JP2006291801A

JP2006291801A - ブロックの分割構造

Info

Publication number: JP2006291801A
Application number: JP2005112155A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Asayama; 和博浅山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-08
Also published as: JP4501756B2

Abstract

【課題】シリンダブロックの強度必要部分と、強度不要部分を分割し、強度必要部品を集約することで、高品質の部品は必要最小限にとどめたシリンダブロックの分割構造の提供
【解決手段】ピストン１２が摺動するボア部１０と、クランクシャフト１５を保持するクランクケース部１３ａと、クランクケース部１３ａと共にクランクシャフト１５を保持するクランクキャップ１７とを備えるエンジンのブロック分割構造において、ボア部１０に形成される第１雌ネジ部１０ｂには、第１締結ボルト１８ａにてシリンダヘッド１６が締結され、前記ボア部１０に形成される第２雌ネジ部１０ｃには、第２締結ボルト１８ｂにてクランクキャップ１７がクランクケース部１３ａを挟み込んで締結され、ボア部１０をクランクケース部１３ａと組付けた際に、ボア部１０を囲うような外壁部１３ｂがクランクケース部１３ａに一体的に形成される
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックを２分割して、特に強度の求められる部分と特に強度を求められない部分を分離する方法に関するものである。

エンジンのシリンダブロック内部では、運転中、吸入した空気とガソリンの混合気をピストンで圧縮した後、点火・燃焼させることで、高温高圧のガスを発生させ、内部を摺動するピストンの上下運動に変えるというサイクルを行うことで動力を発生している。
従って、エンジン運転中は、ピストン内壁に熱と圧力が常に負荷として与えられることになる。実際にエンジン運転中には、燃焼ガスの温度は２０００℃以上にもなり、爆圧にさらされることになるので、その過酷な条件に耐え得るだけの強度が必要となる。
さらに、エンジンのシリンダブロック自体が、エンジンの出力を確保するために、ある程度のシリンダ径が必要となり、気筒数も、軽自動車や１０００ｃｃ以下は一般的に３気筒、１０００ｃｃ〜１５００ｃｃクラスの普通車で４気筒、それ以外では６気筒や８気筒といったものから、１２気筒クラスに至るまで、複数のシリンダ部を必要とし、構造が複雑である上に、気筒数が増えるに従い必然的に巨大なユニットとなる。当然、大きさに見合った材料費が必要となり、巨大なユニットであるが故に加工コストもかかる。

また、近年では、環境問題が大きく取り扱われ、化石燃料を燃焼させることで排出される二酸化炭素や窒素化合物の量が問題となっている。従って、高性能であって、かつ燃費のよいエンジンが求められ、軽量でかつフリクションロスの少ないエンジンであることが必要になってきている。
車の高性能化の一環として、エンジンの重量を軽減するために近年では、エンジンの材質にアルミニウムを採用するケースが多い。そういった場合にも、鉄製のシリンダライナをシリンダブロックに組み付けたり、スリーブレスのシリンダでは、ブロック自体に高強度なアルミニウム合金鋳物を使用して、シリコンを材料に添加して析出させたりと、各メーカが試行錯誤を繰り返し、それなりに高価な部品となっているのが現状である。
また、エンジンの強度を重視し鋳鉄製のエンジンを採用する場合にあっても、エンジン自体の出力が上がっており、シリンダ内面にメッキを施したり、鉄系金属粒子を溶射してコーティングする処理を施したりと、高価な部品であることには変わりが無い。

また、フリクションロスの低減という点においても、シリンダとピストンの真円度の向上及び面粗度の向上のために、加工精度を向上させることと、シリンダ内表面にメッキ等をしたり、アルミニウム材料にシリコンを添加し、析出させることで摺動性を高めたり、といった技術が用いられており、これらの加工を行うためにエンジンブロックの加工性等が問題となる。エンジン自体は複雑な形状をしたものであるが、精度加工が必要なエンジンブロックはできるだけ小型で凹凸の無い形状のほうが、上記の加工をする点においては好ましい。さらに、組付け等の外部要因でエンジンブロックに歪を生ずる場合もあるので、そういった点にも配慮が必要である。

ところで従来、特許文献１に開示される、図７のようなエンジンが主流であった。
特許文献１では、シリンダ部１１１とヘッド部１１２及びクランクケース部１１３とを一体成形したブロック１１０を備える一方、ベアリングキャップ１１４の取り付けでクランクシャフトを支持する主軸受部を有するバルクヘッドを上記クランクケース部１１３とは別体に形成し、このバルクヘッドを締結ボルトにより上記ブロック体に固定するようしている。
このように、シリンダブロック周りを極力一体化して、剛性とシール性及び軽量化を図るとともに、機械加工の必要なベアリング周りの軸受け部を分割することで、加工性を向上している。
しかしながら、エンジンの出力の向上とともに、シリンダ部の内筒面の加工精度の向上の必要が出てきていたために、これ以降のエンジンは、特許文献２や、特許文献３に開示されるような方法で、シリンダ内筒の加工のし易さを考慮した形状が多くなった。

