JP2017031962A - Monoblock engine cylinder structure - Google Patents

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文浩 田賀
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文浩 田賀
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monoblock engine cylinder structure that can strike a balance between a reduction in stress and a reduction in dead volume of a combustion chamber.SOLUTION: The monoblock engine cylinder structure has an integral structure with a cylinder head and a cylinder block. A corner part between a top face 12A and a relief part 34 of a cylinder 12 on a mono block is provided with: a first curved part 31 having a first curvature radius R1; and a second curved part 32 having a second curvature radius R2 that is larger than the first curvature radius R1.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとが一体構造のモノブロックを有するモノブロックエンジンのシリンダー構造に関する。   The present invention relates to a cylinder structure of a monoblock engine having a monoblock in which a cylinder head and a cylinder block are integrally structured.

従来、例えば特許文献1に記載のシリンダー構造では、シリンダーの頂面と側面との間の隅部を円弧状に成形することにより、混合気の燃焼にともない筒内圧力が高くなった際に隅部に生じる応力集中を緩和するようにしている。   Conventionally, in the cylinder structure described in Patent Document 1, for example, the corner portion between the top surface and the side surface of the cylinder is formed in an arc shape so that when the in-cylinder pressure increases as the air-fuel mixture burns, The stress concentration generated in the part is alleviated.

特開2001−3806号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-3806

ところで、応力を低減する上では、隅部の曲率半径を大きくすることが有効である。しかしながら、図2中のシリンダー12の頂面12Aと湾曲部30の境界がなす円の直径φAを同一としつつ隅部の曲率半径を大きくすると、燃焼室のデッドボリュームが大きくなってしまう。すなわち、隅部の曲率半径の変更を通じた応力の低減と燃焼室のデッドボリュームの低減とはトレードオフの関係にあった。   By the way, in order to reduce the stress, it is effective to increase the curvature radius of the corner. However, if the radius of curvature φA of the circle formed by the boundary between the top surface 12A of the cylinder 12 and the curved portion 30 in FIG. 2 is made the same, the dead volume of the combustion chamber increases. That is, there was a trade-off relationship between the reduction of stress through the change of the curvature radius of the corner and the reduction of the dead volume of the combustion chamber.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、応力の低減と燃焼室のデッドボリュームの低減とを両立することを可能にしたモノブロックエンジンのシリンダー構造を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a cylinder structure of a monoblock engine that enables both reduction of stress and reduction of dead volume of a combustion chamber. There is.

上記課題を解決するモノブロックエンジンのシリンダー構造は、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとが一体構造のモノブロックを有するモノブロックエンジンのシリンダー構造であって、前記モノブロックにおけるシリンダーの頂面と内側面との間の隅部には、第1の曲率半径を有する第1の湾曲部と、前記第1の曲率半径よりも大きい第2の曲率半径を有する第2の湾曲部とを備える。   A cylinder structure of a monoblock engine that solves the above-described problem is a cylinder structure of a monoblock engine having a monoblock in which a cylinder head and a cylinder block are integrated, and includes a top surface and an inner surface of a cylinder in the monoblock. At the corner between the first curved portion, a first curved portion having a first radius of curvature and a second curved portion having a second radius of curvature larger than the first radius of curvature are provided.

上記構成によれば、相対的に小さい第1の曲率半径を有する第1の湾曲部にて燃焼室のデッドボリュームを抑えつつも、相対的に大きい第2の曲率半径を有する第2の湾曲部にて応力を分散させる。すなわち、曲率半径の異なる複数の湾曲部を組み合わせることにより、応力の低減と燃焼室のデッドボリュームの低減との両立を図ることができる。   According to the above configuration, the second curved portion having the relatively large second curvature radius while suppressing the dead volume of the combustion chamber at the first curved portion having the relatively small first curvature radius. Disperse the stress with That is, by combining a plurality of curved portions having different curvature radii, it is possible to achieve both reduction of stress and reduction of the dead volume of the combustion chamber.

上記モノブロックエンジンのシリンダー構造において、前記第1の湾曲部は前記シリンダーの頂面に連続していることが好ましい。
上記構成によれば、応力を相対的に受けにくい部位であるシリンダーの頂面に連続する部位の近傍を相対的に小さい第1の曲率半径を有する第1の湾曲部で構成することにより、応力の増大を適正に抑えつつも燃焼室のデッドボリュームの低減を図ることができる。
In the cylinder structure of the monoblock engine, it is preferable that the first curved portion is continuous with a top surface of the cylinder.
According to the above configuration, by configuring the vicinity of the portion continuous with the top surface of the cylinder, which is a portion that is relatively less susceptible to stress, with the first curved portion having the relatively small first curvature radius, It is possible to reduce the dead volume of the combustion chamber while appropriately suppressing the increase in the combustion chamber.

上記モノブロックエンジンのシリンダー構造において、前記第2の湾曲部の曲率中心を基準点とし、当該基準点から前記シリンダーの頂面に向かって前記シリンダーの往復方向に沿って延びる直線を基準線としたとき、前記第2の湾曲部は、前記基準点を中心として前記シリンダーの内側面側に30度傾けた前記基準線と、同基準点を中心として前記シリンダーの内側面側に向けて70度傾けた前記基準線とによって挟まれる部位を含むことが好ましい。   In the cylinder structure of the monoblock engine, the center of curvature of the second curved portion is used as a reference point, and a straight line extending from the reference point toward the top surface of the cylinder along the reciprocating direction of the cylinder is used as a reference line. The second curved portion is inclined at 70 degrees toward the inner surface side of the cylinder about the reference point and the reference line inclined about 30 degrees toward the inner surface side of the cylinder with the reference point as the center. It is preferable to include a portion sandwiched by the reference line.

