JP4407831B2 - オープンデッキ型のシリンダブロック - Google Patents

Description

本発明は、オープンデッキ型のシリンダブロックをガスケットを介してシリンダヘッドに組み付ける際、シリンダブロックの長手方向両端に位置するシリンダボアの変形を抑えることが可能なオープンデッキ型のシリンダブロックに関するものである。

一般に、エンジンのシリンダブロックには、図９に示すように、エンジンの冷却効率の向上及び軽量化のために、シリンダヘッドとの合わせ面７において、略直線的に複数配置されるシリンダボア３〜６と、シリンダブロック外壁１２とを離間させるように設けられたウォータジャケット８を有するオープンデッキ型のシリンダブロック５０が採用されている。

また、図９に示すように、このシリンダブロック５０の長手側シリンダブロック外壁１１、１１には、ヘッドボルト（図示略）が締め付られる締付孔１３ａ〜１７ａを有する締付ボス部１３〜１７が間隔をおいて複数形成されている（図９では１０個）。これらの締付ボス部１３〜１７の内、２対の締付ボス部１３と１３及び１７と１７は、シリンダブロック１の長手側シリンダブロック外壁１１、１１の両端にそれぞれ配置されると共に、３対の締付ボス部１４と１４、１５と１５及び１６と１６は、隣接するシリンダボア３〜６の各結合部位の両側にそれぞれ配置されている。
そして、シリンダブロック５０にシリンダヘッドが組み付けられる際には、シリンダブロック５０の上面にガスケットが介装された状態でシリンダヘッドが載置されて、ヘッドボルトをシリンダブロック５０の長手側シリンダブロック外壁１１、１１に設けられた締付ボス部１３〜１７の締付孔１３ａ〜１７ａに締め付けることで、シリンダブロック５０にシリンダヘッドが組み付けられるようになる。なお、図９はシリンダブロックの上面を模式的に図示したもので、シリンダヘッド、ヘッドボルト及びガスケットの図示は省略している。

しかしながら、シリンダブロック５０をガスケットを介してシリンダヘッドにヘッドボルトにより所定の締付トルクで締め付けると、従来から問題点として指摘されているように、各シリンダボア３〜６が変形した状態となり、特に両端に位置するシリンダボア３、６の変形が著しく悪化する。その原因としては、図１０及び図１１に示すように、シリンダブロック５０をシリンダヘッドに組み付けた際には、シリンダブロック５０の長手方向端部に位置するシリンダボア３には、シリンダボア３の半円分の領域（図１０（ｂ）の点線で囲んだ領域）に対して、その両側の締付孔１３ａ、１３ａに挿通される２本のヘッドボルトの締付力が作用することになるが、一方、中間に位置するシリンダボア４には、隣接するシリンダボア３、４の各半円分の領域（図１０（ｂ）の実線で囲んだ領域）それぞれに対して、その結合部分の両側の締付孔１４ａ、１４ａに挿通される２本のヘッドボルトの締付力が作用することになる。そのため、端部に位置するシリンダボア３に作用する締付力が、中間に位置するシリンダボア４に作用する締付力よりも大きくなってしまい、シリンダボア３のボア壁３ａが、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示すように、上面視で楕円状に変形すると共に、側面視で座屈変形してしまう。

このような状態で組み付けられると、ボアの変形により、運転時にピストンリングがボアの変形に追従することが困難となり、燃焼室内へ潤滑オイルが侵入して燃焼してしまい潤滑オイルの消費量が増大するという問題が生じ、さらには、ブローバイガスの発生の原因となる。

そして、従来からこうした問題を解決すべく種々の提案が成されており、特許文献１には、オープンデッキ型シリンダブロックにおいて、クランク軸方向の両端部に位置するシリンダボアの、クランク軸方向にシリンダブロック外壁と対向する端部近傍の肉厚を、他の部分の肉厚よりも厚くして、シリンダブロックにシリンダヘッドを組み付けた際の、両端に位置するシリンダボアの変形を防止することが開示されている。
特開平１０−４７１５３号公報

