JP7075618B2 - エンジンのシリンダブロック構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロック構造に関するものである。

エンジン、特に自動車用エンジンにおいては、軽量化が強く望まれている。このため、特許文献１に示すように、大型で重量物となるシリンダブロックを、ピストンが嵌挿されるボア部が直列に複数形成された金属製のライナ部材と、このライナ部材の外周に取付けられる合成樹脂製の外壁部材と、によって構成するものが開示されている。この特許文献１には、ライナ部材と外壁部材との間に、複数のボア部の配列方向に延びる冷却水通路を形成することも開示されている。

実開平２－２０４４１号公報

前述のように、シリンダブロックを、ライナ部材と外壁部材とによって構成した場合、剛性の高いライナ部材とこれに取付けられるベアリングキャップとによりクランク軸を支承することになる。

ライナ部材のより軽量化のために、ライナ部材のうち、ボア部から下方に向けて片持ち式に脚部を延設して、この脚部の下端にベアリングキャップを取付けることが考えられる。すなわち、脚部は、ボア部をクランク軸の軸線方向から挟むようにして複数形成されるが、この脚部同士を連結するスカート部を有しない構成とすることにより、ライナ部材のより一層の軽量化を図ることが可能となる（外壁部材がスカート部を構成）。

しかしながら、複数の脚部（の先端部＝自由端部）同士がクランク軸の軸線方向に連結されていない構造の場合、燃焼による大きな力を受けた際に、燃焼気筒を挟む一対の脚部がクランク軸の軸線方向に互いに離間するような拡開変形（クランク軸の軸線方向にたわみ変形）しやすいものとなる。このような脚部の変形は、エンジンの円滑な回転を妨げたり、振動の発生原因ともなり、好ましくないものである。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、ボア部が形成されたライナ部材に、下方に向けて片持ち式に延びる脚部を延設して、この脚部の下端にベアリングキャップを取付けるようにした構造であっても、クランク軸の軸線方向に脚部がたわみ変形することを防止あるいは抑制できるようにしたエンジンのシリンダブロック構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
第１部材で構成され、ピストンが嵌挿されるボア部が形成されたライナ部材と、
前記第１部材よりも剛性の低い第２部材で構成され、前記ライナ部材の外周に取付けられる外壁部材と、
を備え、
前記ライナ部材は、下方に向けて片持ち式に延設されると共に、互いにクランク軸の軸線方向に間隔を有する複数の脚部を有し、
前記各脚部の下端に、該脚部と協働してクランク軸を支承するためのベアリングキャップが取付けられ、
前記外壁部材が、少なくとも前記複数の脚部と前記ベアリングキャップとをその側方から全体的に覆う形状とされ、
前記外壁部材に、少なくとも前記ベアリングキャップの側面に当接されて、前記脚部がクランク軸の軸線方向にたわみ変形するのを規制する変形規制部が形成され、
前記変形規制部は、前記ベアリングキャップのそれぞれについて、該ベアリングキャップをクランク軸の軸線方向から挟持するように形成されている、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、スカート部を構成することとなる外壁部材を有効に利用して、脚部がクランク軸の軸線方向にたわみ変形してしまう事態が防止あるいは抑制されることになる。特に、変形規制部は、ベアリングキャップのそれぞれについて、ベアリングキャップをクランク軸の軸線方向から挟持するように形成されていることから、脚部のクランク軸の軸線方向へたわみ変形することをより確実に防止する上で好ましいものとなる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記ライナ部材の上端から前記ベアリングキャップまでの範囲におけるクランク軸の軸線方向と直交する方向の幅が、前記ボア部の軸線方向ほぼ全長に渡って略同一幅とされている、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、ライナ部材の上端からベアリングキャップに至るまでの範囲を、極力細幅として、軽量化を十分に図る上で好ましいものとなる。

