(57)【要約】【課題】シリンダブロックの簡易、且つ、信頼性の高い設計支援方法を提供することを目的とする。【解決手段】シリンダライナ２の鍔部２Ａが納められる鍔受部１Ｅの形状を設計、評価するシリンダブロック１の設計支援方法は、シリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１とシリンダヘッド３とを一体としたエンジン主体部とヘッドボルト１１との剛性比率を算出し、鍔受部１Ｅの静的応力を算出し、鍔受部１Ｅの動的応力を算出し、動的応力の応力振幅を算出し、静的応力と動的応力を用いて平均応力を算出し、応力振幅と平均応力を用いて高サイクル疲労強度の評価を行うものとした。【選択図】図３
2010287103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周上端に鍔部を有する略円管形状のシリンダライナが嵌入されるシリンダブロックと、
前記シリンダライナに内設されて上下方向に摺動可能に摺接されるピストンと、
前記シリンダライナの上方に配置されて前記ピストンとの間に燃焼室を構成するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックを締結する複数本のヘッドボルトと、
前記ピストンの上下方向への往復運動を回転運動に変換するクランク軸と、
前記クランク軸を軸支するメタルキャップと、
前記メタルキャップと前記シリンダブロックを締結する複数本のキャップボルトと、を備えるエンジンにおいて、
前記鍔部が納められる前記シリンダブロックのトップデッキに設けられた鍔受部の座面と前記鍔受部の周壁面とでなる隅部の形状を設計、評価するシリンダブロックの設計支援方法であって、
前記シリンダブロックを複数の微小領域で構成された三次元モデルとするシリンダブロックモデル化工程と、
前記シリンダライナが嵌入された前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとを一体として複数の微小領域で構成された三次元モデルとするエンジン主体部モデル化工程と、
前記ヘッドボルトを複数の微小領域で構成された三次元モデルとするヘッドボルトモデル化工程と、
前記エンジン主体部の三次元モデルと前記ヘッドボルトの三次元モデルを用いて、前記シリンダライナが嵌入された前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドからなるエンジン主体部の仕組剛性と、前記ヘッドボルトのボルト剛性との剛性比率を算出する剛性比率算出工程と、
前記シリンダブロックの三次元モデルを用いて、前記隅部の静的応力を算出する静的応力算出工程と、
前記シリンダブロックの三次元モデルを用いて、前記隅部の動的応力を算出する動的応力算出工程と、
前記動的応力算出工程により算出された動的応力を用いて、応力振幅を算出する応力振幅算出工程と、
前記静的応力算出工程により算出された静的応力と前記動的応力算出工程により算出された動的応力を用いて、平均応力を算出する平均応力算出工程と、
前記応力振幅算出工程により算出された応力振幅と前記平均応力算出工程により算出された平均応力を用いて、強度評価を行う強度評価工程と、を具備するシリンダブロックの設計支援方法。
【請求項２】
前記剛性比率算出工程は、前記エンジン主体部モデル化工程により作成された前記エンジン主体部の三次元モデルを用いて、前記シリンダヘッドの下面に相当する部位に入力した荷重と算出された変位とから仕組剛性を求め、
前記ヘッドボルトモデル化工程により作成された前記ヘッドボルトの三次元モデルを用いて、入力した荷重と算出された変位とからボルト剛性を求め、
前記仕組剛性と前記ボルト剛性との和に対するボルト剛性の比を算出することを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロックの設計支援方法。
【請求項３】
前記静的応力算出工程は、前記シリンダブロックの三次元モデルにおけるヘッドボルト穴の螺合部に、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの締結荷重が掛かるものとし、
前記シリンダブロックの三次元モデルにおける前記鍔受部の座面に、前記締結荷重に対する前記鍔部からの反作用による荷重が掛かるものとして、
前記隅部の静的応力を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリンダブロックの設計支援方法。
【請求項４】
前記反作用による荷重として、前記締結荷重と等しい値を用いることで、前記隅部の静的応力を算出することを特徴とする請求項３に記載のシリンダブロックの設計支援方法。
【請求項５】
前記動的応力算出工程は、前記シリンダブロックの三次元モデルにおけるヘッドボルト穴の螺合部に、前記締結荷重と、
前記ヘッドボルトに作用する動的荷重が掛かるものとし、
前記シリンダブロックの三次元モデルにおける前記鍔受部の座面に、前記反作用による荷重と、
前記鍔受部の座面に作用する動的荷重が掛かるものとし、
前記シリンダブロックの三次元モデルにおけるキャップボルト穴の螺合部に、前記キャップボルトに作用する動的荷重が掛かるものとして、算出された前記隅部の運転時応力と、前記静的応力算出工程により算出された前記隅部の静的応力との差を求めることで、前記隅部の動的応力を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリンダブロックの設計支援方法。
【請求項６】
前記反作用による荷重として、前記締結荷重と等しい値を用い、
前記キャップボルトに作用する動的荷重として、前記ヘッドボルトに作用する動的荷重と前記鍔受部の座面に作用する動的荷重との和を用いることで、前記隅部の動的応力を算出することを特徴とする請求項５に記載のシリンダブロックの設計支援方法。
【請求項７】
前記ヘッドボルトに作用する動的荷重として、前記キャップボルトに作用する動的荷重に前記仕組剛性と前記ボルト剛性との和に対するボルト剛性の比を乗じた値を用い、
前記鍔受部の座面に作用する動的荷重として、前記キャップボルトに作用する動的荷重に前記仕組剛性と前記ボルト剛性との和に対する仕組剛性の比を乗じた値を用いることで、前記隅部の動的応力を算出することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のシリンダブロックの設計支援方法。
【請求項８】
前記応力振幅算出工程は、前記動的応力算出工程により算出された動的応力に２分の１を乗じることで応力振幅を算出し、
前記平均応力算出工程は、前記静的応力算出工程により算出された静的応力と、前記応力振幅算出工程により算出された応力振幅との差を求めることで平均応力を算出し、
前記強度評価工程は、前記応力振幅算出工程により算出された応力振幅と、前記平均応力算出工程により算出された平均応力を用いることで、疲労限度線図によって疲労強度の良否を判断することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のシリンダブロックの設計支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダブロックを設計する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジン出力の向上を目的として燃焼室内の最大圧力が上昇する傾向にあり、これに伴ってシリンダブロックとシリンダヘッドの締結荷重が増加している。従って、シリンダライナが嵌入されるシリンダブロックにおいては、シリンダライナの外周上端に設けられた鍔部を納める鍔受部の疲労強度を確保することが重要となっていた。