上述したように、特許文献１の発明では、両端部に位置するシリンダボアの、クランク軸方向でシリンダブロック外壁部と対向する端部近傍の肉厚を、他の部分よりも厚くして、各シリンダボアの変形を防ごうとしているが、単に肉厚を厚くするだけの形状変更では、両端に位置するシリンダボアの変形を抑えることはできず、さらに、シリンダブロックだけの形状変更だけでは、両端に位置するシリンダボアの変形発生メカニズムの根本的な解決となり得ない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、オープンデッキ型のシリンダブロックをガスケットを介してシリンダヘッドに組み付ける際、シリンダブロックの長手方向両端に位置するシリンダボアの変形を抑えることが可能なオープンデッキ型のシリンダブロックを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載したオープンデッキ型のシリンダブロックの発明は、オープンデッキ型のシリンダブロックの長手方向両端に位置する各シリンダボアの各ボア壁の、前記シリンダブロックの長手方向両側に位置するシリンダブロック外壁の内壁面と対向する部位に、前記各ボア壁の外壁面から前記シリンダブロック外壁の内壁面に向けて突出する壁部を、それぞれ一体に形成し、前記各シリンダボアの各ボア壁及び前記各壁部の上面にそれぞれ沿うように形成したガスケットビードを有するガスケットを備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載したオープンデッキ型のシリンダブロックの発明は、請求項１に記載した発明において、前記壁部は、前記各シリンダボアの前記シリンダブロック外壁側に結合される仮想シリンダボアのボア壁の一部を形成するような形状に形成したことを特徴とするものである。
請求項３に記載したオープンデッキ型のシリンダブロックの発明は、請求項１または２に記載した発明において、前記壁部の高さは、ウォータジャケットの深さと略同一に設定されることを特徴とするものである。

さらに、上記課題を解決するための手段として、請求項４に記載したオープンデッキ型のシリンダブロックの発明は、オープンデッキ型のシリンダブロックの長手方向両端に位置する各シリンダボアのボア壁を、前記シリンダブロックの長手方向両側に位置するシリンダブロック外壁の内壁面に一体に結合し、前記各シリンダブロック外壁の外壁面に、前記各シリンダボアのシリンダブロック外壁との結合部に仮想シリンダボアのボア壁の一部が連設されるような凹部を形成し、前記各シリンダボアの各ボア壁及び前記シリンダブロック外壁の凹部の形成部位の上面にそれぞれ沿うように形成したガスケットビードを有するガスケットを備えたことを特徴とするものである。

従って、請求項１に記載したオープンデッキ型のシリンダブロックの発明では、オープンデッキ型のシリンダブロックの長手方向両端に位置する各シリンダボアの各ボア壁に、該各ボア壁の外壁面からシリンダブロックの長手方向両端に位置するシリンダブロック外壁の内壁面に向けて突出する壁部を、それぞれ一体に形成したので、両端に位置するシリンダボアのボア壁で、組み付けの際に想定される変形部位の剛性が向上される。また、ガスケットには、各シリンダボアの各ボア壁及び各壁部の上面に沿うようなガスケットビードが形成されているので、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間にガスケットを介装した状態でヘッドボルトにより締め付けた際、特に、両端に位置するシリンダボア周辺のヘッドボルトの締付力が、ガスケットのガスケットビードを介して各壁部に伝達されるために、両端に位置するシリンダボアのボア壁の剛性が、その変形を抑えるべく効果的に作用するようになる。
請求項２に記載したオープンデッキ型のシリンダブロックの発明では、各壁部が、両端に位置する各シリンダボアのシリンダブロック外壁側に結合される仮想シリンダボアのボア壁の一部を形成するような形状に形成されているため、両端に位置するシリンダボア周辺のヘッドボルトを締め付けると、その締付力は、両端のシリンダボアと各壁部（仮想シリンダボア）とに分散されて、従来のようにヘッドボルトによる締付力が両端のシリンダボアだけに作用するのを防ぎ、両端に位置するシリンダボアの変形が抑えられる。
請求項３に記載したオープンデッキ型のシリンダブロックの発明では、両端に位置するシリンダボアのボア壁の剛性がさらに向上される。

