JP7239516B2 - 内燃機関の流体通路接続構造 - Google Patents

Description

本願発明は、内燃機関の流体通路接続構造に関するものである。

内燃機関において、互いに重なり合った部材に、互いに連通する流体通路を形成することは広く行われている。例えば、オイルパンから圧送されたオイルが流れるオイルギャラリーは、シリンダブロックに設けた部分とシリンダヘッドに設けた部分とが連通するように形成されている。

この場合、シリンダブロックのオイルギャラリーとシリンダヘッドのオイルギャラリーとは直線状の姿勢で繋がるのが理想であるが、他の部材のレイアウトによる制約や内部構造の制約などにより、シリンダブロックのオイルギャラリーとシリンダブロックのオイルギャラリーとを水平方向にオフセットせざるを得ない場合がある。このような状況について特許文献１には、シリンダヘッドに形成されている部分をく字形に屈曲させることにより、シリンダヘッドに形成されている部分とシリンダブロックに形成されている部分とを連通させることが開示されている。

他方、シリンダヘッドの動弁室の底部に流れ落ちたオイルは、シリンダヘッドからシリンダブロックを通じてオイルパンに戻るため、シリンダヘッドとシリンダブロックとに、互いに連通するオイル落とし通路が形成されているが、このオイル落とし通路についても、他の部材との干渉防止等の理由により、シリンダヘッドに形成されたオイル落とし通路とシリンダブロックに形成されたオイル落とし通路とを水平方向にオフセットせざるを得ない場合がある。

このオイル落とし通路に関して、特許文献２には、シリンダヘッドに形成されている部分をクランク状に形成することが開示されている。この考え方を敷衍して、シリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面に水平状の連通部を形成すると、シリンダブロックとシリンダヘッドとにオフセットされた状態に形成されているオイル落とし通路を連通させることができる。

特開２０１７－０８２６３９号公報 特開２０００－２２０４２５号公報

特許文献１にしても特許文献２にしても、オイルの流れ機能は当然に備えているが、特許文献２のようなクランク形状の場合は、特にオイルを圧送するギャラリーに適用した場合に圧損が大きくて、燃費悪化の原因になるという問題がある。

他方、特許文献１のように流体通路を屈曲させた場合は、クランク形状に比べると圧損は低減できるが、流れ方向が変化することによる圧損は防止できないため、まだ改良の余地があると云える。

また、特許文献１のように屈曲した通路は、加工ができなくなったり面倒になったりすることもある。すなわち、鋳造上の問題で通路を後加工で形成せざるを得ない場合や、通路の内面の平滑性を確保するために通路を後加工で形成している場合があるが、この場合は、屈曲した形態にドリル加工することが不可能になることがある。また、ドリルの進入方向を変えることで屈曲した形態の通路を得ることができるとしても、傾斜した部分をドリル加工するに際して、ドリルの先端の滑り現象が生じて正確に加工できなくなったり、ドリルの折損が多発したりすることもある。

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、オフセットされた２つの流体通路を連通させるにおいて、流体通路を後加工で形成する場合であっても、加工の容易性を担保しつつ圧損を低減できる構造を実現せんとするものである。

本願発明は、
「互いに重なり合った第１部材と第２部材とに、前記両部材の合わせ面と直交した姿勢の流体通路がオフセットされた状態で形成されており、
前記第１部材に形成された第１流体通路には、前記第２部材に形成された第２流体通路に向けてはみ出した第１広幅状開口部が形成されて、前記第２流体通路には、前記第１流体通路に向けてはみ出した第２広幅状開口部が形成されており、
前記両広幅状開口部は、それぞれはみ出し方向に向かって深さを浅くした漏斗状の形態を成していて互いに連通している」
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、
「前記両広幅状開口部のうち少なくとも一方の広幅状開口部は、はみ出し方向に向かって深さを段階的に浅くした複数の段部によって階段状に形成されており、
かつ、前記各段部は、その内側面が円弧面になっている」
という特徴を有している。
本願発明において、両方の広幅状開口部を階段状に形成することも可能であるし、一方の広幅状開口部のみを階段状に形成することも可能である。

