(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアの径方向外側に隔壁を隔ててウォータジャケットを形成したシリンダブロックにおいて、上記隔壁を、ヘッドボルト穴の雌ねじ部の下端位置から上記ウォータジャケットの下端位置までの隔壁下部と、上記雌ねじ部の下端位置より上側の隔壁上部とから構成し、上記隔壁下部の全ての部分の厚さを上記隔壁上部の厚さよりも上記シリンダボア内周面から径方向外側に厚く形成すると共に略一定値に形成し、且つ、上記隔壁上部が、上記雌ねじ部の下端位置付近を除いて厚さが略一定値に形成され、且つ、上記ウォータジャケットが、上記隔壁上部及び隔壁下部の外側面の形状に合わせて一定幅を有する断面クランク状に形成されることを特徴とするシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷式エンジンのシリンダブロックに関する。
【従来の技術】
【０００２】
周知のように、水冷式エンジンのシリンダブロックでは、シリンダボアの径方向外側に隔壁を隔ててウォータジャケットが区画形成されている。そしてこのようなシリンダブロックには、ウォータジャケットの上部が開放されたオープンデッキタイプのものと、上部が上壁で閉じられたクローズドデッキタイプのものとがある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ウォータジャケットを区画する壁部は、エンジンのコンパクト化、軽量化という観点からは薄肉に形成するのが望ましく、特にシリンダボアとウォータジャケットを仕切る隔壁は、冷却性の観点からも薄い方が望ましい。
【０００４】
しかし、上記要求に基づいて薄肉化していくと、図９に示すように、シリンダボアの内壁面が径方向内側に突出するようなくびれ変形が生じてしまう（くびれ部をＳで示す）。このくびれ変形が生じると、ボア径の縮小によりピストンの摺動抵抗が大きくなり、フリクションロス増大による燃費の悪化を招くと共に、異常摩耗や焼付き等の問題も生じる。また、くびれ部の上下ではボア径が拡径されることから、オイルが燃焼室内に多量に混入してオイル消費量増大や排気ガス悪化を招いたり、逆にブローバイガスがクランクケース内に多量に混入してオイル劣化を早め、エンジンの各摺動部において潤滑不良を起こし易くなる。
【０００５】
従って、従来は、くびれ変形が生じない程度に各壁部の厚さを確保しなければならず、軽量化、コンパクト化には限界があった。しかも従来は、各壁部の厚さを一様に厚くする方法が採られていて、無駄な部分まで厚肉化してしまい、軽量化、コンパクト化の要請に十分応じきれなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シリンダボアの径方向外側に隔壁を隔ててウォータジャケットを形成したシリンダブロックにおいて、上記隔壁を、ヘッドボルト穴の雌ねじ部の下端位置から上記ウォータジャケットの下端位置までの隔壁下部と、上記雌ねじ部の下端位置より上側の隔壁上部とから構成し、上記隔壁下部の全ての部分の厚さを上記隔壁上部の厚さよりも上記シリンダボア内周面から径方向外側に厚く形成すると共に略一定値に形成し、且つ、上記隔壁上部が、上記雌ねじ部の下端位置付近を除いて厚さが略一定値に形成され、且つ、上記ウォータジャケットが、上記隔壁上部及び隔壁下部の外側面の形状に合わせて一定幅を有する断面クランク状に形成されるものである。
【発明の実施の形態】
【０００７】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【０００８】
図６は本発明に係るシリンダブロックの一実施形態を示す部分平面図、図１及び図２は図６のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。図示するように、シリンダブロック１は、ピストン（図示せず）を往復摺動自在に収容するためのシリンダボア２を有する。シリンダボア２はシリンダブロックの長手方向（前後方向）に沿って所定間隔で複数形成されている。シリンダボア２の径方向外側には、隔壁３を隔ててウォータジャケット４が区画形成されている。つまり隔壁３は、ウォータジャケット４を区画する壁部のうちシリンダボア２との間にある部分である。ここではアルミ合金製のクローズドデッキタイプのシリンダブロックが示され、ウォータジャケット４はその上部が上壁５で閉塞されている。ただし、シリンダブロック１の上面にはシリンダヘッド（図示せず）が結合されるため、上壁５にはシリンダヘッドとの間で冷却水を往来させるためのジャケット穴６ａ，６ｂが貫通形成されている。よって上壁５はジャケット穴６ａ，６ｂの部分でのみ開放されている。ジャケット穴には、シリンダボア２の側方（左右側）に位置される長穴状のもの（６ａ）と、シリンダボア２間に位置される円形状のもの（６ｂ）とがある。
【０００９】