特許文献２では、図８に示されるようなエンジンを開示している。特許文献２の方法では、１２１はシリンダヘッド部１２１ａを含む上部本体、１２２はシリンダスカート部１２２ａを含む下部本体で、両者は、ボア側分割面１２３と外壁側分割面１２４とをあわせて一体化されている。こうすることで、シリンダヘッド部を含む上部本体の大型化が可能となって剛性の向上を達成でき、ウォータジャケット用中子の小型化、セットの簡易化が可能とし、鋳造性の改善を達成している。
また、特許文献３に開示されるエンジンを図９に示す。特許文献３の方法では、シリンダヘッド部１３３のウォータジャケット部１３４に連続して一体にシリンダ部１３２が設けられて上部本体が形成され、クランクケース１３８、ウォータジャケット外壁１３９及びスカート案内用円筒部１４０が一体となって、下部本体１３７が形成されている。このように２体構造にすることで、製作、組付けのし易さ、性能を両立している。

このように、小型化と、剛性を両立するために、シリンダブロックをシリンダヘッドと一体にした形で鋳造し、クランクケース部と組み付けるといった手法が多くとられていたが、シリンダブロックはエンジンの性能向上とともに更なる剛性を求められるようになってきた。そこで、特許文献４に開示されるような手法もとられるようになった。
図１０には、特許文献４の方法が示されており、シリンダブロック１５０は水冷式４気筒エンジンに用いられ、シリンダ部１５１と、クランクケース部１５２とに分割される。シリンダ部１５１は押し出し又は鍛造で成形し、シリンダ１５０の周りにウォータジャケット１５５、スタットボルト取り付け穴１５６、オイルドレン通路１５７等が形成されている。

シリンダ部１５１を押し出し、又は鍛造で成形することで、歩留まりが良く安定した品質が確保され、しかもシリンダ部１５１がコンパクトな形状の箱型となるため、大量生産に好適で低コストに繋がる。またシリンダ部１５１の全体が一定の形状を保つことにより局部的な変形の発生を避けることが出来る。さらに精度の高い素材が作成できるため加工代を最小限に抑えることができる。
また、シリンダ部１５１のシリンダ１５４内周面に、メッキを施している。このメッキは、例えばニッケル、又は鉄系のメッキが行われ、シリンダ部１５１のシリンダ内周面に、鋳造の際に発生する巣がなくなり歩留まりが良く安定した品質のメッキシリンダが確保できる。また、シリンダ部１５１がシンプルでコンパクトな形状の箱型となるため、メッキ工程での取り扱い、メッキ液のシールが容易でメッキ設備が小型になる。また、シリンダ部１５１のシリンダ１５４内周面に鉄系金属粒子を溶射してコーティングする処理を施しても良い。
実開昭６２−６９０４５号公報実開昭６３−７９４５３号公報特開昭６３−１０６３５０号公報特開平９−３０３１９７号公報

しかしながら、従来技術には以下のような問題があった。
まず、特許文献４の方法では、シリンダブロック部全体を押し出し成形又は鍛造にて製作するため、本来不必要である外壁の部分も高剛性の材質で作られることになり、過剰品質となる。
基本的に、シリンダの内筒部分は高温高圧にさらされるために剛性が必要となるが、外壁部分やウォータジャケットを構成する部分については、本来強度はそれほど必要ない。
今後、シリンダ内筒部分の更なる高剛性化と共に、部品の低コスト化が求められていくので、高品質の部品は必要最小限にとどめ、構成することでコストを抑える必要がある。
１つ目の課題として、このように本来強度をあまり必要としない外壁等の部分も、剛性を必要とする部分を含む為に、高剛性の材質で作られることになり、過剰品質となるという点が考えられる。

また、引用文献１乃至引用文献３のエンジンブロックでは、シリンダヘッド、エンジンブロック、クランクカバー等を組付けるねじ部は、シリンダ部のジャケットの外側に設けられており、均一に組み付けることができかつボルトで締結することによって発生する歪を、ピストン摺動面であるシリンダ内面に持ち込まないように工夫がなされている。
引用文献４においても、クランクケース部１５２側に雌ネジ部を持ってくることで、シリンダ部１５１には圧縮応力のみがかかるようになっており、シリンダ１５４に歪を発生しないように工夫がなされている。
このような問題は、従来から指摘されており、本発明においても上記（１）の問題を解決すると同時に、ピストン摺動面に歪が発生しないようにしなければならない。

一般的なエンジンではシリンダの内面にはピストンが高速で摺動する。
これは、高性能で高回転型のエンジンほど影響が大きく、このピストンとシリンダ内面との摺動によって、少なからず摺動抵抗が発生するため、燃料が爆発するのとは別に、この摺動によっても摩擦熱が発生する。そこで、エンジンの運転中には、燃料の爆発による熱と、摺動抵抗を減らし焼き付きを防ぐためにエンジンオイルが常時吹き付けられており、ピストンの潤滑と、焼き付き防止を図っている。
このため、通常はピストンの外周にはピストンリングが複数本はめ込まれ、シリンダの内壁面に吹き付けられたエンジンオイルを掻き落とし、必要最低限の油膜を作ると同時に、余分なオイルが燃焼室内に侵入するのを防いでいる。