本願発明では、オフセットされた２つの通路は、漏斗状に膨れた広幅状開口部を介して連通しているため、単なるクランク状の接続に比べて流体の方向変換をスムース化して、圧損を大幅に低減できる。従って、ポンプで圧送された流体が流れる通路に適用すると、ポンピングロスを低減して燃費の向上に貢献できる一方、流体が自然流下する通路に適用すると、流体の流れをスムース化して溢れ現象を防止できる。

そして、流体通路を後加工で形成せねばならない場合であっても、階段状の広幅状開口部はエンドミルやドリルを使用して容易に実現できる。すなわち、広幅状開口部が階段状であると、エンドミルやドリルのような工具は部材の平面と直交した方向から進入させることができるため、工具の滑りや折損を防止した状態で容易に切削加工できるのであり、切削加工を複数回繰り返すことにより、階段状に傾斜した部分を有する広幅状開口部を容易に形成できる。

実施形態を示す図で、（Ａ）はシリンダブロックとシリンダヘッド２との重なり部の断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視底面図、（Ｃ）は加工手順を示す図である。 加工手順の別例を示す図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は、エンジンの長手一側部を、タイミングチェーンが配置されている前部寄りの部位においてクランク軸線と直交した平面で切断した部分的な縦断面図であり、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とがガスケット（図示せず）を介して重なり合っている。請求項との関係では、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とのうちいずれを第１部材と呼んでもよいが、便宜的に、シリンダブロック１が第１部材に該当し、シリンダヘッド２が第２部材に該当することとしている。

そして、請求項に記載した第１流体通路の例として、シリンダブロック１には上下長手の下部ギャラリー３が形成されて、シリンダヘッド２には、第２流体通路の例として上下長手の上部ギャラリー４が形成されており、下部ギャラリー３から上部ギャラリー４にオイルが流れるようになっている。

下部ギャラリー３と上部ギャラリー４とは、上部ギャラリー４が機関の外側（排気側）に位置した状態で、クランク軸線と直交した左右方向（概ね水平方向）に、ある程度の寸法Ｅ（両ギャラリー３，４の内径の２倍弱程度の寸法）だけオフセットされている（ずれている。）。

そこで、上下ギャラリー３，４を連通させるために、下部ギャラリー３に、第１広幅状開口部の例として、上部ギャラリー４に向けてはみ出した下広幅状開口部５を形成している一方、上部ギャラリー４には、第２広幅状開口部の例として、下部ギャラリー３に向けてはみ出した上広幅状開口部６を形成して、これら上下の広幅状開口部５，６を連通させている。

下広幅状開口部５は上部ギャラリー４に向けて深さが浅くなった漏斗状に形成されて、上広幅状開口部６は下部ギャラリー３に向けて深さが浅くなった漏斗状に形成されているが、下広幅状開口部５の下面５ａは滑らかな傾斜面になっているのに対して、上広幅状開口部６の傾斜部は複数の段部６ａ～６ｄを有する階段状に形成されている。

シリンダブロック１の下部ギャラリー３は下広幅状開口部５を含めて鋳造時に形成されている一方、シリンダヘッド２の上部ギャラリー４は、上広幅状開口部６を含めて全体が後加工によって形成されているか、又は、基本になる上部ギャラリー４は鋳造で形成して階段状の部分６ａ～６ｄを後加工で形成している。

上広幅状開口部６を含む上部ギャラリー４の全体を後加工で形成する場合、様々な加工手順を採用できるが、例えば、図１（Ｃ）に丸付き符号で順序を示すように、まず、上部ギャラリー４をドリル加工によって形成し、次いで、段部６ａ～６ｄを浅いものから順にエンドミル加工で形成できる。或いは、段部６ａ～６ｄは深いものから順に、エンドミル加工で形成することも可能である。上部ギャラリー４が鋳造によって形成されている場合は、当然ながら上部ギャラリー４をドリル加工する工程は不要になる。各段部６ａ～６ｄはエンドミルで加工されているため、図１（Ｃ）に示すように、内側面は円弧面になっている。

