(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関のシリンダブロックに関し、部品点数の増加を伴わずにシリンダ軸方向の温度差を抑制させられるようにすることを目的とする。【解決手段】シリンダブロック１０は、ピストンを往復移動可能に保持するシリンダボア壁部１４を備える。シリンダボア壁部１４は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠い側の位置に中空部２２を含む。シリンダ径方向における中空部２２の幅は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８に近い側よりもシリンダヘッド１８から遠い側の方が大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダブロックであって、
ピストンを往復移動可能に保持するシリンダボア壁部を備え、
前記シリンダボア壁部は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッドから遠い側の位置に中空部を含み、
シリンダ径方向における前記中空部の幅は、前記シリンダ軸方向において前記シリンダヘッドに近い側よりも前記シリンダヘッドから遠い側の方が大きいことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。
【請求項２】
前記中空部は、前記シリンダ軸方向において前記シリンダヘッドから遠くなるにつれて前記シリンダ径方向の幅が徐々に大きくなるように形成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。
【請求項３】
前記シリンダブロックは、前記シリンダボア壁部を囲むように形成されたウォータジャケットをさらに備え、
前記中空部は、シリンダ周方向に関しては、前記シリンダ軸方向から前記シリンダブロックを見たときに前記ウォータジャケットよりも前記シリンダ径方向の内側に位置する部位にのみ形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のシリンダブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、内燃機関のシリンダブロックが開示されている。このシリンダブロックは、ピストンを往復移動可能に保持するシリンダボア壁部と、シリンダボア壁部を囲むように形成されたウォータジャケットとを備えている。特許文献１に記載のシリンダブロックでは、シリンダボア壁部におけるシリンダ軸方向の温度差を小さくするために、ウォータジャケットの内部にウォータジャケットスペーサが挿入されている。より具体的には、ウォータジャケットスペーサは、合成樹脂基板と、この合成樹脂基板の所要箇所に設置されたスペーサ本体と、バネとにより構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２９９８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６９０４９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９０１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリンダボア壁部におけるシリンダ軸方向の温度差を小さくするために特許文献１のようにウォータジャケットスペーサを備えるようにすると、部品点数が増加してしまう。また、ウォータジャケットスペーサをシリンダブロックに組み付けるためには手間がかかってしまう。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、部品点数の増加を伴わずにシリンダ軸方向の温度差を抑制させられるようにした内燃機関のシリンダブロック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】
【０００６】
本発明に係る内燃機関のシリンダブロックは、ピストンを往復移動可能に保持するシリンダボア壁部を備える。前記シリンダボア壁部は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッドから遠い側の位置に中空部を含む。シリンダ径方向における前記中空部の幅は、前記シリンダ軸方向において前記シリンダヘッドに近い側よりも前記シリンダヘッドから遠い側の方が大きい。
【０００７】
前記中空部は、前記シリンダ軸方向において前記シリンダヘッドから遠くなるにつれて前記シリンダ径方向の幅が徐々に大きくなるように形成されていてもよい。
【０００８】