ピストンにはめ込まれるピストンリングは、バネ状になっておりシリンダの内面に突っ張ることでその機能を果たしているが、円形のピストンを使用する場合、シリンダの内面の真円度が低いと、摺動抵抗を増加させるとともに、ピストンリングとシリンダの内壁との間の隙間が許容されるよりも大きくなり、余分なオイルの燃焼室への侵入を増加させることとなる。この結果、エンジンの出力に低下や、燃費の悪化、オイルの消費など、様々な問題を引き起こす可能性がある。
ピストンリングとシリンダの内面との摺動抵抗は、エンジン運転時に発生する摺動抵抗の約１／３とも言われており、シリンダの内面への歪の影響を減少させることは極めて重要なのである。
これは、エンジン組付け時には、組付け面でのシール性を高めるため、数十ｋＮ程度ものトルクをかけてボルトを締め込む必要があり、ボルトを締め込むことによって発生する歪が形状精度に与える影響は大きく、ピストン摺動面付近で閉め込んだ場合、歪によってシリンダ内面の真円度が狂い、ピストンにはめ込まれるピストンリングとシリンダ内面との間に隙間を生じるなどの影響が出ることもあるからである。
２つ目の課題としては、このようにエンジン組付け時に、エンジンを組み付けるボルトの締結により発生する歪によって、ピストンと摺動するシリンダ内面の形状精度に与える影響を、極力なくす必要があるという点が考えられる。

なお、前述のような原因で発生している歪の影響は熱にも左右され易いので、エンジンの冷却を十分に行い、温度をコントロールできることも重要な要素となる。年々エンジンの性能が上がっており、かつ、小型化が求められているので、限られた空間で十分な冷却性能を持つ水路を確保することが重要である。
３つ目の課題として、このようなエンジンの冷却性能を確保する必要がある点が考えられる。

そこで本発明は、以上のような課題を解消するためになされたものであり、シリンダブロックの強度が必要である部分と、そうでない部分を分割し、強度の必要である部品を集約することで、高品質の部品は必要最小限にとどめるとともに、シリンダ内面への歪を極力発生せず、さらに、冷却性能を損なわないシリンダブロックの分割構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下のような特徴を有する。
（１）ピストンが摺動するボア部と、クランクシャフトを保持するクランクケース部と、前記クランクケース部と共にクランクシャフトを保持するクランクキャップとを備えるエンジンのブロック分割構造において、前記ボア部に形成される第１雌ネジ部には、第１締結ボルトにてシリンダヘッドが締結され、前記ボア部に形成される第２雌ネジ部には、第２締結ボルトにて前記クランクキャップが前記クランクケース部を挟み込んで締結され、前記ボア部を前記クランクケース部と組付けた際に、前記ボア部を囲うような外壁が前記クランクケース部に一体的に形成されることを特徴とする。

（２）（１）に記載されるブロック分割構造において、前記ボア部の前記クランクケース部と接する側に取付部が縁設され、前記取付部には、前記第１雌ネジ部が設けられ、前記第１雌ネジ部と対向する側に前記第２雌ネジ部が設けられることを特徴とする。
（３）（１）又は（２）記載されるブロック分割構造において、前記クランクケース部と、前記クランクケース部に形成された外壁と、前記ボア部と、前記シリンダヘッドとによって囲まれた空間に、エンジン冷却液が満たされていることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明により、以下のような作用・効果が得られる。
（１）ピストンが摺動するボア部と、クランクシャフトを保持するクランクケース部と、前記クランクケース部と共にクランクシャフトを保持するクランクキャップとを備えるエンジンのブロック分割構造において、前記ボア部に形成される第１雌ネジ部には、第１締結ボルトにてシリンダヘッドが締結され、前記ボア部に形成される第２雌ネジ部には、第２締結ボルトにて前記クランクキャップが前記クランクケース部を挟み込んで締結され、前記ボア部を前記クランクケース部と組付けた際に、前記ボア部を囲うような外壁が前記クランクケース部に一体的に形成されることを特徴とするので、強度が必要であるボア部に第１雌ネジ部及び第２雌ネジ部を集約し、強度の必要のないクランクキャップ及び外壁を一体として、クランクキャップで挟み込むようにして、ボア部に第２締結ボルトで締結することで、過剰品質である部分を極力減らし、コストを抑えることができるという優れた効果を奏する。また、強度の必要な部分がボア部に集約されるので、他の部分と一体で作るよりも小型にすることができ、ボア部の加工性が向上する。

（２）（１）に記載されるブロック分割構造において、前記ボア部の前記クランクケース部と接する側に取付部が縁設され、前記取付部には、前記第１雌ネジ部が設けられ、前記第１雌ネジ部と対向する側に前記第２雌ネジ部が設けられることを特徴とするので、強度のあるボア部に縁設される取付部にネジを切ることが可能であり、必要な締結力で締結することが可能となる他、高いシール性を必要とし、かつピストンとシリンダ内径の摺動部に極力歪の影響が出ないようにシリンダヘッドとボア部の接合面と遠くにねじ部を配置することで、ボア部との接合面や摺動部への歪の影響を最小限にとどめるという優れた効果を奏する。