クランク軸の軸線および前記ボア部の軸線に対してそれぞれ直交する方向を左右方向としたときに、前記外壁部材が、前記脚部と前記ベアリングキャップとを左右方向から覆うように左右一対設けられ、
前記左右一対の外壁部材にそれぞれ、前記変形規制部が形成されている、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、変形規制部を左右一対設けて、脚部がクランク軸の軸線方向にたわみ変形するのをより確実に防止する上で好ましいものとなる。

前記変形規制部は、前記ベアリングキャップと前記脚部との両方の側面に当接するように形成されている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、変形を規制する部位をボア部の軸線方向に長く確保して、脚部がクランク軸の軸線方向にたわみ形成することをより確実に防止する上で好ましいものとなる。

前記変形規制部は、前記ベアリングキャップと前記脚部との全長に渡って延びるフランジ状として形成されている、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、変形規制部をボア部の軸線方向に極力長く確保して、脚部がクランク軸の軸線方向にたわみ変形することをより確実に防止する上で好ましいものとなる。

前記ライナ部材および前記ベアリングキャップに、前記ライナ部材の上端面に対してシリンダヘッドを固定するためのヘッドボルトが挿通されるボルト孔が形成され、
前記変形規制部は、前記ボルト孔よりも前記ボア部の径方向外方側に位置するように形成されている、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、変形規制部を極力小さく形成して、外壁部材の重量増加を抑制する等の上で好ましいものとなる。

前記第１部材が金属とされ、
前記第２部材が合成樹脂とされている、
ようにしてある（請求項７対応）。この場合、ライナ部材の強度（剛性）を十分に確保しつつ、軽量化を十分に得ることができる。

本発明によれば、ボア部が形成されたライナ部材に、下方に向けて片持ち式に延びる脚部を延設して、この脚部の下端にベアリングキャップを取付けるようにした構造であっても、クランク軸の軸線方向に脚部がたわみ変形することを防止あるいは抑制することができる。

本発明によるシリンダブロックの一例を示す斜視図。 図１の分解斜視図。 クランク軸を支承するキャップ部材を取付けた状態でのライナ部材の側面図。 図１のＸ４－Ｘ４線相当端面図。 図４のＸ５－Ｘ５線相当断面図。 図５のＸ６－Ｘ６線相当断面図。 ライナ部材に関連して構成された冷却水通路構造を示す斜視図。 図６のＸ８－Ｘ８線相当断面図。 図８のＸ９－Ｘ９線相当断面図。 本発明の第２の実施形態を示すもので、ライナ部材と外壁部材との間に形成あれるメイン冷却水通路の変形例を示す要部断面図。

図１、図２において、シリンダブロックＢは、大別して、ライナ部材１０と、複数の外壁部材２１～２４とから構成されている。ライナ部材１０の下端には、図示を略すクランク軸を支承するためにベアリングキャップ３０が取付けられる。

ライナ部材１０は、剛性の優れた第１部材、例えばアルミニウム合金等の軽金属や鉄系金属によって形成されている。外壁部材２１～２４は、ライナ部材１０を構成する第１部材よりも比重の小さい（換言すれば剛性の低い）第２部材によって形成されている。実施形態では、外壁部材２１～２４は、合成樹脂によって形成されている。外壁部材２１～２４を構成する合成樹脂としては、例えばフェノール系樹脂や各種のエンジニアリングプラスチックを使用することができ、さらに合成樹脂をガラス繊維やカーボン繊維で補強したものを用いることもできる（ＧＦＲＰ製あるいはＣＦＲＰ製）。

ライナ部材１０は、ピストンが嵌挿される複数のボア部１１を有している。ボア部１１は、実施形態では４個形成されて、互いに直列に配設されている。つまり、実施形態では、ライナ部材１０が直列４気筒のエンジン用とされている。

ライナ部材１０の吸気側および排気側の側面には、外方に向けて突出されたボルト挿通部１２が形成されている。このボルト挿通部１２は、略円弧状に外側に向けて突出された凸部形状とされている。このボルト挿通部１２には、ボルト孔１３が上下方向に伸ばして形成されている（図６参照）。

