JP2008082248A - エンジンのシリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸センタとシリンダボアセンタがオフセットされ、二つのヘッドボルト間の距離と、二つのクランクキャップボルトの距離が異なる構成のシリンダブロックにおいて、新規な構造を提案する。
【解決手段】クランク軸センタ１１とシリンダボアセンタ１０がオフセットされるとともに、シリンダボアセンタ１０の両サイドにそれぞれ配置される、二つのヘッドボルト２１Ａ・２１Ｂ間の距離Ｄ１と、二つのクランクキャップボルト２４Ａ・２４Ｂ間の距離Ｄ２が異なる構成とする、エンジンのシリンダブロックであって、一直線状の二本の補強材２Ａ・２Ｂが前記シリンダボアセンタ１０を基準として線対称に鋳包まれ、一側の補強材２Ａには、一側のヘッドボルト２１Ａが螺嵌され、他側の補強材２Ｂには、他側のヘッドボルト２１Ｂ、及び、他側のクランクキャップボルト２４Ｂが螺嵌される構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックの構造に関し、より詳しくは、シリンダブロックを補強する補強材の技術に関する。

従来、アルミ製のシリンダブロックに螺嵌されるヘッドボルト、及び、クランクキャップボルトの間の強度を確保するため、鋳造時に補強材を鋳包んだシリンダブロックが知られている。

例えば、特許文献１では、クランク軸と直交する面による切断面における二つのヘッドボルト間の距離と、二つのクランクキャップボルトの距離が等しく、前記ヘッドボルトと前記クランクキャップボルトが上下方向一直線上に配置されるシリンダブロックの構造を開示しており、該シリンダブロックに、補強材が鋳包まれることとされている。

また、前記補強材は、前記ヘッドボルトと前記クランクキャップボルトがその上下端部においてそれぞれ螺嵌されるように、上下方向一直線の形状の棒状部分を有しており、これにより、前記ヘッドボルトと前記クランクキャップボルトを一直線上に連結し、シリンダブロックを補強することとしている。

また、特許文献２では、特許文献１とは異なり、二つのヘッドボルト間の距離と、二つのクランクキャップボルトの距離が異なる構成について開示している。このため、前記補強材は、上下方向中途部において屈曲させた形状の棒状部分を有することとし、これにより、前記ヘッドボルトと前記クランクキャップボルトを連結し、シリンダブロックを補強することとしている。

ここで、特許文献１に開示される補強材は、屈曲部を有しないことから、特許文献２に開示される補強材と比較して、シリンダブロックの補強の観点において有利な点を有する。
例えば、特許文献２の補強材では、前記ヘッドボルトと前記クランクキャップボルトが屈曲して連結されることとなっており、シリンダの筒内圧が発生した場合では、前記棒状部分には、シリンダヘッド側への荷重とクランクキャップ側への荷重の二つの荷重が発生するが、その荷重の方向が正反対で、作用点が一直線上にないことから、前記棒状部分に大きな曲げモーメントが働くことになり、このことが原因で、鋳包んだ棒状部分と、アルミの母材材料の間にはく離が発生し、強度低下をもたらすといったことが考えられる。また、前記棒状部分を屈曲させているため、ボルト類の位置決め精度も悪いといった問題がある。

しかし、特許文献２で開示されるように、二つのヘッドボルト間の距離と、二つのクランクキャップボルトの距離が異なる構成のシリンダブロックについては、特許文献１に開示される補強材を適用することができないのである。

他方、エンジン出力向上、フリクションの低減といった観点から、クランク軸センタとシリンダボアセンタとをオフセットさせる設計が知られており、この設計に適した補強材の適用のモデルが求められている。
実開昭５６−１１３４２号公報 実開昭６３−１２８２５３号公報

そこで、本発明は、クランク軸センタとシリンダボアセンタがオフセットされ、二つのヘッドボルト間の距離と、二つのクランクキャップボルトの距離が異なる構成のシリンダブロックにおいて、補強の特性に優れ、また、ボルト類の位置決め精度も高いシリンダブロックの新規な構造を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に記載のごとく、
クランク軸センタとシリンダボアセンタがオフセットされるとともに、シリンダボアセンタの両サイドにそれぞれ配置される、二つのヘッドボルト間の距離と、二つのクランクキャップボルト間の距離が異なる構成とする、エンジンのシリンダブロックであって、
一直線状の二本の補強材が前記シリンダボアセンタを基準として線対称に鋳包まれ、
一側の前記補強材には、一側の前記ヘッドボルトが螺嵌され、
他側の前記補強材には、他側の前記ヘッドボルト、及び、他側の前記クランクキャップボルトが螺嵌される構成とするものである。