【０００３】
しかし、鍔受部にはシリンダブロックとシリンダヘッドの締結による静的荷重が掛かることに加えて、エンジンの運転時においては燃焼室内の圧力変動によって生じる動的荷重が繰り返し作用するために、十分な疲労強度を有する形状の決定や信頼性の高い強度評価を行うことは困難であった。特に鍔受部の座面と周壁面とでなる隅部は、応力集中を回避する必要があるが（例えば特許文献１参照。）、設計ならびに評価方法が確立されていなかったために経験的な設計と長時間に渡る実験評価に頼らざるを得なかった。
【０００４】
なお、今日においては部材や空間を微小領域に分割し、各微小領域における特性を数学的モデルで近似して、連立方程式として全体挙動を解析する有限要素法が盛んであるが（例えば特許文献２参照。）、複雑な形状であり、荷重の入力条件や境界条件等の設定が複雑であるシリンダブロックにおいては信頼性の高い結果を得ることは困難であった。
更に、鍔受部の座面と周壁面とでなる隅部の形状については、非常に重要な部位でありながら有限要素法を用いた解析はこれまでに行われておらず、簡易であり、且つ、信頼性の高いシリンダブロックの設計、評価方法が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２５６９００号公報
【特許文献２】特開２００４−０６６２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであり、シリンダブロックの簡易、且つ、信頼性の高い設計支援方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
即ち、請求項１においては、外周上端に鍔部を有する略円管形状のシリンダライナが嵌入されるシリンダブロックと、
前記シリンダライナに内設されて上下方向に摺動可能に摺接されるピストンと、
前記シリンダライナの上方に配置されて前記ピストンとの間に燃焼室を構成するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックを締結する複数本のヘッドボルトと、
前記ピストンの上下方向への往復運動を回転運動に変換するクランク軸と、
前記クランク軸を軸支するメタルキャップと、
前記メタルキャップと前記シリンダブロックを締結する複数本のキャップボルトと、を備えるエンジンにおいて、
前記鍔部が納められる前記シリンダブロックのトップデッキに設けられた鍔受部の座面と前記鍔受部の周壁面とでなる隅部の形状を設計、評価する前記シリンダブロックの設計支援方法であって、
前記シリンダブロックを複数の微小領域で構成された三次元モデルとするシリンダブロックモデル化工程と、
前記シリンダライナが嵌入された前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとを一体として複数の微小領域で構成された三次元モデルとするエンジン主体部モデル化工程と、
前記ヘッドボルトを複数の微小領域で構成された三次元モデルとするヘッドボルトモデル化工程と、
前記エンジン主体部の三次元モデルと前記ヘッドボルトの三次元モデルを用いて、前記シリンダライナが嵌入された前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドからなるエンジン主体部の仕組剛性と、前記ヘッドボルトのボルト剛性との剛性比率を算出する剛性比率算出工程と、
前記シリンダブロックの三次元モデルを用いて、前記隅部の静的応力を算出する静的応力算出工程と、
前記シリンダブロックの三次元モデルを用いて、前記隅部の動的応力を算出する動的応力算出工程と、
前記動的応力算出工程により算出された動的応力を用いて、応力振幅を算出する応力振幅算出工程と、
前記静的応力算出工程により算出された静的応力と前記動的応力算出工程により算出された動的応力を用いて、平均応力を算出する平均応力算出工程と、
前記応力振幅算出工程により算出された応力振幅と前記平均応力算出工程により算出された平均応力を用いて、強度評価を行う強度評価工程と、を具備するものである。
【０００９】
請求項２においては、請求項１に記載の設計支援方法において、前記剛性比率算出工程は、前記エンジン主体部モデル化工程により作成された前記エンジン主体部の三次元モデルを用いて、前記シリンダヘッドの下面に相当する部位に入力した荷重と算出された変位とから仕組剛性を求め、
前記ヘッドボルトモデル化工程により作成された前記ヘッドボルトの三次元モデルを用いて、入力した荷重と算出された変位とからボルト剛性を求め、
前記仕組剛性と前記ボルト剛性との和に対するボルト剛性の比を算出するものである。
【００１０】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の設計支援方法において、前記静的応力算出工程は、前記シリンダブロックの三次元モデルにおけるヘッドボルト穴の螺合部に、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの締結荷重が掛かるものとし、
前記シリンダブロックの三次元モデルにおける前記鍔受部の座面に、前記締結荷重に対する前記鍔部からの反作用による荷重が掛かるものとして、
前記隅部の静的応力を算出するものである。
【００１１】
請求項４においては、請求項３に記載の設計支援方法において、前記反作用による荷重として、前記締結荷重と等しい値を用いることで、前記隅部の静的応力を算出するものである。
【００１２】
請求項５においては、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の設計支援方法において、前記動的応力算出工程は、前記シリンダブロックの三次元モデルにおけるヘッドボルト穴の螺合部に、前記締結荷重と、
前記ヘッドボルトに作用する動的荷重が掛かるものとし、
前記シリンダブロックの三次元モデルにおける前記鍔受部の座面に、前記反作用による荷重と、
前記鍔受部の座面に作用する動的荷重が掛かるものとし、
前記シリンダブロックの三次元モデルにおけるキャップボルト穴の螺合部に、前記キャップボルトに作用する動的荷重が掛かるものとして、算出された前記隅部の運転時応力と、前記静的応力算出工程により算出された前記隅部の静的応力との差を求めることで、前記隅部の動的応力を算出するものである。
【００１３】
請求項６においては、請求項５に記載の設計支援方法において、前記反作用による荷重として、前記締結荷重と等しい値を用い、
前記キャップボルトに作用する動的荷重として、前記ヘッドボルトに作用する動的荷重と前記鍔受部の座面に作用する動的荷重との和を用いることで、前記隅部の動的応力を算出するものである。
【００１４】