ライナ部材１０の上面は、図示を略すシリンダヘッドの取付面１０ａとなる。すなわち、取付面１０ａにシリンダヘッドを着座させた状態で、ボルト孔１３に挿通されるヘッドボルト（図示略）によって、ライナ部材１０とシリンダヘッドとが固定される。なお、ベアリングキャップ３０には、ボルト孔１３に整合されるボルト孔３１が形成されて（図６，参照）、ヘッドボルトによりベアリングキャップ３０もライナ部材１０に固定される。

ライナ部材１０のうち、ボア部１１が形成された部分は、軸線方向の長さが短くされている。そして、ライナ部材１０は、ボア部１１の配列方向に間隔をあけて下方へ延びる複数の脚部１４が形成されている。脚部１４は、片持ち式に下方に延びていて、ライナ部材１０のうち、前後方向（ボア部１１の配列方向）各端部と、各ボア部１１の間に形成されて、合計５本形成されている（図３参照）。そして、各脚部１４の下端に、前述したベアリングキャップ３０が固定されている。この脚部１４（の下端部）とベアリングキャップ３０とによって、図示を略すクランク軸が回転自在に保持される。

ライナ部材１０と各外壁部材２１～２４との間には、冷却水通路が形成されている。この冷却水通路について、図４～図７を参照しつつ詳述する。まず、ライナ部材１０と吸気側の外壁部材２１との間に、ボア部１１の配列方向に延びるメイン冷却水通路４１が形成される。ただし、メイン冷却水通路４１は、ライナ部材１０のボルト挿通部１２によって、ボア部１１の配列方向において分断された形態とされている。

同様に、ライナ部材１０と排気側の外壁部材２２との間に、ボア部１１の配列方向に延びるメイン冷却水通路４２が形成される。ただし、メイン冷却水通路４２は、ライナ部材１０のボルト挿通部１２によって、ボア部１１の配列方向に分断された形態とされている。各メイン冷却水通路４１、４２は、図４に示すように、ライナ部材１０の上部において形成されて、その上部が閉塞された状態とされている（取付面１０ａには開口されないクローズドデッキで、取付面１０ａに開口されるオープンデッキとすることもできる）。

図５に示すように、ライナ部材１０と前側の外壁部材２３との間に、前冷却水通路４３が形成されている。この前冷却水通路４３は、各メイン冷却水通路４１、４２に対して、ボルト挿通部１２によって遮断されている。ライナ部材１０と後側の外壁部材２４との間に、後冷却水通路４４が形成されている。この後冷却水通路４４は、各メイン冷却水通路４１、４２に対して、ボルト挿通部１２によって遮断されている。

冷却水通路が臨まされているボルト挿通部１２には、１または２個の連通孔５０が形成されている。これにより、各冷却水通路４１～４４が互いに連通されている。なお、連通孔５０のうち、メイン冷却水通路４１、４２に関連したものは、後述するように、流入孔５１、流出孔５２として機能されるものである。

実施形態では、シリンダヘッドを冷却した後の冷却水が、前冷却水通路４３に導かれる。冷却水は、連通路５０を介して、前冷却水通路４３から、各メイン冷却水通路４１、４２へと分流して流れ、各メイン冷却水通路４１、４２からの冷却水が、後冷却水通路４４に導かれる。後冷却水通路４４の冷却水は、図示を略す排出口から、他の部位へと流れる。

ここで、ライナ部材１０のうち、隣り合うボア部１１の間には、ボア間冷却水通路６０が形成されている。このボア間冷却水通路６０は、図６に示すような形状とされて、下端部が左右２つに分かれた形状とされている。各メイン冷却水通路４１、４２は、連通孔５０を介して、上記ボア間冷却水通路６０のうち、２つに分かれた部位と連通されている。すなわち、ボア間冷却水通路６０のうち、２つに分かれた部位の一方が、吸気側のメイン冷却水通路４１に連通され、また、ボア間冷却水通路６０のうち、２つに分かれた部位の他方が、排気側のメイン冷却水通路４２に連通される。

