JP6354732B2 - シリンダブロックおよびエンジン本体 - Google Patents

Description

本発明は、ウォータージャケットの上端部が開口しているオープンデッキ型のシリンダブロックおよび当該シリンダブロックを有するエンジン本体に関する。

従来より、円筒状のボア壁部と外壁部との間に形成されるウォータージャケットの上端部が開口しているオープンデッキ型のシリンダブロックが知られている。このようなオープンデッキ型のシリンダブロックによれば、ウォータージャケットの上端部が開口しているため、軽量化を図ることができるとともに、冷却性能や鋳造による生産性を向上させることができる。その一方で、ボア壁部の上端部が自由端となるため、シリンダブロックの変形量が増大するという欠点もあった。そこで、例えば、特許文献１に記載されているように、ウォータージャケットの上端部近傍に補強部材（補強片）を配置することで、オープンデッキ型のシリンダブロックの変形を抑制することが考えられる。

特開平３−２５３７５２号公報

ところで、シリンダブロックを鋳造により成形する場合、成形品を円滑に離型させるために一般的に抜き勾配が設けられており、ウォータージャケットの幅にばらつき（誤差）が生じやすい。このような場合に、特許文献１のように補強部材を直接ウォータージャケットに挿入する構成だと、ウォータージャケットの幅が設計値よりも小さい場合には、補強部材をウォータージャケットに挿入できなくなり、ウォータージャケットの幅が設計値よりも大きい場合には、補強部材がウォータージャケットの奥に落下するおそれがある。このような問題を避けるためには、ウォータージャケットの寸法の許容誤差を小さくすることが考えられるが、そうすると品質管理にかかるコストが増大するという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、オープンデッキ型のシリンダブロックにおいてウォータージャケットに補強部材を配置する場合に、ウォータージャケットの寸法の許容誤差を緩和しつつ、補強部材を確実に配置可能とすることを目的とする。

本発明は、ピストンが収容されるシリンダボアを形成するボア壁部と当該ボア壁部の外側に位置する外壁部との間にウォータージャケットが形成されており、前記ウォータージャケットの上端部が開口しているオープンデッキ型のシリンダブロックであって、前記ボア壁部または前記外壁部のうち少なくとも一方の、前記ウォータージャケットに面する上端角部に切欠部が形成されており、前記切欠部および当該切欠部に面する前記ウォータージャケットの部分を充填するように補強部材が設けられていることを特徴とする。

本発明では、ボア壁部または外壁部のうち少なくとも一方の、ウォータージャケットに面する上端角部に切欠部が形成されており、この切欠部および切欠部に面するウォータージャケットの部分を充填するように補強部材が設けられている。つまり、補強部材は切欠部に嵌め込まれる形態で取り付けられることになり、たとえウォータージャケットの幅に多少のばらつきがあっても、ウォータージャケットに面する切欠部が適切に形成されていれば、補強部材がウォータージャケットに挿入できなかったり、補強部材がウォータージャケットの奥に落下したりすることを防止できる。したがって、本発明によれば、ウォータージャケットの寸法の許容誤差を緩和しつつ、補強部材を確実に配置することが可能となる。

第１実施形態にかかるシリンダブロックの上面図である。 図１のシリンダブロックの上方にシリンダヘッドが配置されたエンジン本体の断面図である。 第２実施形態にかかるシリンダブロックの上面図である。 第３実施形態にかかるシリンダブロックの（ａ）上面図および（ｂ）断面図である。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態にかかるシリンダブロックおよびエンジン本体について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態にかかるシリンダブロックの上面図である。図２は、図１のシリンダブロックの上方にシリンダヘッドが配置されたエンジン本体の断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面を図示したものである。なお、本発明にかかるシリンダブロックは、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンの両方に対して適用可能であるが、図２では点火プラグ（ガソリンエンジンの場合）や燃料噴射ノズル（ディーゼルエンジンの場合）の図示は省略している。

図１に示すように、シリンダブロック１０には、ピストンを収容する円筒状のシリンダボア１１がボア壁部１２によって複数形成されている。これら複数のシリンダボア１１は、図２に模式的に示すクランクシャフト５１の軸方向（図１の上下方向）に等間隔で並んでいる。以降の説明では、便宜のため、クランクシャフト５１の軸方向に平行で、且つ、複数のシリンダボア１１の中心軸Ａを含む面を中心面Ｃと称する。

ボア壁部１２とボア壁部１２の外側に位置する外壁部１３との間には、溝型のウォータージャケット１４が形成されている。ウォータージャケット１４は、すべてのシリンダボア１１を取り囲むように円弧形状が連なった形状を有しており、ウォータージャケット１４の内部を冷却水が流れることでエンジンの過熱が抑制される。