前記シリンダブロックは、前記シリンダボア壁部を囲むように形成されたウォータジャケットをさらに備えていてもよい。そして、前記中空部は、シリンダ周方向に関しては、前記シリンダ軸方向から前記シリンダブロックを見たときに前記ウォータジャケットよりも前記シリンダ径方向の内側に位置する部位にのみ形成されていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
燃焼ガスからシリンダボア壁部への熱の供給は、主に、シリンダヘッドに近い側の部位に対して行われる。このため、シリンダボア壁部の温度には、シリンダ軸方向で見たときにシリンダヘッドから遠いほど低くなるという基本的な傾向がある。本発明に係るシリンダブロックが備えるシリンダボア壁部には、シリンダ軸方向においてシリンダヘッドから遠い側の位置に中空部が設けられている。中空部は、断熱層として機能し、シリンダボア側からの熱をシリンダボア壁部の内部においてシリンダ径方向外側に移動させにくくする。このため、本発明によれば、中空部が存在しない側（すなわち、シリンダヘッドに近い側）の部位ではシリンダボア側からシリンダボア壁部への伝熱（熱伝達）を促進でき、一方、中空部が存在する側（すなわち、シリンダヘッドから遠い側）の部位では中空部によってシリンダボア壁部への伝熱を抑制することができる。そのうえで、本発明に係る中空部では、シリンダ軸方向においてシリンダヘッドに近い側よりもそれから遠い側の方がシリンダ径方向の幅が大きくなっている。このため、シリンダヘッドに近い側よりもそれから遠い側において断熱効果をより高められる。したがって、中空部が存在する側の部位において、シリンダヘッドに近い側よりもそれから遠い側でシリンダボア壁部への伝熱をより抑制することができる。以上のことから、本発明によれば、部品点数の増加を伴わずに、シリンダ軸方向の温度差を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関のシリンダブロックをシリンダ軸方向においてシリンダヘッド側から見下ろした図である。
【図２】図１中に示すＡ−Ａ線で切断されたシリンダブロックの断面形状を概略的に表した図である。
【図３】図２中に示すＢ−Ｂ線で切断されたシリンダブロックの断面形状を表した図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るシリンダブロックが備える中空部の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るシリンダブロックが備える中空部の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下に示す実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。なお、各図面において、同一または類似の構成要素には同一の符号を付している。
【００１２】
実施の形態１．
［シリンダブロックの全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関のシリンダブロック１０をシリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８（図２参照）側から見下ろした図である。図１に示すシリンダブロック１０は、一例として、直列４気筒用であり、一列に並んだ４つのシリンダボア１２を備えている。
【００１３】
シリンダブロック１０は、シリンダボア１２を構成する部位であるシリンダボア壁部１４を備えている。シリンダボア壁部１４は、シリンダボア１２内に挿入されたピストン（図示省略）を往復移動可能に保持する。また、シリンダブロック１０は、シリンダボア壁部１４を囲むように形成されたウォータジャケット１６を備えている。
【００１４】
より具体的には、図１に示す一例では、シリンダボア壁部１４は、４つのシリンダボア１２のそれぞれを構成する壁部が一体的に連結した構造（いわゆる、サイアミーズ構造）を有している。そして、ウォータジャケット１６は、シリンダ軸方向からシリンダブロック１０を見たときに、このように一体的に連結されたシリンダボア壁部１４の全周をシリンダボア壁部１４の形状に沿って取り囲むように形成されている。したがって、図１に示す一例では、ウォータジャケット１６は、個々のシリンダボア壁部１４の全周ではなくシリンダ周方向の一部を囲むように形成されている。
【００１５】
［中空部の構成］
図２は、図１中に示すＡ−Ａ線で切断されたシリンダブロック１０の断面形状を概略的に表した図である。なお、Ａ−Ａ線は、シリンダ軸方向から見てシリンダボア１２の中心を通っている。図２に示すように、本実施形態のシリンダボア壁部１４は、シリンダボア１２を構成するために円筒状のシリンダライナ２０を備えている。したがって、シリンダライナ２０の内周面がシリンダボア１２の周面として機能する。シリンダライナ２０は、シリンダ軸方向においては、ピストンの摺動範囲と対応しており、シリンダボア１２のほぼ全体に及ぶように形成されている。また、図２に示す一例では、ウォータジャケット１６は、シリンダ軸方向の一部（より具体的には、シリンダヘッド１８に近い側のシリンダボア１２の部位）を囲むように形成されている。