ここで、ボア間冷却水通路６０とメイン冷却水通路４１、４２とを連通する連通孔５０は、それぞれ流入孔５１と流出孔５２との２つが設定されている。なお、連通孔５０としての流入孔５１、流出孔５２は、メイン冷却水通路４１と４２とで同様に構成されているので、メイン冷却水通路４１に着目して説明することとする。

まず、流入孔５１と流出孔５２とは、ボルト挿通部１２に形成されている。より具体的には、流入孔５１と流出孔５２とは、ボルト孔１３をボア部１１の配列方向から挟むようにして、ボルト挿通部１２に形成されている。

流入孔５１は、平面視において、ボア部１１の配列方向と傾斜するように延びて、その上流端が、メイン冷却水通路４１に開口され、その下流端がボア間冷却水通路６０に開口されている。流入孔５１は、ボア間冷却水通路６０に向かうにつれて、メイン冷却水通路４１における冷却水の流れ方向（図５左方から右方）下流側に向かうように傾斜されている。これにより、冷却水が、メイン冷却水通路４１からボア間冷却水通路６０へとスムーズに流れるようにされる。

また、流入孔５１のメイン冷却水通路４１への開口部位は、ライナ部材１０の外方に向けて突出された凸部形状とされたボルト挿通部１２の基端部（ボア部１１の中心に向かう側の端部）とされている。これにより、メイン冷却水通路４１を流れる冷却水は、ボルト挿通部１２によって流入孔５１に向かう指向作用を受けることになり、メイン冷却水通路４１から流入孔５１への冷却水の流れがよりスムーズに行われる。

流出孔５２は、冷却水の流れからして、ボア間冷却水通路６０側が上流側となり、メイン冷却水通路４１側が下流側となる。そして、流出孔５２は、冷却水の流れ方向下流側に向かうにつれて、徐々にボア部１１の径方向外方側に向かうように傾斜されている。

メイン冷却水通路４１は、実施形態では、ボルト挿通部１２によってその流れが阻害されて、ボルト挿通部１２が冷却水の流れを堰止める作用を行っている。そして、流入孔５１とボア間冷却水通路６０と流出孔５２とが、上記堰止め作用をなすボルト挿通部１２をバイパスして冷却水を流すものとなっている。つまり、メイン冷却水通路４１を流れる冷却水が、十分にボア間冷却水通路６０を流れるようにされて、ライナ部材１０のうちボア部１１の間が十分に冷却されることになる。

なお、ボルト挿通部１２に形成された流入孔５１、流出孔５２は、ボルト孔１３を避けた配設となっているので、ボルト挿通部１２の強度も十分に確保されて、シリンダヘッド取付けになんら支承を生じないものである。

ここで、ライナ部材１０に形成された各脚部１４は、その上部においてのみ、ボア部１１が形成されている部位でもって連結されて、それぞれ自由端部を有する片持ち式とされている。つまり、各脚部１４は、その下端部（自由端部側となる先端部）同士が連結されておらず、ボア部１１の配列方向においてたわみ変形しやすいものとなっている。そして、ライナ部材１０は、その上端となる取付面１０ａからベアリングキャップ３０に至るまでの上下方向全長に渡って、その左右幅（クランク軸の軸線方向と直交する方向の幅）が、略同一幅となるように設定されている（図６参照）。つまり、ライナ部材１０はベアリングキャップ３０を含めて、その左右幅が極力小さくなるように設定されて（ボア部１１の直径よりも若干大きな幅程度）、十分な軽量化が図られている。

ベアリングキャップ３０と共にクランク軸を支承する脚部１４は、燃焼による大きな力を受けた際に、隣り合う脚部１４の間隔が広がって、クランク軸の円滑な回転を阻害したり、振動発生の原因となりかねないものである。この隣り合う脚部１４の間隔が広がってしまうこと、つまり脚部１４のクランク軸の軸線方向へのたわみ変形が、外壁部材２１、２２を利用して防止される。以下、この点について説明する。

