分割構造であっても、比較的簡単な経路で、ジャーナル４０へ十分なオイルを供給することができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）シリンダボア１０が形成されたシリンダ部２とクランク軸を収容するクランクケース部３とにシリンダブロック１を分割形成すると共に、前記シリンダ部２をアルミニウム合金製とすると共に前記クランクケース部３をマグネシウム合金製とした内燃機関のシリンダブロック１であり、前記シリンダ部２のクランクケース部３への取付面から突出させて連結棒１７を固定すると共に、その突出部分を前記クランクケース部３のバルク部２０に設けた貫通穴である段付き穴２２に挿入し、前記クランクケース部３のバルク部２０下面に配置されて、クランク軸のジャーナル４０を支持する軸受け穴３１を形成するクランクキャップ３０の締付けボルト３２を、前記貫通穴２２内の連結棒１７に締結して、前記シリンダ部２と前記クランクケース部３とを一体固定し、前記連結棒１７は、クランクケース部３を構成する材料の熱膨張率を上限としてクランクキャップ３０の締付けボルト３２を構成する材料の熱膨張率より大きく設定した材料により形成されている。このため、高温時でもクランクケース部３の熱膨張と連結棒１７の熱膨張とを近づけることができ、クランクキャップ３０の締付けボルト３２の軸力の増加を抑制して、シリンダライナ部１１の変形を低減できる。また、同様の理由により、クランクケース部３と他部品（クランクキャップ３０、シリンダ部２）との合わせ面の面圧増加を抑制して、マグネシウム合金製のクランクケース部３の座屈を防止することができる。

(イ)連結棒１７は、クランクケース部３を構成する材料の熱膨張率と同等の熱膨張率を備える材料により形成されていることにより、高温時でもクランクケース部３と連結棒１７とが、ほぼ同等に熱膨張するので、クランクキャップボルト３２の軸力の増加を抑制でき、シリンダライナ部１１の変形を低減できる。また、クランクケース部３と他部品との合わせ面の面圧増加によるマグネシウム合金製のクランクケース部３の座屈を防止することができる。

(ウ)シリンダ部２は、シリンダボア１０が形成されるシリンダライナ部１１と、シリンダライナ部１１を取囲むブロック外壁部１２と、シリンダライナ部１１とブロック外壁部１２とを連結するミドルデッキ部１３と、から構成され、前記ミドルデッキ部１３の下方におけるシリンダライナ部１１とブロック外壁部１２との間に空間部１５を備えると共に、前記ミドルデッキ部１３の上方におけるシリンダライナ部１１とブロック外壁部１２との間の空間をウォータジャケット１４とし、前記連結棒１７はブロック外壁部１２に下面からネジ込み締結され、上部に連結されるシリンダヘッド４を固定するヘッドボルト６はブロック外壁部１２に上面からネジ込み締結されるため、シリンダライナ部１１の剛性を高くでき、シリンダの変形を抑制できる。また、シリンダライナ部１１の下端をシール部材で固定する必要がなく、ウォータジャケット１４よりの水漏れ発生の心配がない。

(エ)連結棒１７のネジ穴の深さ寸法は、前記空間部１５の深さより浅く形成されているため、連結棒１７のネジ部による軸力がブロック外壁部１２に加わっても、空間部１５による遮断機能により、シリンダライナ部１１の変形を抑制することができる。

(オ)シリンダヘッド４を固定するヘッドボルト６がねじ込まれる雌ネジ穴５の深さ寸法は、前記ウォータジャケット１４の深さより浅く形成されているため、ヘッドボルト６のネジ部による軸力がブロック外壁部１２に加わっても、ウォータジャケット１４による遮断機能により、シリンダライナ部１１の変形を抑制することができる。

(カ)シリンダ部２は、メインオイルギャラリ１８よりミドルデッキ部１３及びミドルデッキ部１３の下方におけるシリンダライナ部１１を経由させてクランクケース部３への取付面に開口する分岐通路１９を備えると共に、前記クランクケース部３は、シリンダ部２への取付面に開口されて前記シリンダ部２の分岐通路１９に連通し且つバルク部２０を貫通して前記クランク軸のジャーナル４０を支持する軸受け穴３１に開口するオイル供給通路２４を備えるため、シリンダ部２とクランクケース部３とが分割構造であっても、比較的簡単な経路でジャーナル４０へ十分なオイルを供給することができる。

本発明の一実施形態を示す内燃機関のシリンダブロックの平面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ シリンダ部
３ クランクケース部
４ シリンダヘッド
５、１６ 雌ネジ穴
６ ヘッドボルト
１０ シリンダボア
１１ シリンダライナ
１２ ブロック外壁部
１３ ミッドデッキ部
１４ ウォータジャケット
１５ 空間部
１７ 連結棒
１８ メインオイルギャラリ
１９ 分岐通路
２０ バルク部
２１ ハウジング部
２２ 貫通穴としての段付き穴
２４ オイル供給通路
３０ クランクキャップ
３１ 軸受け穴
３２ クランクキャップボルト

Claims (6)

1. シリンダボアが形成されたシリンダ部とクランク軸を収容するクランクケース部とにシリンダブロックを分割形成すると共に、前記シリンダ部をアルミニウム合金製とすると共に前記クランクケース部をマグネシウム合金製とした内燃機関のシリンダブロックであり、
   前記シリンダ部のクランクケース部への取付面から突出させて連結棒を固定すると共に、その突出部分を前記クランクケース部のバルク部に設けた貫通穴に挿入し、
   前記クランクケース部のバルク部下面に配置されて、クランク軸のジャーナルを支持する軸受け部を形成するクランクキャップの締付けボルトを、前記貫通穴内の連結棒に締結して、前記シリンダ部と前記クランクケース部とを一体固定し、
   前記連結棒は、クランクケース部を構成する材料の熱膨張率を上限としてクランクキャップの締付けボルトを構成する材料の熱膨張率より大きく設定した材料により形成されていることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
2. 前記連結棒は、クランクケース部を構成する材料の熱膨張率と同等の熱膨張率を備える材料により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. 前記シリンダ部は、シリンダボアが形成されるシリンダライナ部と、シリンダライナ部を取囲むブロック外壁部と、シリンダライナ部とブロック外壁部とを連結するミドルデッキ部と、から構成され、
   前記ミドルデッキの下方におけるシリンダライナ部とブロック外壁部との間に空間部を備えると共に、前記ミドルデッキ部の上方におけるシリンダライナ部とブロック外壁部との間の空間をウォータジャケットとし、
   前記連結棒はブロック外壁部に下面からネジ込み締結され、上部に連結されるシリンダヘッドを固定するヘッドボルトはブロック外壁部に上面からネジ込み締結されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のシリンダブロック。
4. 前記連結棒のネジ穴の深さ寸法は、前記空間部の深さより浅く形成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のシリンダブロック。
5. 前記シリンダヘッドを固定するヘッドボルトがねじ込まれる雌ネジ穴の深さ寸法は、前記ウォータジャケットの深さより浅く形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関のシリンダブロック。
6. 前記シリンダ部は、メインオイルギャラリよりミドルデッキ部及びミドルデッキ部の下方におけるシリンダライナ部を経由させてクランクケース部への取付面に開口する分岐通路を備えると共に、
   前記クランクケース部は、シリンダ部への取付面に開口されて前記シリンダ部の分岐通路に連通し且つバルク部を貫通して前記クランク軸のジャーナルを支持する軸受け部に開口するオイル供給通路を備えることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関のシリンダブロック。

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