JP6421373B2 - シリンダブロック - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックに関する。

従来より、シリンダ間の熱負荷のばらつきを抑えるなどの目的で、各シリンダの周囲に冷却水室を形成するべく、シリンダ間に隔壁が設けられたシリンダブロックが知られている（例えば、特許文献１参照）。シリンダブロックには、別体のシリンダヘッドが該シリンダヘッドを貫通して差し込まれる複数のヘッドボルトで締め付け固定される。すなわち、シリンダヘッドとシリンダブロックとは、１つの気筒の周りに複数のヘッドボルトが配置されて締結されている。近年、内燃機関の軽量化やコンパクト化のために、シリンダブロックの隔壁を均一かつ薄肉にして軽量化する設計がなされている。

特開２００２−１９５０３４号公報

しかしながら、シリンダブロック全体の構造は、ヘッドボルトが螺合するヘッドボルトボスや冷却水室に連通する冷却水連絡穴などが存在しており、必ずしも均一な構造ではない。そのため、軽量化のために単に隔壁全体を均一かつ薄肉にした場合、上記ヘッドボルトボスや冷却水連絡穴等の部位において鋳造時に引け巣や鋳造割れが生じる場合がある。この場合、隔壁に補強リブを設ける構成が考えられるが、大きな補強リブを設けると冷却水室の空間の形状が変化し、シリンダの冷却性能に変化が生じてしまうおそれがある。そのため、冷却水が流れる空間を確保しつつ隔壁の肉厚を厚くして、シリンダの冷却性能の確保とシリンダブロックの鋳造割れ等の抑制の両立が可能な構成が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、シリンダを冷却するための冷却水が流れる空間を確保しつつ隔壁の肉厚を厚くしたシリンダブロックを提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
複数のシリンダライナ挿入孔がシリンダ列方向に沿って形成されたシリンダブロックであって、
前記シリンダライナ挿入孔に挿入される略円筒状のシリンダライナと、
前記複数のシリンダライナ挿入孔の間に形成されるとともに前記シリンダ列方向に直交する方向に沿って並ばない、少なくとも一対のヘッドボルトボスと、
前記一対のヘッドボルトボスの間に亘って連続して形成されるとともに前記複数のシリンダライナ挿入孔の間を隔てる隔壁と、
前記シリンダブロックの外壁と前記隔壁とにより、前記シリンダライナを取り囲むように形成される空間である冷却水室と、を備え、
前記隔壁は、
前記一対のヘッドボルトボスのシリンダ列方向における離間間隔を二分する仮想線に対して、当該仮想線と前記複数のシリンダライナ挿入孔の中心を結ぶ線との交点を通る基準線が、前記隔壁を介して対向して配置される２つの冷却水室のうち広い空間を有する側に所定角度傾斜し、当該所定角度傾斜した基準線に基づいて前記隔壁よりも肉厚になるように前記隔壁に一体形成されるリブ部を有するものである。

請求項２においては、
前記ヘッドボルトボスと前記リブ部とが連続する部分は、所定の曲率半径を有する曲面に形成されているものである。

本発明によれば、シリンダライナ挿入孔とシリンダライナとの間の冷却水が流れる空間を確保しつつ隔壁の肉厚を厚くすることができる。

本発明の一実施形態に係るシリンダブロックを示す平面図。 図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図。 図２におけるＢ−Ｂ線矢視断面図（シリンダライナがシリンダライナ挿入孔に挿入された状態）であり、斜めリブを有する隔壁を示す図。 斜めリブの形状の形成方法を説明する平面図。 斜めリブの形状の形成方法を説明する平面図。 ヘッドボルトボス間における斜めリブの形状を示す平面図。 図６における斜めリブの形状と冷却水室との位置関係を示す断面図。 斜めリブを有しないシリンダブロックを示す側面断面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るシリンダブロック１を示す平面図である。
シリンダブロック１は、図示しないシリンダヘッドが締結され、ディーゼルエンジン等の内燃機関である６気筒直列エンジンを構成するものである。
なお、本実施形態では、６気筒直列エンジンに本発明を適用した場合について説明するが、特に限定するものではない。本発明は、複数気筒が隔壁を介して隣接して配置される複数気筒のエンジンに適用可能である。本発明は、例えば２〜５気筒直列エンジンや７気筒以上であって気筒間に隔壁を有する直列エンジン、その他種々の形態のエンジンに対して適用可能である。