上記構成によれば、応力を受けやすい部位を相対的に大きい第2の曲率半径を有する第2の湾曲部で構成することにより、応力を好適に分散させることができる。
上記モノブロックエンジンのシリンダー構造において、前記第1の湾曲部及び前記第2の湾曲部は断面円弧状であって、前記第2の湾曲部の径中心は、前記第1の湾曲部の径中心と前記第1の湾曲部及び前記第2の湾曲部の境界位置とを結ぶ直線の延長線上に位置することが好ましい。
According to the said structure, stress can be disperse | distributed suitably by comprising the site | part which receives a stress with the 2nd curved part which has a relatively large 2nd curvature radius.
In the cylinder structure of the monoblock engine, the first curved portion and the second curved portion are arc-shaped in cross section, and a radial center of the second curved portion is a radial center of the first curved portion. It is preferable that it is located on the extended line of the straight line which connects the boundary position of said 1st curved part and said 2nd curved part.

上記構成によれば、第1の湾曲部と第2の湾曲部とが滑らかに連続するため、曲率半径の異なる複数の湾曲部を組み合わせたとしても、それらの境界位置にて応力集中が発生することを抑制できる。   According to the above configuration, since the first curved portion and the second curved portion are smoothly continuous, even if a plurality of curved portions having different curvature radii are combined, stress concentration occurs at the boundary position between them. This can be suppressed.

上記モノブロックエンジンのシリンダー構造において、前記モノブロックにおけるシリンダーの頂面と内側面との間の隅部には、前記第1の湾曲部及び前記第2の湾曲部のうちの前記シリンダーの頂面から離れた側の湾曲部と前記シリンダーの内側面との間に介在する錐面部を更に備えてもよい。   In the cylinder structure of the monoblock engine, the top surface of the cylinder of the first curved portion and the second curved portion is formed at a corner between the top surface and the inner surface of the cylinder in the monoblock. You may further provide the cone surface part interposed between the curved part of the side away from, and the inner surface of the said cylinder.

モノブロックエンジンのシリンダー構造の一実施の形態の断面図である。It is sectional drawing of one Embodiment of the cylinder structure of a monoblock engine. 同実施の形態のシリンダー構造における要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view in the cylinder structure of the embodiment. シリンダーの頂面と内側面との間の湾曲部において混合気の燃焼にともなって筒内圧力が高くなった際に生じる応力が集中する部位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the site | part where the stress which arises when the in-cylinder pressure becomes high with combustion of air-fuel mixture concentrates in the curved part between the top surface and the inner surface of the cylinder. (a)、(b)は、比較例のシリンダー構造における要部拡大断面図である。(A), (b) is a principal part expanded sectional view in the cylinder structure of a comparative example. 同実施の形態のシリンダー構造、及び、図4(a)、(b)に示した比較例のシリンダー構造にあって、湾曲部に作用する応力の最大値と燃焼室のデッドボリュームとの関係を示すグラフである。In the cylinder structure of the same embodiment and the cylinder structure of the comparative example shown in FIGS. 4A and 4B, the relationship between the maximum value of the stress acting on the curved portion and the dead volume of the combustion chamber is shown. It is a graph to show. 同実施の形態のシリンダー構造、及び、図4(a)、(b)に示した比較例のシリンダー構造にあって、シリンダーの頂面に対する湾曲部の境界位置と吸気ポート又は排気ポートとの平面視における位置関係を模式的に示す図である。In the cylinder structure of the same embodiment and the cylinder structure of the comparative example shown in FIGS. 4A and 4B, the boundary position of the curved portion with respect to the top surface of the cylinder and the plane of the intake port or the exhaust port It is a figure which shows the positional relationship in vision typically.

以下、モノブロックエンジンのシリンダー構造の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、モノブロックエンジンは、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとが一体構造のモノブロック11を備えるディーゼルエンジンである。モノブロック11のシリンダー12にはピストン13が収容されており、ピストン13の先端面13Aとシリンダー12の頂面12Aとの間に形成される空間が燃焼室14として機能する。
Hereinafter, an embodiment of a cylinder structure of a monoblock engine will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the monoblock engine is a diesel engine including a monoblock 11 in which a cylinder head and a cylinder block are integrated. A piston 13 is accommodated in the cylinder 12 of the monoblock 11, and a space formed between the tip surface 13 </ b> A of the piston 13 and the top surface 12 </ b> A of the cylinder 12 functions as a combustion chamber 14.

ピストン13の先端外周部には、燃焼室14の気密性を高めるトップリング15A及びセカンドリング15B、並びに、シリンダー12に付着するオイル量を調整するオイルリング15Cが装着されている。   A top ring 15 </ b> A and a second ring 15 </ b> B that enhance the airtightness of the combustion chamber 14, and an oil ring 15 </ b> C that adjusts the amount of oil attached to the cylinder 12 are mounted on the outer peripheral portion of the piston 13.

シリンダー12の頂面12Aの外周部には、吸気ポート16が凹設されている。吸気ポート16の内奥側には、吸気弁17が閉弁位置にあるときに当接する弁座面16Aが形成されている。また、シリンダー12の頂面12Aの中央部には燃料噴射弁18が設けられている。また、シリンダー12の頂面12Aの外周部には、燃料噴射弁18を挟んで吸気ポート16とは反対側となる位置に排気ポート19が凹設されている。排気ポート19の内奥側には、排気弁20が閉弁位置にあるときに当接する弁座面19Aが形成されている。   An intake port 16 is recessed in the outer peripheral portion of the top surface 12 </ b> A of the cylinder 12. A valve seat surface 16 </ b> A that abuts when the intake valve 17 is in the closed position is formed on the inner back side of the intake port 16. A fuel injection valve 18 is provided at the center of the top surface 12 </ b> A of the cylinder 12. Further, an exhaust port 19 is recessed in the outer peripheral portion of the top surface 12A of the cylinder 12 at a position opposite to the intake port 16 with the fuel injection valve 18 interposed therebetween. A valve seat surface 19 </ b> A that contacts when the exhaust valve 20 is in the closed position is formed on the inner back side of the exhaust port 19.