（３）（１）又は（２）記載されるブロック分割構造において、前記クランクケース部と、前記クランクケース部に形成された外壁と、前記ボア部と、前記シリンダヘッドとによって囲まれた空間に、エンジン冷却液が満たされていることを特徴とするので、第１締結ボルト用のボルト穴を設ける必要が無く、クランクケース部、外壁部、及びボア部の形状を単純化できるので、加工コストを削減することができるという優れた効果を奏する。また、冷却液の通る空間を広く取ることも可能となる。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。最初に実施例の構成について説明する。
図１には、本実施例におけるエンジンの断面図を模式的に示している。図２には、その部品図を示し、図２（ａ）にボア部の斜視図を、図２（ｂ）にクランクケース部の斜視図を示している。
ボア部１０は図２（ａ）に示すように、円筒が複数個並んだ形状になっており、本実施例では円筒を３つ平行に並べてある。一般的に、シリンダブロック内のシリンダの数がエンジンの気筒数を表しており、本実施例では説明しやすいようにシリンダの数を３つ、つまり、直列３気筒のエンジンを例として用いて説明している。
なお、一般的にはシリンダ内径のことをボアと呼ぶが、本実施例では、水冷のためのジャケット構造を含む円筒であるシリンダと区別をして、ピストン１２をガイドするシリンダ部分であって、ジャケット構造を含まない円筒が並んだものをボア部１０と呼ぶことにする。

通常のエンジンは、図１に示すように、このシリンダ１１内部の燃焼室２０で気体のガソリンと空気の混合気に点火し、爆発させて、ピストン１２が上下する力を発生する。爆発の際に発生する燃焼ガスは２０００℃以上にもなり、爆発によって大きな力が発生するので、ボア部１０はそれらの熱や力に耐え得る高強度の材料が必要となる。以前は強度や加工性、耐熱性を重視して鋳鉄等が主に使われていたが、最近はエンジン自体の軽量化を図る目的でアルミニウム合金等か、アルミニウム合金製のブロックに鉄製のライナー等を備える場合が多い。
本実施例のボア部１０にはダイカスト用アルミニウム合金を採用している。例えば、ＡＤＣ１２等の鋳造性に優れた高強度なダイカスト用アルミニウム合金が用いられている。

また、図２（ａ）に示すように、ボア部１０は取付部となるボルト座部１０ａを備え、第１雌ネジ部１０ｂと、第２雌ネジ部１０ｃを備えている。
ボルト座部１０ａに設けられる第１雌ネジ部１０ｂと第２雌ネジ部１０ｃは、ボア部１０の中心線と平行な同軸上に設けられ、図３（ａ）に示す第１締結ボルト１８ａと第２締結ボルト１８ｂが必要なトルクで締め付けられた際に必要なだけのネジ山が形成されている。
さらに、このボルト座部１０ａは、円筒状の部材が板状部材によって、クランクケース１３と組み付ける側に、ボア部１０の側面に張り出すように縁設されている。そして、第１雌ネジ部１０ｂ。第２雌ネジ部１０ｃは円筒状の部材の中心に位置する場所に向けられている。この場合、ボルト座部１０ａは、ボア部１０に対して歪を与えない状態でも受けられていることが望ましく、本実施例では鋳造によって一体的に形成されているが、鍛造やそれに類する加工方法で形成しても良いし、加工時の歪が除去でき、位置精度を出すことができるのであれば、溶接等の接合方法を用いても良い。
また、このボルト座部１０ａの厚みは、第１雌ネジ部１０ｂ及び第２雌ネジ部１０ｃを形成するために必要なだけの厚みしかなく、さらに、ボア部１０の本体との接続部は、第１雌ネジ部１０ｂ及び第２雌ネジ部１０ｃが設けられている部分よりも薄くなっている。
なお、本実施例ではボルト座部１０ａは合計８箇所設けられている。各シリンダ１１の４隅に１つずつ、均等な距離に位置するように配置され、隣のシリンダ１１とはボルト座部１０ａを共有する構成となっている。よって、例えば直列４気筒のエンジンであれば、ボルト座部１０ａは２つ増えて１０箇所となる。
もちろん、歪を分散させるために、ボルト座部１０ａを均等割りの位置に増やすことは有効なのであるが、エンジンの小型化とのバランスも考慮する必要があるために、現状はこのような配置になっている。

図２（ｂ）はクランクケース１３であり、クランクケース部１３ａと外壁部１３ｂからなっている。
図１に示すクランクケース部１３ａは、ボア部１０の内部を上下運動するピストン１２の力を伝達するコンロッド１４と、コンロッド１４に接続されるクランクシャフト１５が収納される部屋であり、ゴミ等が入り込まないように外部と隔離する機能、およびクランクシャフト１５を受ける機能があれば足りるため、強度をあまり必要としない。
本実施例では、クランクケース１３に強いトルクで締結される必要のあるボルト等のネジ穴を備えないため、材料は、安価な鋳造用のアルミニウム合金を用いて構成されている。
次に外壁部１３ｂであるが、これはボア部１０とクランクケース１３を組付けた際に、ボア部１０の外側に形成される壁面となる。