請求項７においては、請求項５または請求項６に記載の設計支援方法において、前記ヘッドボルトに作用する動的荷重として、前記キャップボルトに作用する動的荷重に前記仕組剛性と前記ボルト剛性との和に対するボルト剛性の比を乗じた値を用い、
前記鍔受部の座面に作用する動的荷重として、前記キャップボルトに作用する動的荷重に前記仕組剛性と前記ボルト剛性との和に対する仕組剛性の比を乗じた値を用いることで、前記隅部の動的応力を算出するものである。
【００１５】
請求項８においては、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の設計支援方法において、前記応力振幅算出工程は、前記動的応力算出工程により算出された動的応力に２分の１を乗じることで応力振幅を算出し、
前記平均応力算出工程は、前記静的応力算出工程により算出された静的応力と、前記応力振幅算出工程により算出された応力振幅との差を求めることで平均応力を算出し、
前記強度評価工程は、前記応力振幅算出工程により算出された応力振幅と、前記平均応力算出工程により算出された平均応力を用いることで、疲労限度線図によって疲労強度の良否を判断するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
請求項１から請求項８に記載の発明によれば、シリンダライナを嵌入するシリンダブロックの簡易、且つ、信頼性の高い設計、評価方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エンジンの全体構成図。
【図２】シリンダブロックに嵌入されたシリンダライナの上端部を示す拡大断面図。
【図３】シリンダブロックの設計支援方法のフロー図。
【図４】仕組剛性とボルト剛性についての概念図。
【図５】（Ａ）エンジン主体部の仕組剛性の算出を示す図。（Ｂ）ヘッドボルトのボルト剛性の算出を示す図。
【図６】エンジンの運転停止時における力学的バランスを示す図。
【図７】エンジンの運転時における力学的バランスを示す図。
【図８】シリンダブロックの設計支援装置を示す図。
【図９】（Ａ）隅部に生じる応力の実測点を示す平面図。（Ｂ）隅部に生じる応力の実測点を示す側面断面図。
【図１０】設計支援装置により算出された応力と実測された応力の分布図。
【図１１】設計支援装置による算出結果と実測結果の疲労限度評価を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、図１ならびに図２を用いて、本発明に係るエンジン１００について説明する。図１は本発明に係るエンジン１００の全体構成図であり、図２はシリンダブロック１に嵌入されたシリンダライナ２の上端部を示した拡大断面図である。また、エンジン１００は６個のピストン６が直列に配置される、いわゆる直列６気筒エンジンであるが、以下の説明では簡単のために、そのうちの１気筒について説明している。なお、重力の作用方向を上下方向として図中に示す。
【００２０】
図１に示すエンジン１００は、主にシリンダブロック１やシリンダヘッド３等のエンジン主体部と、燃料噴射ノズル４や燃料噴射ポンプ５等の燃料供給部と、ピストン６やコネクティングロッド８、クランク軸９等の主要運動部とから構成される。
【００２１】
エンジン主体部を構成するシリンダブロック１は、鋳型に鋳鉄を流し込んで形成される鋳物であって、その上側端面であるトップデッキ１Ａは、上下方向に対して垂直となるように加工がなされている。そして、該トップデッキ１Ａから反トップデッキ側（下側端面側）まで貫通するように上下方向に貫通孔が設けられており、該貫通孔の内径と略同一の外径であるシリンダライナ２が嵌入されている。
【００２２】
シリンダライナ２は、その内部にピストン６が摺接される略円管形状の部材であって、該ピストン６の上下方向への往復運動によっても摩耗が生じないように、耐摩耗特殊鋳鉄で形成される。シリンダライナ２の外周側の上端部には、周方向に突設された鍔部２Ａが設けられており、該鍔部２Ａはトップデッキ１Ａに設けられた鍔受部１Ｅに納められる。
【００２３】
トップデッキ１Ａには、シリンダヘッド３を締結するためのヘッドボルト穴１Ｂが、シリンダライナ２の中心軸と平行であって、該中心軸を中心とした円上に、それぞれが等しい間隔となるように４箇所設けられている。つまり、トップデッキ１Ａには、シリンダライナ２と同心円となる円上に９０度おきにヘッドボルト穴１Ｂが設けられる（図９（Ａ）参照。）。
【００２４】
また、シリンダブロック１の反トップデッキ側（下側端面側）には、クランク軸９が設けられるために、該クランク軸９を回動自在に軸支するメタルキャップ１３を締結するためのキャップボルト穴１Ｃが、シリンダライナ２の中心軸と平行に設けられる。
【００２５】
なお、本発明に係るエンジン１００では、シリンダブロック１の貫通孔の壁面に形成された凹部１Ｄとシリンダライナ２の外周面とで冷却水通路を形成する、いわゆる湿式ライナ構造となっている。そのため、シリンダライナ２の外周側にはＯリングが備えられて冷却水の滲出を防止している。
【００２６】
エンジン主体部を構成するシリンダヘッド３は、シリンダブロック１のトップデッキ１Ａにヘッドボルト１１等によって締結されて、シリンダライナ２の内部に摺接されたピストン６との間に燃焼室１６を構成するものである。シリンダヘッド３には、シリンダライナ２の中心軸と平行であって、該中心軸を中心とした円上に、それぞれが等しい間隔となるように貫通穴３Ｃが４箇所設けられている。つまり、シリンダヘッド３には、シリンダライナ２と同心円となる円上に９０度おきに貫通穴３Ｃが設けられて、これにより、貫通穴３Ｃは、シリンダブロック１に設けられたヘッドボルト穴１Ｂと同軸心上に配置されることとなる。
【００２７】
また、シリンダヘッド３には燃焼室１６内に空気を送り込むための吸気通路３Ａと、この通路を開閉可能とする吸気バルブ３ａが備えられ、更に排気ガスを排出するための排気通路３Ｂと、この通路を開閉可能とする排気バルブ３ｂが備えられる。そして、燃料噴射ノズル４が、その先端部を燃焼室１６内に突出するようにして設けられる。
【００２８】
シリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１とシリンダヘッド３を締結するヘッドボルト１１は、その両端に螺合部を有する植込みボルトであって、一方の螺合部がシリンダブロック１のヘッドボルト穴１Ｂの深部に設けられた螺合部と螺合される。このヘッドボルト１１は、シリンダヘッド３に設けられた貫通穴３Ｃを通り、シリンダヘッド３の上端面から突出されることとなる。そして、このシリンダヘッド３から突出しているヘッドボルト１１の螺合部にナット１２を螺合することによってシリンダブロック１とシリンダヘッド３が締結される構造となっている。
【００２９】
燃料供給部を構成する燃料噴射ノズル４は、前述したようにその先端部を燃焼室１６内に突出するように配置され、その先端に設けられた噴射口から燃料を燃焼室１６内へ噴射するものである。燃料噴射ノズル４は、燃料噴射ポンプ５からの燃料の供給を受けてエンジン１００の運転状況に応じた燃料噴射を可能とする。
【００３０】
燃料供給部を構成する燃料噴射ポンプ５は、後述するクランク軸９の回転運動からギヤ等を介して駆動されて、燃料噴射ノズル４へ燃料を圧送するものである。燃料噴射ポンプ５は、シリンダブロック１の側方に配置されて、燃料噴射ノズル４とは燃料管により接続される。