そして、モノブロックエンジンのシリンダー12では、吸入工程、圧縮工程、膨張行程、及び排気工程がこの順に繰り返される。吸入工程では、吸気弁17が弁座面16Aから離れた開弁位置にあるときに、ピストン13が上死点から下死点へと往動することにより、吸入空気が吸気ポート16を通じて燃焼室14内に取り込まれる。圧縮工程では、吸気弁17が弁座面16Aに当接した閉弁位置にあるときに、ピストン13が下死点から上死点へと復動することにより、吸入工程で燃焼室14に取り込まれた吸入空気を圧縮する。また、圧縮工程では、燃料噴射弁18から燃焼室14に燃料が噴射されることにより、混合気が燃焼室14内に形成される。膨張行程では、混合気の燃焼に伴う燃焼圧によってピストン13が上死点から下死点へと往動することにより、ピストン13に連結されたクランクシャフトに回転力を付与する。排気工程では、排気弁20が弁座面19Aから離れた開弁位置にあるときに、ピストン13が下死点から上死点へと復動することにより、混合気の燃焼に伴って燃焼室14内に生成された排気ガスが排気ポート19を通じて排出される。   In the cylinder 12 of the monoblock engine, the suction process, the compression process, the expansion process, and the exhaust process are repeated in this order. In the intake process, when the intake valve 17 is in the open position away from the valve seat surface 16A, the piston 13 moves forward from the top dead center to the bottom dead center, so that the intake air passes through the intake port 16 to the combustion chamber. 14 is taken in. In the compression process, when the intake valve 17 is in the closed position in contact with the valve seat surface 16A, the piston 13 moves back from the bottom dead center to the top dead center, so that it is taken into the combustion chamber 14 in the suction process. Compressed intake air. In the compression step, fuel is injected from the fuel injection valve 18 into the combustion chamber 14, whereby an air-fuel mixture is formed in the combustion chamber 14. In the expansion stroke, the piston 13 moves forward from the top dead center to the bottom dead center by the combustion pressure associated with the combustion of the air-fuel mixture, thereby applying a rotational force to the crankshaft connected to the piston 13. In the exhaust process, when the exhaust valve 20 is in the open position away from the valve seat surface 19A, the piston 13 moves backward from the bottom dead center to the top dead center, so that the combustion chamber accompanies the combustion of the air-fuel mixture. The exhaust gas generated in 14 is exhausted through the exhaust port 19.

シリンダー12の内側面12Bと円錐面33との間には、逃げ部34が設けられている。この逃げ部34は、シリンダー12に対するホーニング加工時に上端まで研削できないがために設けられている。なお、湾曲部30の上端部の近傍は吸気ポート16及び排気ポート19に対して連続しており、平面視において吸気ポート16及び排気ポート19と湾曲部30とは部分的に重畳するように配置されている。   An escape portion 34 is provided between the inner surface 12 </ b> B of the cylinder 12 and the conical surface 33. This relief portion 34 is provided because it cannot be ground to the upper end during the honing process for the cylinder 12. The vicinity of the upper end of the curved portion 30 is continuous with the intake port 16 and the exhaust port 19, and the intake port 16, the exhaust port 19 and the curved portion 30 are arranged so as to partially overlap in plan view. Has been.

具体的には、図2に示すように、湾曲部30は、シリンダー12の径方向外側に向けて凸となるように湾曲しており、曲率半径の互いに異なる第1の湾曲部31及び第2の湾曲部32が組み合わされて構成されている。   Specifically, as shown in FIG. 2, the curved portion 30 is curved so as to protrude outward in the radial direction of the cylinder 12, and the first curved portion 31 and the second curved portion having different curvature radii. The curved portions 32 are combined.

第1の湾曲部31は、第1の曲率半径R1を有する断面円弧状をなしており、その上端部がシリンダー12の頂面12Aとの連続面となっている。第1の湾曲部31の径中心PAは、第1の湾曲部31とシリンダー12の頂面12Aとの境界位置SAからピストン13の往復方向(図2における上下方向)に沿って延びる直線上に位置している。そして、第1の湾曲部31の径中心PAから境界位置SAに延びる直線を第1の基準線L11としたとき、径中心PAを中心として第1の基準線L11からシリンダー12の内側面12B側(図2における反時計回り方向)に30度傾けた状態の第1の基準線L12と交差する位置まで第1の湾曲部31が延びている。また、第1の基準線L12と交差する第1の湾曲部31の下端部に対して第2の湾曲部32が連続している。   The first curved portion 31 has a circular arc shape having a first radius of curvature R <b> 1, and the upper end portion thereof is a continuous surface with the top surface 12 </ b> A of the cylinder 12. The radial center PA of the first curved portion 31 is on a straight line extending along the reciprocating direction (vertical direction in FIG. 2) of the piston 13 from the boundary position SA between the first curved portion 31 and the top surface 12A of the cylinder 12. positioned. When the straight line extending from the radial center PA of the first curved portion 31 to the boundary position SA is defined as the first reference line L11, the inner surface 12B side of the cylinder 12 from the first reference line L11 with the radial center PA as the center. The first bending portion 31 extends to a position intersecting with the first reference line L12 in a state tilted 30 degrees (counterclockwise in FIG. 2). In addition, the second curved portion 32 is continuous with the lower end portion of the first curved portion 31 that intersects the first reference line L12.