エンジン運転中には前述のように燃焼室２０で爆発が起こり、ガスの圧力と温度が高くなる。当然、燃焼ガスに直接触れているボア部１０も温度が上昇する。しかしながら、材料としているアルミニウムの融点は６６０℃程度、鉄でも１５３５℃程度であるで、そのまま冷却しなければボア部１０が熱で溶けてしまう。
従って、通常はジャケット構造にして内部に冷却水を通し、冷却してエンジンの運転を行う必要がある。このような理由で、ボア部１０の外側には外壁部１３ｂが必要であり、ボア部１０と外壁部１３ｂの間を冷却水が流れてエンジンを常に冷却する構造となっている。この様子は図６の断面図にも示されている。

シリンダヘッド１６は図１に示される通り、ボア部１０の一部と燃焼室２０を形成する部品であり、ボア部１０同様に熱と爆発による圧力を受ける部品であるので、強度の高い鋳造用のアルミニウム合金を用いている。また、シリンダヘッド１６の内部には、バルブやカムシャフト等を備えている。
また、クランクケース１３下部には、クランクキャップ１７を備えている。図１に示すように、クランクケース部１３ａとクランクキャップ１７で、クランクシャフト１５が収まる部屋及び、クランクシャフト１５の軸部分を受ける部分を形成している。クランクキャップ１７の下には、図示しないオイルパンが固定される。

次に、上記部品の組付けについて説明する。
図３には、ボルト締結状態を示し、図３（ａ）にはボア部１０に第１締結ボルト１８ａ及び第２締結ボルト１８ｂが締め込まれた状態の模式図、（ｂ）には締結部の拡大図を示す。また、組み付けられた状態を図４に示す。図４はボア部１０、クランクケース１３、シリンダヘッド１６、及びクランクキャップ１７を組み付けた状態の斜視断面図であり、また図５には、図４とは別の断面で切断した斜視断面図を示す。
図５に示すように、クランクケース１３の内部であって外壁部１３ｂの内側にボア部１０が収まるように組みつけられ、その上面にシリンダヘッド１６が組みつけられ、クランクケース１３の下側からはクランクキャップ１７が組みつけられる。

この場合において、図４に示すように、８本の第１締結ボルト１８ａと、８本の第２締結ボルト１８ｂは全て、ボア部１０に備えられるボルト座部１０ａに締結される。
このように、シリンダヘッド１６は、図示しないメタルガスケット等を挟んでボルト座部１０ａに設けられる第１雌ネジ部１０ｂへ第１締結ボルト１８ａを締め付けることで組みつけられ、また、クランクキャップ１７は、クランクケース１３を挟むようにして配置され、ボルト座部１０ａに設けられる第２雌ネジ部１０ｃに第２締結ボルト１８ｂを締め込むことで組みつけられる。
よって、クランクケース１３はボア部１０とクランクキャップ１７に挟み込まれるようにして組みつけられることになるため、組みつけられた状態では常に圧縮応力を受けていることになる。

なお、メタルガスケット等が挟み込まれることによってシールされるボア部１０と、シリンダヘッド１６との当接面は、ボア部１０の内面と、ピストン１２の上部と、シリンダヘッド１６に囲まれることによって構成される燃焼室２０で、高温高圧の燃焼ガスが発生するために、高いシール性を要求される。従って、第１締結ボルト１８ａを数十ｋＮものの高いトルクで締め付けられることを必要とする。
また、クランクケース１３とボア部１０の接合面１０ｄは、冷却液等が漏れないようにシール性が要求されるので液体ガスケット等を用いてシールされる。
接合面１０ｄではクランクキャップ１７にクランクケース１３を挟んで、ボア部１０に備えるボルト座部１０ａの第２雌ネジ部１０ｃに第２締結ボルト１８ｂが数十ｋＮ程度の高いトルクで締め込まれるので、必要な面圧を確保することが可能である。それによって、ボア部１０の外面とクランクケース１３の外壁部１３ｂの内面より形成される空間である水路１９とのシール性が保たれることになる。

図６は、クランクケース１３にボア部１０を組み付けた状態での断面図である。図６より、ボア部１０の外周であって、クランクケース１３の外壁部１３ｂの内周に、一定の間隔で設けられた空間が存在するのがわかる。
この空間はエンジンの冷却水を通すための水路１９であり、ボア部１０と外壁部１３ｂの隙間は数ｍｍ程度に設定されている。この間を冷却水が流れることによって、エンジンの運転中に発生した熱を抑える。なお、第１締結ボルト１８ａは、この冷却液中に水没しており、このため、第１締結ボルト１８ａには防錆材のような塗料を用いて防錆対策が施されている。

次に、本実施例の作用効果について説明を行う。
まず、ボア部１０については、ボア部１０にボルト座部１０ａを縁設し、第１雌ネジ部１０ｂ及び第２雌ネジ部１０ｃがボルト座部１０ａに形成されるので、本来強度の必要なボア部１０に、同じく強度のいる第１雌ネジ部１０ｂ及び第２雌ネジ部１０ｃをボア部１０に集約することができるというメリットがある。
前述の通り、ボア部１０には熱及び圧力による大きな負荷がかかり強度を必要とし、第１雌ネジ部１０ｂ及び第２雌ネジ部１０ｃの設けられたボルト座部１０ａには、燃焼ガスや冷却水などの漏れを防ぐために数十ｋＮものの大きなトルクで第１締結ボルト１８ａ及び第２締結ボルト１８ｂで締め付けなければならないため、強度が必要となるからである。特に燃焼室２０側のシールについては、シビアなシール性が要求されるため、トルクの管理は重要事項となる。