【００３１】
主要運動部を構成するピストン６は、前述したようにシリンダライナ２の内部に上下方向へ摺動可能に設けられる。ピストン６は、例えばアルミニウム合金や鋳鉄で略円筒形状に形成されており、その上端面は、シリンダヘッド３とシリンダライナ２とで燃焼室１６を構成している。そして、ピストン６の上下方向の中途部には、シリンダライナ２の中心軸と垂直に交差し、且つ、後述するクランク軸９の中心軸と平行となるようにピストンピン７が備えられる。
【００３２】
主要運動部を構成するコネクティングロッド８は、その両端に円筒形状の部材を有し、その一端は、ピストン６に備えられたピストンピン７と揺動可能に挿嵌される。そして、その他端はクランク軸９のクランクピン９Ａに回動可能に挿嵌される。
【００３３】
主要運動部を構成するクランク軸９は、シリンダブロック１の反トップデッキ側（下側端面側）であって、シリンダライナ２の中心軸と垂直に交差する方向に配置される。クランク軸９は、ピストン６とコネクティングロッド８によって連結されているために、ピストン６の上下方向への往復運動は、コネクティングロッド８を介してクランク軸９に伝達されて、クランク軸９の中心軸を中心として回転する回転運動に変換される。
【００３４】
なお、クランク軸９は、前述したようにメタルキャップ１３によって回動自在に軸支されており、該メタルキャップ１３は、シリンダブロック１の反トップデッキ側（下側端面側）にキャップボルト１４等によって締結される。
【００３５】
シリンダブロック１とメタルキャップ１３を締結するキャップボルト１４は、その両端に螺合部を有する植込みボルトであって、一方の螺合部がシリンダブロック１のキャップボルト穴１Ｃの深部に設けられた螺合部と螺合される。このキャップボルト１４は、メタルキャップ１３に設けられた貫通穴を通り、メタルキャップ１３の下端面から突出されることとなる。そして、このメタルキャップ１３から突出しているキャップボルト１４の螺合部にナット１５を螺合することによってシリンダブロック１とメタルキャップ１３が締結される構造となっている。
【００３６】
次に、図２を用いて、シリンダライナ２の鍔部２Ａと該鍔部２Ａが納められるシリンダブロック１の鍔受部１Ｅについて詳細に説明する。
【００３７】
シリンダライナ２は、前述したようにシリンダブロック１の貫通孔に嵌入されるとともに、ピストン６が摺動可能に内設される略円管形状の部材であって、その外周側の上端部には周方向に突設された鍔部２Ａが設けられている。詳細には、鍔部２Ａはシリンダライナ２の中心軸を中心として、その下方に延設された本体部２Ｂの外径よりも大きな径で、シリンダライナ２の上端から所定の位置まで形成される。鍔部２Ａの上端面２Ａａと下端面２Ａｂとは平行であって、シリンダライナ２の中心軸に対して共に垂直となっており、その外周面２Ａｃは、上端面２Ａａならびに下端面２Ａｂに対して垂直とされる。
【００３８】
つまり、シリンダライナ２の外形は、その上端部が下方に延設された本体部２Ｂよりも拡径された段部を有する形状となっている。
【００３９】
シリンダブロック１は、上側端面であるトップデッキ１Ａから反トップデッキ側（下側端面側）までシリンダライナ２が嵌入される貫通孔が設けられるとともに、そのトップデッキ１Ａにはシリンダライナ２の鍔部２Ａを納めるための鍔受部１Ｅが設けられている。詳細には、鍔受部１Ｅはシリンダブロック１の貫通孔の中心軸を中心として、その内径よりも大きな径で、トップデッキ１Ａから所定の位置まで形成される。トップデッキ１Ａと鍔受部１Ｅの下面である座面１Ｅｂとは平行であって、貫通孔の中心軸に対して共に垂直となっており、その周壁面１Ｅｃは、トップデッキ１Ａならびに座面１Ｅｂに対して垂直とされる。
【００４０】
つまり、シリンダブロック１の貫通孔は、その上端部が拡径された段部を有する形状となっている。
【００４１】
なお、シリンダライナ２の鍔部２Ａの上端面２Ａａから下端面２Ａｂまでの距離と、シリンダブロック１のトップデッキ１Ａから鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂまでの距離は略同一とされて、シリンダライナ２の鍔部２Ａの外径よりも鍔受部１Ｅの周壁面１Ｅｃの内径が大きく形成されているために、シリンダブロック１の貫通孔にシリンダライナ２を嵌入すると、その鍔部２Ａは鍔受部１Ｅ内に納められて、鍔部２Ａの下端面２Ａｂは鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに当接されることとなる。
【００４２】
次に、エンジン１００の運転停止時ならびに運転時における各部材に掛かる荷重について説明する。
【００４３】
まず、エンジン１００の運転時のみならず運転停止時においても常に掛かる荷重、即ち、静的荷重について説明する。
【００４４】
エンジン１００のエンジン主体部を構成するシリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１とシリンダヘッド３は、前述したようにヘッドボルト１１とナット１２によって締結される。この締結荷重は、エンジン１００の運転時において燃焼室１６内に生じる最大圧力を考慮して定められる。つまり、燃焼室１６内の圧力が最大となった場合に、燃焼ガスがシリンダブロック１とシリンダヘッド３の間から噴出することがない値とされる。
【００４５】
この締結荷重は、エンジン１００の運転時のみならず運転停止時にも作用する静的荷重であり、シリンダブロック１に設けられたヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に、上向きの荷重ＦＨＢとして作用することとなる。一方、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂには、上向きの荷重ＦＨＢに対する鍔部２Ａからの反作用として下向きの荷重ＦＦが作用することとなる（図６参照。）。
【００４６】
このようにして、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆには、ヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に掛かる上向きの荷重ＦＨＢと、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに掛かる下向きの荷重ＦＦとによって静的応力が発生することとなる。
【００４７】
次に、エンジン１００の運転時における作動態様を簡単に説明するとともにエンジン１００の運転時に掛かる荷重、即ち、動的荷重について説明する。
【００４８】
本発明に係るエンジン１００は、その運転時における作動態様が吸気工程、圧縮工程、膨張行程、排気工程の４工程からなる４サイクルエンジンであり、クランク軸９が２回転すると全工程が完了するものである。
【００４９】
吸気工程は、シリンダヘッド３に備えられた吸気バルブ３ａを開弁し、ピストン６を下方へ摺動させることによって、エンジン１００の外部から吸気通路３Ａを介して燃焼室１６内へ空気を吸入する工程である。
【００５０】