第2の湾曲部32は、断面円弧状をなしており、その第2の曲率半径R2(=3mm)が第1の湾曲部31の第1の曲率半径R1(=2mm)よりも大きい。第2の湾曲部32の径中心PBは、第1の湾曲部31の径中心PAを中心として第1の基準線L11からシリンダー12の内側面12B側(図2における反時計回り方向)に30度傾けた状態の第1の基準線L12の延長線上に位置している。すなわち、第2の湾曲部32の径中心PBは、第1の湾曲部31の径中心PAと第1の湾曲部31及び第2の湾曲部32の境界位置SBとを結ぶ直線の延長線上に位置している。そして、第2の湾曲部32の径中心PBを基準点とし、当該基準点からシリンダー12の頂面12Aに向けてピストン13の往復方向に沿って延びる直線が第2の基準線L21として設定されている。そして、第2の湾曲部32は、第2の湾曲部32の径中心PBを中心として第2の基準線L21からシリンダー12の内側面12B側(図2における反時計回り方向)に90度以上度傾けた状態の第2の基準線L23と交差する位置まで延びている。すなわち、第2の湾曲部32は、その径中心PBを中心として第2の基準線L21からシリンダー12の内側面12B側に30度傾けた第2の基準線L22と、同じく径中心PBを中心として第2の基準線L21からシリンダー12の内側面12B側に70度傾けた第2の基準線L24とによって挟まれる部位を含んでいる。   The second curved portion 32 has a circular arc cross section, and the second radius of curvature R2 (= 3 mm) is larger than the first radius of curvature R1 (= 2 mm) of the first curved portion 31. The diameter center PB of the second bending portion 32 is 30 from the first reference line L11 to the inner surface 12B side (counterclockwise direction in FIG. 2) of the cylinder 12 with the diameter center PA of the first bending portion 31 as the center. It is located on the extended line of the 1st reference line L12 in the state where it inclined. That is, the radial center PB of the second bending portion 32 is on an extension line of a straight line connecting the radial center PA of the first bending portion 31 and the boundary position SB of the first bending portion 31 and the second bending portion 32. positioned. A straight line extending from the reference point toward the top surface 12A of the cylinder 12 along the reciprocating direction of the piston 13 is set as the second reference line L21 with the radial center PB of the second curved portion 32 as the reference point. ing. The second bending portion 32 is 90 degrees or more from the second reference line L21 to the inner surface 12B side (counterclockwise direction in FIG. 2) of the cylinder 12 with the diameter center PB of the second bending portion 32 as the center. It extends to a position that intersects with the second reference line L23 in a tilted state. That is, the second curved portion 32 is centered on the second reference line L22 that is inclined 30 degrees from the second reference line L21 toward the inner surface 12B side of the cylinder 12 with the diameter center PB as the center, and the same center of the diameter PB. And a portion sandwiched by the second reference line L24 inclined by 70 degrees from the second reference line L21 toward the inner surface 12B side of the cylinder 12.

また、第2の基準線L23と交差する第2の湾曲部32の下端部に対して錐面部としての円錐面33が連続している。円錐面33は、ピストン13の先端側から基端側に向かうに連れて(図2における上側から下側に向かうに連れて)縮径された構成となっており、その下端部がシリンダー12の逃げ部34に連続している。   Further, a conical surface 33 as a conical surface portion is continuous with a lower end portion of the second curved portion 32 intersecting with the second reference line L23. The conical surface 33 is configured to have a diameter reduced from the distal end side to the proximal end side of the piston 13 (from the upper side to the lower side in FIG. 2). It continues to the escape portion 34.

次に、本実施の形態のモノブロックエンジンのシリンダー構造の作用について説明する。
図3に示すように、シリンダー112の頂面112Aと逃げ部134Bとの間の断面円弧状の湾曲部130において、湾曲部130の径中心PA1を中心としてピストン13の往復方向に沿う方向(図3における上下方向)に対して30度〜70度だけずれた角度範囲に燃焼室114内の応力が集中する傾向にある。
Next, the operation of the cylinder structure of the monoblock engine of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 3, in a curved portion 130 having a circular arc cross section between the top surface 112 </ b> A of the cylinder 112 and the escape portion 134 </ b> B, a direction along the reciprocating direction of the piston 13 around the radial center PA <b> 1 of the curved portion 130 (FIG. 3, the stress in the combustion chamber 114 tends to concentrate in an angle range that is shifted by 30 degrees to 70 degrees.

図4(a)に示す比較例のシリンダー構造では、シリンダー112aの頂面112Aaと逃げ部134Baとの間に断面円弧状の湾曲部130aを備えており、その湾曲部130aの曲率半径Ra(=2.75mm)が相対的に小さい。すなわち、曲率半径Raの相対的に小さい湾曲部130aは、湾曲部130aの径中心PAaを中心としてピストン13の往復方向に沿う方向(図4(a)における上下方向)に対して0度〜90度以上ずれた角度範囲に位置しており、上述した燃焼室114aの応力が集中する部位を含んでいる。こうして曲率半径Raが相対的に小さい湾曲部130aに応力が集中すると、その応力が分散しにくく、湾曲部130aにおいて局所的に作用する応力の最大値が大きくなる。   In the cylinder structure of the comparative example shown in FIG. 4A, a curved portion 130a having an arc cross section is provided between the top surface 112Aa of the cylinder 112a and the relief portion 134Ba, and the curvature radius Ra (= 2.75 mm) is relatively small. That is, the bending portion 130a having a relatively small radius of curvature Ra is 0 ° to 90 ° with respect to the direction along the reciprocating direction of the piston 13 (vertical direction in FIG. 4A) around the radial center PAa of the bending portion 130a. It is located in an angular range deviated by more than 50 degrees, and includes a portion where the stress of the combustion chamber 114a described above is concentrated. Thus, when stress concentrates on the curved portion 130a having a relatively small radius of curvature Ra, the stress is difficult to disperse, and the maximum value of the stress acting locally on the curved portion 130a increases.