さらに、ボア部１０の形状が単純になるため、ボア部１０を鋳造等で製作するケースでは、湯流れが良くなる等の効果が得られ、巣などができにくく、強度を必要とし、品質基準の厳しいボア部１０の品質を確保し易いというメリットもある。もちろん鍛造等の加工方法を用いた場合でも形状が単純になることで加工性が上がり、品質を確保し易くなることは同様である。
また、ボア部１０の構造について、ボルト座部１０ａはクランクケース部１３ａ側に設けられており、極力、燃焼室２０とピストン１２の摺動部分からは遠ざけるような位置となっている。この方法は、一般的に用いられる方法であるが、本実施例のようにボア部１０と外壁部１３ｂと分割して製作する場合にも、この方法を採ることで同様の効果が期待でき、これによって、シリンダ１１に、組付け時にネジを締結することによって発生する歪の影響を最小限に抑え、ピストン１２の真円度を高い状態で確保することで摺動抵抗を減らし、燃費の悪化や出力低下を防いでいる。

これは、第１締結ボルト１８ａ及び第２締結ボルト１８ｂによって組み付けられた際に、ボルト座部１０ａに設けられた、第１雌ネジ部１０ｂ、第２雌ネジ部１０ｃは、図４の上下から第１締結ボルト１８ａ及び第２締結ボルト１８ｂによって引っ張られることになるからである。この際、ボルト座部１０ａ自身がボア部１０に縁設されて必要な強度を持つ材料で形成されているので、上下からの締結力に耐え、必要な面圧を確保する。
ボルト座部１０ａに設けられた、第１雌ネジ部１０ｂ、第２雌ネジ部１０ｃは、組みつけられた際に上下の力のバランスが取れる位置に設けられる必要があるが、本実施例では同軸上に設けられ、その機能を果たしている。
このボルト座部１０ａは、エンジンにボア部１０を組み付けるにあたって、前述の通りボア部１０とシリンダヘッド１６及びクランクケース１３との高いシール性を要求されるため、組み付けるボルトは数十ｋＮものの高い締め付けトルクによって、閉め込まれ、結果ボルト座部１０ａには大きな力がかかることになる。従って、それに耐え得るだけの強度が必要である。

ところが、ボルト座部１０ａには前述のように、締結によって大きな力がかり、ボルト座部１０ａはボア部１０に縁設されている為、締結による力によってボルト座部１０ａは、第１締結ボルト１８ａ又は第２締結ボルト１８ｂによって上下のどちらかに引っ張られ、その結果、引っ張られることによって発生する歪がボア部１０にも影響し、ボア部１０における真円度等の形状精度を悪化させてしまう。
このことは解析結果からも示されており、第１締結ボルト１８ａ又は第２締結ボルト１８ｂによって、引っ張られることで、１気筒に対して４次の歪が発生しており、これらが影響して、ボア部１０に変形をもたらしていることがわかっている。
従って、ボルト座部１０ａによってボア部１０に与えられる歪が問題となる。特にボルト座部１０ａに厚みがあると、ボルト座部１０ａ自体の変形量が少なくなるものの、ボルト座部１０ａとボア部１０の接合部での歪は、無視できない程度発生してしまう。

このような、ボルト座部１０ａにかかる力による歪が、ボア部１０に与える影響を極力減らすために、ボルト座部１０ａの取り付け位置は、ピストン１２とボア部１０の内面との摺動部より、極力遠い場所に持っていく必要がある。また、シリンダヘッド１６とボア部１０の接合面からも、内部に形成される燃焼室２０の機密性を高めるために、遠ざける必要がある。
具体的には、ピストンリングの摺動部から外れる位置にあって、かつ、シリンダヘッド１６とボア部１０の接合面から遠い、つまり、クランクケース１３とボア部１０の接合面１０ｄ側にあって、ピストンリングの摺動面にかからない高さでボア部１０にボルト座部１０ａが縁設されることが望ましい。
さらに、ボア部１０への歪の影響を極力少なくするために、ボア部１０へのボルト座部１０ａの接合部は接合面１０ｄでの面圧必要な分が出る程度まで薄くすることが望ましい。
また、ボルト座部１０ａに設けられる第１雌ネジ部１０ｂと第２雌ネジ部１０ｃが同軸に設けられ、ボルト座部１０ａの厚みが、第１雌ネジ部１０ｂと第２雌ネジ部１０ｃが設けられる程度の厚みしかないので、第１締結ボルト１８ａと第２締結ボルト１８ｂがお互いが引っ張り合って歪を減少させる効果が期待できる。

また、特許文献４のように、ボア部１０に外壁部１３ｂを備えないことによって、ボア部１０の大きさは必要最小限になり、形状が簡易であるために、加工が容易であり、仕上げ加工やメッキ工程などにおいても、ボア部１０と外壁部１３ｂが一体型の従来のものよりも小さな設備で行うことが可能であり、ボア部１０の重量が減ることも加工性の向上に貢献している。