【００１６】
本実施形態のシリンダボア壁部１４は、図２に示すように、中空部２２を備えている。中空部２２は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠い側の位置に形成されている。より具体的には、図２に示す一例では、中空部２２は、シリンダ軸方向に関しては、シリンダヘッド１８から遠い側のウォータジャケット１６の端部付近から、シリンダヘッド１８から遠い側のシリンダライナ２０の端部付近（換言すると、ピストンの摺動範囲の下死点側の端付近）に及ぶように形成されている。シリンダ径方向に関しては、中空部２２は、一例として、シリンダライナ２０とウォータジャケット１６との間に位置するように形成されている。付け加えると、中空部２２は、シリンダ径方向においては、シリンダボア１２の周面に近接した位置に設けられている。また、シリンダライナ２０に対向する中空部２２の内周面２２ａは、一例として、図２に示すようにシリンダ軸線Ｌと平行になるように形成されている。
【００１７】
さらに、中空部２２は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８に近い側よりもシリンダヘッド１８から遠い側においてシリンダ径方向の幅が大きくなるように形成されている。より具体的には、中空部２２は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠くなるにつれてシリンダ径方向の幅が徐々に（より詳細には、連続的に）大きくなるように形成されている。換言すると、中空部２２は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠くなるにつれシリンダ径方向に徐々に（より詳細には、連続的に）拡大している。そして、図２に示す一例では、中空部２２のシリンダ径方向の幅は、シリンダ軸方向にてシリンダヘッド１８から遠い側の端において最も大きくなっている。また、中空部２２におけるシリンダ径方向外側の外周面２２ｂは、図２に示すようにシリンダ軸線Ｌと垂直な断面において曲線形状（一例として、シリンダ径方向内側に凸となる曲線形状）となっている。
【００１８】
また、本実施形態の中空部２２は、一例として、シリンダ周方向の幅が一定の空間として形成されている。したがって、中空部２２では、シリンダ軸方向に垂直な断面の断面積が、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠くなるにつれて徐々に大きくなるといえる。
【００１９】
図３は、図２中に示すＢ−Ｂ線で切断されたシリンダブロック１０の断面形状を表した図である。なお、Ｂ−Ｂ線は、中空部２２が存在する位置においてシリンダ軸線Ｌと直交している。本実施形態では、中空部２２が存在する部位は、シリンダ周方向に関しては、ウォータジャケット１６との位置関係で次のようにさらに特定される。すなわち、中空部２２は、シリンダ周方向に関しては、図３に示すようにシリンダ軸方向からシリンダブロック１０を見たときに、ウォータジャケット１６よりもシリンダ径方向の内側に位置する部位にのみ形成されている。つまり、中空部２２は、ウォータジャケット１６が設けられていないシリンダボア１２間の部位には形成されていない。換言すると、中空部２２は、シリンダ軸方向からシリンダブロック１０を見たときに、シリンダボア１２の中心点Ｐを中心としてウォータジャケット１６が存在する角度αの範囲内に収まるように形成されている。したがって、本実施形態の中空部２２は、１つのシリンダボア１２に対して２つに分割された態様で備えられている。
【００２０】
なお、シリンダブロック１０の構成では、両端の２つのシリンダボア１２には、中央側の２つのシリンダボア１２とは異なり、シリンダボア１２の列方向の両端側に上記角度αの範囲を超えてウォータジャケット１６が存在している。そこで、両端の２つのシリンダボア１２については、角度αの範囲を超えた部位にも中空部２２を備えるようにしてもよい。しかしながら、本実施形態では、筒内温度の気筒間差を抑制するために、両端の２つのシリンダボア１２に対しても、図３に示す観点での中空部２２の設定を適用している。
【００２１】
［中空部を有するシリンダブロックの製造方法］