請求項４に記載したシリンダブロックの発明では、各シリンダブロック外壁の外壁面に凹部をそれぞれ形成して、各シリンダブロック外壁の内壁面を両端に位置する各シリンダボアの各ボア壁に結合して、両端に位置する各シリンダボアのシリンダブロック外壁との結合部に仮想シリンダボアのボア壁の一部を連設させたので、両端のシリンダボアのボア壁で、組み付けの際に想定される変形部位の剛性が向上される。また、ガスケットには、各シリンダボアの各ボア壁及びシリンダブロック外壁に設けた凹部の形成部位の上面に沿うようなガスケットビードが形成されているので、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間にガスケットを介装した状態でヘッドボルトにより締め付けた際、特に、両端に位置するシリンダボア周辺のヘッドボルトの締付力が、ガスケットのガスケットビードを介してシリンダブロック外壁に設けた凹部の形成部位（仮想シリンダボアのボア壁）の上面に伝達されるために、両端に位置するシリンダボアのボア壁の剛性が、その変形を抑えるべく効果的に作用するようになる。

本発明によれば、オープンデッキ型のシリンダブロックをガスケットを介してシリンダヘッドに組み付ける際、シリンダブロックの長手方向両端に位置するシリンダボアの変形を抑えることが可能なオープンデッキ型のシリンダブロックを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図８に基いて詳細に説明する。従来例と同一部材及び相当する部品は、同一の符号を使用して説明する。
本発明の実施の形態に係るシリンダブロック１は、図１〜図３に示すように、シリンダヘッド（図示略）との合わせ面７において、略直線的に複数（本実施の形態では、直列４気筒）配置されるシリンダボア３〜６の周りを開口して設けたウォータジャケット８を有するオープンデッキ型のシリンダブロック１として構成されている。

図１及び図２に示すように、このシリンダブロック１は、４つのシリンダボア３〜６が直列状に配置されている。これらシリンダボア３〜６は、前端側から後端側に向かって、＃１気筒３、＃２気筒４、＃３気筒５、＃４気筒６として構成されている。また、シリンダブロック１は、シリンダヘッドとの合わせ面７において、各シリンダボア３〜６の周りを開口したウォータジャケット８を備えている。このウォータジャケット８は、各シリンダボア３〜８の周りをシリンダブロック外壁１２との間に間隔をあけるように形成されている。このウォータジャケット８は、エンジンの冷却効率を向上させるべく適宜の深さで形成されている。また、このシリンダブロック１は、各シリンダボア３〜６が直列に一体的に結合されて構成されたサイアミーズ型シリンダブロックである。

図１に示すように、このシリンダブロック１の長手側シリンダブロック外壁１１、１１には、ヘッドボルト（図示略）が締め付られる締付孔１３ａ〜１７ａを有する締付ボス部１３〜１７が間隔をおいて複数形成されている（本実施の形態では１０個）。これらの締付ボス部１３〜１７の内、２対の締付ボス部１３と１３及び１７と１７は、シリンダブロック１の長手側シリンダブロック外壁１１、１１の両端にそれぞれ配置されると共に、３対の締付ボス部１４と１４、１５と１５及び１６と１６は、隣接するシリンダボア３〜６の各結合部位の両側にそれぞれ配置されている。