また、図4(b)に示す比較例のシリンダー構造では、シリンダー112bの頂面112Abと逃げ部134Bbとの間に断面円弧状の湾曲部130bを備えており、その湾曲部130bの曲率半径Rb(=3.5mm)が相対的に大きい。すなわち、曲率半径Rbの相対的に大きい湾曲部130bは、湾曲部130bの径中心PAbを中心としてピストン13の往復方向に沿う方向(図4(b)における上下方向)に対して0度〜90度以上ずれた角度範囲に位置しており、上述した燃焼室114bの応力が集中する部位を含んでいる。こうして曲率半径Rbの相対的に大きい湾曲部130bに応力が集中すると、その応力が分散しやすく、湾曲部130bにおいて局所的に作用する応力の最大値が低減される。ただし、図4(b)に示す比較例のシリンダー構造では、上述した燃焼室114bの応力が集中する部位だけでなく、その他の角度範囲の部位についても曲率半径Rbの相対的に大きい湾曲部130bによって構成されている。この場合、燃焼室114b内のデッドボリュームが大きくなり、このデッドボリュームの増大に起因した未燃ガスの生成や燃焼圧の低下が生じる。   Further, in the cylinder structure of the comparative example shown in FIG. 4B, a curved portion 130b having an arcuate cross section is provided between the top surface 112Ab of the cylinder 112b and the escape portion 134Bb, and the curvature radius Rb of the curved portion 130b is provided. (= 3.5 mm) is relatively large. That is, the bending portion 130b having a relatively large curvature radius Rb is 0 ° to 90 ° with respect to the direction along the reciprocating direction of the piston 13 (vertical direction in FIG. 4B) with the radial center PAb of the bending portion 130b as the center. It is located in an angular range deviated by more than 50 degrees, and includes a portion where the stress in the combustion chamber 114b described above is concentrated. When stress concentrates on the curved portion 130b having a relatively large curvature radius Rb in this way, the stress is easily dispersed, and the maximum value of stress acting locally on the curved portion 130b is reduced. However, in the cylinder structure of the comparative example shown in FIG. 4B, the curved portion 130b having a relatively large curvature radius Rb not only in the portion where the stress in the combustion chamber 114b described above is concentrated but also in other angular ranges. It is constituted by. In this case, the dead volume in the combustion chamber 114b is increased, and unburned gas is generated and the combustion pressure is reduced due to the increase in the dead volume.

この点、本実施の形態のシリンダー構造では、上述のように、第2の湾曲部32の径中心PBを中心としてピストン13の往復方向に沿う方向(図2における上下方向)に対して30度だけずれた部位が第1の湾曲部31と第2の湾曲部32との境界位置SBとなっている。また、上述のように、第2の湾曲部32の径中心PBを中心としてピストン13の往復方向に沿う方向(図2における上下方向)に対して90度以上ずれた部位が第2の湾曲部32と円錐面33との境界位置SCとなっている。すなわち、第2の湾曲部32は、当該第2の湾曲部32の径中心PBを中心としてピストン13の往復方向に沿う方向に対して30度〜70度だけずれた角度範囲を含んでおり、上述した燃焼室14内の応力が集中する部位を含んでいる。   In this regard, in the cylinder structure of the present embodiment, as described above, 30 degrees with respect to a direction (vertical direction in FIG. 2) along the reciprocating direction of the piston 13 around the radial center PB of the second curved portion 32. The portion shifted by this amount is the boundary position SB between the first bending portion 31 and the second bending portion 32. Further, as described above, a portion that is shifted by 90 degrees or more with respect to the direction along the reciprocating direction of the piston 13 (vertical direction in FIG. 2) around the radial center PB of the second bending portion 32 is the second bending portion. This is the boundary position SC between 32 and the conical surface 33. That is, the second bending portion 32 includes an angle range that is shifted by 30 to 70 degrees with respect to the direction along the reciprocating direction of the piston 13 around the radial center PB of the second bending portion 32. It includes a portion where the stress in the combustion chamber 14 is concentrated.

これにより、図5に示すように、本実施の形態のシリンダー構造では、図4(a)に示した比較例のシリンダー構造と比較して、湾曲部30において局所的に作用する応力の最大値が低減されている。その一方で、同図に示すように、本実施の形態のシリンダー構造では、曲率半径の相対的に大きい第2の湾曲部32を有するにもかかわらず、燃焼室14のデッドボリュームは、図4(a)に示す比較例のシリンダー構造と同程度に抑えられている。また、同図に示すように、本実施の形態のシリンダー構造では、図4(b)に示した比較例のシリンダー構造と比較して、燃焼室14のデッドボリュームが低減されている。その一方で、同図に示すように、本実施の形態のシリンダー構造では、第1の湾曲部31が相対的に小さい第1の曲率半径R1を有するにもかかわらず、湾曲部30において局所的に作用する応力の最大値は、図4(b)に示す比較例のシリンダー構造と同程度に抑えられている。すなわち、本実施の形態のシリンダー構造では、燃焼室14のデッドボリュームの低減と、湾曲部30において局所的に作用する応力の最大値の低減との両立が図られている。   Thereby, as shown in FIG. 5, in the cylinder structure of the present embodiment, the maximum value of the stress acting locally in the curved portion 30 as compared with the cylinder structure of the comparative example shown in FIG. Has been reduced. On the other hand, as shown in the figure, in the cylinder structure of the present embodiment, the dead volume of the combustion chamber 14 is shown in FIG. 4 despite having the second curved portion 32 having a relatively large radius of curvature. It is suppressed to the same extent as the cylinder structure of the comparative example shown in (a). Further, as shown in the figure, in the cylinder structure of the present embodiment, the dead volume of the combustion chamber 14 is reduced as compared with the cylinder structure of the comparative example shown in FIG. On the other hand, as shown in the figure, in the cylinder structure of the present embodiment, the first bending portion 31 has a relatively small first curvature radius R1, but is locally in the bending portion 30. The maximum value of the stress acting on the cylinder is suppressed to the same level as the cylinder structure of the comparative example shown in FIG. That is, in the cylinder structure of the present embodiment, both reduction of the dead volume of the combustion chamber 14 and reduction of the maximum value of the stress acting locally at the curved portion 30 are achieved.

