JP4258339B2

JP4258339B2 - 内燃機関のシリンダブロック

Info

Publication number: JP4258339B2
Application number: JP2003351579A
Authority: JP
Inventors: 直行佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: EP1522707A2; US6973907B2; EP1522707B1; JP2005113848A; DE602004030200D1; EP1522707A3; CN100587249C; US20050076862A1; CN1605738A

Description

本発明は、水冷式内燃機関のシリンダブロックに関し、特に、キャップ取付バルク部及びその接続部の剛性向上に関する。

特許文献１にも記載されているように、内燃機関では、シリンダブロックに形成される複数のキャップ取付バルク部と、クランクシャフトを挟んでキャップ取付バルク部に締結・固定されるベアリングキャップと、によりクランクシャフトが回転可能に支持される。キャップ取付バルク部は、両端がロアデッキより下方のクランクケースの両ケース側壁に一体的に接続され、つまり両ケース側壁にまたがって架け渡されている。
特開２００２−１１５６００号公報

キャップ取付バルク部には、クランクシャフトから大きな燃焼圧力や慣性力が作用するため、特にキャップ取付バルク部とケース側壁とが接続するバルク接続部に応力が集中し易く、高い強度・剛性が求められる。しかしながら、バルク接続部を単に厚肉化して剛性・強度を確保しようとすると、重量の増加や大型化を招いたり、ひけ等の鋳造欠陥を招くおそれがある。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。

ブロック上部側壁に形成され、トップデッキに開口するヘッドボルトボスと、ロアデッキ下方のクランクケースの両ケース側壁にまたがって形成され、ベアリングキャップとともにクランクシャフトを回転可能に支持するキャップ取付バルク部と、を有する。上記ケース側壁とキャップ取付バルク部とを接続するバルク接続部は、ケース側壁よりブロック内方へ張り出しており、このバルク接続部に、ブロック上下方向に延びる中空部が形成されている。ブロック上下方向に延びる接続リブにより、上記バルク接続部とヘッドボルトボスとを接続する。上記バルク接続部が、上記キャップ取付バルク部で交差する断面略Ｖ字状のＶ型リブからなり、Ｖ型リブの谷間に上記中空部が形成され、上記キャップ取付バルク部の下面に、ベアリングキャップの上端フランジ部が嵌合するキャップ取付凹部が形成され、上記Ｖ型リブの交差位置が、キャップ取付凹部よりも外側に設定されている。

ベアリングキャップとともにクランクシャフトを回転可能に支持するキャップ取付バルク部とケース側壁とのバルク接続部を、ブロック内方へ張り出して厚肉化するとともに、中空部を有する閉断面構造としており、かつ、このバルク接続部とブロック上部側壁に設けられるヘッドボルトボスとを接続リブによりブロック上下方向に接続している。従って、クランクシャフトからの高い燃焼圧力や慣性力に起因して応力が集中し易いバルク接続部の剛性を有効に向上することができ、かつ、既存のヘッドボルトボスを利用しているため、軽量化・簡素化を図ることができる。また、バルク接続部に中空部を形成しているため、軽量化を図ることができるとともに、ひけ等の鋳造欠陥を回避することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１〜図４は本発明の一実施例に係るシリンダブロックを示しており、図１は下面図、図２は右側面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。

この内燃機関は、直列４気筒の水冷式内燃機関であり、吸気側を車両前側、排気側を車両後側とする横置き姿勢で車両に搭載される。シリンダブロック１０は、例えばアルミダイキャスト製法により一体的に鋳造され、ピストンが昇降可能に嵌合するシリンダボア１１が形成された円筒状をなすシリンダ壁１２と、このシリンダ壁１２の周囲を囲うジャケット側壁１４と、を有している。これらシリンダ壁１２の上部外周とジャケット側壁１４との間にはウォータジャケット１８が形成され、このウォータジャケット１８の上端がトップデッキ２０に開放する鋳抜き孔となっており、いわゆるオープンデッキ型の構成をなしている。周知のように、ウォータジャケット１８を循環する冷却水により、シリンダ壁１２の放熱・冷却が行われる。

このシリンダブロック１０は、主としてシリンダボア間距離の短縮化を図るために、気筒列方向に直列に配設された隣り合うシリンダ壁１２の一部が互いにつながった、いわゆるサイアミーズ型の構成となっている。シリンダ壁１２は、例えば鋳包みされる鋳鉄ライナであり、あるいは耐摩耗性アルミニウム等により一体的に鋳造される。シリンダ壁１２は、トップデッキ２０からロアデッキ２２にわたってブロック上下方向に延びている。