また、シリンダブロック１の長手方向両端に位置するシリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの外壁面で、シリンダブロック１の短手側シリンダブロック外壁１０、１０の内壁面と対向する部位に、各ボア壁３ａ、６ａの外壁面から短手側シリンダブロック外壁１０、１０の内壁面に向けて突出する壁部２０、２０がそれぞれ一体に結合されている。これらの壁部２０、２０は、その形状が各シリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの一部と略同一に形成されている。また、これらの壁部２０、２０の高さは、ウォータジャケット８の深さと略同一に設定される。

また、これらの壁部２０、２０の外壁面と各シリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの外壁面との結合形態は、隣接するシリンダボア４、５のボア壁４ａ、５ａのそれぞれの外壁面が結合される結合形態と略同一である。
さらに、各壁部２０、２０の周長（又は中心角）は、各壁部２０、２０が両端のシリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの外壁面と結合された状態で、シリンダブロック１の短手側シリンダブロック外壁１０、１０と、各シリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａとの間のウォータジャケット８、８内に位置できるように適宜設定される。なお、各壁部２０、２０は、ボア壁３ａ、６ａとの結合部位とは反対側の両端部が、シリンダブロック１の短手側シリンダブロック外壁１０、１０に一体に結合される形態でもよい。

以上のように、両端に位置するシリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａに一体に結合される各壁部２０、２０は、シリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの一部と略同じ形状、すなわち、擬似的なシリンダボア（仮想シリンダボア）として構成されるために、両端に位置するシリンダボア３、６は、その短手側シリンダブロック外壁１０、１０側に、シリンダボアが結合されているような環境になる。

次に、本発明の実施の形態に係るガスケット２は、上述した本発明の実施の形態に係るシリンダブロック１に使用されるもので、単板または積層板からなる板状に形成されており、図３には図示されていないが、各シリンダボア３〜６、ウォータジャケット８及びシリンダブロック１とシリンダヘッドとを連通するオイル通路（図示略）等を適宜避けるための空間を有する形状になっており、それらのシール性を保持すべくガスケットビードが適宜な位置に形成されている。
また、ガスケット２には、図３に示すように、シリンダボア３〜６のボア壁３ａ〜６ａの上面に沿うように形成した、略円筒形状で互いに結合された複数（本実施の形態では４個）のガスケットビード２３、及び各壁部２０、２０の上面に沿うように形成した、両端の各ガスケットビード２３、２３に結合された円弧状の各ガスケットビード２４、２４を有している。

そして、図４及び図５に示すように、シリンダブロック１とシリンダヘッドとをガスケット２を介装した状態で、ヘッドボルトを端部のシリンダボア３の両側の締付孔１３ａ、１３ａに締め付けると、その締付力は、ガスケット２のガスケットビード２３、２４を介して、図４（ｂ）の点線で囲んだ領域内のシリンダボア３のボア壁３ａの上面及び壁部２０の上面に作用して、その締付力がシリンダボア３と壁部２０とに分散されるようになる。これにより、従来のように、ヘッドボルトの締付力が端部のシリンダボア３だけに作用することはなく、端部のシリンダボア３のボア壁３ａの変形、つまり、上面視での楕円状の変形（図１０（ｂ）参照）や側面視での座屈による変形（図１１（ｂ）参照）が抑制される。

次に、シリンダブロック１にガスケット２を介してシリンダヘッドに組み付けた際の、従来構造における端部に位置するシリンダボア３の変形量と、本発明の構造における端部に位置するシリンダボア３の変形量とを、有限要素法（ＦＥＭ）によってシリンダボア３の真円度の観点から比較解析した結果を、図６及び図７に基いて説明する。

図６は、シリンダボア３の上面からの各距離における平面上の真円度（０．Ａ値：オーバーオール値）をグラフ化したものであり、本発明の構造は従来構造に比べて、シリンダボア３の真円度が略５０％程度改善されていることが解る。

