JP2005207268A - Cylinder block - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンのシリンダブロックに係り、特に、ブロック本体のネジ穴の強度向上を図ったシリンダブロックに関するものである。 The present invention relates to a cylinder block of an engine, and more particularly to a cylinder block in which the strength of a screw hole in a block body is improved.
まず、図6を用いてエンジンのシリンダブロックの概略を説明する。 First, the outline of the cylinder block of the engine will be described with reference to FIG.
図に示すように、シリンダブロック10は図示しないシリンダが収容されるブロック本体11と、そのブロック本体11の下部に連結されるベアリングキャップ12とを備え、これらブロック本体11とベアリングキャップ12との間に、クランクシャフト13がベアリング(図示せず)を介して回転可能に支持される。
As shown in the figure, the
ブロック本体11とベアリングキャップ12との固定にはボルト締結が用いられる。つまり、ブロック本体11の下面において、クランクシャフト13の両側に位置する部位にネジ穴15がそれぞれ複数個形成され、ベアリングキャップ12にはネジ穴15と対応する位置にボルト挿通穴16が形成される。固定ボルト17をベアリングキャップ12の挿通穴16を通してブロック本体11のネジ穴15と螺合させることにより、ベアリングキャップ12がブロック本体11に締結・固定される。
Bolt fastening is used to fix the
ところで、ブロック本体11とベアリングキャップ12との締結部はクランクシャフト13から負荷を受けるのであるが、近年のエンジン高出力化に伴って、この負荷がますます高く(過酷に)なっている。これに対して、シリンダブロック10(ブロック本体11、ベアリングキャップ12等)は、エンジン軽量化等の目的から、鉄鋼材料よりも強度の低いアルミニウム合金製のものが用いられるようになっている。この結果、ブロック本体11のネジ穴15がクランクシャフト13から受ける負荷(応力)に耐えきれなくなり、ネジ穴15の内面に亀裂等が発生する可能性があった。
By the way, the fastening portion between the block
このため、材料面やサイズ面以外の対策によって(つまり、重量を増加させることなく)シリンダブロック10の締結部の強度を向上させることが課題となっている。
For this reason, it is a problem to improve the strength of the fastening portion of the
ここで、特許文献1にはボルト締結部の強度を向上させる対策として、ボルト頭部の着座面の一部を傾斜させることが記載されている。この構成によれば、ボルト頭部と着座面との間に隙間(逃がし)が形成されるため、ボルトの変形を許容でき、ボルトおよびネジ穴に発生する応力を低減することができる。 Here, Patent Document 1 describes that a part of the seating surface of the bolt head is inclined as a measure for improving the strength of the bolt fastening portion. According to this configuration, a gap (relief) is formed between the bolt head and the seating surface, so that deformation of the bolt can be allowed and stress generated in the bolt and screw hole can be reduced.
しかしながら、この構造をシリンダブロック10の締結部に適用した場合、固定ボルト17の変形によりブロック本体11とベアリングキャップ12との隙間が変化するため、以下の問題が発生してしまう。
However, when this structure is applied to the fastening portion of the
1)クランクシャフト13とシリンダブロック10との隙間が変化するため、クランクシャフト13の破損につながるおそれがある。
1) Since the gap between the
2)クランクシャフト13とベアリングとの隙間が変化するため、ベアリングの焼き付き(損傷)につながるおそれがある。
2) Since the gap between the
3)騒音・振動の発生につながるおそれがある。 3) There is a risk of noise and vibration.
つまり、シリンダブロック10では、固定ボルト17の変形を増加(許容)させて応力を低減させることは得策ではない。
In other words, in the
そこで、本発明の目的は、固定ボルトの変形量を増加させることなく、締結部の強度を向上させることができるシリンダブロックを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cylinder block that can improve the strength of the fastening portion without increasing the deformation amount of the fixing bolt.
上記目的を達成するために本発明は、ブロック本体とベアリングキャップとでクランクシャフトを支持し、ブロック本体に形成されたネジ穴に固定ボルトを螺合させてブロック本体にベアリングキャップを固定するシリンダブロックであって、上記ネジ穴の内面の周方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力が集中する部位にショットピーニングを施して圧縮残留応力を付与したものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a cylinder block in which a crankshaft is supported by a block body and a bearing cap, and a fixing bolt is screwed into a screw hole formed in the block body to fix the bearing cap to the block body. In the circumferential direction of the inner surface of the screw hole, shot peening is applied to a portion where stress generated by a load received from the crankshaft is concentrated to give compressive residual stress.
ここで、上記ショットピーニングは、上記ネジ穴の周方向において上記クランクシャフトと近接する部位に施すことが好ましい。 Here, it is preferable that the shot peening is performed on a portion adjacent to the crankshaft in the circumferential direction of the screw hole.
また、上記ショットピーニングは、上記ネジ穴の長手方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力が集中する部位に形成しても良い。 Further, the shot peening may be formed in a portion where stress generated by a load received from the crankshaft is concentrated in the longitudinal direction of the screw hole.
