(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に複数並んで形成され、かつシリンダボアを構成する略円筒状のシリンダ壁と、このシリンダ壁を囲むように形成され、該シリンダ壁との間にウォータジャケットを構成するウォータジャケット壁と、このウォータジャケット壁を部分的に略円柱状に厚肉にしてなり、かつ内部にシリンダヘッドボルト孔が形成されるヘッドボルトボス部と、上記シリンダ壁の上端と上記ウォータジャケット壁の上端とを連結して上記ウォータジャケットの上端を覆うトップデッキ部と、を備えてなる水冷式内燃機関のシリンダブロックにおいて、
上記ヘッドボルトボス部は、気筒間位置およびシリンダブロック両端部にそれぞれ配置されており、
気筒間位置に位置するヘッドボルトボス部については、該ヘッドボルトボス部とシリンダ壁との間に、該ヘッドボルトボス部より下方のウォータジャケット一般部よりも狭い間隙からなるウォータジャケットが残存し、
シリンダブロック端部に位置するヘッドボルトボス部については、該ヘッドボルトボス部とシリンダ壁との間の間隙を埋めるように、これらのヘッドボルトボス部，シリンダ壁およびトップデッキ部の三者に連結されたリブが形成されていることを特徴とする水冷式内燃機関のシリンダブロック。
【請求項２】
上記リブが、上記ヘッドボルトボス部の直径と略等しい幅を有することを特徴とする請求項１記載の水冷式内燃機関のシリンダブロック。
【請求項３】
上記リブが、上記ヘッドボルトボス部の軸方向の略全長に亘って形成されており、該リブ下部により構成されるウォータジャケット上部が、上記ヘッドボルトボス部より下方のウォータジャケット一般部の厚さと等しく、かつＲ形状の断面形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の水冷式内燃機関のシリンダブロック。
【請求項４】
上記リブが連結されたシリンダ壁のシリンダブロック端部側部分が厚肉となっ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水冷式内燃機関のシリンダブロック。
【請求項５】
鋳鉄により一体に鋳造されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水冷式内燃機関のシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水冷式内燃機関のシリンダブロックに関し、特に、クローズドデッキ型のトップデッキ部を有するシリンダブロックの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水冷式内燃機関のシリンダブロックは、一般に、シリンダボアを構成するシリンダ壁やウォータジャケットを構成するウォータジャケット壁等を含めて各部一体に鋳造されている。特に、シリンダヘッドガスケットのシール性を高めるために、ウォータジャケットの上端をトップデッキ部によって覆ったいわゆるクローズドデッキ型のシリンダブロックにあっては、砂中子を用いて材料コストに優れた鋳鉄により鋳造する場合が多い。
【０００３】
このシリンダブロックの上面つまりトップデッキ部の上には、燃焼室を構成するシリンダヘッドが載置され、かつ複数本のシリンダヘッドボルトによって固定される。このシリンダヘッドボルトが螺合するシリンダヘッドボルト孔は、特開平１０−３１１２４２号公報や特開平８−２８３４２号公報等に見られるように、ウォータジャケット外周のウォータジャケット壁を部分的に厚肉にしてなる略円柱状のヘッドボルトボス部に機械加工されている。また、シリンダヘッドボルトは、シリンダボアをそれぞれ囲むように配置され、複数気筒が直列に並んだシリンダブロックでは、該シリンダブロックの前後両端と気筒間位置とにそれぞれ設けられている。
【０００４】
図６および図７は、一例として直列４気筒機関のシリンダブロック１のトップデッキ部上面およびその要部の断面形状を示しており、図６に示すように、シリンダヘッドボルト孔２が各シリンダボア３の四隅に配置され、計１０本のシリンダヘッドボルトによって図示せぬシリンダヘッドが固定されるようになっている。このシリンダヘッドボルト孔２が設けられるヘッドボルトボス部４は、図７に示すように、ウォータジャケット壁５の上部に、該ウォータジャケット壁５と一体に形成されている。上記ヘッドボルトボス部４は、ウォータジャケット壁５を内側および外側の双方へ向かって膨出させた形状をなしており、従って、シリンダ壁６とウォータジャケット壁５との間に形成されるウォータジャケット７は、このヘッドボルトボス部４によって部分的に狭められている。