圧縮工程は、吸気バルブ３ａを閉弁するとともにピストン６を上方へ摺動させることによって、燃焼室１６内の空気を圧縮する工程である。この圧縮工程によって圧縮されて高温、高圧となった空気に燃料噴射ノズル４から燃料が噴射されると、燃料は燃焼室１６内に分散されて燃焼を開始することとなる。
【００５１】
これにより、燃焼室１６内の圧力は上昇し、ピストン６を再び下方へ押し下げる膨張行程に移行する。膨張行程は、燃料の燃焼による圧力の上昇でピストン６を押し下げてクランク軸９に駆動力を与える工程である。このとき、燃焼室１６内の圧力の上昇によってシリンダヘッド３には、上方へ押し上げるような上向きの荷重が掛かることになる。このシリンダヘッド３に掛かる上向きの荷重は、ヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に上向きの荷重ΔＦＨＢを新たに作用させるとともに鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂには上向きの荷重ΔＦＦが新たに作用される（図７参照。）。
【００５２】
一方、燃焼室１６内の圧力を受けたピストン６は、コネクティングロッド８ならびにクランク軸９を介して、該クランク軸９を軸支するメタルキャップ１３に下向きの荷重を作用させる。これにより、シリンダブロック１のキャップボルト穴１Ｃの螺合部には下向きの荷重ΔＦＭＢが新たに作用される（図７参照。）。
【００５３】
その後、排気工程へと移行したエンジン１００は、排気バルブ３ｂを開弁するとともにピストン６を上方へ摺動させることによって、燃焼室１６内の排気ガスを排気通路３Ｂを介して外部へ排出させる。
【００５４】
このように、圧縮行程から膨張行程への移行時に発生する荷重は、エンジン１００の運転時にのみ作用する動的荷重であり、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆには、ヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に掛かる上向きの荷重ΔＦＨＢと、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに掛かる上向きの荷重ΔＦＦと、キャップボルト穴１Ｃの螺合部に掛かる下向きの荷重ΔＦＭＢとで動的応力が発生することとなる。
【００５５】
こうして、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆには、静的荷重による静的応力に加えて、動的荷重による動的応力が繰り返し生じることになり、該隅部１ｆの疲労強度の確保がシリンダブロック１の設計に際して重要となっていた。
【００５６】
次に、本発明に係る設計支援方法について説明する。
【００５７】
まず、図３を用いて、本発明に係る設計支援方法のフローについて説明する。
【００５８】
本発明に係る設計支援方法は、主にシリンダブロックモデル化工程Ｓ１１０と、エンジン主体部モデル化工程Ｓ１２０と、ヘッドボルトモデル化工程Ｓ１３０と、剛性比率算出工程Ｓ１４０と、静的応力算出工程Ｓ１５０と、動的応力算出工程Ｓ１６０と、応力振幅算出工程Ｓ１７０と、平均応力算出工程Ｓ１８０と、強度評価工程Ｓ１９０とから構成される。
【００５９】
シリンダブロックモデル化工程Ｓ１１０は、まず、シリンダブロック１について三次元図形データを作成し、この三次元図形データを複数の微小領域に分割した三次元モデル（以降「シリンダブロックモデル」という。）を作成する工程である。
【００６０】
エンジン主体部モデル化工程Ｓ１２０は、まず、シリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１とシリンダヘッド３とを一体とした三次元図形データを作成し、この三次元図形データを複数の微小領域に分割した三次元モデル（以降「エンジン主体部モデル」という。）ＡＭを作成する工程である。
【００６１】
ヘッドボルトモデル化工程Ｓ１３０は、まず、ヘッドボルト１１について三次元図形データを作成し、この三次元図形データを複数の微小領域に分割した三次元モデル（以降「ヘッドボルトモデル」という。）１１Ｍを作成する工程である。
【００６２】
剛性比率算出工程Ｓ１４０は、シリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１とシリンダヘッド３からなるエンジン主体部の仕組剛性と、ヘッドボルト１１のボルト剛性との剛性比率Φを算出する工程である。
【００６３】
ここで、仕組剛性とボルト剛性の剛性比率Φについての概念図を図４に示す。
【００６４】
図４に示す直線ＯＨＢ・Ｐ・ＱＨＢは、ヘッドボルト１１に作用する荷重ＦＨＢとその変位δＨＢの関係を示すものであり、即ち、ボルト剛性を示すものである。一方、直線ＯＦ・ＱＦ・Ｐは、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに作用する荷重ＦＦとその変位δＦの関係を示すものである。本発明では、この鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに作用する荷重ＦＦとその変位δＦの関係を仕組剛性と定義している。
【００６５】
シリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１にシリンダヘッド３を締結していない状態においては、ヘッドボルト１１ならびに鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに作用する荷重は無いために、図４上では、それぞれＯＨＢとＯＦに位置される。この状態から、シリンダブロック１にシリンダヘッド３を締結すると、ヘッドボルト１１はその材料特性に従って弾性変形し、シリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１とシリンダヘッド３からなるエンジン主体部の仕組もその材料特性に従って弾性変形して、所定の締結荷重が掛かった状態では共にＰ点に位置することとなる。
【００６６】
更に、この状態から燃焼室１６内の圧力が上昇して最大となった場合を想定すると、ヘッドボルト１１には荷重ΔＦＨＢが作用されて、その結果、Ｐ点からＱＨＢへ移動することとなる。これに対し、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂにおいては静的荷重ＦＦから荷重ΔＦＦが減少するために、その結果、Ｐ点からＱＦへ移動することとなる。
【００６７】
なお、シリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１とシリンダヘッド３からなるエンジン主体部はヘッドボルト１１等によって締結されて一体となっていることから、図４上において、Ｐ点からＱＨＢへ移動したときのヘッドボルト１１の変位ΔδＨＢと、Ｐ点からＱＦへ移動したときのエンジン主体部の変位ΔδＦは同一と考えられる。
【００６８】
従って、エンジン１００の運転時において、ヘッドボルト１１は、Ｐ点からＱＨＢの間で荷重ΔＦＨＢならびに変位ΔδＨＢが繰り返され、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂでは、Ｐ点からＱＦの間で荷重ΔＦＦならびに変位ΔδＦが繰り返されることとなる。