また、請求項２に記載のごとく、
一側の前記クランクキャップボルトは、一側の前記補強材よりも、前記クランク軸センタに近い側に配置されることとするものである。

また、請求項３に記載のごとく、
前記補強材の端部に、鋳包み時の位置決めとして利用するピン穴を形成し、前記ピン穴に追加加工を施すことにより、前記ヘッドボルト、及び／又は、前記クランクキャップボルトのボルト穴を形成することとするものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

また、請求項１においては、鋳包みされる二本の補強材が一直線状であり、屈曲部を有しないことから、シリンダブロックの補強を効果的に行うことができる。

また、請求項２においては、ベアリングキャップとシリンダブロックの境界部での圧着が確実に行われ、前記境界部での隙間の発生を確実に抑制できる。

また、請求項３においては、位置決めに利用したピン穴の位置が、そのままヘッドボルト、クランクキャップボルトの位置に対応することになるため、これらのボルトの位置決めの精度を高いものとすることができる。

図１は、粗材状態におけるアルミ製のシリンダブロックの構造を示す断面図である。
この断面図は、クランク軸と直交する面により切断した場合の断面図である。
図１において、１は、シリンダブロック、２Ａ・２Ｂは、前記シリンダブロック１に鋳包まれる補強材である。この補強材２Ａ・２Ｂは、上下方向の抜け防止として、例えば、その外周面に突起（図１の１Ｆ）やらせん溝（図１の１Ｇ）をつけることでアルミとの密着を強化することができる。
また、この補強材２Ａ・２Ｂは、エンジン設置状態において、上下方向に長い直線状の棒状部材に構成され、その上下の両端面が、シリンダブロック１の上面、及び、下面において、それぞれ、シリンダブロック１の外部に開放されるようにしている。

また、図１において、７Ａ・７Ｂは、ウォータジャケットであり、２０は、図示せぬクランク軸ジャーナル部の軸受部である。

また、図２に示すごとく、ヘッドボルト２１Ａ・２１Ｂが二箇所に配置される本実施例においては、前記補強材２Ａ・２Ｂは、ヘッドボルト２１Ａ・２１Ｂが螺嵌される二箇所の位置に配置されることとしている。
尚、ヘッドボルト２１Ａ・２１Ｂは、図示せぬシリンダヘッドをシリンダブロック１に固定するためのボルト部材である。

また、図１に示すごとく、前記各補強材２Ａ・２Ｂにおいて、その上端部には、予め金型ピン４Ａ・４Ｂを挿入するためのピン穴３Ａ・３Ｂが加工され、また、その下端部にも、予め金型ピン６Ａ・６Ｂを挿入するためのピン穴５Ａ・５Ｂが加工される。

そして、前記ピン穴３Ａ・３Ｂ・５Ａ・５Ｂに、それぞれ金型ピン４Ａ・４Ｂ・６Ａ・６Ｂを挿入し、該金型ピン４Ａ・４Ｂ・６Ａ・６Ｂによって、補強材２Ａ・２Ｂを挟み込んで固定して鋳造が行われる。
このように、金型ピン４Ａ・４Ｂ・６Ａ・６Ｂで補強材２Ａ・２Ｂを保持しながら鋳造を行うことにより、補強材２Ａ・２Ｂがシリンダブロック１における規定の位置に鋳包まれる。

また、この補強材２Ａ・２Ｂは、例えば、母材（アルミ）の強度よりも高強度を実現できる、ＦＣ３００、ＦＣＤ４５０といった鋳鉄等の高強度材にて構成されるものであり、この補強材２Ａ・２Ｂがアルミのシリンダブロック１に鋳包まれることによって、シリンダブロック１の強度を向上できることとなる。

また、図１に示すごとく、クランク軸センタ１１とシリンダボアセンタ１０はオフセットされる、つまりは、クランク軸と直交する面により切断した断面において、シリンダボアセンタ１０がクランク軸センタ１１から或る幅Ｅだけ横方向にずれる位置となるように設計されている。
そして、これにより、クランク軸ジャーナル部の軸受部２０は、クランク軸センタ１１が、シリンダボアセンタ１０から幅Ｅだけオフセットされる位置、つまり、クランク軸と直交する面により切断した断面において、或る幅Ｅだけ横方向にずれる位置に構成されている。
このようなオフセットの設計（幅Ｅの設計）は、エンジン出力向上、フリクションの低減といった観点から行われるものである。