シリンダブロック１は、図３に示すように、シリンダライナ挿入孔２と、シリンダライナ３と、ヘッドボルト孔４と、ヘッドボルトボス５と、冷却水室６と、外壁７と、斜めリブ９を有する隔壁８とを有している。

図１に示すように、シリンダブロック１は、シリンダ列方向（図１中上下方向）に６個のシリンダ１Ａ〜１Ｆを備えている。ここでは、最も下側に位置するシリンダを第１シリンダ１Ａと呼び、下から２番目のシリンダを第２シリンダ１Ｂと呼び、下から３番目のシリンダを第２シリンダ１Ｃと呼び、下から４番目のシリンダを第２シリンダ１Ｄと呼び、下から５番目のシリンダを第２シリンダ１Ｅと呼び、最も上側に位置するシリンダを第６シリンダ１Ｆと呼ぶ。

シリンダブロック１には、複数のシリンダライナ挿入孔２がシリンダ列方向に沿って形成され、該シリンダライナ挿入孔２内には略円筒状のシリンダライナ３が一体的に挿入されている（図３参照）。シリンダブロック１の上面には、シリンダヘッドが載置されるシリンダヘッド載置面１ａが形成されている。該シリンダヘッド載置面１ａには、シリンダライナ３及びシリンダブロック１を覆う形状に形成されたガスケットを介して、シリンダライナ挿入孔２毎にシリンダヘッドが複数のシリンダヘッドボルト（図示せず。以下では、単にヘッドボルトと呼ぶ）によって取り付けられる。シリンダブロック１の下部にはクランク軸を収納するクランクケースが取り付けられる。また、シリンダブロック１に形成されているヘッドボルト孔４の内面にはヘッドボルトが螺合するネジ部（図示せず）が形成されており、複数のヘッドボルト孔４に複数本のヘッドボルトを螺合させることで、シリンダブロック１とシリンダヘッドとが、その間にガスケットを介した状態で一体的に締結される。
なお、本実施形態のシリンダブロック１は、シリンダ１Ａ〜１Ｆのそれぞれの周囲に６個のヘッドボルト孔が形成されたものであるが、特に限定するものではなく、例えば個々のシリンダの周囲に４個のヘッドボルト孔が形成されたものなど種々のボルト孔の配置形態であってもよい。

図３に示すように、シリンダライナ３の周囲には、冷却水室６として中空状の空間がシリンダライナ３を包囲するように設けられるとともに、複数のヘッドボルトボス５がシリンダライナ３の周囲に適宜間隔をあけてシリンダライナ３の軸心方向と略平行に形成されている。冷却水室６は、シリンダライナ３やシリンダブロック１等を冷却するための空間であり、冷却水供給手段により該空間内に冷却水を流すことで、シリンダライナ３及びその周囲が冷却される。

具体的には、シリンダブロック１は、該シリンダブロック１の外壁部分である外壁７と、シリンダライナ挿入孔２の間を区画する複数（本実施形態では、５つ）の隔壁８とを有している。隔壁８は、一対のヘッドボルトボス５（本実施形態では、図３に示すヘッドボルトボス５ａ、５ｂ）の間に亘って連続して形成されるとともに複数のシリンダライナ挿入孔２の間を隔てるものである。シリンダライナ３が挿入されたシリンダブロック１には、シリンダライナ３と、シリンダブロック外壁１５及び隔壁８との間には冷却水室６が形成されている。すなわち、シリンダブロック１は、外壁７と隔壁８とにより、シリンダライナ３を取り囲むように形成される空間である冷却水室６を備える。該冷却水室６の下端は、シリンダブロック１の下壁により閉塞されている。

