JP2021067206A - エンジン構造 - Google Patents
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Abstract
Description
また、シリンダブロックの成形性改善を狙いとして、シリンダや軸受部を備えたシリンダブロックの内側構造体と、この内側構造体の外側を覆うと共にスカート部を備えたシリンダブロックの外側構造体に分割形成されたエンジン構造も提案されている。
シリンダブロックの内側構造体と外側構造体とを要求性能に応じた異種材料で成形する場合、高温に晒される燃焼室の一部を構成する内側構造体を耐熱性金属製材料で成形する一方、内周構造体の外側領域(例えば、ウォータジャケット)を覆う外側構造体を軽量化に有利な合成樹脂材料で成形することが行われている。
これにより、エンジンの軽量化に伴うコスト低下と、燃費性能向上とを図ることが可能である。
しかし、金属製内側構造体に対して合成樹脂製外側構造体を取り付けるための専用の取付構造が新たに必要となることから、エンジン全体として、期待される軽量化効果を得られない虞がある。
そして、スカート部は、クランク室の外壁を構成しているため、エンジンの燃焼行程に伴って大きな圧力変動が作用する。この圧力変動に起因してスカート部が継続的に水平方向外側に拡開変形した場合、スカート部に経年劣化(疲労劣化)が生じることが想定され、エンジンの信頼性への影響が懸念される。
それ故、拡開変形を抑制するため、スカート部の側部に穿設されたボルト穴と、内側構造体の側部に形成された締結座面と、スカート部を内側構造体に締結固定するためのボルトとを主な構成要素とした専用の取付構造が必要であり、この取付構造の新設に伴い、部品点数の増加や生産工程の増加を招く。
しかし、軽量化及びコスト低下という合成樹脂化の主目的に反することになるため、最善と言うことはできず、積極的に推奨される解決策ではない。
即ち、部品点数の増加や生産工程の増加を招くことなく、シリンダブロックを合成樹脂化することは容易ではない。
前記キャップ部が、前記軸受部よりも略水平方向外側に張り出した張出部を有するため、部品点数を増加することなく、既存部品を用いて張出部を形成することができる。
前記第2構造体が、その内壁部に前記クランク室内側方向に張り出すと共に前記張出部の上面部に当接する当接部を有するため、スカート部の内壁部を用いて当接部を形成することができる。前記第2構造体は、前記張出部と、前記第1構造体の前記張出部よりも上方に形成された他の張出部又は前記シリンダヘッドによって挟持されるため、スカート部の取付構造を外部に露出させることなくクランク室内部に配置することができ、シリンダブロックのコンパクト化を図ることができる。しかも、軸受部に対するキャップ部の締結によって当接部を第1構造体に取り付けるため、専用の取付構造の新設や生産工程の増加を招くことなく、燃焼行程に伴うスカート部の拡開変形を抑制することができる。
この構成によれば、部分的な設計変更の場合に設計変更された一方のみを変更できるため、互換性に優れ、また、一方が破損した場合に破損した一方のみを交換できるため、補修性に優れている。
この構成によれば、第2構造体内において、上半部材の締結力と下半部材の締結力を個別に設定することができる。
この構成によれば、下半部材を第1構造体の下側から取付可能に構成しつつ、下半部材の水平方向寸法を短縮化することができる。
この構成によれば、部品点数を減少することにより、生産性を向上することができる。
この構成によれば、シリンダヘッドを第1構造体に取り付けるボルトを利用して第2構造体を第1構造体に取り付けることができる。
この構成によれば、部品点数を減少しつつ、第2構造体を第1構造体の上側から取付可能に構成することができる。
以下の説明は、本発明を車両用エンジンに適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
エンジンEは、4輪の車両に搭載された水冷式ガソリンエンジン(特に、4ストローク式内燃機関)であり、4つのシリンダ11が直線状に並んだ直列4気筒エンジンである。
以下、図において、矢印F方向を気筒列方向前方とし、矢印L方向を気筒列直交方向左方とし、矢印U方向を気筒軸心方向上方として説明する。また、エンジンEの説明では、説明の便宜上、4つのシリンダ11の軸心Cを含む平面に近づく方向を水平方向内側とし、4つのシリンダ11の軸心Cを含む平面から離れる方向を水平方向外側としている。
シリンダヘッド1には、燃焼室を画成する燃焼室壁、吸気ポート、排気ポート、及びウォータジャケット等が設けられている(何れも図示略)。