ウォータジャケット４は、シリンダボア軸方向（上下方向）に沿って所定の長さを有すると共に、各シリンダボア２を囲繞するようにして各シリンダボア２の側方を連続されている。そしてその径方向外側は外壁７で、底部は底壁８で区画されている。図２に示すように、隣接するシリンダボア２間の壁部のうち、シリンダボア２の中心部に相当する領域にはウォータジャケット４は設けられていない。またシリンダボア２間の境界位置に先の円形ジャケット穴６ｂが設けられている。これに加え、その境界位置には、ウォータジャケット４の外側方にヘッドボルト穴９が設けられている。このヘッドボルト穴９は、シリンダヘッドをシリンダブロック１に固定する際にヘッドボルト（図示せず）を締結させるためのものである。ヘッドボルト穴９は上壁５或いはシリンダブロック１の上面であるトップデッキ１０から所定深さだけ穿設され、その下側に、ヘッドボルトの雄ねじ部を螺合させるための雌ねじ部１１を有している。雌ねじ部１１はその下端がトップデッキ１０から距離Ｈ1 だけ下方に位置されている。この雌ねじ部１１の下端位置を図１及び図２にＰで示す。
【００１０】
特に図１に示すように、かかるシリンダブロック１にあっては、隔壁３のうち、雌ねじ部１１の下端位置Ｐより下側の部分（隔壁下部１２）が上側の部分（隔壁上部１３）より厚く形成されている。即ち、隔壁上部１３においては、下端位置Ｐ付近を除いて厚さが一定値ｔ1 に形成され、下端位置Ｐ付近では下方にいくにつれ順次厚さが増加され、これによってウォータジャケット４内に臨む表面がシリンダボア軸方向に対し傾斜されている。一方、隔壁下部１２においては、下方にいくにつれ厚さが順次増加される点は同じであるが、その増加度合いは小さく、これによりウォータジャケット４内に臨む表面の傾斜も小さくされている。つまり隔壁３の表面は断面クランク状に形成されている。
【００１１】
ウォータジャケット４は、この隔壁３の表面の形状に合わせて一定幅ｈを有する断面クランク状に形成されている。そして外壁７も、ウォータジャケット４の形状に沿った一定厚さｔ2 に形成されている。
【００１２】
このようにシリンダブロックを構成すると、従来のくびれ変形の問題が解決され、これに伴う種々の問題も解決できるようになる。以下、その理由を説明する。
【００１３】
従来は、前記隔壁３の全長が一定厚さｔ1 に形成され、これに伴いウォータジャケット４も図２と同様な断面矩形に形成されていた。
【００１４】
しかし、このようなシリンダブロックにラダーフレームやシリンダヘッドを取り付けたとして実測やコンピュータシミュレーションを行ったところ、図９に示すようなくびれ変形を生じることが分かった。ここでくびれ部Ｓは、トップデッキ１０からｈ1 ＝86(mm)だけ下方の位置に発生するのが分かった。
【００１５】
ここで図２に示したヘッドボルト穴９の雌ねじ部１１の下端位置Ｐは、トップデッキ１０からＨ1 ＝73(mm)だけ下方の位置にある。つまりくびれ部Ｓは雌ねじ部１１の下端位置Ｐより下方に存在する。この理由として、シリンダブロック１にシリンダヘッドを取り付けると、雌ねじ部１１から上方の部分についてはヘッドボルトの軸力が作用し剛性が高まるが、雌ねじ部１１より下方の部分については軸力が作用しない低剛性部分であり、その部分が軸力により引っ張られてくびれ変形することが考えられる。
【００１６】
そこで、隔壁３のうち、雌ねじ部１１の形成下端位置Ｐより下側の部分を厚肉化してやれば、その部分を高剛性化して前記くびれ変形を防止することができる。
【００１７】
そしてボア径縮小に伴うピストンの摺動抵抗増大、燃費の悪化、異常摩耗や焼付き等を防止でき、さらにはくびれ部上下でのボア径拡大に伴うオイル消費量増大やオイル劣化等を防止することが可能となる。一方、部分的に行う必要最小限の厚肉化なので、効率のよい高剛性化を図れ、軽量性、コンパクト性に悪影響を及ぼさずに済む。なおボア径縮小のためには、外壁７ではなく隔壁３を厚肉化するのが効果的であることはいうまでもない。
【００１８】
なお、図１、図２に示すように、ウォータジャケット４の下端位置はトップデッキ１０からＨ2 ＝92(mm)だけ下方の位置Ｑにある。よってくびれ部Ｓはウォータジャケット４の下端位置Ｑより上方に存在し、厚肉化する部分もその下端位置Ｑより上方となる。
【００１９】
上記構成においては、隔壁３の厚さを、雌ねじ部１１の下端位置Ｐで実質的に変更しているので、無駄な厚肉化を排除し重量増を最小限に止められる利点がある。
【００２０】
また、シリンダブロック１の鋳造時に、ウォータジャケット４は中子を用いて成形することとなるが、かかる実施形態ではウォータジャケット４を断面クランク状に形成したので、中子の造形が容易となり中子延いてはシリンダブロック１の製造コストを抑制できる利点もある。この点については後述する。
【００２１】
次に、参考の形態について説明する。
【００２２】
先ず、図３に示す参考の形態（第１参考形態）においては、隔壁３のうち隔壁上部１３が一定厚さｔ1 に形成され、隔壁下部１２が下方にいくにつれ順次厚さが増加されている。そして隔壁３は下端位置Ｐにて厚さが変更されている。一方、外壁７は、上下に沿った一定厚さｔ2 の断面直線状とされている。これによってウォータジャケット４はその下端部が断面尖頭状に形成されている。
【００２３】
次に図４に示す参考の形態（第２参考形態）においては、隔壁３のうち隔壁上部１３が一定厚さｔ1 に形成され、隔壁下部１２がｔ1 より厚い一定厚さｔ3 に形成されている。そして隔壁３は下端位置Ｐにて厚さが段差状に変更されている。外壁７が一定厚さｔ2 の断面直線状とされる点は同じであり、これによってウォータジャケット４は下端位置Ｐにて幅が変化する段差状に形成されている。
【００２４】
