JP7456713B2 - 多気筒内燃機関の本体ブロック - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関において、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とが一体に鋳造されたモノブロック式の本体ブロックに関するものである。

内燃機関は、本体ブロックとしてシリンダブロック部とシリンダヘッド部とを備えており、一般に、これらシリンダブロック部とシリンダヘッド部とは別体に製造されており、ガスケットを介してヘッドボルトで締結されている。他方、例えば特許文献１に開示されているように、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とを一体に鋳造してモノブロック化することが提案されている。

特許文献１では、クランク軸線方向から見て、気筒を一方の側と他方の側とに交互に傾斜させることにより、クランク軸の軸受面積の確保やコンパクト化等を図ると共に、シリンダブロック部の長手側面に、隣り合った気筒を連結する補強リブを設けることによって剛性向上を図っている。

特開平１１－１０７８４９号公報

特許文献１では、シリンダブロック部は、クランク軸線が回転自在に保持されるクランクケース部も一体に形成されている。しかし、クランクケース部をシリンダブロック部に一体化すると、鋳造するに際して鋳型が複雑化して歩留りが悪くなる問題や、気筒内面等の加工に手間が掛かる等の問題がある。

この点については、クランクケース部を別部材として、クランクケース部とシリンダブロック部とをボルトで固定したらよいといえるが、このようにクランクケース部を別部材に構成すると、ボルトによる引っ張り力が気筒に作用して気筒の下部の真円度が低下し、ピストンのスムースな動きが損なわれてメカロスが増大すると共に、ブローバイガスの吹き抜け量も増大することが懸念される。

本願発明は、このような現状を改善することを目的とするものである。

本願発明の本体ブロックは、
「複数の気筒がクランク軸線方向に並べて形成されたシリンダブロック部と、前記各気筒に対応して吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダヘッド部とが、１つの鋳造品として一体に連続しており、
前記シリンダブロック部の下端はクランク軸よりも上に位置していて、前記シリンダブロック部における吸気側及び排気側の下端に、前記クランク軸を回転自在に保持するクランクケースが下方から重なる下デッキ部が前記気筒の群の外側にはみ出るように形成されて、前記下デッキ部に、前記クランクケースをボルトで固定するためタップ穴の群が形成されている」
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、
「前記シリンダブロック部においてクランク軸線方向に延びる長手外側面のうち下死点にあるピストンの頂面の高さ位置に、前記各気筒の外面から外向きに突出した状態でクランク軸線方向に長く延びる下部横長リブが一体に形成されている一方、
前記下デッキ部のタップ穴は、前記各気筒の軸心を挟んで前記各気筒の外側に位置した部位に配置されており、
かつ、前記下デッキ部のうち前記タップ穴が形成されている各部位の上面に、前記タップ穴が形成されたボス部が、前記長手外側面に連続しつつ前記下部横長リブとの間に間隔を空けた状態で形成されている」
という特徴を保持している。

本願発明は、様々に展開できる。その例として請求項２では、請求項１において、
「前記シリンダブロック部における長手外側面のうちボア間部の外側の箇所に、前記横長リブと交差して前記下デッキ部まで延びる縦長リブが形成されている」
という構成を採用している。

さて、クランクケースはクランクジャーナル及びクランクキャップで回転自在に支持されているが、エンジンのコンパクト化のためにはボア間部の間隔はできるだけ小さいのが好ましい一方、クランクジャーナルはある程度の幅（クランク軸線方向の厚さ）が必要であり、そこで、クランクジャーナルの厚さをボア間部の厚さよりも大きくしている。

そして、シリンダブロックとシリンダヘッドとが分離している方式では、シリンダボアの加工は頂面方向から行えるため、クランクジャーナルがボア間部より厚くても問題はないが、シリンダヘッド部とシリンダブロック部とが一体化したモノブロック構造では、シリンダボアの加工は下方から行わざる得ないため、シリンダブロック部にクランクジャーナルが一体化していると、クランクジャーナルに必要な幅を持たせるためには、ボア間の間隔を大きくせざるを得ず、すると、本体ブロックが必要以上に大型化してしまう。

吸気バルブ及び排気バルブを配置しているバルブ穴（特にバルブの傘部が重なる部分）の加工も同様であり、クランクジャーナルが一体化されていると、切削工具（ドリル）をクランクジャーナルに当てることなくバルブ穴の加工を行うためには、クランクジャーナルがボア間に収まっている必要があり、すると、上記のとおり、クランクジャーナルに必要な幅を持たせるためにはボア間の間隔を大きくせざるを得ず、すると、本体ブロックが必要以上に大型化してしまう。

これに対して本願発明では、クランク軸を保持するクランクケース部はシリンダブロック部とは別部材になっているため、ボア間部の間隔を大きくすることなくシリンダボア及びバルブ穴の加工を行うことができる。