【００６９】
以上から、シリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１とシリンダヘッド３からなるエンジン主体部の仕組剛性と、ヘッドボルト１１のボルト剛性が算出されると、エンジン１００の運転時におけるヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に掛かる動的荷重ΔＦＨＢと、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに掛かる動的荷重ΔＦＦとの比率を求めることが可能であることがわかる。
なお、エンジン主体部の仕組剛性は、以下の式で表すことが可能である。
ＫＦ＝ＦＦ／δＦ 
また、ヘッドボルト１１のボルト剛性は、以下の式で表すことが可能である。
ＫＨＢ＝ＦＨＢ／δＨＢ
従って、仕組剛性とボルト剛性の剛性比率Φは、以下の式で表される。
Φ＝ＫＨＢ／（ＫＨＢ＋ＫＦ）
【００７０】
剛性比率Φの算出について具体的には、エンジン主体部モデル化工程Ｓ１２０により作成されたエンジン主体部モデルＡＭのシリンダヘッド３の下面に相当する部位に、エンジン１００の運転によって作用する上向きの荷重を入力することで仕組剛性を算出する。
【００７１】
つまり、図５（Ａ）に示すように、有限要素法を用いた三次元弾性解析によって、エンジン主体部モデルＡＭの変位を算出することで、この変位と入力された荷重とによって仕組剛性が算出される。なお、ここでは上向きの荷重として荷重ＦＦを入力しており、荷重ＦＦと変位δＦとから仕組剛性を算出している。
【００７２】
一方、ヘッドボルトモデル化工程Ｓ１３０により作成されたヘッドボルトモデル１１Ｍに、エンジン１００の運転によって作用する引張荷重を入力することでボルト剛性が算出される。
【００７３】
つまり、図５（Ｂ）に示すように、有限要素法を用いた三次元弾性解析によって、ヘッドボルトモデル１１Ｍに引張荷重を入力して変位を算出することで、この変位と入力された荷重とによってボルト剛性が算出される。なお、ここでは引張荷重として荷重ＦＨＢを入力しており、荷重ＦＨＢと変位δＨＢとからボルト剛性を算出している。
【００７４】
そして、算出されたこれらの剛性値を上記の式に代入することで剛性比率Φを求めることができ、これによって、エンジン１００の運転時におけるヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に掛かる動的荷重ΔＦＨＢと、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに掛かる動的荷重ΔＦＦとの比率を求めることが可能となる。
【００７５】
静的応力算出工程Ｓ１５０は、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆに生じる静的応力を算出する工程である。図６は、エンジン１００の運転停止時における力学的バランスを示したものである。
【００７６】
前述したように、シリンダブロック１に設けられたヘッドボルト穴１Ｂの螺合部には上向きの静的荷重ＦＨＢが作用することとなる。そして、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂには、鍔部２Ａからの反作用である下向きの静的荷重ＦＦが作用することとなる。本発明では、これらの荷重が互いに釣り合うものとするために、以下の式で表すことが可能となる。
ＦＦ＝ＦＨＢ
【００７７】
そして、シリンダブロックモデル化工程Ｓ１１０により作成されたシリンダブロックモデルにおいて、有限要素法を用いた三次元弾性解析を行うことにより、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆの静的応力が算出される。
【００７８】
動的応力算出工程Ｓ１６０は、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆに生じる動的応力を算出する工程である。図７は、エンジン１００の運転時における力学的バランスを示したものである。
【００７９】
前述したように、エンジン１００の運転時においては、シリンダブロック１に設けられたヘッドボルト穴１Ｂの螺合部には上向きの動的荷重ΔＦＨＢが作用し、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂには、上向きの動的荷重ΔＦＦが作用することとなる。また、シリンダブロック１のキャップボルト穴１Ｃの螺合部には下向きの動的荷重ΔＦＭＢが作用される。本発明では、キャップボルト穴１Ｃの螺合部に掛かる動的荷重ΔＦＭＢが、ヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に掛かる動的荷重ΔＦＨＢならびに鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに掛かる動的荷重ΔＦＦの和と釣り合うものとするために、以下の式で表すことが可能となる。
ΔＦＭＢ＝ΔＦＨＢ＋ΔＦＦ
【００８０】
そして、前述した静的荷重の関係式であるＦＦ＝ＦＨＢと組み合わせることにより、以下の式で表すことが可能となる。
ＦＦ＋ΔＦＭＢ＝ＦＨＢ＋ΔＦＨＢ＋ΔＦＦ
なお、キャップボルト穴１Ｃの螺合部に掛かる動的荷重ΔＦＭＢは、シリンダライナ２の内径ＤＢと燃焼室１６内の圧力Ｐｃｙｌを用いて以下の式で表すことが可能である。
ΔＦＭＢ＝（ＤＢ２・π・Ｐｃｙｌ）／４
更に、ヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に掛かる動的荷重ΔＦＨＢと鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに掛かる動的荷重ΔＦＦは、剛性比率算出工程Ｓ１４０により算出された剛性比率Φを用いることで以下の式で表すことが可能となる。
ΔＦＨＢ＝Φ・ΔＦＭＢ
ΔＦＦ＝（１−Φ）・ΔＦＭＢ
【００８１】
これらにより、ヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に掛かる動的荷重ΔＦＨＢと鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに掛かる動的荷重ΔＦＦの値を求めることができ、求められた動的荷重ΔＦＨＢの値と動的荷重ΔＦＦの値を用いて三次元弾性解析を行うことによって、エンジン１００の運転時に隅部１ｆに生じる応力、即ち、運転時応力が算出される。
【００８２】
その後、このようにして算出された運転時応力と静的応力算出工程Ｓ１５０にて算出された静的応力との差を求めることによって、エンジン１００の運転時にのみ隅部１ｆに生じる応力、つまり、エンジン１００の燃焼室１６内の圧力変動によって隅部１ｆに生じる動的応力が算出される。
【００８３】
応力振幅算出工程Ｓ１７０は、動的応力算出工程Ｓ１６０により算出された動的応力を用いて、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆに繰り返し生じる動的応力の振幅を算出する工程である。
【００８４】