また、図７は、シリンダボアの上面からの各距離における平面上の真円度（４次変形値）をグラフ化したものであり、本発明の構造は従来構造に比べて、シリンダボア３の真円度が略２５％程度改善されていることが解る。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、オープンデッキ型のシリンダブロック１の両端に位置するシリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの外壁面で、シリンダブロック１の短手側シリンダブロック外壁１０、１０の内壁面と対向する部位に、仮想シリンダボアのボア壁の一部を形成するように、シリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの一部の形状と略同一形状の壁部２０、２０を、短手側シリンダブロック外壁１０、１０側に突出するようにそれぞれ一体に結合している。さらに、ガスケット２には、少なくとも各シリンダボア３〜６のボア壁３ａ、６ａ及び各壁部２０、２０の上面に沿うようなガスケットビード２３、２４が形成されている。

これにより、シリンダブロック１の両端に位置するシリンダボア３、６は、仮想シリンダボアのボア壁の一部を形成するような形状の各壁部２０、２０を一体に結合して形成されることにより、中間に位置するシリンダボア４、５と略同じ環境となり、しかも、ガスケット２には、各壁部２０、２０の上面に沿うようなガスケットビード２４、２４が形成されているので、両端に位置するシリンダボア３、６の両側の各ヘッドボルトを締め付けた際、その締付力が両端のシリンダボア３、６だけに集中せず各壁部２０、２０にも分散するため、両端のシリンダボア３、６の変形量を抑制することができる。
そして、従来から問題とされてきた、シリンダブロック１をシリンダヘッドへ組み付ける際の両端に位置するシリンダボア３、６の変形を抑えることが可能となったので、運転時に潤滑オイルが燃焼室内へ侵入することを防ぎ、潤滑オイルの消費量を低減させることができ、さらに、ブローバイガスの発生をも抑えることが可能になった。

次に、オープンデッキ型のシリンダブロック１の他の実施形態を図８に基いて説明する。
シリンダブロック１ａは、その短手側シリンダブロック外壁１０、１０の略中央部位をそれぞれ内側に湾曲させることで湾曲状の壁部２０、２０を形成して、各壁部２０、２０の外壁面を両端に位置するシリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの外壁面に結合させて構成している。
詳述すると、シリンダブロック１ａの各壁部２０、２０は、その形状が各シリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの一部と略同一形状に形成されるように、つまり、両端に位置するシリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａとの結合部に仮想シリンダボアのボア壁の一部が連設されるように、短手側シリンダブロック外壁１０、１０の略中央部位に円弧状の凹部２１、２１を形成して構成されている。

また、他の実施形態のシリンダブロック１ａに使用されるガスケット２は、図１に示すシリンダブロック１に使用されるガスケット２と同一で、図３に示すように、各シリンダボア３〜６のボア壁３ａ〜６ａの上面に沿うように形成した、略円筒形状で互いに結合された複数（本実施の形態では４個）のガスケットビード２３、及び各壁部（凹部２１、２１の形成部位）２０、２０の上面に沿うように形成した、両端の各ガスケットビード２３、２３に結合された円弧状の各ガスケットビード２４、２４を有する構造である。

このように構成することにより、シリンダブロック１ａの両端に位置するシリンダボア３、６は、図１に示すシリンダブロック１の両端に位置するシリンダボア３、６と略同等の剛性を有するようになり、シリンダブロック１ａをシリンダヘッドへ組み付ける際、両端に位置するシリンダボア３、６の変形が抑えられて、潤滑オイルの消費量を低減させることができ、ブローバイガスの発生をも抑えることができる。

ここで、上述した他の実施形態のごとく各壁部２０、２０が構成されると、両端のシリンダボア３、６と、シリンダブロック１ａの短手側シリンダブロック外壁１０、１０との間にウォータジャケット８、８が構成されなくなる。しかしながら、冷却性の問題において、最高温度に達するのは中間に位置するシリンダボア４、５であるため、両端に位置するシリンダボア３、６と、シリンダブロック１ａの短手側シリンダブロック外壁１０、１０との間のウォータジャケット８、８の有無についてはさほど問題になることはない。必要であれば、シリンダブロック１ａの上部に、各シリンダボア３〜６の両側に位置する各ウォータジャケット８、８を連通させる冷却水通路を設けてもよい。