さて、シリンダブロック部の下面にクランクケース部をボルトで締結すると、ボルトの引っ張りによって各気筒に応力が発生し、このため、特に気筒の下部が変形して真円度が低下する傾向を呈する。この点については、シリンダブロック部の下端に分厚いデッキ部を形成して、ボルトの引っ張り力が気筒に作用しないようにしたらよいと云えるが、これではシリンダブロック部の重量が増大して燃費を悪化させてしまう。

これに対して本願発明では、各気筒がその下部において下部横長リブで連結されているため、ボルトの引っ張り力が各気筒に作用しても、横長リブと各気筒が補強し合って気筒が変形することを防止できる。従って、シリンダブロック部の下端に分厚いデッキ部を設けることなく、各気筒の下部を高い真円度に維持できる。その結果、軽量化を図りつつボアの真円度を保持して円滑な運転を実現できる。

更に、本願発明では、ボルトの引っ張り力が気筒の上部に波及することがないため、運転時に何らかの理由でクランクケース部が変形してもその変形が各気筒の上部に波及することはない。すなわち、クランクケース部が変形しても、その変形が気筒の下部で吸収されるのであり、このため、気筒が全体的に曲がるような事態を防止して、信頼性を維持できる。
請求項２のように縦長リブを設けると、ボア間部の外側の部位で下デッキ部が曲がり変形することが防止されるため、ボルトによる引っ張り力が下デッキ部のうちボア間部の外側の部位にも強く作用する。従って、下デッキ部のうち縦長リブの下方の部位をクランクケース部に強く密着させて、高いシール性を確保することが可能になる。また、縦長リブを利用してオイル落とし穴を形成することもできる。

実施形態を示す斜視図である。 図１のII-II 視概略断面図である。 図２のIII-III 視断面図である。

(1).基本構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、タイミングチェーンが配置される側を前、ミッションケースが配置される側を後ろとしている。左右方向は、クランク軸線及びシリンダボア軸心と直交した方向である。図１，３に方向を明示している。

内燃機関は、基本的要素として、シリンダブロック部１とシリンダヘッド部２とが一体化したモノブロック式の本体ブロックと、シリンダブロック部１の下面に固定されたクランクケース部３とを備えており、図２のとおり、クランクケース部３に、クランクキャップ４を介してクランク軸５が回転自在に保持されている。

シリンダブロック部１には、クランク軸線方向に並んだ３つの気筒６が形成されている一方、シリンダヘッド部２には、燃焼室を構成するペントルーフ状の凹所７が気筒６と同心の状態に形成されている。本体ブロックはアルミの鋳造品であるが、各気筒６の内面（ボア）は、鋳込みによって固定された鉄製のライナー６ａによって構成されている。

図２に示すように、シリンダヘッド部２には、各凹所７に対向した一対ずつの吸気ポート８と排気ポート９とがクランク軸線を挟んだ両側に形成されており、各排気ポート９は集合空間１０に連通している。集合空間１０は、シリンダヘッド部２の排気側面２ａに開口した１つの排気出口１１を備えている。シリンダヘッド部２には、各凹所７に開口した点火プラグ装着穴（イグニッションホール）１２が形成されている。

また、主としてシリンダヘッド部２に、冷却水が流れるウォータジャケット１３を形成している。ウォータジャケット１３の下端は、シリンダブロック部１の上端部に入り込んでいる。従って、従来の内燃機関に比べて、シリンダブロック部１の冷却は殆ど成されていない。これは、シリンダヘッド部２とシリンダブロック部１との伝熱性が良くて、シリンダヘッド部２の冷却効果がシリンダブロック部１にダイレクトに及ぶからである。

従って、シリンダブロック部１を構成する各気筒６の厚さは、シリンダブロック部１とシリンダヘッド部２とが分離している２パーツ方式に比べて薄くなっている。このため、２パーツ方式に比べてシリンダブロック部１は相当にスリム化・軽量化されている。

(2).横長リブ
各気筒６を略全長（全高）に亙って薄肉化したことによる剛性低下を防止するため、シリンダブロック部１の上端部の長手側面に、各気筒６に繋がった状態でクランク軸線方向に長く延びる上部横長リブ１４が形成されている。

シリンダブロック部１の下端にはフランジ状の下デッキ部１５が形成されている一方、クランクケース部３にも上下のフランジ状のデッキ部１６，１７が形成されており、シリンダブロック部１の下デッキ部１５とクランクケース部３の上デッキ部１６とが、図２に示すボルト１８の群によって固定されている。図２のとおり、ボルト１８はクランクケース３の上デッキ部１６に下方から挿通されており、シリンダブロック部１の下デッキ部１５には、ボルト１８がねじ込まれるタップ穴を形成している。