ジャケット側壁１４は、この実施例ではシリンダブロック１０の上部側壁を構成している。なお、ジャケット側壁１４の外側に更にブロック上部側壁を設けるようにしても良い。

ウォータジャケット１８の底面を形成するジャケット底壁１６は、ジャケット側壁１４の下端とシリンダ壁１２の途中とを接続している。このようにジャケット底壁１６をロアデッキ２２よりもブロック上方に配置する構造により、ウォータジャケット１８をシリンダ壁１２の上部の周囲にのみ限定して形成するウォータジャケット１８の浅底化がなされている。このような浅底化により、燃焼室に近いシリンダ壁１２の上部を効果的に冷却しつつ、シリンダ壁１２の下部の周囲にジャケット側壁１４を設けていない分、軽量化を図ることができ、かつ、過剰な冷却を防止して、燃費・排気・ヒータ性能等の向上を図ることができる。図４に示すように、ジャケット底壁１６は、トップデッキ２０やロアデッキ２２と同様、ブロック側方へ向けてフランジ状に張り出している。

トップデッキ２０には、ヘッドガスケットを挟んで図示せぬシリンダヘッドが複数のヘッドボルトにより締結・固定される。図２及び図３に示すように、ジャケット側壁１４には、上記のヘッドボルトが嵌合・螺合する複数のヘッドボルトボス３６が各シリンダボア１１の四隅に対応して設けられている。ヘッドボルトボス３６は、上端がトップデッキ２０に開口し、下端がジャケット底壁１６近傍までブロック上下方向へ延びている。ヘッドボルトボス３６は略円筒状に厚肉化されており、ブロック側方へ張り出している。

ロアデッキ２２より下方には、ハーフスカート型のクランクケース２４が形成されている。このクランクケース２４には、ベアリングキャップ７６が取り付けられるキャップ取付バルク部７４が形成されている。ベアリングキャップ７６とキャップ取付バルク部７４とはキャップ固定ボルト（図示省略）によりクランクシャフトを挟んだ状態で共締め固定され、これにより、クランクシャフトが回転可能に支持される。各キャップ取付バルク部７４には、上記のキャップ固定ボルトが螺合するボルト孔７５が形成されている。

キャップ取付バルク部７４は、気筒間及び気筒端に位置するように気筒列方向にほぼ等間隔毎に複数設けられており、クランクケース２４の左右のケース側壁２５にまたがって一体的に形成されている。つまり、各キャップ取付バルク部７４は、ケース側壁２５の内面に一体的に接続する略板状をなしている。このキャップ取付バルク部７４の平坦な下面には、上方に凹んだキャップ取付凹部７８が形成されている。このキャップ取付凹部７８に、ベアリングキャップ７６の上端に形成された幅広な上端フランジ部７７が嵌合する。キャップ取付凹部７８と上端フランジ部７７には、クランクシャフトを回転可能に支持する半割型の軸受面７９，８０がそれぞれ形成されている。上端フランジ部７７とキャップ取付凹部７８とが嵌合するコーナー部８１は、半円弧状に湾曲形成され、つまり面取りされている。クランクケース２４の下端にはオイルパンが取り付けられるフランジ状のオイルパンレール８２が一体的に形成されている。オイルパンレール８２の下面とキャップ取付バルク部７４の下面とは略同一面上に設定され、シリンダブロック１０の最下面を構成している。

図１にも示すように、ケース側壁２５とキャップ取付バルク部７４とが一体的に接続するバルク接続部８３は、ケース側壁２５よりブロック内方へ張り出しており、見かけ上、ブロック内方へ厚肉化されている。但し、バルク接続部８３の内部には、ブロック上下方向へ延びる中空・筒状の中空部８４が形成され、肉抜き化されている。図２に示すように、中空部８４は、ロアデッキ２２の近傍より下方へ延びており、ブロック下面に開口する鋳抜き孔である。バルク接続部８３は、ブロック内方へ向けて先細りする断面略Ｖ字状をなす一対のＶ型リブ８６，８７により構成されており、いわゆる火打ち型のリブ形状をなしている。Ｖ型リブ８６，８７は、互いに交差するようにキャップ取付バルク部７４へ滑らかに接続している。このＶ型リブの谷間に中空部８４が形成されている。一対のＶ型リブ８６，８７又は図１の破線で示す仮想延長線の交差部分９０は、キャップ取付凹部７８には達しておらず、キャップ取付凹部７８の両端よりも更に外側、つまりケース側壁２５寄りに位置している。

図２及び図３に示すように、ヘッドボルトボス３６とバルク接続部８３とは一対の接続リブ８８によりブロック上下方向に実質的に接続されている。接続リブ８８は、ブロック側壁から側方へ張り出しており、かつ、ヘッドボルトボス３６の両縁に沿うように互いに平行にブロック上下方向へ延びる略板状の一対のリブ形状をなしている。

接続リブ８８は、上端がジャケット底壁１６に接続しているとともに、下端がロアデッキ２２に接続している。これら接続リブ８８，ジャケット底壁１６及びロアデッキ２２に囲われた空間が側方へ開口する鋳抜き孔となっている。図３に示すように、ジャケット底壁１６の上方にはウォータジャケット１８やヘッドボルトボス３６が設けられ、ロアデッキ２２の下方にはクランクケース２４が設けられているため、ジャケット底壁１６とロアデッキ２２の間のブロック中間部分、特に気筒間に位置する部分がブロック内側へ大きく凹んだ・くびれた形状となっている。従って、この凹んだ部分を占める接続リブ８８はかなり大きなものとなっている。