ヘッドボルト孔４は、シリンダ列方向（図１中上下方向、シリンダ１Ａ〜１Ｆの中心軸を結ぶ中心線Ｃに平行な方向）に配置された６個のシリンダ１Ａ〜１Ｆの周囲には、同じ位置に６個のヘッドボルト孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆが形成されている。ヘッドボルト孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆは、シリンダ１Ａ〜１Ｆの中心軸に対して略等角度間隔を存した位置にそれぞれ形成されている。ヘッドボルト孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆは、平面視においてシリンダの周囲に時計周りに順に配置されている。中心線Ｃに対して対向する、ヘッドボルト孔４ａと４ｄ、４ｂと４ｃ、及び４ｅと４ｆのそれぞれを結ぶ直線は、シリンダ列方向に直交する方向に対して所定角度（例えば、２〜１５度程度）右側に傾斜している。また、各ヘッドボルト孔４には、内周面にネジ部が形成されている。

ヘッドボルトボス５は、図３に示すように、シリンダブロック１の外壁７の内側面及び隔壁８の両端部に形成される。隔壁８の両端部には、一対のヘッドボルトボス５ａ、５ｂが連続して形成される。一対のヘッドボルトボス５ａ、５ｂは、複数のシリンダライナ挿入孔２の間に形成されるとともにシリンダ列方向に直交する方向に沿って並んで配置されていない。すなわち、ヘッドボルトボス５ａとヘッドボルトボス５ｂのそれぞれの中心を結ぶ直線は、シリンダ列方向に直交する方向に対して所定角度左側に傾斜している。また、ヘッドボルトボス５は、６個のシリンダ１Ａ〜１Ｆの周囲を６箇所で囲むように形成される。すなわち、ヘッドボルトボス５は、シリンダブロック１の外壁７の内側面及び隔壁８の表面から盛り上がった部分となっている。ヘッドボルトボス５の軸方向の長さは、シリンダライナ３の軸方向の長さよりも短く、より具体的には、シリンダライナ３の軸方向の長さの半分程度である。

ヘッドボルトボス５は、それぞれネジ部を有したヘッドボルト孔４が中心に配置され、図１に示すように、該ヘッドボルト孔４の一端がシリンダヘッド載置面１ａに開口し、所定長下方に延出されるヘッドボルト孔４の他端がシリンダブロック１を構成する外壁７及び隔壁８の内部で閉塞している。

斜めリブ９は、シリンダブロック１が有する隔壁８において、シリンダヘッド載置面１ａから所定長深さの隔壁８表面に形成される所定領域の部分である。具体的には、斜めリブ９は、上述したヘッドボルト孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆのうち、隔壁８の一面側におけるヘッドボルト孔４ｂを有するヘッドボルトボス５（５ａ）一端と、隔壁８の他面側におけるヘッドボルト孔４ｅを有するヘッドボルトボス５（５ｂ）一端との間において隔壁８に一体的に形成される部分である。
なお、本実施形態では、斜めリブ９をシリンダヘッド載置面１ａから所定長深さの隔壁８表面に形成しているが、特に限定するものではなく、隔壁８の任意の位置に形成することが可能である。
また、本実施形態では、斜めリブ９が複数の隔壁８（本実施形態では、５箇所）に形成されているが特に限定するものではなく、任意の隔壁８に任意数形成することができる。