本実施形態のシリンダブロック１０は、エンジンの軽量化を図るためアルミニウム製（アルミニウム合金製）となっている。また、さらなる軽量化を図るとともに、鋳造性および冷却性能を向上させるため、本実施形態のシリンダブロック１０は、ウォータージャケット１４の上端部が開口しているオープンデッキ型となっている。シリンダブロック１０をオープンデッキ型とすることで、シリンダブロック１０の変形量が増大することを抑えるため、ウォータージャケット１４の一部には補強部材１５が配置されている。補強部材１５については、後で詳細に説明する。

図２に示すように、エンジン本体１は、シリンダブロック１０、シリンダブロック１０の上方に設けられるシリンダヘッド２０、およびシリンダブロック１０とシリンダヘッド２０との間に設けられるガスケット３０を有して構成される。シリンダヘッド２０には、吸気ポート２１および排気ポート２２が形成されており、吸気ポート２１に吸気バルブ２３が、排気ポート２２に排気バルブ２４がそれぞれ配置されている。

エンジンが稼働しており、シリンダボア１１内のピストン５０が上下に往復移動する際、図２の左右方向、すなわち中心面Ｃに直交する方向（以降、「スラスト・反スラスト方向」と称する）にピストン５０がわずかながら変位することで、ボア壁部１２にピストン５０が当接する。このため、スラスト・反スラスト方向においては、シリンダブロック１０の変形が生じやすい。特に、エンジンの爆発行程（膨張行程）において、ピストン５０がボア壁部１２に当接する側である図２の左側（以降、「スラスト側」と称する）では変形量が大きくなりやすく、この変形量を抑えることが重要となる。

そこで、本実施形態では、シリンダボア１１の中心軸Ａよりもスラスト側の領域に補強部材１５を設け、これによってシリンダブロック１０のスラスト側の変形を抑えている。より詳細には、図１に示すように、上面視において、シリンダボア１１の中心軸Ａを通りスラスト・反スラスト方向に延びる仮想面Ｂとウォータージャケット１４とが交差する位置に、補強部材１５が配置されている。なお、シリンダボア１１の中心軸Ａよりもスラスト側の反対側（以降、「反スラスト側」と称する）の領域には、補強部材１５を設けていない。

補強部材１５は、直方体形状のブロック部材であり、シリンダブロック１０と同じ材料（アルミニウムまたはアルミニウム合金）で作られている。補強部材１５とシリンダブロック１０とが異なる材料の場合には、線膨張係数の差によって歪や隙間が発生したり、腐食電位による腐食が問題となるおそれがある。しかしながら、補強部材１５とシリンダブロック１０とを同じ材料とすることによって、これらの問題を回避することができる。

ボア壁部１２のうち、ウォータージャケット１４に面する上端角部であって、仮想面Ｂを含む範囲には、切欠部１２ａが形成されている。同様に、外壁部１３のうち、ウォータージャケット１４に面する上端角部であって、仮想面Ｂを含む範囲には、切欠部１３ａが形成されている。切欠部１２ａ、１３ａは、いずれも補強部材１５と合致する形状とされており、ウォータージャケット１４を挟んで対向した状態で対となっている。

切欠部１２ａ、１３ａからなる対は、各シリンダボア１１に対して設けられている。そして、補強部材１５が切欠部１２ａ、１３ａに嵌め込まれることによって、切欠部１２ａ、１３ａおよび切欠部１２ａ、１３ａに挟まれたウォータージャケット１４の部分が、補強部材１５によって充填される。切欠部１２ａ、１３ａに補強部材１５を嵌め込んだ状態においては、補強部材１５とボア壁部１２との間、および補強部材１５と外壁部１３との間にはほとんど隙間がなく、また、補強部材１５の上面はボア壁部１２および外壁部１３の上面と略面一となるようにされている。

ところで、本実施形態のエンジン本体１は、図２に示すように、シリンダボア１１の中心軸Ａよりもスラスト側に吸気ポート２１が設けられ、シリンダボア１１の中心軸Ａよりも反スラスト側に排気ポート２２が設けられたものとなっている。つまり、エンジン本体１の吸気側にのみ補強部材１５が設けられており、排気側には補強部材１５は設けられていない。