上述の中空部２２が形成されたシリンダブロック１０は、例えば、３次元造形機を利用して製造することができる。シリンダブロック１０は、金属材料（一例として、アルミニウム合金）により構成されている。また、中空部２２を有するシリンダブロック１０は、３次元造形機に代えて鋳造を利用して、例えば次のように製造することもできる。すなわち、中空部２２は、例えば、シリンダブロック１０を成型するための鋳型の中に消失中子を挿入して形成することができる。なお、この手法を用いる場合には、鋳造によるシリンダブロック１０の成型時にガス化する中子材料のガス抜きのための通路をシリンダブロック１０に備えるようにし、成型後に当該通路を塞ぐようにすればよい。
【００２２】
［中空部を備えるシリンダブロックの効果］
燃焼ガスからシリンダボア壁部への熱の供給は、主に、シリンダヘッドに近い側の部位に対して行われる。そして、燃焼ガスからシリンダボア壁部への熱の影響はシリンダヘッドから遠くなるにつれ小さくなる。したがって、特別な配慮がなされていないと、シリンダボア壁部の温度は、基本的には、シリンダヘッドに近い側の方がシリンダヘッドから遠い側よりも高くなり、より具体的には、シリンダヘッドから遠くなるにつれ低くなる。その結果、シリンダ軸方向においてシリンダボア壁部に温度差が生じることになる。
【００２３】
これに対し、以上説明したように、シリンダブロック１０のシリンダボア壁部１４は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠い側の位置に中空部２２を備えている。中空部２２は、断熱層として機能し、シリンダボア１２側からの熱をシリンダボア壁部１４の内部においてシリンダ径方向外側に移動させにくくする。このため、本実施形態のシリンダボア壁部１４の構成によれば、図２中に矢印の長さで示すように、シリンダボア１２側からシリンダボア壁部１４への伝熱（熱伝達）は、中空部２２が存在しない側（すなわち、シリンダヘッド１８に近い側）の部位では促進される。より具体的には、本実施形態のシリンダブロック１０はウォータジャケット１６を備えているため、ウォータジャケット１６への伝熱が促進される。一方、中空部２２が存在する側（すなわち、シリンダヘッド１８から遠い側）の部位では、中空部２２によってシリンダボア壁部１４への伝熱が抑制される。
【００２４】
そのうえで、中空部２２は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠い側の位置においてシリンダボア壁部１４に設けられ、かつ、シリンダヘッド１８に近い側よりもそれから遠い側においてシリンダ径方向の幅が大きくなるように形成されている。より具体的には、中空部２２は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠くなるにつれてシリンダ径方向の幅が徐々に大きくなるように形成されている。シリンダ径方向外側に向けてのシリンダボア壁部１４の内部での熱の移動に関し、中空部２２の断熱効果は、シリンダ径方向の幅が大きいほど高くなる。このため、中空部２２によれば、シリンダヘッド１８から遠くなるにつれ断熱効果を高めることができるので、図２中に矢印の長さで示すように、シリンダヘッド１８から遠くなるにつれシリンダボア壁部１４への伝熱をより大きく抑制することができる。
【００２５】
以上のことから、上述の中空部２２を有するシリンダブロック１０によれば、シリンダ軸方向におけるシリンダボア壁部１４（より具体的には、シリンダボア１２の周面付近の部位）の温度差を効果的に小さくすることができる。この温度差を小さくできることで、特に暖機時において、ピストンの摺動に伴うフリクションを低減することができ、また、ピストンの打音を低減することもできる。
【００２６】
また、シリンダブロック１０の強度確保の観点では、中空部２２の設置部位は必要最小限とするのがよい。この点に関し、本実施形態では、シリンダ周方向における中空部２２の設置部位は、ウォータジャケット１６との位置関係で決定されており、より具体的には、中空部２２は、シリンダ軸方向からシリンダブロック１０を見たときに、ウォータジャケット１６よりもシリンダ径方向の内側に位置する部位にのみ形成されている。これにより、シリンダボア壁部１４においてシリンダ径方向外側への伝熱を抑制したい部位（すなわち、シリンダヘッド１８から遠い側の部位）からウォータジャケット１６への伝熱を効率良く（すなわち、中空部２２の設置部位を少なくしながら）抑制することができる。
【００２７】
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係るシリンダブロック３０が備える中空部３２の構成を説明するための図であり、図２と同様の位置で切断されたシリンダブロック３０の断面形状を表している。
【００２８】