まず、各外壁部材２１、２２は、シリンダブロックＢのスカート部を構成するものとなっており、脚部１４とベアリングキャップ３０を全体的に側方から覆っている。すなわち、クランク軸の軸線およびボア部１１の軸線に対してそれぞれ直交する方向を左右方向としたときに、外壁部材２１、２２によって、脚部１４とベアリングキャップ３０とが左右方向から覆われている。

各外壁部材１、２２の内面側には、ライナ部材１０側に向けて（ボア部１１の中心側に向けて）、変形規制部としての複数のフランジ部（突起部）７０が突出形成されている。このフランジ部７０は、脚部１４の上端部からベアリングキャップ３０のほぼ下端位置まで上下方向に長く伸びている。

各脚部１４とこれに固定されるベアリングキャップ３０とは、その側端部（ボア部１１の配列方向と直交する方向の端部）がそれぞれ、一対のフランジ部７０によって、ボア部１１の配列方向から挟持されている。これにより、隣り合う脚部１４（およびベアリングキャップ３０）の間隔が広がろうとする拡開作用が、フランジ部７０を介して、外壁部材２１、２２によって規制（防止）されることになる。左右の外壁部材２１、２２にそれぞれフランジ部７０を形成してあるので、脚部１４は、ベアリングキャップ３０を含めてその左右端部の両方がクランク軸の軸線方向に変形しないようにしっかりと保持されることになる。

フランジ部７０は、脚部１４に形成されているボルト孔１３（ベアリングキャップ３０に形成されているボルト孔３１）よりもボア部１１の径方向外方側に位置されて、ボルト孔１３（３１）の位置までは達しないような突出長さとされている（必要最小限の突出量）。なお、実施形態では、フランジ部７０は、脚部１４とベアリングキャップ３０とをその上下方向（ボア部１１の軸線方向）ほぼ全長に渡って伸びるように形成してあるが、もっともたわみ変形されやすい部位となるベアリングキャップ３０の側面に位置するものであればよい。また、変形規制部としては、上下方向に長く延びるフランジ部７０に代えて、脚部１４の延び方向（ボア部１１の軸線方向）に間隔をあけて形成された複数の突起部として形成することもできる。

図１０は、本発明の第２の実施形態を示すもので、メイン冷却水通路４１、４２を、ボア部１１の軸線方向に分断した状態で、それぞれ２個形成したものとなっている。図１０において、図４におけるメイン冷却水通路４１、４２に相当する（対応する）メイン冷却水通路を上メイン冷却水通路４１Ａとして示してある。そして、上メイン冷却水通路４１Ａの下方に位置する下メイン冷却水通路を、符号４１Ｂで示してある。図１０の場合は、メイン冷却水通路を４１Ａ、４１Ｂの上限２段構成とすることにより、ライナ部材１０をより下方部位にまで冷却する上で好ましいものとなる。

なお、ボア間冷却水通路６０に連なる流入孔５１および流出孔５２は、上下のメイン冷却水通路４１Ａ、４１Ｂのいずれか一方のみに形成してもよく、上下のメイン冷却水通路４１Ａと４１Ｂの両方に対して形成してもよい（この場合、ボア間冷却水通路６０を、図４に示す場合よりも下方へ延ばした状態で形成しておくのが好ましい。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。メイン冷却水通路４１、４２を、ボルト挿通部１２の外周面を取り巻くように形成してもよい。すなわち、冷却水がボルト挿通部１２の外側を流れる形態として、ボルト挿通部１２の部位をより十分に冷却するようにしてもよい。ボア間冷却水通路６０は、メイン冷却水通路４１と４２との両方に連通される場合に限らず、一方のメイン冷却水通路に対してのみ連通されるものであってもよい。