つぎに、クランクケース１３についてであるが、クランクケース部１３ａ及び外壁部１３ｂが一体成形されるため、構造的な強度が出せるというメリットがある。
さらに、クランクケース部１３ａ及び外壁部１３ｂを一体成形することで、特許文献４のような方法と異なり、クランクケース部１３ａと外壁部１３ｂの間から冷却液が漏れる心配をしなくてもよく、シール構造にする必要も無い。
また、クランクケース部１３ａと外壁部１３ｂはいずれもあまり強度の必要ない部品であるので、強度のあまり必要の無い部分である、クランクケース１３は安価な材料で作成が可能となる。

このように、ボア部１０やボルト座部１０ａのように強度が必要な部分を集約することで強度が必要になる部分を最小限にとどめ、本来強度をあまり必要としないクランクケース部１３ａ及び外壁部１３ｂを一体的に成形してクランクケース１３とすることで、ボア部１０に性能アップのために高価な材料を使ったとしても、クランクケース１３に比較的安価な材料を用いて製作することが可能となるので、エンジンの高性能化を図ったとしても、従来の方法に比べてコストアップを抑えることが出来る。
そして、特許文献４のようにボア部１０がクランクケース部１３ａを備え鋳造で作られる場合と比較して、大きさや形状にもよるが通常で３〜５割程度のコストが削減できる他、エンジンの出力によって、ボア部１０を変更することも可能となるので、同じ設計で異なる出力のエンジンに対応できうるメリットもある。

また、ボア部１０とクランクケース１３を組み合わせた状態で、クランクケース１３にもうけられた外壁部１３ｂとボア部１０、クランクケース部１３ａ、及びシリンダヘッドで囲まれる空間にエンジン冷却液を流すことが可能となる。これにより、クランクケース１３またはボア部１０に複雑な形状の水路や、その間に設けられる第１締結ボルト用の穴をそれぞれ分けて製作する必要がなくなるので、加工コストが削減できる上に、形状の単純化によって品質の向上も期待ができる。複雑な形状の水路を設けるとなると、加工上の制限等が発生して、十分な水路を設ける為にコストがかかる結果となるが、組み付けることで水路を確保することが可能であり、ボルト部分も、第１締結ボルト１８ａの回りも水路とすることができるので、余計な遮蔽物無く冷却効果を高めることが可能となる。

なお、第１締結ボルト１８ａが冷却液中に浸かることになるので、第１締結ボルト１８ａの材質や冷却液の性質によっては防錆対策を施すことが必要になる場合もあり、本実施例においても防錆対策を施しているが、加工穴を製作するコストと、第１締結ボルト１８ａに防錆対策を施すコストと比較すると、加工穴を開けるコストのほうが品質向上や、加工の単純化、加工時間の削減によるリードタイムの短縮等を加味すれば、トータルで考えて、第１締結ボルト１８ａに防錆対策を施すほうがコスト的に安くなる。

さらに、シリンダヘッド１６は、メタルガスケット等を挟んでボルト座部１０ａにシリンダヘッド１６側から設けられた第１雌ネジ部１０ｂへ第１締結ボルト１８ａを締め付けることで組みつけられ、クランクキャップ１７は、クランクケース１３を挟むようにして配置され、ボルト座部１０ａのクランクケース１３側から設けられた第２雌ネジ部１０ｃに第２締結ボルト１８ｂを締め込むことで組みつけられる構造になっている。
このように、クランクケース１３はボア部１０とクランクキャップ１７に挟み込まれるようにして組みつけられるため、組みつけられた状態では常に圧縮応力を受けていることになっているので、疲労破壊に対する強度保証がし易い。
エンジンは、稼働中は常に燃焼室２０でガス化した燃料を繰り返し燃焼させているので、振動や熱に常にさらされ、応力変動があるので材料金属中に疲労が溜まり易い。従って、常に一方向に応力を受けている状態のほうが、疲労破壊に対するマネージメントをしやすいのである。

上述したように、本発明のブロックの分割構造によれば、以下のような優れた効果を奏する。
（１）ピストン１２が摺動するボア部１０と、クランクシャフト１５を保持するクランクケース部１３ａと、クランクケース部１３ａと共にクランクシャフト１５を保持するクランクキャップ１７とを備えるエンジンのブロック分割構造において、ボア部１０に形成される第１雌ネジ部１０ｂには、第１締結ボルト１８ａにてシリンダヘッド１６が締結され、ボア部１０に形成される第２雌ネジ部１０ｃには、第２締結ボルト１８ｂにてクランクキャップ１７が前記クランクケース部を挟み込んで締結され、前記ボア部を前記クランクケース部と組付けた際に、ボア部１０を囲うような外壁部１３ｂがクランクケース部１３ａに一体的に形成されることを特徴とするので、強度が必要であるボア部１０に第１雌ネジ部１０ｂ及び第２雌ネジ部１０ｃを集約し、強度の必要のないクランクキャップ１７及び外壁部１３ｂを一体として、クランクキャップ１７で挟み込むようにして、ボア部１０に第２締結ボルト１８ｂで締結することで、過剰品質である部分を極力減らし、コストを抑えることができるという優れた効果を奏する。また、強度の必要な部分がボア部１０に集約されるので、他の部分と一体で作るよりも小型にすることができ、ボア部１０の加工性が向上する。