なお、上記ウォータジャケット７の上端は、トップデッキ部８によって覆われており、かつこのトップデッキ部８には、図６に示すように、シリンダヘッド側のウォータジャケットと連通する複数の連通孔９が開口形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成においては、気筒間に位置するシリンダヘッドボルトは、その軸力が両側の気筒にそれぞれ作用するのに対し、シリンダブロックの端部に位置するシリンダヘッドボルトは、その軸力が１つの気筒にのみ作用する形となる。換言すれば、端部に位置する各シリンダヘッドボルトは、図６に斜線を施して示す領域をそれぞれ締め付けており、また気筒間に位置するシリンダヘッドボルトは、それぞれ隣接するシリンダボア３の中心に挟まれたほぼ倍の面積の領域を締め付けている。従って、シリンダブロック端部のヘッドボルトボス部４においては、気筒間に位置するヘッドボルトボス部４に比較して、ボルト軸力によってヘッドボルトボス部４の周囲に生じる締付応力が大きなものとなり、好ましくない。特に、図７に示すように、ウォータジャケット７がヘッドボルトボス部４によって狭められており、ウォータジャケット７上端の断面形状のＲが小さなものとなるので、ここに応力が集中しやすい。
【０００６】
図８は、ヘッドボルトボス部４付近の変形状態を示したものであり、ヘッドボルトボス部４が矢印Ａのようにボルト軸力でもって上方へ引っ張られるのに対し、シリンダ壁６上面部分はシリンダヘッドガスケットのビードによって矢印Ｂのように下方へ押さえつけられるので、ウォータジャケット７上端の符号Ｃで示す部分に大きな引張応力が作用する。
【０００７】
同様に、運転中の熱膨張差等による応力も、気筒間に位置するヘッドボルトボス部４に比較してシリンダブロック端部のヘッドボルトボス部４の方が大きなものとなる。
【０００８】
また、鋳鉄製のシリンダブロックの鋳造に際しては、シリンダボア３の耐摩耗性向上に寄与するパーライトを析出させるために、あるいは生産タクトを短縮するために、一般に、組織成長が終わる共析変態点（約７２０℃）以下に温度低下する前に型ばらしが行われる。この型ばらしの後、外気に触れるトップデッキ部８は冷却の進行が早く、表面の輻射で熱がこもりやすいシリンダボア３周囲のシリンダ壁６は冷却の進行が遅い。この結果、シリンダ壁６がトップデッキ部８を引き込みながら組織成長を終えるため、シリンダ壁６上端とトップデッキ部８との接続部となるウォータジャケット７上端部分に残留応力が発生する。
【０００９】
従って、シリンダブロック端部のヘッドボルトボス部４については、この残留応力と上記のボルト軸力による締付応力とが合わさることによって、ウォータジャケット７上端の狭小なＲ部分を始点とする亀裂が発生しやすい。
【００１０】
なお、この亀裂防止のために、焼鈍により残留応力を除去することも一部でなされているが、このような熱処理はコストの増加を招く要因となる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、直列に複数並んで形成され、かつシリンダボアを構成する略円筒状のシリンダ壁と、このシリンダ壁を囲むように形成され、該シリンダ壁との間にウォータジャケットを構成するウォータジャケット壁と、このウォータジャケット壁を部分的に略円柱状に厚肉にしてなり、かつ内部にシリンダヘッドボルト孔が形成されるヘッドボルトボス部と、上記シリンダ壁の上端と上記ウォータジャケット壁の上端とを連結して上記ウォータジャケットの上端を覆うトップデッキ部と、を備えてなる水冷式内燃機関のシリンダブロックにおいて、
上記ヘッドボルトボス部は、気筒間位置およびシリンダブロック両端部にそれぞれ配置されており、
気筒間位置に位置するヘッドボルトボス部については、該ヘッドボルトボス部とシリンダ壁との間に、該ヘッドボルトボス部より下方のウォータジャケット一般部よりも狭い間隙からなるウォータジャケットが残存し、
シリンダブロック端部に位置するヘッドボルトボス部については、該ヘッドボルトボス部とシリンダ壁との間の間隙を埋めるように、これらのヘッドボルトボス部，シリンダ壁およびトップデッキ部の三者に連結されたリブが形成されていることを特徴としている。
【００１２】
このようにリブを設けるのは、シリンダブロック端部に位置する複数のヘッドボルトボス部の中の一部であってもよく、あるいはシリンダブロック端部の全てのヘッドボルトボス部にリブを設けるようにしてもよい。
【００１３】
そして、請求項２の発明では、上記リブが、上記ヘッドボルトボス部の直径と略等しい幅を有している。