次に、斜めリブ９の形状を形成するための方法を図４から図６を用いて説明する。
先ず、手順１として、斜めリブ９は、図４に示すように、隔壁８の両端部に位置するヘッドボルトボス５（５ａ、５ｂ）において、斜めリブ９を形成するための母線として、所定厚さｔ（例えば、ｔ＝１３ｍｍ）の平行な直線を描く。この平行な直線は、該平行な直線間を均等に二分する基準線Ｂ１を有し、該基準線Ｂ１は本実施形態では、一方のシリンダライナ挿入孔２と他方のシリンダライナ挿入孔２との中心を結ぶ中心線Ｃに垂直な仮想線Ｖ（当該仮想線Ｖは、シリンダ列方向におけるヘッドボルト孔４ｂの中心と、ヘッドボルト孔４ｅの中心との間の中間点を通る、シリンダ列方向に垂直な直線でもある。）に対して４°傾斜させている。次に、手順２として、ヘッドボルトボス５（５ａ、５ｂ）の端部と母線とを所定の曲率半径Ｒとなるように接続する。次に、手順３として、母線に平行な所定厚さｔよりもやや厚い厚さｔ´（例えば、ｔ＝１５ｍｍ）の平行な直線を描く。最後に、手順１で描いた形状と厚さｔ´の平行な直線とが交わる部分を所定の曲率半径Ｒ´で滑らかな曲面形状にすることで完成する。このようにして、斜めリブ９は、ヘッドボルトボス５ａ及びヘッドボルトボス５ｂとの間の中心線（隔壁８の中心線）である仮想線Ｖからオフセットして、ヘッドボルトボス５ａ及びヘッドボルトボス５ｂとの間に形成される部分である。

つまり、隔壁８は、前記一対のヘッドボルトボス５ａ、５ｂのシリンダ列方向における離間間隔を二分する仮想線Ｖに対して、当該仮想線Ｖと前記複数のシリンダライナ挿入孔２の中心を結ぶ中心線Ｃとの交点Ｐを通る基準線Ｂ１が、前記隔壁８を介して対向して配置される２つの冷却水室６、６'のうち広い空間を有する側（図７では右側）である冷却水室６'側に所定角度（本実施形態では、４°）傾斜し、当該所定角度傾斜した基準線Ｂ１に基づいて前記隔壁８よりも肉厚になるように前記隔壁８に一体形成されるリブ部である斜めリブ９を有している。

図７は、上述した斜めリブ９の形成方法で形成した斜めリブ９と冷却水室６及び該冷却水室６に隣接する冷却水室６'との位置関係を示した断面図である。図７に示すように、隔壁８を介して対向する冷却水室６と冷却水室６'において、冷却水室６よりも比較的広い空間を有する、冷却水路６'側に向けて上述したように所定角度（本実施形態では、４°）傾斜させ、上述の如く斜めリブ９を形成している。すなわち、斜めリブ９は、図７に示すように、冷却水の流通空間が比較的に広い冷却水路６'側に図中上側に示す所定間隔ｔ１拡げるのに対して、冷却水の流通空間が比較的に狭い冷却水路６側においては、所定間隔ｔ１よりも小さい間隔ｔ２（ｔ１＞ｔ２）だけ拡げている。このように隔壁８に斜めリブ９を形成することで、冷却水室６及び冷却水室６'のそれぞれにおいて冷却水の流通にほとんど影響を与えずに、隔壁８の肉厚を厚くすることができる。

以上にように、本実施形態では、複数のシリンダライナ挿入孔２がシリンダ列方向に沿って形成されたシリンダブロック１であって、シリンダライナ挿入孔２に挿入される略円筒状のシリンダライナ３と、複数のシリンダライナ挿入孔２の間に形成されるとともに前記シリンダ列方向に直交する方向に沿って並ばない、少なくとも一対のヘッドボルトボス５ａ、５ｂと、一対のヘッドボルトボス５ａ、５ｂの間に亘って連続して形成されるとともに前記複数のシリンダライナ挿入孔２の間を隔てる隔壁８と、シリンダブロック１の外壁７と隔壁８とにより、シリンダライナ３を取り囲むように形成される空間である冷却水室６と、を備え、前記隔壁８は、一対のヘッドボルトボス５ａ、５ｂのシリンダ列方向における離間間隔を二分する仮想線Ｖに対して、当該仮想線Ｖと前記複数のシリンダライナ挿入孔２の中心を結ぶ中心線Ｃとの交点Ｐを通る基準線Ｂ１が、前記隔壁８を介して対向して配置される２つの冷却水室６、６'のうち広い空間を有する側に所定角度傾斜し、当該所定角度傾斜した基準線Ｂ１に基づいて前記隔壁８よりも肉厚になるように前記隔壁８に一体形成されるリブ部である斜めリブ９を有するものである。これにより、シリンダライナ挿入孔２とシリンダライナ３との間に形成される冷却水室６おいて冷却水が流れる空間を確保しつつ隔壁８の肉厚を厚くすることができる。また、図８には、斜めリブ９を有さないシリンダブロック１０を示しているが、このように平坦な構造の隔壁の場合、鋳造割れ等の鋳造時に引け巣や鋳造割れが生じやすい。一方、本実施形態のように、隔壁８の一部を構成するように斜めリブ９を形成することで隔壁８の強度を向上して、鋳造割れを抑えることができる。