ところで、図6に示すように、図4(a)及び図4(b)に示した比較例のシリンダー構造では、湾曲部130a,130bとシリンダー112a,112bの頂面112Aa,112Abとの境界位置SAa,SAb(図6には破線で示す)がシリンダー12の中心軸に対して径方向に距離φB/2(=48.6mm)だけ離れている。これに対し、同図に示すように、図2に示した本実施の形態のシリンダー構造では、第1の湾曲部31とシリンダー12の頂面12Aとの境界位置SA(図6には一点鎖線で示す)がピストン13の中心軸に対して径方向に距離φA/2(=48.8mm)だけ離れている。ここで、シリンダー12の頂面12Aに連続する第1の湾曲部31の曲率半径R1(=2mm)は、シリンダー112a,112bの頂面112Aa,112Abに連なる湾曲部130a,130aの曲率半径Ra(=2.75mm),Rb(=3.5mm)よりも小さい。そのため、湾曲部30とシリンダー12の頂面12Aとの境界位置SAをシリンダー12の径方向外側に配置することが可能となる。したがって、湾曲部30と吸気ポート16及び排気ポート19とが立体的に交差する範囲が狭くなり、燃焼室14内の応力が湾曲部30に作用したときに湾曲部30と吸気ポート16とが立体的に交差する部位にて熱疲労による亀裂を生じることが抑えられるとともに、エッジ部35,36のバリ取り加工が容易となる。   Incidentally, as shown in FIG. 6, in the cylinder structure of the comparative example shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the boundary position between the curved portions 130a, 130b and the top surfaces 112Aa, 112Ab of the cylinders 112a, 112b. SAa and SAb (shown by broken lines in FIG. 6) are separated from the central axis of the cylinder 12 by a distance φB / 2 (= 48.6 mm) in the radial direction. On the other hand, as shown in the figure, in the cylinder structure of the present embodiment shown in FIG. 2, the boundary position SA between the first curved portion 31 and the top surface 12A of the cylinder 12 (the dashed line in FIG. 6). Is separated from the central axis of the piston 13 by a distance φA / 2 (= 48.8 mm) in the radial direction. Here, the curvature radius R1 (= 2 mm) of the first curved portion 31 continuing to the top surface 12A of the cylinder 12 is the curvature radius Ra (of the curved portions 130a, 130a connected to the top surfaces 112Aa, 112Ab of the cylinders 112a, 112b. = 2.75 mm), smaller than Rb (= 3.5 mm). Therefore, the boundary position SA between the curved portion 30 and the top surface 12 </ b> A of the cylinder 12 can be disposed on the radially outer side of the cylinder 12. Accordingly, the range where the curved portion 30 and the intake port 16 and the exhaust port 19 intersect three-dimensionally becomes narrow, and when the stress in the combustion chamber 14 acts on the curved portion 30, the curved portion 30 and the intake port 16 become three-dimensional. As a result, the occurrence of cracks due to thermal fatigue is suppressed at the portion where the edges intersect, and the deburring of the edge portions 35 and 36 is facilitated.

以上説明したように、上記実施の形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)モノブロック11におけるシリンダー12の頂面12Aと内側面12Bとの間の隅部には、第1の曲率半径R1を有する第1の湾曲部31と、第1の曲率半径R1よりも大きい第2の曲率半径R2を有する第2の湾曲部32とを備えている。そのため、相対的に小さい第1の曲率半径R1を有する第1の湾曲部31にて燃焼室14のデッドボリュームを抑えつつも、相対的に大きい第2の曲率半径R2を有する第2の湾曲部32にて応力を分散させることが可能となる。すなわち、曲率半径の異なる複数の湾曲部31,32を組み合わせることにより、応力の低減と燃焼室14のデッドボリュームの低減との両立を図ることができる。
As described above, according to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) At the corner between the top surface 12A and the inner side surface 12B of the cylinder 12 in the monoblock 11, the first curved portion 31 having the first curvature radius R1 and the first curvature radius R1 And a second curved portion 32 having a large second radius of curvature R2. Therefore, the second curved portion having the relatively large second curvature radius R2 while suppressing the dead volume of the combustion chamber 14 with the first curved portion 31 having the relatively small first curvature radius R1. At 32, the stress can be dispersed. That is, by combining the plurality of curved portions 31 and 32 having different curvature radii, it is possible to achieve both reduction of stress and reduction of the dead volume of the combustion chamber 14.

(2)応力を相対的に受けにくい部位であるシリンダー12の頂面12Aに連続する部位の近傍を相対的に小さい第1の曲率半径R1を有する第1の湾曲部31で構成することにより、応力の増大を適正に抑えつつも燃焼室14のデッドボリュームの低減を図ることができる。また、湾曲部30とシリンダー12の頂面12Aとの境界位置SAをシリンダー12の径方向外側に配置することが可能となる。したがって、湾曲部30と吸気ポート16及び排気ポート19とが立体的に交差する範囲が狭くなり、燃焼室14内の応力が湾曲部30に作用したときに湾曲部30と吸気ポート16及び排気ポート19とが立体的に交差する部位にて熱疲労による亀裂を生じることを抑制でき、更にエッジ部35,36のバリ取り加工が容易となる。   (2) By configuring the vicinity of the portion continuous with the top surface 12A of the cylinder 12, which is a portion that is relatively less susceptible to stress, with the first curved portion 31 having a relatively small first curvature radius R1, The dead volume of the combustion chamber 14 can be reduced while appropriately suppressing the increase in stress. Further, the boundary position SA between the curved portion 30 and the top surface 12A of the cylinder 12 can be disposed on the radially outer side of the cylinder 12. Therefore, the range in which the curved portion 30 and the intake port 16 and the exhaust port 19 intersect three-dimensionally becomes narrow, and when the stress in the combustion chamber 14 acts on the curved portion 30, the curved portion 30, the intake port 16 and the exhaust port. It is possible to suppress the occurrence of cracks due to thermal fatigue at the three-dimensionally intersecting portion with 19 and further facilitate deburring of the edge portions 35 and 36.