第1構造体10は、金属、例えば、アルミ合金鋳物で一体成形されている。
第2構造体20は、合成樹脂、例えば、ガラス繊維を含有した熱硬化性のフェノール樹脂(GFRP)で成形されている。尚、第2構造体20は、少なくとも、耐熱性を有していれば良く、フェノール樹脂に代えて、エンジニアリングプラスチック(ポリアミド、エポキシ樹脂等)であっても良く、ガラス繊維に代えて炭素繊維を含有させても良い。
図3に示すように、第1構造体10は、内部をピストン(図示略)が上下方向に摺動可能な4つのシリンダ11と、これらシリンダ11の下半部において各シリンダ11を連結する略直方体状の中間部12と、隣り合うシリンダ11間に対応する位置に夫々配設され且つ中間部12から下方に延びる5つの軸受部13等を備えている。
各々のシリンダ11の周囲には、ピストン(ピストンランド部)の上死点から下死点に亙る領域に対応して一様に連なるウォータジャケットWが形成されている。
本実施例では、ウォータジャケットWがシリンダブロック2の頂面に開口されたオープンデッキ構造を採用している。
図3,図8に示すように、中間部12は、各シリンダ11から水平方向外側に夫々延設され、ウォータジャケットWの底壁部を構成している。
この中間部12は、10個のボルト締結用ボス部14と、段差部15(他の張出部)と、各作動部に潤滑油を供給するためのメインギャラリ16等を備えている。
メインギャラリ16は、第1構造体10の前端から後端に亙って前後に延びるように中間部12の右側縦壁部に設けられている。
これらボス部14は、シリンダ11の左右前方位置及び左右後方位置において、中間部12の縁部上面から上方に向けて立設されている。これらのボス部14には、ねじ溝が夫々形成され、シリンダヘッド1が各ボルト41を介して締結固定されている。
各シリンダ11の右側領域に設置された5つのボス部14は、前後に延びるメインギャラリ16の上方に配置されている。
段差部15の水平方向内側端部は、ウォータジャケットWの外縁部に相当するボス部14の水平方向外側端部よりも内側で且つウォータジャケットWの水平方向外側端部よりも外側になるように設定されている。それ故、段差部15は、上側縦壁部分が下側縦壁部分よりも水平方向外側に位置するように構成されている。
図3に示すように、軸受部13は、中間部12の下端部に相当する段差部15に連なると共に、段差部15の左右方向寸法と同様の左右方向寸法になるよう設定されている。
軸受部13は、キャップ部30と協働して前後に延びるクランク軸(図示略)を回転可能に軸支している。この軸受部13は、軸受メタル(図示略)が装着された半円状の軸受を有し、各シリンダ11の前後に対応した位置(左右1対のボス部14に挟まれた領域)に夫々配設されている。この軸受部13の下端部には、軸受の左右両側近傍部分に下端から上方に延びる1対のねじ溝が夫々形成されている。
図2,図3,図8に示すように、このキャップ部30は、前後に延びる左右1対のビーム31と、左右両端部に夫々形成された張出部32と、軸受の左右両側近傍部分に下端から上端に亙って貫通する左右1対のねじ穴等を備えている。
キャップ部30は、ねじ穴に夫々挿通されたボルト42(締結部材)を軸受部13に形成されたねじ溝に締結して軸受部13(第1構造体10)に装着される。
即ち、軸受部13の水平方向内側端部から張出部32の水平方向外側端部までの左右方向寸法は、軸受部13(段差部15)の水平方向内側端部から段差部15の水平方向外側端部までの左右方向寸法よりも大きくなるように設定されている。
図1,図2,図8に示すように、第2構造体20は、ウォータジャケットWの外壁部を構成する上半部材21と、クランク室の外壁部を構成する下半部材22とを備えている。
上半部材21は、上端部がシリンダ11の上端部と同じ高さ位置に設定され、下端部がボス部14の下端部よりも下側の高さ位置に設定されている。
上半部材21の下側(ボス部14の下端部よりも下側に位置する部分)且つ内周部分は、中間部12の縦壁部の全周に亙って面当接している。上半部材21と中間部12の間は、弾性材料からなるシール材、或いは液体シールによってシール性が確保されている。
上半部材21の上側且つ内壁部分には、各ボス部14の上面に着座可能な10個の着座部23が形成されている。これら着座部23には、下端から上端に亙って貫通したねじ穴(貫通穴)が設けられている。着座部23は、ボルト41を介してシリンダヘッド1と共にボス部14に締結固定されている。
下半部材22は、上端部が段差部15と略同じ高さ位置に設定され、下端部がキャップ部30の下端部よりも下側の高さ位置に設定されている。それ故、下半部材22の上端部は、上半部材21の下端部から所定距離離隔配置されている。