そして、以上のようにして、図１に示す粗材状態のシリンダブロック１が構成され、その後、図２に示すごとく、ボルト穴２２Ａ・２２Ｂ・２５Ａ・２５Ｂ等の機械加工が適宜施される。

まず、図２に示すごとく、クランク軸４０を回転自在に支持するためのベアリングキャップ３０を、クランクキャップボルト２４Ａ・２４Ｂにてシリンダブロック１の軸受部２０の箇所に固定するために、二つのボルト穴２５Ａ・２５Ｂが機械加工される。
この二つのボルト穴２５Ａ・２５Ｂの内、一方のボルト穴２５Ａは、シリンダブロック１の母材に直接加工され、他方のボルト穴２５Ｂは、前記補強材２Ｂのピン穴５Ｂに追加加工することにより形成されることとしている。前記両ボルト穴２５Ａ・２５Ｂは、クランク軸センタ１１を基準として左右に線対称に配置されるものとしている。
尚、シリンダブロック１の母材に直接加工されるボルト穴２５Ａについては、射抜きピンを用いて下穴を形成した後に機械加工する等して形成することができる。

また、前記補強材２Ａ・２Ｂに形成されたピン穴３Ａ・３Ｂについては、ヘッドボルト２１Ａ・２１Ｂを螺嵌するために、ボルト穴２２Ａ・２２Ｂが追加加工される。

ここで、本実施例のシリンダブロック１においては、シリンダボア径とクランクシャフト径が異なる構成としており、シリンダボアセンタ１０の両サイドにそれぞれ配置される、二つのヘッドボルト２１Ａ・２１Ｂ間の距離Ｄ１と、二つのクランクキャップボルト２４Ａ・２４Ｂ間の距離Ｄ２が異なる構成となっている。
つまり、二つのクランクキャップボルト２４Ａ・２４Ｂ間の距離Ｄ２が、二つのヘッドボルト２１Ａ・２１Ｂ間の距離Ｄ１よりも短く設計されている。

そして、クランク軸センタ１１から両クランクキャップボルト２４Ａ・２４Ｂまでの距離を極力短く設計することにより、クランク軸の軸受部２０において、ベアリングキャップ３０とシリンダブロック１の境界部２０ａでの圧着が確実に行われ、前記境界部２０ａでの隙間の発生を確実に抑制できるようになる。
この設計は、シリンダ内爆発に伴ってクランク軸にかかる大きな荷重を、ベアリングキャップ３０にて受け止めた際に、前記境界部２０ａでの隙間の発生を抑制し、焼付きを防止する観点から重要なものとなる。

以上で説明したように、クランク軸センタ１１とシリンダボアセンタ１０がオフセットされるとともに、一直線状の二本の補強材２Ａ・２Ｂが前記シリンダボアセンタ１０を基準として線対称に鋳包まれ、一側の補強材２Ａには、一側のヘッドボルト２１Ａが螺嵌され、他側の補強材２Ｂには、他側のヘッドボルト２１Ｂ、及び、他側のクランクキャップボルト２４Ｂが螺嵌される構成としている。
また、一側の前記クランクキャップボルト２４Ａは、一側の前記補強材２Ａよりも、クランク軸センタ１１に近い側に配置されることとするものである。

そして、以上の構成においては、鋳包みされる二本の補強材２Ａ・２Ｂが一直線状であり、屈曲部を有しないことから、シリンダブロック１の補強を効果的に行うことができる。

まず、図２において右側に配置される補強材２Ｂに関しては、前記ヘッドボルト２１Ｂと前記クランクキャップボルト２４Ｂが、一直線状の補強材２Ｂを介して直線状に連結されることとなっている。そして、シリンダの筒内圧が発生した場合において、補強材２Ｂに発生する荷重を考慮すると、ヘッドボルト２１Ｂ側への荷重と、クランクキャップボルト２４Ｂ側への荷重は、向きが正反対で、作用点が一直線上にあることから、この補強材２Ｂについての曲げモーメントの発生は抑制され、この曲げモーメントが原因で、鋳包んだ棒状部分（補強材２Ｂ）と、アルミの母材材料の間にはく離が発生し、強度低下をもたらすといった不具合発生を抑制することができる。