なお、クランクケース部３の下デッキ部１７にはオイルパン（図示せず）が固定される。また、図３に示すように、シリンダブロック部１の前面（及びシリンダヘッド部２の前面とクランクケース部３の前面）には、タイミングチェーンを配置するための凹所１９が形成されている。タイミングチェーンは、図示しないフロントカバーによって覆われている。

シリンダブロック部１の長手側面のうちその下部に、各気筒６に繋がった状態でクランク軸線方向に長く延びる下部横長リブ２０が一体に形成されている。下部横長リブ２０は、図２のとおり、下死点にあるピストン２１の頂面よりもやや高い位置（直上位置）に形成されている。また、シリンダブロック部１の前端と後端とには左右方向に張り出した上下長手のフランジ２２，２３が形成されており、上下の横長リブ１４，２０は前後のフランジ２２，２３に繋がっている。

下部横長リブ２０は、実線の状態では各気筒６から均等な寸法で突出しているが、図３に一点鎖線で示すように、前から後ろに向けて突出寸法が大きくなるように後ろ広がりに形成してもよい。このように突出寸法を後ろに向けて大きくすると、シリンダブロック部１の後端部の剛性を向上できるため、重量が大きいミッションケースを安定的に支持できる。

シリンダブロック部１の下デッキ部１５とクランクケース部３の上下デッキ部１６，１７は後部の張り出し寸法が大きくなっている。これは、ミッションケースの大きさに対応させたものであるが、補強機能を向上させる意味も持っている。このようなデッキ部１５，１６，１７の形状に合わせて、下部横長リブ２０を後ろ広がりに形成することにより、シリンダブロック部１の後部の剛性を大きく向上できる。

なお、上部横長リブ１４についても、前から後ろに向けて左右幅が大きくなるように形成することは可能であるが、上部横長リブ１４はミッションケースの上方に位置しているので、後ろ広がりに形成してもミッションケースの取り付け強度向上にはあまり貢献しない。従って、少なくとも下部横長リブ２０を後ろ広がりに形成したらよい。

さて、ボルト１８は、各気筒６が左右方向に最も広がっている部位（各気筒６の軸心を挟んで左右を外側に位置した部位）の外側に配置されており、下デッキ部１５に形成されたボス部２４に下方からねじ込まれている。このため、ボルト１８を締め込むと、引っ張り力が各気筒６に作用して、気筒６に応力が発生する。そして、下部横長リブ２０が存在しないと、引っ張り力が気筒６の下部まで波及して、気筒６がいびつに変形してしまうおそれがある。

これに対して、実施形態のように、上死点にあるピストン２１の頂面近くの高さ位置に下部横長リブ２０を形成すると、引っ張り力が上方に作用することが阻止されると共に、気筒６の下部の剛性が向上する。このため、各気筒６のボアは、上下全長に亙って高い真円度に保持される。

つまり、下部横長リブ２０と各気筒６と下デッキ部１５とによって、断面が外向きに開口したコ字形の枠体が構成されるため、下部横長リブ２０と各気筒６と下デッキ部１５とが互いに補強しあって断面係数が増大し、その結果、ボルト１８の引っ張り力が気筒６に作用しても、気筒６の変形が阻止される。そして、下部横長リブ２０の高さが高くなると枠体の補強効果は低くなるが、本実施形態のように、下死点にあるピストン２１の頂面の高さ位置かその直上位置に下部横長リブ２０を配置すると、下部横長リブ２０と下デッキ部１５との間隔が小さいため、気筒６に曲げ力が作用しても、気筒６が変形することを防止できる。

更に述べると、ボルト１８の締め込みによって下デッキ部１５は図２に矢印Ａに示すように引っ張られ、すると、気筒６は矢印Ｂで示す方向に引っ張られる。このため、何等の措置を施さない場合は、気筒６の下部が楕円状に変形してボアの真円度が悪化するが、実施形態のように下部横長リブ２０を設けると、上記のような理由で、気筒６が矢印Ｂの方向に曲がることが下部横長リブ２０よって阻止される。その結果、ボアの全体の真円度を維持できる。

既に触れたが、図２のとおり、クランクケース部３とシリンダブロック部１とを締結するボルト１８は、クランクケース部３の上デッキ部１６に下方から挿通しており、図１のとおり、シリンダブロック部１には、ボルト１８がねじ込まれるタップ穴を形成したボス部２４が、下デッキ部１５と長手側面とに連続した状態に形成されている。そして、各ボス部２４は、下部横長リブ２０よりも低い高さになっている。