なお、本実施形態では、仮想線Ｖに対し、４°傾けた基準線Ｂ１に基づいて形成した斜めリブ９を例示したが、特に限定するものではなく、シリンダブロックの形状・大きさに合わせて傾斜角度を適宜設定することができる。

また、本実施形態では、ヘッドボルトボス５ａ、５ｂと斜めリブ９とが連続する部分は、所定の曲率半径を有する曲面に形成されている。これにより、冷却水室６、６'内において冷却水をスムーズに流通させることができる。

本実施形態のシリンダブロック１は、隔壁８に斜めリブ９を設けたことにより、シリンダブロック１の鋳造時の割れを抑制することができる。よって、シリンダブロック１の品質保証と品質の安定化を図ることができる。また、本実施形態のシリンダブロック１によれば、大きな補強リブを必要としないため、シリンダブロック１の重量増を抑制することができる。これにより、内燃機関としてパワーウェイトレシオ（出力特性）の維持が可能となる。また、本実施形態のシリンダブロック１によれば、隔壁８に斜めリブ９を設けているが、極力隔壁８の形状変化を抑えているため、隔壁の形状変更に伴う冷却水流の変化が抑制される。したがって、シリンダブロック１の品質性能が変化することを抑制することができる。

本発明では、隣り合うシリンダライナ挿入孔の隔壁の一部がシリンダヘッドボルト用ネジ孔形成部（ヘッドボルトボス）の外側同士をつなぐようにして形成される。これにより、シリンダヘッドボルト用ネジ孔形成部（ヘッドボルトボス）の周囲に形成されている冷却水室のうち、広い方に偏るように隔壁がつくられることで冷却効率を維持しつつ肉厚増加できる。さらに、本発明では、隔壁に大きな突出部を形成することなく肉厚を増加することができる。さらに、複雑な形状になりがちな隔壁の設計指針として用いることができる。

１ シリンダブロック
２ シリンダライナ挿入孔
５（５ａ、５ｂ） ヘッドボルトボス
６ 冷却水室
８ 隔壁
９ 斜めリブ
Ｂ１ 基準線
Ｃ 中心線
Ｖ 仮想線

Claims (2)

1. 複数のシリンダライナ挿入孔がシリンダ列方向に沿って形成されたシリンダブロックであって、
   前記シリンダライナ挿入孔に挿入される略円筒状のシリンダライナと、
   前記複数のシリンダライナ挿入孔の間に形成されるとともに前記シリンダ列方向に直交する方向に沿って並ばない、少なくとも一対のヘッドボルトボスと、
   前記一対のヘッドボルトボスの間に亘って連続して形成されるとともに前記複数のシリンダライナ挿入孔の間を隔てる隔壁と、
   前記シリンダブロックの外壁と前記隔壁とにより、前記シリンダライナを取り囲むように形成される空間である冷却水室と、を備え、
   前記隔壁は、
   前記一対のヘッドボルトボスのシリンダ列方向における離間間隔を二分する仮想線に対して、当該仮想線と前記複数のシリンダライナ挿入孔の中心を結ぶ線との交点を通る基準線が、前記隔壁を介して対向して配置される２つの冷却水室のうち広い空間を有する側に所定角度傾斜し、当該所定角度傾斜した基準線に基づいて前記隔壁よりも肉厚になるように前記隔壁に一体形成されるリブ部を有することを特徴とするシリンダブロック。
2. 前記ヘッドボルトボスと前記リブ部とが連続する部分は、所定の曲率半径を有する曲面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロック。

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