【００１４】
すなわち、上記リブは、トップデッキ部のシリンダ軸方向の厚さを、部分的に延長したような構成となり、ヘッドボルトボス部とシリンダ壁とトップデッキ部とが互いに堅固に一体化される。そのため、シリンダヘッドボルトの軸力による締付応力や残留応力が分散されるとともに、剛性が向上し、亀裂が発生しにくくなる。また、トップデッキ部の変形も抑制される。
【００１５】
この請求項１および２の発明をさらに具体化した請求項３の発明では、上記リブが、上記ヘッドボルトボス部の軸方向の略全長に亘って形成されており、該リブ下部により構成されるウォータジャケット上部が、上記ヘッドボルトボス部より下方のウォータジャケット一般部の厚さと等しく、かつＲ形状の断面形状を有している。
【００１６】
つまり、ヘッドボルトボス部とシリンダ壁との間がリブにより埋められた形となるので、ウォータジャケット上部に狭小な部分が生じない。その結果、リブ下端に相当するウォータジャケット上端のＲ部分の曲率半径が大きくなり、それだけ応力集中を抑制できる。
【００１７】
また請求項４の発明では、上記リブが連結されたシリンダ壁のシリンダブロック端部側部分が厚肉となっている。
【００１８】
すなわち、ボルト軸力を受けるヘッドボルトボス部にリブを介してシリンダ壁が連結されることから、シリンダ壁が部分的に半径方向外側へ引っ張られ、シリンダボアの変形を生じるおそれがある。請求項４の発明では、リブが連結される部分を厚肉としておくことで、シリンダ壁（シリンダボア）の変形が抑制される。なお、シリンダブロック端部に位置するシリンダボアの３６０度の中でリブが接続される一方の側の部分を反対側の部分に比べて厚肉とするほか、シリンダブロック端部のシリンダボアのシリンダ壁全体を、シリンダブロック中間部のシリンダボアのシリンダ壁に比べて厚肉としてもよい。また、シリンダ壁が変形しやすいのは、特にシリンダ上部側の部分であるので、その部分のみを厚肉としてもよい。
【００１９】
本発明は、請求項５のように、鋳鉄により一体に鋳造されているシリンダブロックに特に好適であり、冷却の進行の差異による残留応力に耐えることができる。
【００２０】
【発明の効果】
この発明に係る水冷式内燃機関のシリンダブロックにおいては、シリンダブロック端部に位置するヘッドボルトボス部付近での応力集中を回避でき、ボルト軸力および残留応力による破損を防止できるとともに、トップデッキ部の平滑性が保たれ、シリンダヘッドとの間のシール性が向上する。
【００２１】
特に、請求項３のようにウォータジャケット上端のＲ部分の曲率半径が大きくなるようにすれば、このウォータジャケット上端を始点とした亀裂発生を一層確実に防止できる。また、同時に、鋳造時の湯流れが良好なものとなり、鋳造欠陥を低減できる。
【００２２】
また、請求項４のようにリブが連結されたシリンダ壁を厚肉とすれば、リブに引っ張られることによるシリンダ壁の変形、シリンダボアの真円度の低下を回避できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
図１〜図４は、この発明を直列４気筒内燃機関のシリンダブロックに適用した一実施例を示している。このシリンダブロック１は、砂中子を用いて鋳鉄により一体に鋳造されたものであって、図２に示すように、いわゆるクローズドデッキ型のトップデッキ部８を備えている。
【００２５】
図１は、上記トップデッキ部８の直下付近で切断した断面図、図３は、図２のＤ−Ｄ線に沿った要部の断面図であって、図示するように、シリンダボア３を構成する略円筒状のシリンダ壁６が４個直列に並んで形成されており、その外周側を囲むようにウォータジャケット壁５が形成されている。この実施例では、４個のシリンダ壁６は、ボア間の距離を短くすべく、隣接する気筒同士で一部が互いに一体に連続したいわゆるサイアミーズ型の構成となっているが、各シリンダ壁６を個々に独立させた構成としてもよい。上記ウォータジャケット壁５は、上記シリンダ壁６に対し略一定の間隙を保つようにシリンダボア３と同心の円弧に沿って形成されており、該ウォータジャケット壁５とシリンダ壁６との間に、略一定幅のウォータジャケット７が構成されている。このウォータジャケット７の上端は、上記トップデッキ部８によって覆われており、かつ図２に示すように、一部が連通孔９として開口している。
【００２６】
各シリンダボア３の周囲４カ所には、図２に示すように、シリンダヘッドボルト孔２が設けられている。このシリンダヘッドボルト孔２は、気筒間位置およびシリンダブロック１両端部にそれぞれ２カ所づつあり、つまり全体で１０本のシリンダヘッドボルトによってシリンダブロック１上面にシリンダヘッドが固定されるようになっている。