動的応力は、エンジン１００が圧縮行程から膨張行程へ移行するときにのみ生じるものであるため、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆには、動的応力が生じていない状態と、ある応力となった状態とが繰り返されることとなる。本発明では、燃焼室１６内が最大圧力となったときの動的応力に２分の１を乗じたものを応力振幅と定義している。
【００８５】
平均応力算出工程Ｓ１８０は、静的応力算出工程Ｓ１５０により算出された静的応力と応力振幅算出工程Ｓ１７０により算出された応力振幅を用いて、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆに生じる平均応力を算出する工程である。本発明では、静的応力算出工程Ｓ１５０により算出された静的応力と応力振幅算出工程Ｓ１７０により算出された応力振幅との差を平均応力と定めている。
【００８６】
強度評価工程Ｓ１９０は、応力振幅算出工程Ｓ１７０により算出された応力振幅と平均応力算出工程Ｓ１８０により算出された平均応力を疲労限度線図上にプロットすることで疲労強度の良否を判定する工程である。本発明では、修正グッドマン線図を用いて高サイクル疲労強度が評価される。
【００８７】
このような、設計支援方法を用いることで簡易、且つ、信頼性の高いシリンダブロック１の設計、評価を行うことが可能となる。
【００８８】
次に、本発明に係る設計支援方法を用いた設計支援プログラムならびに該設計支援プログラムを用いてシリンダブロック１の設計支援を行う設計支援装置２００について説明する。
【００８９】
図８に示す設計支援装置２００は、シリンダブロック１の形状を設計するためのものであり、端末装置２１０、記憶装置２２０および制御装置２３０を具備する。端末装置２１０と記憶装置２２０との間、端末装置２１０と制御装置２３０との間、および記憶装置２２０と制御装置２３０との間はそれぞれ接続され、互いにデータを送信および受信することが可能とされる。
【００９０】
端末装置２１０は、制御装置２３０に数値あるいは指示を入力するとともに制御装置２３０による演算結果（例えば、応力値）等を表示する装置である。なお、端末装置２１０は専用品でも良く、市販されているパーソナルコンピュータあるいはワークステーション等の汎用品を用いて実現しても良い。
【００９１】
記憶装置２２０は、種々のデータを記憶するとともに端末装置２１０あるいは制御装置２３０に記憶されたデータを出力するものである。なお、記憶装置２２０は専用品でも良く、市販されているＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｃ  Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いて実現しても良い。
【００９２】
制御装置２３０は、記憶装置２２０に記憶されているデータおよび端末装置２１０により入力された数値および指示に基づいて、格納されているプログラムによる所定の演算を行う装置である。制御装置２３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ；中央演算処理装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ；ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ；読み出し専用メモリ）あるいはＨＤＤ等がバスで接続されている構成でもよく、ワンチップのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；大規模集積回路）で実現されている構成であっても良い。なお、制御装置２３０は専用品でも良く、市販されているパーソナルコンピュータあるいはワークステーション等の汎用品（キーボード、マウス、光学式ドライブおよびディスプレイを含む）を用いて実現しても良い。
【００９３】
本設計支援装置２００においては、作業者（シリンダブロックの設計者）が端末装置２１０を操作することにより数値あるいは指示を入力すると、当該数値あるいは指示に係るデータが記憶装置２２０および制御装置２３０に送信される。記憶装置２２０は、端末装置２１０から送信されてきたデータ（作業者が入力した数値および指示）を適宜記憶し、制御装置２３０は、端末装置２１０から送信されてきたデータ（作業者が入力した数値および指示）および記憶装置２２０に記憶されているデータに基づいて予め格納されているプログラムに従って所定の演算を行い、その演算結果を端末装置２１０および記憶装置２２０に送信する。そして、端末装置２１０には、制御装置２３０から送信された演算結果が表示されるとともに、記憶装置２２０には、制御装置２３０から送信された演算結果が適宜記憶されることとなる。
【００９４】
以下では、制御装置２３０の詳細について説明する。
【００９５】
図８に示すように制御装置２３０は、主に三次元モデル作成部２３１と、剛性比率算出部２３２と、静的応力算出部２３３と、動的応力算出部２３４と、応力振幅算出部２３５と、平均応力算出部２３６と、強度評価算出部２３７とから構成される。
【００９６】
三次元モデル作成部２３１は、シリンダブロック１や、シリンダライナ２が嵌入されたシリンダブロック１とシリンダヘッド３とを一体としたエンジン主体部、そして、ヘッドボルト１１、の三次元図形データを作成し、この三次元図形データを複数の微小領域に分割することでシリンダブロックモデルやエンジン主体部モデルＡＭ、ヘッドボルトモデル１１Ｍとするものである。なお、他の装置等で作成した三次元モデルを記憶装置２２０に記憶させておき、適宜読み出すことも可能である。
【００９７】
剛性比率算出部２３２は、三次元モデル作成部２３１にて作成された三次元モデルを用いて三次元弾性解析を行うことで、エンジン主体部の仕組剛性とヘッドボルト１１のボルト剛性との剛性比率Φを算出するものである。
【００９８】
なお、剛性比率Φを算出するプログラムは、前述したようにエンジン主体部モデルＡＭのシリンダヘッド３の下面に相当する部位に荷重を入力することで、その変位によって仕組剛性を算出し、一方、ヘッドボルトモデル１１Ｍに引張荷重を入力することで、その変位によってボルト剛性を算出して、得られた仕組剛性とボルト剛性とから剛性比率Φの算出を行うものとされる。
【００９９】
静的応力算出部２３３は、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆに生じる静的応力を算出するものである。なお、静的応力を算出するプログラムは、前述したようにヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に掛かる静的荷重ＦＨＢと鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに掛かる静的荷重ＦＦが互いに釣り合う（ＦＨＢ＝ＦＦ）として三次元弾性解析を行うものとされる。
【０１００】