（効果）
本実施形態のシリンダブロック１０では、補強部材１５が切欠部１２ａ、１３ａに嵌め込まれる形態で取り付けられるため、たとえウォータージャケット１４の幅に多少のばらつきがあっても、ウォータージャケット１４に面する切欠部１２ａ、１３ａが適切に形成されていれば、補強部材１５がウォータージャケット１４に挿入できなかったり、補強部材１５がウォータージャケット１４の奥に落下したりすることを防止できる。したがって、本実施形態のシリンダブロック１０によれば、ウォータージャケット１４の寸法の許容誤差を緩和しつつ、補強部材１５を確実に配置することが可能となる。

なお、このような効果を得るためには、ボア壁部１２または外壁部１３のうち少なくとも一方に切欠部が形成されていればよい。しかしながら、本実施形態のように、ボア壁部１２および外壁部１３のそれぞれの上端角部に、ウォータージャケット１４を挟んで対向するように切欠部１２ａ、１３ａが対となって形成されていれば、補強部材１５をウォータージャケット１４の両側において支持することができるので、補強部材１５をより安定的に配置することができる。

ここで、補強部材１５を設けることで、シリンダブロック１０の剛性を向上させて、シリンダブロック１０の変形を抑制できるという利点があるものの、補強部材１５がウォータージャケット１４内の冷却水の流れを部分的に妨げることによって、冷却性能が低下するおそれがある。そこで、本実施形態のように、補強部材１５を、シリンダボア１１の中心軸Ａよりも、エンジンの爆発行程でピストン５０がボア壁部１２に当接するスラスト側の領域にのみ設けるようにすることで、変形量の大きくなりやすいスラスト側の剛性を確実に高めることができるとともに、変形が問題とはなりにくい反スラスト側では冷却水の流れを促進させることができ、冷却性能の低下を抑えることができる。

さらに、本実施形態のエンジン本体１では、吸気ポート２１が中心軸Ａよりもスラスト側に形成されるとともに、排気ポート２２が中心軸Ａよりも反スラスト側に形成されるようにしている。排気ポート２２が形成される反スラスト側では、高温の排ガスの影響によりエンジン本体１が高温となりやすいが、上述のように反スラスト側には補強部材１５が設けられていないので、排気側の昇温を効果的に抑制することができる。

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態にかかるシリンダブロックの上面図である。以下では、第２実施形態の構成のうち主に第１実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態と共通する構成およびそれによって奏される効果については説明を省略する。

第２実施形態のシリンダブロック１０においては、シリンダボア１１の中心軸Ａよりスラスト側だけでなく反スラスト側にも補強部材１５が設けられている。このように、補強部材１５をスラスト側および反スラスト側の両側に設けることで、シリンダブロック１０の剛性をスラスト・反スラスト方向の両側において向上させることができ、シリンダブロック１０の変形をより効果的に抑制することができる。

［第３実施形態］
図４は、第３実施形態にかかるシリンダブロックの（ａ）上面図および（ｂ）断面図である。以下では、第３実施形態の構成のうち主に第１、第２実施形態と異なる点について説明し、第１、第２実施形態と共通する構成およびそれによって奏される効果については説明を省略する。

第３実施形態のシリンダブロック１０は、補強部材１５の配置については第２実施形態と同じであるが、補強部材１５に冷却フィン１６が取り付けられている点が、第１、第２実施形態と異なる。この冷却フィン１６は、補強部材１５よりも熱伝導率が高い材料、例えば銅によって作製される。本実施形態の冷却フィン１６は、銅板を折り曲げることによって構成されており、補強部材１５に対してボルト締結等により取り付けられている。ただし、冷却フィン１６の材料、形状、取付方法等は適宜変更が可能である。

このように、補強部材１５よりも熱伝導率が高い冷却フィン１６が、ウォータージャケット１４内に位置する状態で補強部材１５に取り付けられていることによって、冷却水との熱交換が効率的に行われ、より効果的にエンジンを冷却することができる。

また、本実施形態の冷却フィン１６は、互いに隣り合う２つの補強部材１５の間に架け渡されている。このように、冷却フィン１６を２つの補強部材１５の間に架け渡した状態とすることで、冷却フィン１６を両端部で良好に支持することができるとともに、冷却フィン１６の取り付けが容易となる。

［他の実施形態］
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

例えば、第１〜第３実施形態では、上面視において、シリンダボア１１の中心軸Ａを通りスラスト・反スラスト方向に延びる仮想面Ｂとウォータージャケット１４との交差位置に補強部材１５を配置するものとしたが、補強部材１５の位置はこれに限らない。ただし、スラスト・反スラスト方向におけるシリンダブロック１０の剛性を高め、この方向における変形を効果的に抑制するという観点からは、上面視において中心軸Ａを中心としたときの仮想面Ｂからの角度θ（図１参照）が４５度以内、さらには３０度以内の領域に補強部材１５が配置されているのが好ましく、最も好ましいのは第１〜第３実施形態のように角度θが０度、すなわち仮想面Ｂ上に配置することである。