【００２７】
上記シリンダヘッドボルト孔２が形成されるヘッドボルトボス部４は、図１に示すように、ウォータジャケット壁５の上部を、内側および外側の双方へ向かって膨出させ部分的に厚肉にした略円柱状のもので、その中心に、図３に示すように、シリンダヘッドボルト孔２が加工されている。
【００２８】
気筒間に位置する６個のヘッドボルトボス部４については、該ヘッドボルトボス部４はシリンダ壁６から離れており、両者間に、ウォータジャケット７がその幅を狭められた形で残存している。
【００２９】
これに対し、シリンダブロック１端部に位置する４個のヘッドボルトボス部４については、該ヘッドボルトボス部４とシリンダ壁６との間にリブ１１が設けられており、このリブ１１によって、ヘッドボルトボス部４とシリンダ壁６とトップデッキ部８との三者が実質的に一体化している。図３に示すように、上記リブ１１は、ヘッドボルトボス部４の軸方向の略全長に亘って形成されており、この結果、該リブ１１により構成されるウォータジャケット７上部７ａは、ヘッドボルトボス部４より下方のウォータジャケット７一般部の厚さと等しくなっている。そして、この一般部の厚さを略直径とするＲ形状の断面形状を有している。また、上記リブ１１は、図４に示すように、ヘッドボルトボス部４の直径と略等しい幅Ｌを有し、かつシリンダボア３の半径方向に延びている。
【００３０】
また、上記リブ１１が連結されたシリンダ壁６のシリンダブロック１端部側の部分６ａは、他の部分に比べて厚肉となっている。理解を容易にするために、図５に、一般部に比して肉厚を増した部分を、斜線を施して示しているが、この図５のように、略１８０度の範囲で厚肉にされており、かつ三日月形に徐々に肉厚が増えるようになっている。従って、この部分に生じるウォータジャケット７は、他の部分に比較して、僅かに狭くなっている。なお、この肉厚の増加量を、シリンダボア３の軸方向に沿って、下方へ向かうほど小さくなるようにしてもよい。
【００３１】
この実施例の構成によれば、リブ１１によってヘッドボルトボス部４とシリンダ壁６とトップデッキ部８とが互いに堅固に一体化されるため、シリンダヘッドボルトの軸力によるヘッドボルトボス部４付近の締付応力や残留応力が分散されるとともに、剛性が向上する。また、トップデッキ部８の変形が抑制され、その平滑性が良好となることから、シリンダヘッドとの間のシール性が向上する。そして、このリブ１１の形成に伴いウォータジャケット７上部７ａのＲ形状の曲率半径が大きくなるので、応力集中による亀裂発生を防止できる。
【００３２】
特に、ボルト軸力との関係から亀裂が生じやすいシリンダブロック１端部のヘッドボルトボス部４についてのみリブ１１が設けられるので、シリンダブロック１全体の軽量化を損なわずに最小限の重量増加でもって効果的な強度向上を達成することができる。従って、例えば、鋳鉄による鋳造後に、残留応力除去のための焼鈍を行う必要がなくなる。
【００３３】
なお、ウォータジャケット７上部に狭小部が存在しないことから、鋳造時の湯流れが良好なものとなり、鋳造欠陥の低減の上でも有利となる。
【００３４】
一方、ボルト軸力を受けるヘッドボルトボス部４にリブ１１を介してシリンダ壁６が連結されると、シリンダ壁６が部分的に半径方向外側へ引っ張られ、シリンダボア３の変形を生じるおそれがあるが、上記のようにリブ１１が連結される部分を予め厚肉としておくことで、シリンダ壁６の変形ひいてはシリンダボア３の真円度の低下を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るシリンダブロックのトップデッキ部直下付近での断面図。
【図２】このシリンダブロックのトップデッキ部の平面図。
【図３】図２のＤ−Ｄ線に沿った要部の断面図。
【図４】図１の要部拡大図。
【図５】シリンダ壁の肉厚の増加部分を示す断面説明図。
【図６】従来のシリンダブロックのトップデッキ部の平面図。
【図７】そのＥ−Ｅ線に沿った要部の断面図。
【図８】この従来のシリンダブロックのヘッドボルトボス部の変形状態を示す説明図。
【符号の説明】
１…シリンダブロック
３…シリンダボア
４…ヘッドボルトボス部
５…ウォータジャケット壁
６…シリンダ壁
７…ウォータジャケット
８…トップデッキ部
１１…リブ
【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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