図２では加工手順の別例を示している。この例では、上部ギャラリー４に向けて４段の段部６ａ～６ｂが形成されている場合において、最初に上部ギャラリー４をドリル加工で形成してから、最も浅い１段目の段部６ａと３段面の段部６ｃをドリル加工で形成し、次いで、２段面の段部６ｂと最も深い４段目の段部６ｄとをエンドミル加工で形成している。この場合、上広幅状開口部６は階段状になっていることから、ドリル及びエンドミルはシリンダヘッド２の下面の直交した方向から進入させることができるため、ドリル及びエンドミルの滑り現象や折損を生じることなく軽快に切削できる。

１段目の段部６ａをドリル加工するに際しては、ドリルは全体でシリンダヘッド２を切削するため、片当たり現象はなくて高精度で軽快に切削できる。３段目の段部６ｃの加工に際しては、シリンダヘッド２の肉は対称状に切削されるため、この場合もドリルの滑りを生じることなく切削できる。

このようにドリル加工とエンドミル加工とを併用すると、ドリル加工によって加工速度を高めつつ、エンドミル加工による切削量をできるだけ少なくできるため、全体として加工能率を向上できる（図２（Ｄ）において、エンドミルによる切削部を平行斜線で表示している。）。

なお、図１（Ａ）において符号７で示すのは、冷却水ジャケットの一部である。上部ギャラリー４の上端は、図１（Ａ）に白抜き矢印で示す方向に開口している。オイルは、この開口部８からカム軸の潤滑部やＶＶＴ駆動部などに送られる。

以上の構成において、下部ギャラリー３に圧送されたオイルは、上下の広幅状開口部５，６を経由して上部ギャラリー４に流れるが、広幅状開口部５，６は漏斗状の形態になっているため、オイルを下部ギャラリー３から上部ギャラリー４にスムースに方向変換できる。これにより、圧損を大幅に低減できる（実際に本願発明者が計測したところ、単純なクランク構造に比べて圧損を約３０％低減できることを確認できた。）。

そして、シリンダヘッド２を鋳造するに際して、中子の作成や支持構造の困難性などで上広幅状開口部６を備えた上部ギャラリー４を鋳造によって形成し難い場合があるが、この場合でも、上広幅状開口部６が階段状に形成されていることにより、エンドミルやドリルによる後加工を高精度で容易に行える。なお、段部の段数を増やすと上広幅状開口部６の上面の傾斜を滑らかにできるが、段部の幅Ｗをエンドミルの外径Ｄの半分程度（すなわち半径程度）に設定しておけば、上面を滑らかに傾斜させたのと同じ効果を得ることができる。

実施形態では上部ギャラリー４の広幅状開口部６を階段状に形成したが、これに代えて又はこれに加えて、シリンダブロック１における下広幅状開口部５の下面を階段状に形成してもよい。また、本願発明は、オイル通路の他の部位の接続部や、冷却水通路の接続部などにも適用できる。

本願発明は、内燃機関の流体通路接続構造に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック（第１部材）
２ シリンダヘッド（第２部材）
３，４ 流体通路の一例としてのオイルギャラリー
５ 下広幅状開口部（第１広幅状開口部）
６ 上広幅状開口部（第２広幅状開口部）

Claims (1)

1. 互いに重なり合った第１部材と第２部材とに、前記両部材の合わせ面と直交した姿勢の流体通路がオフセットされた状態で形成されており、
   前記第１部材に形成された第１流体通路には、前記第２部材に形成された第２流体通路に向けてはみ出した第１広幅状開口部が形成されて、前記第２流体通路には、前記第１流体通路に向けてはみ出した第２広幅状開口部が形成されており、
   前記両広幅状開口部は、それぞれはみ出し方向に向かって深さを浅くした漏斗状の形態を成していて互いに連通している構成であって、
   前記両広幅状開口部のうち少なくとも一方の広幅状開口部は、はみ出し方向に向かって深さを段階的に浅くした複数の段部によって階段状に形成されており、
   かつ、前記各段部は、その内側面が円弧面になっている、
   内燃機関の流体通路接続構造。

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