メイン冷却水通路４１、４２のうち、一方のメイン冷却水通路４１あるいは４２のみを設けるようにしてもよい。この場合、特に高温となる排気側のメイン冷却水通路４２のみを設けるようにするのが好ましい。外壁部材は、ボア部１１の配列方向に延びるもの（つまり少なくとも１つのメイン冷却水通路を構成するもの）が少なくとも１つあればよく、例えば、吸気側と排気側の外壁部材２１、２２のうち少なくとも一方の外壁部材のみを有するものとしたり、前後の外壁部材２３、２４のうち一方のみを有するものや両方とも有しないものであってもよい。ライナ部材１０は、複数のボア部１１が直列に配設されたものであれば、直列多気筒エンジン用に限らず、例えばＶ型多気筒エンジン用（直列にボア部１１を複数有するバンク部分を、左右に一対有するエンジン）であってもよく、水平対向多気筒エンジン用であってもよい。

変形規制部としてのフランジ部７０は、外壁部材２１、２２のうちいずれか一方のみに形成するようにすることもできる。また、外壁部材２１、２２に形成される変形規制部の形状としては、適宜設定することができ、例えばベアリングキャップ３０の左右端部が嵌合される凹部として形成することもできる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、自動車用エンジン用のシリンダブロックとして好適である。

Ｂ：シリンダブロック
１０：ライナ部材
１０ａ：取付面（シリンダヘッド取付用）
１１：ボア部
１２：ボルト挿通部
１３：ボルト孔
１４：脚部
２１：外壁部材
２２：外壁部材
２３：外壁部材
２４：外壁部材
３０：ベアリングキャップ
３１：ボルト孔
４１：メイン冷却水通路
４２：メイン冷却水通路
４１Ａ：メイン冷却水通路（図１０）
４１Ｂ：メイン冷却水通路（図１０）
４３：前冷却水通路
４４：後冷却水通路
５０：連通孔
５１：流入孔
５２：流出孔
６０：ボア間冷却水通路
７０：フランジ部（変形規制部）

Claims (7)

1. 第１部材で構成され、ピストンが嵌挿されるボア部が形成されたライナ部材と、
   前記第１部材よりも剛性の低い第２部材で構成され、前記ライナ部材の外周に取付けられる外壁部材と、
   を備え、
   前記ライナ部材は、下方に向けて片持ち式に延設されると共に、互いにクランク軸の軸線方向に間隔を有する複数の脚部を有し、
   前記各脚部の下端に、該脚部と協働してクランク軸を支承するためのベアリングキャップが取付けられ、
   前記外壁部材が、少なくとも前記複数の脚部と前記ベアリングキャップとをその側方から全体的に覆う形状とされ、
   前記外壁部材に、少なくとも前記ベアリングキャップの側面に当接されて、前記脚部がクランク軸の軸線方向にたわみ変形するのを規制する変形規制部が形成され、
   前記変形規制部は、前記ベアリングキャップのそれぞれについて、該ベアリングキャップをクランク軸の軸線方向から挟持するように形成されている、
   ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック構造。
2. 請求項１において、
   前記ライナ部材の上端から前記ベアリングキャップまでの範囲におけるクランク軸の軸線方向と直交する方向の幅が、前記ボア部の軸線方向ほぼ全長に渡って略同一幅とされている、ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック構造。
3. 請求項２において、
   クランク軸の軸線および前記ボア部の軸線に対してそれぞれ直交する方向を左右方向としたときに、前記外壁部材が、前記脚部と前記ベアリングキャップとを左右方向から覆うように左右一対設けられ、
   前記左右一対の外壁部材にそれぞれ、前記変形規制部が形成されている、
   ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   前記変形規制部は、前記ベアリングキャップと前記脚部との両方の側面に当接するように形成されている、ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック構造。
5. 請求項４において、
   前記変形規制部は、前記ベアリングキャップと前記脚部との全長に渡って延びるフランジ状として形成されている、ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック構造。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記ライナ部材および前記ベアリングキャップに、前記ライナ部材の上端面に対してシリンダヘッドを固定するためのヘッドボルトが挿通されるボルト孔が形成され、
   前記変形規制部は、前記ボルト孔よりも前記ボア部の径方向外方側に位置するように形成されている、
   ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック構造。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、
   前記第１部材が金属とされ、
   前記第２部材が合成樹脂とされている、
   ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック構造。

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