下半部材22の左右の内壁部には、各軸受部13に対応する位置にクランク室を前後に区画するリブ部26が夫々配設されている。このリブ部26は、下半部材22の左右両内壁部から水平方向内側(クランク室内側)に夫々延設されている。
バッフル部28は、前後に所定の幅を有し、リブ部26の下側部分、具体的には、キャップ部30の下端相当位置から上端相当位置に亙って設けられている。
これにより、クランク軸(カウンタウエイト)による潤滑油の跳ね上げを抑制している。
挟持部27の水平方向内側端部は、段差部15の水平方向内側端部に面当接している。挟持部27の上端部と下端部は、段差部15と張出部32に面当接し、ボルト42の上下方向の締結力が挟持部27に作用するように構成されている。
これにより、キャップ部30を軸受部13に締結するボルト42の締結力を用いて挟持部27を挟持し、下半部材22が水平方向外側へ拡開変形することを抑制している。
図9に示すように、各着座部23と対応する各ボス部14とを位置合わせした状態で、上半部材21を第1構造体10に対して上方から取り付ける。
次に、シリンダヘッド1を上半部材21に対して所定位置に配置した後、ボルト41にてシリンダヘッド1、第1構造体10、及び上半部材21を上方から締結固定する。
このとき、下半部材22の挟持部27は、段差部15の水平面に面当接して係止される。
次に、クランク軸を軸受部13に配置した後、ボルト42を用いて各キャップ部30を対応する各軸受部13に対して締結する。これにより、挟持部27は、段差部15と張出部32による所定の圧縮応力にて挟持される。最後に、オイルパン3を所定のシール材を介装させて下半部材22の下部に装着する。
本実施形態によれば、クランク室のスカート部24を形成する合成樹脂製の第2構造体20を備えているため、シリンダブロック2の軽量化を図ることができる。
キャップ部30が、軸受部13よりも水平方向外側に張り出した張出部32を有するため、部品点数を増加することなく、既存部品を用いて張出部32を形成することができる。
第2構造体20が、その内壁部にクランク室内側方向に張り出すと共に張出部32の上面部に当接する挟持部27を有するため、スカート部24の内壁部を用いて挟持部27を形成することができる。第2構造体20は、張出部32と、第1構造体10の張出部32よりも上方に形成された段差部15によって挟持されるため、スカート部24の取付構造を外部に露出させることなくクランク室内部に配置することができ、シリンダブロック2のコンパクト化を図ることができる。しかも、軸受部13に対するキャップ部30の締結によって挟持部27を第1構造体10に取り付けるため、専用の取付構造の新設や生産工程の増加を招くことなく、燃焼行程に伴うスカート部24の拡開変形を抑制することができる。
実施例1では、下半部材22の挟持部27を段差部15と張出部32で挟持したのに対し、実施例2では、下半部材22Aの挟持部27Aをシリンダヘッド1Aと張出部32で挟持している。
図10,図11に示すように、第1構造体10Aは、4つのシリンダ11と、これらシリンダ11の下半部において各シリンダ11を連結する略直方体状の中間部12Aと、5つの軸受部13等を備えている。中間部12Aは、10個のボルト締結用ボス部14等を有する。中間部12Aの下半部の左右方向寸法は、中間部12Aの上半部の左右方向寸法以下になるよう設定されている。また、軸受部13は、中間部12Aの下半部の左右方向寸法と同様の左右方向寸法になるよう設定されている。
下半部材22Aは、下側程左右方向に拡開するスカート部24と、このスカート部24の下端から下方に延びるロア部25と、前後に延びるメインギャラリ16Aとが一体成形されている。
図11に示すように、下半部材22Aの左右の内壁部には、各軸受部13に対応する位置にクランク室を前後に区画するリブ部26が夫々配設されている。このリブ部26は、下半部材22Aの左右両内壁部から水平方向内側に夫々延設されている。
リブ部26は、水平方向内側端部から更に水平方向内側に延びる挟持部27Aと、前後方向に延びるバッフル部28を備えている。
実施例1では、第2構造体20を上半部材21と下半部材22とにより2分割形成したのに対し、実施例3では、第2構造体20Bを一体形成している。
図12,図13に示すように、第1構造体10Bは、4つのシリンダ11と、これらシリンダ11の下半部において各シリンダ11を連結する略直方体状の中間部12Bと、5つの軸受部13B等を備えている。中間部12Bは、10個のボルト締結用ボス部14と、メインギャラリ16等を有する。中間部12Bの下半部の左右方向寸法は、中間部12Bの上半部の左右方向寸法と同様の左右方向寸法になるよう設定されている。また、軸受部13Bは、中間部12Bの左右方向寸法と同様の左右方向寸法になるよう設定されている。