以上のように本実施例では、ベアリングキャップ７６とともにクランクシャフトを回転可能に支持するキャップ取付バルク部７４とケース側壁２５とのバルク接続部８３を、ブロック内方へ張り出して厚肉化するとともに、中空部８４を有する閉断面構造としており、かつ、このバルク接続部８３と、ブロック上部側壁をなすジャケット側壁１４に設けられるヘッドボルトボス３６と、を接続リブ８８によりブロック上下方向に接続している。従って、クランクシャフトからの高い燃焼圧力や慣性力に起因して応力が集中し易いバルク接続部８３の剛性を既存のヘッドボルトボス３６を利用して有効に向上することができる。また、バルク接続部８３に中空部８４を形成しているため、仮に中空部８４を肉埋めした場合に比して、軽量化されるとともに、ひけ等の鋳造欠陥の発生を回避することができる。

バルク接続部８３をＶ型リブ８６，８７により構成しているため、Ｖ型リブ８６，８７の交差部分９０に応力が集中する傾向にある。従って、仮にＶ型リブ８６，８７の交差部分９０がキャップ取付凹部７８に差し掛かっていると、キャップ取付凹部７８と別部材であるベアリングキャップ７６との嵌合部分に応力が集中してしまう。これを回避するように、本実施例では、Ｖ型リブの交差部分９０をキャップ取付凹部７８よりも外側に設定し、この交差部分９０がキャップ取付凹部７８に差し掛からないように設定して、キャップ取付凹部７８とベアリングキャップ７６との嵌合部分への応力集中を回避している。

幾つかの中空部８４Ａが、オイル落とし通路を兼用している。言い換えると、中空部８４Ａをオイル落とし通路として利用しており、両者を別々に設ける場合に比して、構成が簡素化される。なお、図２の破線９１で示すように、オイル落とし通路を兼用する中空部８４Ａはブロック上下方向に延長形成されており、上端がトップデッキ２０に開口している。

図１に示すように、キャップ取付バルク部７４及びそのバルク接続部８３は、クランクシャフトの中心を通る中央基準面Ｌ１に対し、略左右対称形状をなしている。つまり、キャップ取付バルク部７４の材料容量は中央基準面Ｌ１の左右で等しく設定されている。従って、キャップ取付バルク部７４の左右で熱膨張差がなく、これに起因する応力集中を招くことがない。

互いに嵌合するキャップ取付凹部７８とベアリングキャップ７６の上端フランジ部７７とで熱膨張差が生じることのないように、キャップ取付バルク部７４及びベアリングキャップ７６の形状・寸法が設定されている。従って、熱膨張差によりキャップ取付凹部と上端フランジ部との嵌合部で局所的に応力が集中することはない。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例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、種々の変形・変更を含むものである。例えば、直列４気筒の内燃機関に限らず、直列６気筒の内燃機関等に本発明を適用しても良い。

本発明の一実施例に係る内燃機関のシリンダブロックを示す下面図。上記シリンダブロックの右側面図。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。

符号の説明

１０…シリンダブロック
１２…シリンダ壁
１４…ジャケット側壁
１８…ウォータジャケット
２０…トップデッキ
２２…ロアデッキ
２４…クランクケース
２５…ケース側壁
３６…ヘッドボルトボス
７４…キャップ取付バルク部
７６…ベアリングキャップ
７７…上端フランジ部
７８…キャップ取付凹部
８３…バルク接続部
８４…中空部
８６，８７…Ｖ型リブ
８８…接続リブ
９０…交差部分

Claims

ブロック上部側壁に形成され、トップデッキに開口するヘッドボルトボスと、
ロアデッキ下方のクランクケースの両ケース側壁にまたがって形成され、ベアリングキャップとともにクランクシャフトを回転可能に支持するキャップ取付バルク部と、を有し、
上記ケース側壁とキャップ取付バルク部とを接続するバルク接続部は、ケース側壁よりブロック内方へ張り出しており、このバルク接続部に、ブロック上下方向に延びる中空部が形成され、
かつ、ブロック上下方向に延び、上記バルク接続部とヘッドボルトボスとを接続する接続リブを有し、
上記バルク接続部が、上記キャップ取付バルク部で交差する断面略Ｖ字状のＶ型リブからなり、Ｖ型リブの谷間に上記中空部が形成され、
上記キャップ取付バルク部の下面に、ベアリングキャップの上端フランジ部が嵌合するキャップ取付凹部が形成され、
上記Ｖ型リブの交差位置が、キャップ取付凹部よりも外側に設定されていることを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
上記キャップ取付凹部と上端フランジ部との熱膨張を合わせるように、上記キャップ取付バルク部とベアリングキャップとの形状及び寸法が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダブロック。
上記キャップ取付バルク部は、クランクシャフト中心を通る中央基準面の左右で材料容量がほぼ等しく設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のシリンダブロック。
上記中空部の少なくとも一つが、オイル落とし通路を兼用していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のシリンダブロック。