本実施形態のシリンダブロック３０は、以下に説明する点を除き、実施の形態１のシリンダブロック１０と同様に構成されている。すなわち、実施の形態１の中空部２２はシリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠くなるにつれてシリンダ径方向の幅が連続的に大きくなるように形成されている。これに対し、本実施形態の中空部３２は、図４に示すようにシリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠くなるにつれてシリンダ径方向の幅が段階的に大きくなるという態様で、シリンダ軸方向においてシリンダヘッド１８から遠くなるにつれてシリンダ径方向の幅が徐々に大きくなるように形成されている。このような構成を有する中空部３２を備えるシリンダブロック３０によっても、シリンダ軸方向におけるシリンダボア壁部１４（より具体的には、シリンダボア１２の周面付近の部位）の温度差を小さくすることができる。
【００２９】
実施の形態３．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。図５は、本発明の実施の形態３に係るシリンダブロック４０が備える中空部４２の構成を説明するための図であり、図２と同様の位置で切断されたシリンダブロック３０の断面形状を表している。
【００３０】
本実施形態のシリンダブロック４０と実施の形態１のシリンダブロック１０との相違点は次の通りである。すなわち、実施の形態１の中空部２２におけるシリンダ径方向外側の外周面２２ｂは、図２に示すようにシリンダ軸線Ｌと垂直な断面において曲線形状となっている。これに対し、本実施形態の中空部３２におけるシリンダ径方向外側の外周面４２ｂは、図５に示すようにシリンダ軸線Ｌと垂直な断面において直線形状となっている。このような構成を有する中空部４２を備えるシリンダブロック４０によっても、シリンダ軸方向におけるシリンダボア壁部１４（より具体的には、シリンダボア１２の周面付近の部位）の温度差を小さくすることができる。
【００３１】
その他実施の形態．
ところで、上述した実施の形態１〜３においては、中空部２２、３２または４２が、シリンダ周方向に関しては、シリンダ軸方向からシリンダブロック１０、３０または４０を見たときに、ウォータジャケット１６よりもシリンダ径方向の内側に位置する部位にのみ形成されている例を挙げた。しかしながら、本発明に係る中空部は、必要に応じて、シリンダ周方向の全体に渡って形成されていてもよい。
【００３２】
また、上述した実施の形態１〜３においては、中空部２２、３２または４２のシリンダ径方向の幅が、シリンダ軸方向にてシリンダヘッド１８から遠い側の端において最も大きくなっている例を挙げた。しかしながら、中空部は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッドに近い側の部位における中空部のシリンダ径方向の幅よりも大きな幅をシリンダヘッドから遠い側の部位が有していれば、シリンダ軸方向におけるシリンダボア壁部の温度差を小さくするという効果を得ることができる。したがって、本発明に係る中空部は、シリンダ軸方向においてシリンダヘッドに近い側の部位とそれから遠い側の部位とが上述の関係を有するものであれば、必ずしもシリンダ径方向の幅がシリンダ軸方向にてシリンダヘッド１８から遠い側の端において最も大きくなっていなくてもよい。また、中空部では、シリンダ軸方向においてシリンダヘッドに近い側の部位とそれから遠い側の部位とは、必ずしも一体的に（１つの空洞として）形成されていなくても、シリンダ軸方向におけるシリンダボア壁部の温度差を小さくすることに寄与するといえる。したがって、本発明に係る中空部は、シリンダ軸方向において任意の数で分割されていてもよい。
【００３３】
また、上述した実施の形態１〜３においては、ウォータジャケット１６を備えるシリンダブロック（すなわち、水冷式の内燃機関用のシリンダブロック）１０、３０または４０を例に挙げた。しかしながら、本発明に係る中空部は、ウォータジャケットを備えないシリンダブロック（例えば、空冷式の内燃機関のシリンダブロック）に適用してもよい。また、本発明に係る中空部は、上述の例に代え、シリンダライナを有しないシリンダブロックに適用してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０、３０、４０  シリンダブロック
１２  シリンダボア
１４  シリンダボア壁部
１６  ウォータジャケット
１８  シリンダヘッド
２０  シリンダライナ
２２、３２、４２  中空部
２２ａ  中空部の内周面
２２ｂ、４２ｂ  中空部の外周面
【図１】
2018035692.tif 000003
【図２】
2018035692.tif 000004
【図３】
2018035692.tif 000005
【図４】
2018035692.tif 000006
【図５】
2018035692.tif 000007