また、上記ショットピーニングは、上記クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力よりもネジ穴の耐力の方が大きくなるように施すことが好ましい。 The shot peening is preferably performed so that the proof stress of the screw hole is larger than the stress generated by the load received from the crankshaft.
本発明によれば、ネジ穴の周方向において最も条件の過酷な部位の強度が向上するため、ネジ穴の強度を効果的に、かつ効率良く向上させることができ、かつ固定ボルトの変形量は増加しないという優れた効果を発揮するものである。 According to the present invention, since the strength of the most severe part in the circumferential direction of the screw hole is improved, the strength of the screw hole can be improved effectively and efficiently, and the deformation amount of the fixing bolt is It exhibits an excellent effect of not increasing.
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態のシリンダブロックの概略構造は、図6に示したものと同様である。 The schematic structure of the cylinder block of this embodiment is the same as that shown in FIG.
即ち、本実施形態のシリンダブロック10は、図示しないシリンダが収容されるブロック本体11と、そのブロック本体11の下部に連結されるベアリングキャップ12とを備え、これらブロック本体11とベアリングキャップ12との間に、クランクシャフト13がベアリング(図示せず)を介して回転可能に支持される。
That is, the
ブロック本体11の下面において、クランクシャフト13の両側に位置する部位にはネジ穴15がそれぞれ複数個形成され、ベアリングキャップ12にはネジ穴15と対応する位置にボルト挿通穴16が形成される。固定ボルト17をベアリングキャップ12の挿通穴16を通してブロック本体11のネジ穴15と螺合させることにより、ベアリングキャップ12がブロック本体11に締結・固定される。
A plurality of
さて、本実施形態のシリンダブロック10の特徴は、ブロック本体11に形成されるネジ穴15にあるので、以下、図1を用いてネジ穴15を説明する。
Now, since the
図1はブロック本体11の下面11a側から見たネジ穴15の正面図である。
FIG. 1 is a front view of the
図1中、20はネジ穴15のネジの山を示しており、21はネジの谷を示している。
In FIG. 1, 20 indicates a thread of the
本実施形態のシリンダブロック10のネジ穴15の特徴は、ネジ穴15の内面(雌ネジ部)の周方向一部にショットブラストにより圧縮残留応力を付与して、強化部23(図1のハッチング部分)を形成した点にある。つまり、図2に示すように、ブロック本体11のネジ穴15内にショットノズル25を挿入し、そのノズル25の先端をネジ穴15の内面の周方向一部に向けた状態で、例えば、φ50〜200μmのガラスビーズ等のショット粒を噴射することにより、その部分に圧縮残留応力を付与する。これにより、耐力及び疲労強度が周方向の他の部位と比較して著しく向上した強化部23が形成される。本実施形態では、強化部23はネジ穴15の長手方向(深さ方向)のほぼ全域に亘って形成される。
A feature of the
ここで大事なことは、強化部23をネジ穴15の全周に亘って形成するのではなく、部分的に形成することである。本出願人は、ネジ穴15に発生した亀裂の解析や、クランクシャフト13から受ける負荷によってネジ穴15に発生する応力の解析を行った結果、シリンダブロック10では、クランクシャフト13から負荷を受けたときに、ネジ穴15の周方向の一部に引張応力が集中し、この部分を基点として亀裂が発生することを見いだした。従って、この応力集中部位にのみショットピーニングを施して強化部23を形成すれば、ネジ穴15の強度を最も効果的かつ効率良く向上させることができる。そればかりか、ネジ穴15にショットピーニングを施す場合、ショット粒によりネジ山がつぶれて固定ボルト17との締結力が低下するおそれがあるが、ネジ穴15の周方向の一部にのみショットピーニングを施すことで、締結力の低下を回避できる。
What is important here is not to form the reinforcing
本出願人は、強化部23の最適な形成位置を見つけるために、クランクシャフト13から受ける負荷によってネジ穴15に発生する応力の解析を行った。その解析イメージを図3に点線Aで示す。図はクランクシャフト13の右側に位置するネジ穴15に発生する引張応力を示しており、点線Aがネジ穴15の中心から径方向外側に離れる程、その部分に発生する引張応力が高いことを意味している。
The present applicant has analyzed the stress generated in the
図から明らかなように、ネジ穴15の左側、つまり、クランクシャフト13側の部位に発生する応力の方がクランクシャフト13から遠い部位(右側)に発生する応力よりも高くなる。そして、クランクシャフト13との距離が最も短くなる点P1にて応力は最大となる。
As is apparent from the drawing, the stress generated at the left side of the
この理由を図4を用いて説明すると、エンジンの燃焼行程では、ピストンの下降に伴って、クランクシャフト13及びそれを支持するベアリングキャップ12等に対して下方へ押し下げる力が作用する。このとき、固定ボルト17はその上端のみが固定された、所謂、片持ち状態であるため、図に破線で示すように、ブロック本体11、ベアリングキャップ12の下部を外側に開く力が発生する。その結果、ネジ穴15のクランクシャフト13側の位置に大きな引張応力が発生するのである。
The reason for this will be described with reference to FIG. 4. In the combustion stroke of the engine, as the piston descends, a downward pressing force acts on the