なお、本発明の実施の形態では、両端に位置するシリンダボア３、６を中間のシリンダボア４、５と略同じ環境にするために、各壁部２０、２０を各シリンダボア３、６のボア壁３ａ、６ａの一部と略同一の形状で形成したが、各壁部２０、２０の形状は、各壁部２０、２０と等価な剛性を有する形状であればこの形状に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るオープンデッキ型のシリンダブロックの上面を模式的に図示したものである。 図２は、本発明の実施の形態に係るオープンデッキ型のシリンダブロックの端部を斜め上方向から見た斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るガスケットの主要なガスケットビードを示した上面図である。 図４は、本発明のシリンダブロックにおけるシリンダボアの変形具合を示す上面図で、（ａ）は締付前、（ｂ）は締付後を示している。 図５は、本発明のシリンダブロックにおけるシリンダボアの変形具合を示す側面図で、（ａ）は締付前、（ｂ）は締付後を示している。 図６は、有限要素法によって端部に位置するシリンダボアの真円度（Ｏ．Ａ．値）を従来構造と発明構造とで比較解析した結果を示した図である。 図７は、有限要素法によって端部に位置するシリンダボアの真円度（４次変形値）を従来構造と発明構造とで比較解析した結果を示した図である。 図８は、シリンダブロックの他の実施形態の上面を模式的に図示したものである。 図９は、従来のオープンデッキ型のシリンダブロックの上面を模式的に図示したものである。 図１０は、従来のシリンダブロックにおけるシリンダボアの変形具合を示す上面図で、（ａ）は締付前、（ｂ）は締付後を示している。 図１１は、従来のシリンダブロックにおけるシリンダボアの変形具合を示す側面図で、（ａ）は締付前、（ｂ）は締付後を示している。

符号の説明

１、１ａ オープンデッキ型のシリンダブロック，２ ガスケット，３〜６ シリンダボア，３ａ〜６ａ ボア壁，１０ 短手側シリンダブロック外壁，１１ 長手側シリンダブロック外壁，１２ シリンダブロック外壁，１３ａ〜１７ａ 締付孔，２０ 壁部，２１ 凹部，２３、２４ ガスケットビード

Claims (4)

1. オープンデッキ型のシリンダブロックの長手方向両端に位置する各シリンダボアの各ボア壁の、前記シリンダブロックの長手方向両側に位置するシリンダブロック外壁の内壁面と対向する部位に、前記各ボア壁の外壁面から前記シリンダブロック外壁の内壁面に向けて突出する壁部を、それぞれ一体に形成し、
   前記各シリンダボアの各ボア壁及び前記各壁部の上面にそれぞれ沿うように形成したガスケットビードを有するガスケットを備えたことを特徴とするオープンデッキ型のシリンダブロック。
2. 前記壁部は、前記各シリンダボアの前記シリンダブロック外壁側に結合される仮想シリンダボアのボア壁の一部を形成するような形状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のオープンデッキ型のシリンダブロック。
3. 前記壁部の高さは、ウォータジャケットの深さと略同一に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のオープンデッキ型のシリンダブロック。
4. オープンデッキ型のシリンダブロックの長手方向両端に位置する各シリンダボアのボア壁を、前記シリンダブロックの長手方向両側に位置するシリンダブロック外壁の内壁面に一体に結合し、前記各シリンダブロック外壁の外壁面に、前記各シリンダボアのシリンダブロック外壁との結合部に仮想シリンダボアのボア壁の一部が連設されるような凹部を形成し、
   前記各シリンダボアの各ボア壁及び前記シリンダブロック外壁の凹部の形成部位の上面にそれぞれ沿うように形成したガスケットビードを有するガスケットを備えたことを特徴とするオープンデッキ型のシリンダブロック。

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