仮にボス部２４が下部横長リブ２０の上方に延びていると、クランクケース部３に外力が掛かって変形した場合に、その変形がボス部２４を介して気筒６の上部に伝わって、気筒６が全体的に変形してしまうおそれがあるが、本実施形態のように、ボス部２４を下部横長リブ２０よりも低い高さに設定すると、クランクケース部３が何らかの理由で変形しても、クランクケース部３の変形は気筒６の下部での変形によって吸収されて、気筒全体が変形することを防止できる。

(3).縦長リブ
シリンダブロック部１の長手側面のうちボア間部２５の外側の部位に、気筒６の軸線と平行な縦長リブ２６が形成されている。縦長リブ２６の上端はシリンダヘッド部２に繋がって、下端はシリンダブロック部１の下デッキ部１５に至っており、上下の横長リブ１４，２０とは交叉している。従って、縦横のリブ１４，２０，２６と下デッキ部１５とで井桁構造が構成されており、これにより、本体ブロックは捩れや曲げに対して高い剛性を発揮する。

そして、排気側の縦長リブ２６に、オイル落とし穴２７が形成されている。オイル落とし穴２７は、シリンダヘッド部２の上方に開口していると共に、シリンダブロック部１の下方にも開口している。補強用の縦長リブ２６を利用してオイル落とし穴２７を形成するものであるため、それだけシリンダブロック部１の構造を単純化して軽量化に貢献できる。縦長リブ２６は、下部横長リブ２０よりも大きく突出している。これは、気筒６の真直性を保持するためである。

縦長リブ２６には、オイル落とし穴２７でない上下長手の穴２８が空いている。これらの穴２８は、オイルギャラリーやブローバイガス通路等として使用される。

さて、クランクケース部３とシリンダブロック部１とを締結するボルト１８は、気筒６の左右幅が最も大きくなっている部位の外側に配置されているため、ボルト１８による引っ張り力はボア間部２５の外側において最も低くなっている。従って、縦長リブ２６が存在しないと、シリンダブロック部１の下デッキ部１５は、ボア間部２５の外側の部位においてクランクケース部３との密着力が最も低くなる。

しかるに、本実施形態のように縦長リブ２６を設けると、ボア間部２５の外側の部位で下デッキ部１５が曲がり変形することが防止されるため、ボルト１８による引っ張り力が下デッキ部１５のうちボア間部２５の外側の部位にも強く作用する。従って、下デッキ部１５のうち縦長リブ２６の下方の部位をクランクケース部３に強く密着させて、オイル落とし穴２７に高いシール性を確保できる（Ｏリングのようなシールリングを使用することなく、高いシール性を確保することが可能になる。）。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、実施形態では、シリンダブロック部１の長手側面に上下２本の横リブを形成したが、上部横長リブ１４と下部横長リブ２０との間に他の横長リブを形成することも可能である。

本願発明は、モノブロック式の本体ブロックに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ 本体ブロックを構成するシリンダブロック部
２ 本体ブロックを構成するシリンダヘッド部
３ クランクケース部
５ クランク軸
６ 気筒
１４ 上部横長リブ
１５ シリンダブロック部の下デッキ部
１６ クランクケース部の上デッキ部
１８ シリンダブロック部とクランクケース部とを締結するボルト
２０ 下部横長リブ
２１ ピストン
２５ ボア間部
２６ 縦長リブ
２７ オイル落とし穴

Claims (2)

1. 複数の気筒がクランク軸線方向に並べて形成されたシリンダブロック部と、前記各気筒に対応して吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダヘッド部とが、１つの鋳造品として一体に連続しており、
   前記シリンダブロック部の下端はクランク軸よりも上に位置していて、前記シリンダブロック部における吸気側及び排気側の下端に、前記クランク軸を回転自在に保持するクランクケースが下方から重なる下デッキ部が前記気筒の群の外側にはみ出るように形成されて、前記下デッキ部に、前記クランクケースをボルトで固定するためタップ穴の群が形成されている構成であって、
   前記シリンダブロック部においてクランク軸線方向に延びる長手外側面のうち下死点にあるピストンの頂面の高さ位置に、前記各気筒の外面から外向きに突出した状態でクランク軸線方向に長く延びる下部横長リブが一体に形成されている一方、
   前記下デッキ部のタップ穴は、前記各気筒の軸心を挟んで前記各気筒の外側に位置した部位に配置されており、
   かつ、前記下デッキ部のうち前記タップ穴が形成されている各部位の上面に、前記タップ穴が形成されたボス部が、前記長手外側面に連続しつつ前記下部横長リブとの間に間隔を空けた状態で形成されている、
   多気筒内燃機関の本体ブロック。
2. 前記シリンダブロック部における長手外側面のうちボア間部の外側の箇所に、前記横長リブと交差して前記下デッキ部まで延びる縦長リブが形成されている、
   請求項１に記載した多気筒内燃機関の本体ブロック。

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