このようにネジ穴15に発生する応力が周方向の一部に集中すると、その部分の応力がネジ穴15の耐力を越えてしまう場合がある。例えば、図3中の実線Bは強化部23を有さない通常のネジ穴の耐力を示しているが、この例では、ネジ穴15の周方向におけるクランクシャフト13側の部位(図の点P2〜P3の範囲)で発生応力Aが耐力Bを上回ってしまっている。この結果、点P2〜点P3間の範囲、特に、この範囲内で最も大きな応力が発生する最大応力点P1を基点として、疲労破壊等による亀裂が発生する。特に、シリンダブロック10のネジ穴には、タッピングによる引張残留応力、及び固定ボルト17の締付による引張応力がもともと存在するため、引張応力による疲労破壊を起こし易い。なお、図に示すように、強化部23を有さない通常の(従来の)ネジ穴では、ネジ穴の周方向全域において耐力Bはほぼ等しくなる。
As described above, when the stress generated in the
そこで、図1に示すように、ネジ穴15の内面の周方向における応力集中部位、特に、強化部23を有さない場合、発生応力が耐力を上回る部位(図3の点P2〜P3の範囲)にショットピーニングを施して強化部23を形成すれば、その部位に圧縮残留応力が付与されて、引張応力に対する耐力及び疲労強度が大幅に向上するため、亀裂等の発生を最も効果的かつ効率良く防止できる。
Therefore, as shown in FIG. 1, a stress concentration portion in the circumferential direction of the inner surface of the
強化部23を形成したネジ穴15の耐力を図5に実線Cで示す。
The proof stress of the
図から分かるように、ショットピーニングを施すことにより圧縮残留応力が付与されるため、強化部23の耐力及び疲労強度は周方向における他の部位と比較して著しく高くなる。この結果、ネジ穴15に発生する応力Aがネジ穴15の周方向全周に亘って耐力C内となり、亀裂の発生を回避できる。逆に言えば、強化部23の耐力Cが、その部位に発生する応力C(特に最大応力S)よりも高くなるようにショットピーニングの条件を設定すれば亀裂の発生を防止できる。このためには、強化部23は少なくとも、強化部23を有さない場合、発生応力が耐力を上回る部位(点P2〜点P3の範囲)か、それよりも大きな範囲に形成する必要がある。
As can be seen from the figure, compressive residual stress is applied by performing shot peening, so that the proof stress and fatigue strength of the reinforced
このように、本実施形態のシリンダブロック10によれば、ネジ穴15の周方向において最も過酷な部位(応力集中部位)の強度のみを向上させることができるので、ネジ穴15の強度を効果的かつ効率良く向上させることができる。また、この構造によれば、シリンダブロック10の基本設計を変更する必要はなく、薄肉化・軽量化の妨げになることはない。
As described above, according to the
更に、本実施形態のシリンダブロックによれば、固定ボルト17の変形(伸び)量は従来と同等となるので、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したような不具合が発生することはない。
Furthermore, according to the cylinder block of the present embodiment, the deformation (elongation) amount of the fixing
なお、上記実施形態では、ショット粒としてガラスビーズを挙げたが、本発明はこの点において限定されず、鋼球などを用いても良い。また、ショットピーニングはエアショットピーニングでもウォータジェットショットピーニングでも良い。 In the above embodiment, glass beads are used as shot grains. However, the present invention is not limited in this respect, and steel balls or the like may be used. The shot peening may be air shot peening or water jet shot peening.
更に、上記実施形態では、強化部23をネジ穴15の長手方向全域に亘って形成すると説明したが、本発明はこの点において限定されず、ネジ穴15の長手方向(深さ方向)の一部にのみ形成しても良い。つまり、ネジ穴15に発生する応力はネジ穴15の長手方向においても均一に発生するのではなく、応力が集中する部位が存在すると考えられるので、シミュレーションなどにより長手方向における応力集中部位を求めて、その部分にのみショットピーニングを施して強化部23を形成すれば、ネジ穴15の強度をより効率良く向上させることができる。
Further, in the above embodiment, it has been described that the reinforced
10 シリンダブロック
11 ブロック本体
12 ベアリングキャップ
13 クランクシャフト
15 ネジ穴
17 固定ボルト
23 強化部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記ネジ穴の内面の周方向において、クランクシャフトから受ける負荷によって発生する応力が集中する部位にショットピーニングを施して圧縮残留応力を付与したことを特徴とするシリンダブロック。 A cylinder block that supports a crankshaft by a block body and a bearing cap, and fixes a bearing cap to the block body by screwing a fixing bolt into a screw hole formed in the block body,
A cylinder block characterized in that in the circumferential direction of the inner surface of the screw hole, compressive residual stress is applied by performing shot peening on a portion where stress generated by a load received from a crankshaft is concentrated.
The cylinder block according to any one of claims 1 to 3, wherein the shot peening is performed such that a proof stress of a screw hole is larger than a stress generated by a load received from the crankshaft.
Priority Applications (1)
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- 2004-01-21 JP JP2004012987A patent/JP2005207268A/en active Pending
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