張出部32の左右方向寸法は、中間部12Bの左右方向寸法よりも大きくなるように設定されている。
挟持部27Bの水平方向内側端部は、張出部32の対向部分を除いて、中間部12B及び軸受部13Bの左右両縦壁部に夫々面当接している。挟持部27Bの上端部と下端部は、シリンダヘッド1Bの下面に相当する締結面1a(シリンダブロック締結面)と張出部32の上面部に夫々面当接し、ボルト42の上下方向の締結力が挟持部27Bに作用するように構成されている。ここで、シリンダヘッド1Bの第1構造体10B(シリンダ11)よりも水平方向外側に張り出した部分が、他の張出部に相当している。
尚、挟持部27Bの水平方向内側端部が、ウォータジャケットWの外縁部に相当するボス部14の水平方向外側端部以上外側に形成されていれば、第2構造体20Bを第1構造体10Bに対して上側から取付け可能である。
1〕前記実施形態においては、4気筒エンジンの例について説明したが、エンジン型式や気筒数に拘らず、何れのエンジンに対しても適用することができる。
次に、スカート部24Cを第1構造体10に対して下方から取り付け、各キャップ部30を締結した後、ロアブロック25Cをスカート部24Cに取り付ける。最後に、オイルパン3をロアブロック25Cの下部に装着する。
2,2A,2B シリンダブロック
10,10A,10B 第1構造体
11 シリンダ
13,13B 軸受部
15 段差部(他の張出部)
20,20A,20B 第2構造体
21 上半部材
21B 上半部
22,22A 下半部材
22B 下半部
24,24B スカート部
27,27A,27B 挟持部
32 張出部
42 ボルト
Claims (7)
- ピストンが収容される円筒状シリンダと前記ピストンをシリンダ軸方向に往復動させるためのクランク軸を締結部材を介して下方から締結されるキャップ部と協働して回転可能に軸受けする軸受部とを有する金属製の第1構造体と、前記第1構造体の外側に配設され且つ少なくともクランク室のスカート部を形成する合成樹脂製の第2構造体とを備えたシリンダブロックと、このシリンダブロックに連結されるシリンダヘッドとを備えたエンジン構造において、
前記シリンダ軸方向における前記シリンダヘッド側方向を上方向、前記シリンダ軸に直交する方向を水平方向と定義したときに、
前記キャップ部が、前記軸受部よりも略水平方向外側に張り出した張出部を有し、
前記第2構造体が、その内壁部に前記クランク室内側方向に張り出すと共に前記張出部の上面部に当接する当接部を有し、
前記第2構造体は、前記張出部と、前記第1構造体の前記張出部よりも上方に形成された他の張出部又は前記シリンダヘッドによって挟持されることを特徴とするエンジン構造。 - 前記第2構造体が、前記シリンダの外側に配設され且つ冷却水通路の外壁を構成する上半部材と、前記スカート部を構成する下半部材との2部材からなり、
前記下半部材は、前記張出部と他の張出部によって挟持されることを特徴とする請求項1に記載のエンジン構造。 - 前記他の張出部が、シリンダ軸方向において前記第1構造体の前記シリンダと前記軸受部との間に位置する中段部に一体的に形成された段差部であり、
前記当接部は、その上端部が前記段差部の下端部に当接することを特徴とする請求項2に記載のエンジン構造。 - シリンダ軸方向視したときに前記当接部のクランク室内側方向端部が、前記冷却水通路の外縁部よりも前記クランク室内側に位置することを特徴とする請求項2又は3に記載のエンジン構造。
- 前記第2構造体が、前記シリンダの外側に配設され且つ冷却水通路の外壁を構成する上半部と、前記スカート部を構成する下半部とが一体形成されて構成されていることを特徴とする請求項1に記載のエンジン構造。
- 前記第1構造体は、前記冷却水通路の外壁の下側部分を構成し且つ前記シリンダヘッドと第1構造体をボルトによって締結するためのボス部を有し、
前記上半部は、上端部が前記シリンダヘッドのシリンダブロック締結面に当接し且つ下端部が前記ボス部の上端部に当接すると共に前記ボルトを前記ボス部まで挿通可能な貫通穴が形成された着座部を有することを特徴とする請求項5に記載のエンジン構造。 - 前記当接部のクランク室内側方向端部が、前記冷却水通路の外縁部よりも前記クランク室外側に位置することを特徴とする請求項5又は6に記載のエンジン構造。
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