一方、図２において左側に配置される補強材２Ａに関しては、前記ヘッドボルト２１Ａと前記クランクキャップボルト２４Ｂを連結せずに、その形状を一直線状としているため、屈曲部を設けて、屈曲させてヘッドボルト２１Ａとクランクキャップボルト２４Ａを連結させることに起因する不具合の発生を防止することができる。
換言すれば、ヘッドボルト２１Ａとクランクキャップボルト２４Ａが補強材２Ａを介して連結されないため、連結に起因する補強材２Ａについての曲げモーメントの発生を抑制することができ、鋳包んだ棒状部分（補強材２Ａ）と、アルミの母材材料の間にはく離が発生し、強度低下をもたらすといった不具合発生を抑制することができる。

また、図１に示すごとく、前記補強材２Ａ・２Ｂの端部に、鋳包み時の位置決めとして利用するピン穴３Ａ・３Ｂ・５Ａ・５Ｂを形成し、前記各ピン穴３Ａ・３Ｂ・５Ｂに追加加工を施すことにより、前記ヘッドボルト２１Ａ・２１Ｂ、又は、クランクキャップボルト２４Ｂのボルト穴２５Ｂを形成することとするものである。
このように、位置決めに利用したピン穴の位置が、そのままヘッドボルト、クランクキャップボルトの位置に対応することになるため、これらのボルトの位置決めの精度を高いものとすることができる。

また、以上の構成において、図３に示すごとく、前記クランクキャップボルト２４Ａによるベアリングキャップ３０の固定を補強する目的で、左側に配置される補強材２Ａの下端部に、ボルト穴２５Ｃを追加加工し、補強用のボルト２４Ｃを一本多く締結可能とする構成としてもよい。
このように構成した場合でも、左側に配置される補強材２Ａについては、ヘッドボルトとクランクキャップボルトが一直線上に連結されることになり、強度低下の問題が生じることがなく、補強を効果的に行うことができる。
尚、この他、前記シリンダボアセンタ１０を線対称として、クランクキャップボルトを２本ずつ、合計４本配置する構成としてもよい。図３の例に追加するのであれば、前記クランクキャップボルト２４Ｂの右隣に、補強用のボルトを配置すべく構成とするものである。

また、他の構成として、図４に示すごとく、左側の補強材２Ａに対し、クランクキャップボルト２４Ａ（図２参照）を加工するための鋳包み材２６を鋳包み前に予め溶接等により固定しておき、クランクキャップボルト２４Ａ（図２参照）を締結するためのボルト穴の機械加工を容易に行えるようにしてもよい。

実施例１のシリンダブロックの粗材状態の構成を示す断面図。 図１の状態に適宜加工を施した構成を示す断面図。 補強材に補強用のボルトを締結するためのボルト穴を加工する例に示す断面図。 補強材にクランクキャップボルトの締結用の鋳包み材を取り付ける例に示す断面図。

符号の説明

１ シリンダブロック
２Ａ・２Ｂ 補強材
１０ シリンダボアセンタ
１１ クランク軸センタ
２１Ａ・２１Ｂ ヘッドボルト
２４Ａ・２４Ｂ クランクキャップボルト

Claims (3)

1. クランク軸センタとシリンダボアセンタがオフセットされるとともに、シリンダボアセンタの両サイドにそれぞれ配置される、二つのヘッドボルト間の距離と、二つのクランクキャップボルト間の距離が異なる構成とする、エンジンのシリンダブロックであって、
   一直線状の二本の補強材が前記シリンダボアセンタを基準として線対称に鋳包まれ、
   一側の前記補強材には、一側の前記ヘッドボルトが螺嵌され、
   他側の前記補強材には、他側の前記ヘッドボルト、及び、他側の前記クランクキャップボルトが螺嵌される構成とする、エンジンのシリンダブロック。
2. 一側の前記クランクキャップボルトは、一側の前記補強材よりも、前記クランク軸センタに近い側に配置されることとする、請求項１に記載のエンジンのシリンダブロック。
3. 前記補強材の端部に、鋳包み時の位置決めとして利用するピン穴を形成し、前記ピン穴に追加加工を施すことにより、前記ヘッドボルト、及び／又は、前記クランクキャップボルトのボルト穴を形成する、ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のエンジンのシリンダブロック。
   
   

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