（２）（１）に記載されるブロック分割構造において、ボア部１０のクランクケース部１３ａと接する側にボルト座部１０ａが縁設され、ボルト座部１０ａには、第１雌ネジ部１０ｂが設けられ、第１雌ネジ部１０ｂと対向する側に第２雌ネジ部１０ｃが設けられることを特徴とするので、強度のあるボア部１０に縁設されるボルト座部１０ａにネジを切ることが可能であり、必要な締結力で締結することが可能となる他、高いシール性を必要とし、かつピストン１２とシリンダ１１内径の摺動部に極力歪の影響が出ないようにシリンダヘッド１６とボア部１０の接合面から遠くにねじ部を配置することで、ボア部１０との接合面や摺動部への歪の影響を最小限にとどめるという優れた効果を奏する。
（３）（１）又は（２）記載されるブロック分割構造において、クランクケース部１３ａと、クランクケース部１３ａに形成された外壁部１３ｂと、ボア部１０と、シリンダヘッド１６とによって囲まれた空間に、エンジン冷却液が満たされていることを特徴とするので、第１締結ボルト１８ａ用のボルト穴を設ける必要が無く、クランクケース部１３ａ、外壁部１３ｂ、及びボア部１０の形状を単純化できるので、加工コストを削減することができるという優れた効果を奏する。また、冷却液の通る空間を広く取ることも可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施例ではボア部１０にはＡＤＣ１２等のダイカスト用アルミニウム合金を用いているが、特にこの材料に限るものではなく、例えば、他の鋳造によるアルミニウム鋳物や、鍛造品を用いたり、アルミニウムに限らず、鋳鉄等を用いたりしても良く、要は燃焼室２０で発生する熱や圧力に耐えられる他の材料を選択することを妨げない。
また、クランクケース１３や、シリンダヘッド１６等についても、鋳造用アルミニウム合金としているが、材料は特にこれに限られるものではない。
また、ボルト座部１０ａに設けられた第１雌ネジ部１０ｂ、及び第２雌ネジ部１０ｃは、同一軸を中心として設けられているが、第１締結ボルト１８ａ、及び第２締結ボルト１８ｂによって引っ張られる力の上下バランスが取れれば良いので、同一軸にネジ部の中心が無くともかまわない。

本実施例における、エンジンの断面図を示している。（ａ）本実施例における、ボア部の部品図を斜視図で示している。（ｂ）本実施例における、クランクケースの部品図を斜視図で示している。（ａ）本実施例における、ボア部に第１締結ボルト及び第２締結ボルトが締めこまれた状態の模式図を示している。（ｂ）本実施例における、（ａ）の部分詳細図の断面を示している。本実施例における、ボア部、クランクケース、シリンダヘッド、及びクランクキャップを組み付けた状態の斜視断面図を示している。本実施例における、図４とは別の断面で切断した斜視断面図を示している。本実施例における、クランクケースにボア部を組み付けた状態での断面図である。特許文献１における、エンジンの構造の断面図である。特許文献２における、エンジンの構造の断面図である。特許文献３における、エンジンの構造の断面図である。特許文献４における、エンジンの組付けの様子を表した斜視図である。

符号の説明

１０ボア部
１０ａボルト座部
１０ｂ第１雌ネジ部
１０ｃ第２雌ネジ部
１１シリンダ
１２ピストン
１３クランクケース
１３ａクランクケース部
１３ｂ外壁部
１４コンロッド
１５クランクシャフト
１６シリンダヘッド
１７クランクキャップ
１８ａ第１締結ボルト
１８ｂ第２締結ボルト
１９水路
２０燃焼室

Claims

ピストンが摺動するボア部と、クランクシャフトを保持するクランクケース部と、前記クランクケース部と共にクランクシャフトを保持するクランクキャップとを備えるエンジンのブロック分割構造において、
前記ボア部に形成される第１雌ネジ部には、第１締結ボルトにてシリンダヘッドが締結され、
前記ボア部に形成される第２雌ネジ部には、第２締結ボルトにて前記クランクキャップが前記クランクケース部を挟み込んで締結され、
前記ボア部を前記クランクケース部と組付けた際に、前記ボア部を囲うような外壁が前記クランクケース部に一体的に形成されることを特徴とするブロック分割構造。
請求項１に記載されるブロック分割構造において、
前記ボア部の前記クランクケース部と接する側に取付部が縁設され、
前記取付部には、前記第１雌ネジ部が設けられ、前記第１雌ネジ部と対向する側に前記第２雌ネジ部が設けられることを特徴とするブロック分割構造。
請求項１又は請求項２に記載されるブロック分割構造において、
前記クランクケース部と、前記クランクケース部に形成された外壁と、前記ボア部と、前記シリンダヘッドとによって囲まれた空間に、エンジン冷却液が満たされていることを特徴とするブロック分割構造。