(3)第2の湾曲部32は、その径中心PBを中心として第2の基準線L21からシリンダー12の内側面12B側に30度傾けた第2の基準線L22と、同じく径中心PBを中心として第2の基準線L21からシリンダー12の内側面12B側に向けて70度傾けた第2の基準線L23とによって挟まれる部位を含んでいる。そのため、応力を受けやすい部位が相対的に大きい第2の曲率半径を有する第2の湾曲部32で構成されることとなり、応力を好適に分散させることができる。   (3) The second bending portion 32 has the same diameter center PB as the second reference line L22 inclined by 30 degrees from the second reference line L21 toward the inner surface 12B side of the cylinder 12 with the diameter center PB as the center. It includes a portion sandwiched by a second reference line L23 that is inclined by 70 degrees from the second reference line L21 toward the inner surface 12B side of the cylinder 12 as the center. For this reason, the portion that is susceptible to stress is constituted by the second curved portion 32 having a relatively large second radius of curvature, and the stress can be suitably dispersed.

(4)第2の湾曲部32の径中心PBは、第1の湾曲部31の径中心PAと第1の湾曲部31及び第2の湾曲部32の境界位置SBとを結ぶ直線の延長線上に位置している。そのため、第1の湾曲部31と第2の湾曲部32とが滑らかに連続するため、曲率半径の異なる複数の湾曲部31,32を組み合わせたとしても、それらの境界位置SBにて応力が局所的に作用することを抑制できる。   (4) The radial center PB of the second curved portion 32 is an extension of a straight line connecting the radial center PA of the first curved portion 31 and the boundary position SB of the first curved portion 31 and the second curved portion 32. Is located. For this reason, since the first curved portion 31 and the second curved portion 32 are smoothly continuous, even if a plurality of curved portions 31 and 32 having different curvature radii are combined, stress is locally generated at the boundary position SB. Can be suppressed.

なお、上記実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。
・上記実施の形態において、第2の湾曲部32と円錐面33との境界位置SCは、第2の湾曲部32の径中心PBを中心としてピストン13の往復方向に沿う方向に対して90度未満ずれた部位であってもよい。ただし、第2の湾曲部32が燃焼室14の応力が集中する部位を含むためには、第2の湾曲部32の径中心PBを中心としてピストン13の往復方向に沿う方向に対して70度以上ずれた部位であることが好ましい。
In addition, the said embodiment can also be implemented with the following forms.
In the above embodiment, the boundary position SC between the second curved portion 32 and the conical surface 33 is 90 degrees with respect to the direction along the reciprocating direction of the piston 13 around the radial center PB of the second curved portion 32. It may be a part shifted less than. However, in order for the second curved portion 32 to include a portion where the stress of the combustion chamber 14 is concentrated, it is 70 degrees with respect to the direction along the reciprocating direction of the piston 13 around the radial center PB of the second curved portion 32. It is preferable that the portion is shifted as described above.

・上記実施の形態において、第1の湾曲部31と第2の湾曲部32との境界位置SBは、第2の湾曲部32の径中心PBを中心としてピストン13の往復方向に沿う方向(図2における上下方向)に対して30度以外の角度だけずれた部位であってもよい。なお、第1の湾曲部31と第2の湾曲部32との境界位置SBは、第2の湾曲部32の径中心PBを中心としてピストン13の往復方向に沿う方向に対して30°以上ずれた部位でもよいが、第2の湾曲部32が燃焼室14の応力が集中する部位を含むためには30度以下ずれた部位であることが好ましい。   In the above embodiment, the boundary position SB between the first bending portion 31 and the second bending portion 32 is a direction along the reciprocating direction of the piston 13 around the radial center PB of the second bending portion 32 (see FIG. 2 may be a portion shifted by an angle other than 30 degrees. The boundary position SB between the first bending portion 31 and the second bending portion 32 is shifted by 30 ° or more with respect to the direction along the reciprocating direction of the piston 13 around the radial center PB of the second bending portion 32. However, in order for the second curved portion 32 to include a portion where the stress in the combustion chamber 14 is concentrated, it is preferable that the second curved portion 32 be a portion shifted by 30 degrees or less.

・上記実施の形態において、第2の湾曲部32とシリンダー12の内側面12Bとの間に介在する錐体面の形状は必ずしも円錐面状である必要はなく、例えば断面円弧状等、断面形状が曲線状であってもよい。   In the above embodiment, the shape of the cone surface interposed between the second curved portion 32 and the inner side surface 12B of the cylinder 12 is not necessarily a conical surface, and the cross-sectional shape is, for example, a circular arc shape. It may be curved.

・上記実施の形態において、第2の湾曲部32が燃焼室14の応力が集中する部位の少なくとも一部に重畳するように延びるのであれば、第2の湾曲部32がシリンダー12の頂面12Aに連続するとともに、第2の湾曲部32の下端部に第1の湾曲部31が連続するようにしてもよい。   In the above embodiment, if the second curved portion 32 extends so as to overlap at least a part of the portion of the combustion chamber 14 where the stress is concentrated, the second curved portion 32 is the top surface 12A of the cylinder 12. The first bending portion 31 may be continuous with the lower end portion of the second bending portion 32.