また、第１〜第３実施形態では、補強部材１５を直方体形状としたが、他の形状に変更してもよい。例えば、補強部材１５をシリンダボア１１の中心軸Ａに沿って延びる円柱形状とすれば、シリンダブロック１０の上方からドリル加工することによって、容易に補強部材１５の形状と合致する円弧形状の切欠部１２ａ、１３ａを形成することができ好適である。

また、第１実施形態では、スラスト側にのみ補強部材１５を配置し、スラスト側に吸気ポート２１を、反スラスト側に排気ポート２２を設けるものとしたが、吸気ポート２１および排気ポート２２の配置を逆にすることも可能である。

１：エンジン本体
１０：シリンダブロック
１１：シリンダボア
１２：ボア壁部
１３：外壁部
１４：ウォータージャケット
１５：補強部材
１６：冷却フィン
２０：シリンダヘッド
２１：吸気ポート
２２：排気ポート
Ａ：シリンダボアの中心軸

Claims (8)

1. ピストンが収容されるシリンダボアを形成するボア壁部と当該ボア壁部の外側に位置する外壁部との間にウォータージャケットが形成されており、前記ウォータージャケットの上端部が開口しているオープンデッキ型のシリンダブロックであって、
   前記ボア壁部または前記外壁部のうち少なくとも一方の、前記ウォータージャケットに面する上端角部に切欠部が形成されており、
   前記切欠部および当該切欠部に面する前記ウォータージャケットの部分を充填するように補強部材が設けられており、
   前記補強部材よりも熱伝導率が高い冷却フィンが、前記ウォータージャケット内に位置する状態で前記補強部材に取り付けられていることを特徴とするシリンダブロック。
2. 前記ボア壁部および前記外壁部のそれぞれの前記上端角部に、前記ウォータージャケットを挟んで対向するように前記切欠部が対となって形成されており、
   前記補強部材は、前記対となっている切欠部および当該対となっている切欠部によって挟まれる前記ウォータージャケットの部分を充填する請求項１に記載のシリンダブロック。
3. 前記補強部材が複数設けられており、互いに隣り合う２つの前記補強部材の間に前記冷却フィンが架け渡されている請求項１又は２に記載のシリンダブロック。
4. 前記補強部材が、前記シリンダボアの中心軸よりも、エンジンの爆発行程で前記ピストンが前記ボア壁部に当接するスラスト側の領域にのみ設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシリンダブロック。
5. 請求項４に記載のシリンダブロックの上方に、吸気ポートおよび排気ポートを有するシリンダヘッドが配置されたエンジン本体であって、
   前記吸気ポートが前記中心軸よりも前記スラスト側に形成されるとともに、前記排気ポートが前記中心軸よりも前記スラスト側の反対側である反スラスト側に形成されていることを特徴とするエンジン本体。
6. ピストンが収容されるシリンダボアを形成するボア壁部と当該ボア壁部の外側に位置する外壁部との間にウォータージャケットが形成されており、前記ウォータージャケットの上端部が開口しているオープンデッキ型のシリンダブロックであって、
   前記ボア壁部または前記外壁部のうち少なくとも一方の、前記ウォータージャケットに面する上端角部に切欠部が形成されており、
   前記切欠部および当該切欠部に面する前記ウォータージャケットの部分を充填するように補強部材が設けられており、
   前記補強部材が、前記シリンダボアの中心軸よりも、エンジンの爆発行程で前記ピストンが前記ボア壁部に当接するスラスト側の領域にのみ設けられていることを特徴とするシリンダブロック。
7. 前記ボア壁部および前記外壁部のそれぞれの前記上端角部に、前記ウォータージャケットを挟んで対向するように前記切欠部が対となって形成されており、
   前記補強部材は、前記対となっている切欠部および当該対となっている切欠部によって挟まれる前記ウォータージャケットの部分を充填する請求項６に記載のシリンダブロック。
8. 請求項６又は７に記載のシリンダブロックの上方に、吸気ポートおよび排気ポートを有するシリンダヘッドが配置されたエンジン本体であって、
   前記吸気ポートが前記中心軸よりも前記スラスト側に形成されるとともに、前記排気ポートが前記中心軸よりも前記スラスト側の反対側である反スラスト側に形成されていることを特徴とするエンジン本体。

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