次に図５に示す参考の形態（第３参考形態）においては、隔壁３の厚さが上端から下端にかけて順次一定度合いで増加されている。このときの上端の厚さがｔ1 である。そしてウォータジャケット４に臨む隔壁３の表面はシリンダボア軸に対し傾斜されている。外壁７が上下に沿った一定厚さｔ2 の断面直線状とされる点は同じである。これによってウォータジャケット４は下方に至るほど幅狭となる断面尖頭状に形成されている。
【００２５】
本実施形態、第１〜第３参考形態について検討を試みる。先ず第３参考形態（図５）については、隔壁３の全長が厚肉化されることになるため、従来の一定厚さｔ1 のものに比べ高剛性化が図られるものの、隔壁上部１３についても厚肉化するため無駄があるといえる。
【００２６】
また第１参考形態（図３）については、隔壁下部１２のみ厚肉化を行っているため無駄な重量増はなく、従来のものと比べても有利といえるが、下端位置Ｐ付近での肉厚はそれほど増加されておらず、くびれ変形の抑制効果はそれほど見込めない。
【００２７】
これらに対し、本実施形態及び第２参考形態（図１及び図４）については、隔壁下部１２のみを十分厚肉化できるので、くびれ変形の抑制という観点からも、軽量化という観点からも優れているといえる。
【００２８】
図８は、従来のもの、本実施形態及び各参考形態につきシリンダボディライナー変形を調べた解析結果である。横軸にはトップデッキからの距離Ｈをとり、縦軸には基準値（０）に対する変形量ＳH をとってある。(1)は本実施形態についての線図、(2)〜(4)はそれぞれ第１〜第３参考形態についての線図、(5)は従来のものの線図である。図から分かるように、ライナー変形は、従来の値ΔＳ1 に比べ、本実施形態及び各参考形態の場合およそ2/3 の値ΔＳ2 に低減できることが確認された。特にくびれ部Ｓにおいて、従来は基準値より大きく下回る変形が認められたが、本実施形態及び各参考形態によればほぼ基準値付近に抑えられ、くびれを大きく改善することができる。なお本実施形態及び各参考形態のうち比較的良好なのは本実施形態（(1)）、第２参考形態（(3)）、第３参考形態（(4)）であり、第１参考形態（(2)）はこれらより若干効果が劣る。
【００２９】
次に、図７には、本実施形態及び各参考形態についての中子１４の造形イメージが示されている。ここでの中子１４は(a) の全体図で示すように直列３気筒分のものが例示されている。(b)は本実施形態についての断面図であり、(c)〜(e) はそれぞれ第１〜第３参考形態についての断面図である。１５は中子１４を造形するための型である。
【００３０】
ここで(d) 図及び(e) 図のものは中子１４の造形に不利である。即ち、中子１４には型抜きのための抜き勾配をつける必要があるが、(e) 図のものでは傾斜面１６の全長を抜き勾配とせざるを得ず、型抜きストロークが増大して中子破損の可能性が増してしまう。またストロークが増大すると造形設備自体も大型化し高コストとなる。一方、(d) 図のものでは、中子１４の段差部分で型を分割できるため上記のような不都合はないが、中子１４に薄い部分１４ａができ、やはり破損の可能性が増大してしまう。
【００３１】
これに対し、(b) 図及び(c) 図のものでは上記の如き不具合がなく、この点では本実施形態及び第１参考形態が第２及び第３参考形態より有利であるといえる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態の他にも様々な実施の形態が可能である。また本発明は、ディーゼル、ガソリン、ＬＰＧ、ＣＮＧ、アルコール等の各種レシプロエンジンのシリンダブロックに適用でき、鋳鉄製のシリンダブロックにも適用でき、直列、Ｖ型等各型式のシリンダブロックに適用できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３４】
（１）  必要最小限の重量増で効果的にくびれ変形を防止できる。
【００３５】
（２） 鋳造時に用いる中子の造形が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】  本発明に係るシリンダブロックの一実施形態を示し、図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】  図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】  第１参考形態を示す断面図である。
【図４】  第２参考形態を示す断面図である。
【図５】  第３参考形態を示す断面図である。
【図６】  本発明に係るシリンダブロックを示す部分平面図である。
【図７】  中子の造形イメージを示す図である。
【図８】  シリンダボディライナー変形を調べた解析結果である。
【図９】  くびれ変形を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  シリンダブロック
２  シリンダボア
３  隔壁
４  ウォータジャケット
９  ヘッドボルト穴
１１  雌ねじ部
１２  隔壁下部
１３  隔壁上部
Ｐ  下端位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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