動的応力算出部２３４は、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆに生じる動的応力を算出するものである。なお、動的応力を算出するプログラムは、まず、前述したようにキャップボルト穴１Ｃの螺合部に掛かる動的荷重ΔＦＭＢが、ヘッドボルト穴１Ｂの螺合部に掛かる動的荷重ΔＦＨＢと鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂに掛かる動的荷重ΔＦＦとの和と釣り合う（ΔＦＭＢ＝ΔＦＨＢ＋ΔＦＦ）ものとし、静的荷重ＦＨＢと静的荷重ＦＦを加えた次式を用いて三次元弾性解析を行うことで運転時応力を算出する。
ＦＦ＋ΔＦＭＢ＝ＦＨＢ＋ΔＦＨＢ＋ΔＦＦ
なお、ΔＦＭＢの具体的な値は、シリンダライナ２の内径ＤＢと燃焼室１６内の圧力Ｐｃｙｌを用いて算出されて（ΔＦＭＢ＝（ＤＢ２・π・Ｐｃｙｌ）／４）、ΔＦＨＢならびにΔＦＦの具体的な値は、剛性比率算出部２３２で算出された剛性比率Φを用いて以下の式から算出される。
ΔＦＨＢ＝Φ・ΔＦＭＢ
ΔＦＦ＝（１−Φ）・ΔＦＭＢ
そして、得られた運転時応力と静的応力算出部２３３で算出された静的応力との差を求めることによって動的応力を算出するものとされる。
【０１０１】
応力振幅算出部２３５は、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆに繰り返し生じる動的応力の振幅を算出する工程である。なお、応力振幅を算出するプログラムは、動的応力算出部２３４により算出された燃焼室１６内が最大圧力となったときの動的応力に２分の１を乗じるものとされる。
【０１０２】
平均応力算出部２３６は、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆに生じる平均応力を算出するものである。なお、平均応力を算出するプログラムは、静的応力算出部２３３が算出した静的応力と応力振幅算出部２３５が算出した応力振幅との差を求めるものとされる。
【０１０３】
強度評価算出部２３７は、応力振幅算出部２３５により算出された応力振幅と平均応力算出部２３６により算出された平均応力とから疲労強度の良否を判定するものである。なお、強度評価を行うプログラムは、高サイクル疲労強度の評価に用いられる修正グッドマン線図に応力振幅ならびに平均応力をプロットして判定するものとされる。
【０１０４】
設計支援プログラムならびに該設計支援プログラムを用いた設計支援装置２００で、簡易にシリンダブロック１の設計、評価を行うために、シリンダブロックモデルにおけるヘッドボルト穴１Ｂに入力される荷重は、螺合部の引張荷重が掛かる側の端部からネジピッチの３ピッチ目、即ち、螺合部のシリンダヘッド３側の端部から３ピッチに相当する位置に荷重が掛かるものとして算出し、キャップボルト穴１Ｃに入力される荷重は、螺合部の引張荷重が掛かる側の端部からネジピッチの３ピッチ目、即ち、螺合部のメタルキャップ１３側の端部から３ピッチに相当する位置に荷重が掛かるものとして算出している。
【０１０５】
更に、ヘッドボルトモデル１１Ｍにおける螺合部に入力される荷重は、螺合部の引張荷重が掛かる側の端部からネジピッチの３ピッチ目、即ち、螺合部のシリンダヘッド３側の端部から３ピッチに相当する位置に荷重が掛かるものとして算出される。
【０１０６】
このような、設計支援プログラムならびに該設計支援プログラムを用いたシリンダブロック１の設計支援装置２００によって得られた結果を、図９から図１１を用いて説明する。
【０１０７】
図９（Ａ）は、鍔受部１Ｅの隅部１ｆに生じる応力の実測点を示す平面図、図９（Ｂ）は、その側面断面図を示している。図１０は、設計支援装置２００により算出された応力と実測された応力の分布図であり、図１１は、修正グッドマン線図にて高サイクル疲労強度の評価を行ったものである。
【０１０８】
図９（Ａ）ならびに図９（Ｂ）は、鍔受部１Ｅの座面１Ｅｂと周壁面１Ｅｃからなる隅部１ｆにおける応力の実測点を示しており、隅部１ｆにシリンダライナ２の中心軸を中心として４５度おきの計８箇所で、ひずみゲージを用いて実測を行ったことを示している。
【０１０９】
図１０の破線ならびに実線は、設計支援装置２００を用いて算出された隅部１ｆに生じる応力を示したものであり、実線は静的応力、破線は運転時応力である。そして、図上に三角点で示す各点は静的応力の実測値であり、図中に四角点で示す各点は運転時応力の実測値を示している。なお、図中に付された数字は図９（Ａ）に示す実測点の位置と対応している。
【０１１０】
図１０より、設計支援装置２００によって算出された応力と実測された応力とは概ね良好に対応しており、本発明に係る設計支援プログラムならびに該設計支援プログラムを用いた設計支援装置２００は、簡易でありながら信頼性の高い設計、評価を行うことが可能であることがわかる。
【０１１１】
図１１は、応力振幅算出部２３５によって算出された応力振幅ならびに平均応力算出部２３６によって算出された平均応力を、強度評価算出部２３７によって修正グッドマン線図上にプロットしたものである。
【０１１２】
本図に示す疲労限度線は、縦軸にシリンダブロック１の材質における両振疲労限度の片振幅の値をとるとともに、横軸にシリンダブロック１の材質における引張強度をとって、それらを結んだものである。そして、疲労限度線より上側は疲労強度が不足していることを示し、疲労限度線より下側は疲労強度が確保されていることを示している。
【０１１３】
図１１より、設計支援装置２００によって算出された応力と実測値とは概ね良好に対応しており、本発明に係る設計支援プログラムならびに該設計支援プログラムを用いた設計支援装置２００は、簡易でありながら信頼性の高い設計、評価を行うことが可能であることがわかる。
【０１１４】
このような、設計支援プログラムならびに該設計支援プログラムを用いた設計支援装置２００を用いることで簡易、且つ、信頼性の高いシリンダブロック１の設計、評価を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【０１１５】
１        シリンダブロック
１Ａ      トップデッキ
１Ｂ      ヘッドボルト穴
１Ｃ      キャップボルト穴
１Ｅ      鍔受部
１ｆ      隅部
２        シリンダライナ
２Ａ      鍔部
２Ｂ      本体部
３        シリンダヘッド
６        ピストン
８        コネクティングロッド
９        クランク軸
１１      ヘッドボルト
１１Ｍ    ヘッドボルトモデル
１３      メタルキャップ
１４      キャップボルト
１００    エンジン
ＡＭ      エンジン主体部モデル
ＦＨＢ      静的荷重
ＦＦ        静的荷重
ΔＦＨＢ    動的荷重
ΔＦＦ      動的荷重
ΔＦＭＢ    動的荷重
【図１】
2010287103.tif 000003
【図２】
2010287103.tif 000004
【図３】
2010287103.tif 000005
【図４】
2010287103.tif 000006
【図５】
2010287103.tif 000007
【図６】
2010287103.tif 000008
【図７】
2010287103.tif 000009
【図８】
2010287103.tif 000010
【図９】
2010287103.tif 000011
【図１０】
2010287103.tif 000012
【図１１】
2010287103.tif 000013