・上記実施の形態において、シリンダー12の頂面12Aと内側面12Bとの間の隅部に設けられる湾曲部30は、3つ以上の湾曲部を組み合わせて構成してもよい。この場合、これら湾曲部は、曲率半径が互いに異なる構成であってもよいし、その一部が同一の曲率半径となる構成であってもよい。   -In above-mentioned embodiment, you may comprise the curved part 30 provided in the corner between 12 A of top surfaces of the cylinder 12, and the inner surface 12B combining three or more curved parts. In this case, the curved portions may have a configuration in which the radii of curvature are different from each other, or may have a configuration in which some of the curved portions have the same radius of curvature.

・上記実施の形態において、湾曲部30の断面形状は、必ずしも円弧状である必要はなく、例えば楕円弧状等、他の曲線形状であってもよい。また、湾曲部30の断面形状は、曲率半径が連続的に変化する曲線形状であってもよい。この場合、応力の高い部位ほど曲率半径が大きいことが好ましい。   -In above-mentioned embodiment, the cross-sectional shape of the bending part 30 does not necessarily need to be circular arc shape, For example, other curved shapes, such as elliptical arc shape, may be sufficient. The cross-sectional shape of the bending portion 30 may be a curved shape in which the radius of curvature continuously changes. In this case, it is preferable that the part having higher stress has a larger curvature radius.

・モノブロックエンジンは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンであってもよいし、天然ガスを燃料とする天然ガスエンジンであってもよい。   The monoblock engine is not limited to a diesel engine, and may be a gasoline engine or a natural gas engine using natural gas as fuel.

11…モノブロック、12…シリンダー、12A…頂面、12B…内側面、13…ピストン、31…第1の湾曲部、32…第2の湾曲部、33…錐面部としての円錐面、L21,L22,L23…第2の基準線(基準線)、PA,PB…径中心、R1…第1の曲率半径、R2…第2の曲率半径、SB…境界位置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Monoblock, 12 ... Cylinder, 12A ... Top surface, 12B ... Inner side surface, 13 ... Piston, 31 ... 1st curved part, 32 ... 2nd curved part, 33 ... Conical surface as a conical surface part, L21, L22, L23 ... second reference line (reference line), PA, PB ... radial center, R1 ... first curvature radius, R2 ... second curvature radius, SB ... boundary position.

Claims (5)

シリンダーヘッドとシリンダーブロックとが一体構造のモノブロックを有するモノブロックエンジンのシリンダー構造であって、
前記モノブロックにおけるシリンダーの頂面と内側面との間の隅部には、
第1の曲率半径を有する第1の湾曲部と、
前記第1の曲率半径よりも大きい第2の曲率半径を有する第2の湾曲部と
を備える
ことを特徴とするモノブロックエンジンのシリンダー構造。
A cylinder structure of a monoblock engine in which a cylinder head and a cylinder block have an integral monoblock,
In the corner between the top surface and the inner surface of the cylinder in the monoblock,
A first curved portion having a first radius of curvature;
A cylinder structure of a monoblock engine, comprising: a second curved portion having a second radius of curvature larger than the first radius of curvature.
前記第1の湾曲部は、前記シリンダーの頂面に連続している
請求項1に記載のモノブロックエンジンのシリンダー構造。
The cylinder structure of the monoblock engine according to claim 1, wherein the first curved portion is continuous with a top surface of the cylinder.
前記第2の湾曲部の曲率中心を基準点とし、当該基準点から前記シリンダーの頂面に向かって前記シリンダーの往復方向に沿って延びる直線を基準線としたとき、
前記第2の湾曲部は、前記基準点を中心として前記シリンダーの内側面側に30度傾けた前記基準線と、同基準点を中心として前記シリンダーの内側面側に向けて70度傾けた前記基準線とによって挟まれる部位を含む
請求項2に記載のモノブロックエンジンのシリンダー構造。
When the center of curvature of the second curved portion is a reference point, and a straight line extending along the reciprocating direction of the cylinder from the reference point toward the top surface of the cylinder is a reference line,
The second curved portion includes the reference line tilted by 30 degrees toward the inner surface side of the cylinder with the reference point as the center, and the tilted 70 degrees toward the inner surface side of the cylinder with the reference point as the center. The cylinder structure of the monoblock engine according to claim 2, including a portion sandwiched by a reference line.
前記第1の湾曲部及び前記第2の湾曲部は断面円弧状であって、
前記第2の湾曲部の径中心は、前記第1の湾曲部の径中心と前記第1の湾曲部及び前記第2の湾曲部の境界位置とを結ぶ直線の延長線上に位置する
請求項1〜3の何れか一項に記載のモノブロックエンジンのシリンダー構造。
The first curved portion and the second curved portion are arc-shaped in cross section,
The radial center of the second bending portion is located on an extension line of a straight line connecting the radial center of the first bending portion and a boundary position between the first bending portion and the second bending portion. The cylinder structure of the monoblock engine as described in any one of -3.
前記モノブロックにおけるシリンダーの頂面と内側面との間の隅部には、
前記第1の湾曲部及び前記第2の湾曲部のうちの前記シリンダーの頂面から離れた側の湾曲部と前記シリンダーの内側面との間に介在する錐面部を更に備える
請求項1〜4の何れか一項に記載のモノブロックエンジンのシリンダー構造。
In the corner between the top surface and the inner surface of the cylinder in the monoblock,
The cone surface part interposed between the curved part of the said 1st curved part and the said 2nd curved part in the side away from the top face of the said cylinder, and the inner surface of the said cylinder is further provided. The cylinder structure of the monoblock engine as described in any one of these.
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