(57)【要約】【課題】剛性が高く変形しにくいシリンダブロックを提供する。【解決手段】シリンダが設けられるシリンダブロック（１）であって、シリンダ（１０１）が設けられるクランクヘッド（１０）と、シリンダ（１０１）の軸線に略垂直にクランク軸の軸線が交差するような位置関係で当該クランク軸を収納するためのクランクケース（１１）と、から構成される。このクランクケース（１１）が、シリンダ（１０１）の軸線に対し一方の側面方向に開放した形状を備えている。このため曲げに対する断面係数が高く、変形しにくいシリンダブロックとなる。【選択図】    図１
2004245101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダを備えるシリンダブロックであって、
前記シリンダが設けられるクランクヘッドと、前記シリンダの軸線に略垂直にクランク軸の軸線が交差する位置関係で当該クランク軸を収納するためのクランクケースと、から構成され、
前記クランクケースが、前記シリンダの軸線に対し一方の側面方向に開放した形状を備えているシリンダブロック。
【請求項２】
前記クランク軸のジャーナルを受ける軸受が、前記シリンダの軸線に対する前記側面方向に開放して半円周状に設けられている、請求項１に記載のシリンダブロック。
【請求項３】
前記クランク軸のジャーナルを前記軸受に回転自在に取り付けるためのクランクキャップが、前記シリンダの軸線に対して前記側面方向から取り付けられる構造を備える、請求項２に記載のシリンダブロック。
【請求項４】
前記クランクケースは、前記クランク軸の軸線に対して前記クランクヘッドが設けられている方向とは略反対側にオイルパンが設けられている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリンダブロック。
【請求項５】
前記クランクケースは、前記側面方向から前記クランク軸を覆うカバーを取り付けることが可能な構造を備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシリンダブロック。
【請求項６】
前記クランクケースは、前記クランク軸のピン及びアームの回転領域のうち、前記シリンダの軸線に対する前記側面方向とは反対方向の前記回転領域を覆う構造を備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリンダブロック。
【請求項７】
前記クランクケースは、前記クランク軸のピン及びアームの回転領域のうち、前記シリンダの軸線に対する前記側面方向とは反対方向の側面より広い前記回転領域を覆う構造を備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリンダブロック。
【請求項８】
前記クランクケースにおける前記側面の開放は、前記クランク軸が着脱自在な開口面積を有する開口部を形成している、請求項７に記載のシリンダブロック。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシリンダブロックを備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の一部を形成するシリンダブロックに係り、特に、変形に強いシリンダブロック構造の提案に関する。
【従来の技術】
従来、シリンダブロックは、例えば、特開２０００−２３０４５５号公報に示すように、シリンダの下方に向けて裾広がりに開放した形状の中空ダイカスト構造をしていた（特許文献１）。このようなシリンダブロックでは、クランク軸を下方から取り付け、さらに開放された下端をオイルパンで封鎖して内燃機関を構成するようになっていた。
【特許文献１】
特開２０００−２３０４５５号公報（図１〜３）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のシリンダブロックでは、構造上、シリンダブロックの上部から締結されるボルトの軸力によって変形し、クランク軸の回転動作に不要な摩擦を生じさせる、という課題が生じていた。
すなわち、従来のシリンダブロックの形状では、クランクケース部分の剛性が弱く、全体的な剛性を決める部分が実質的にクランクキャップ部分のみとなる。このため、ボルト締結に伴う曲げモーメントによってクランクケースに歪みが発生し、収納するクランク軸の自由な回転を阻害するような摩擦を生じてしまっていたのである。
従来の下部に開放したシリンダブロックの構造で剛性を高めるためには、例えばクランクケース内にラダーフレームを配置することが考えられていたが、フレーム構造のため容積を大きくせざるを得なくなっていた。
【課題を解決する手段】
上記課題を解決するために、本発明は、剛性が高く変形しにくいシリンダブロックを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダを備えるシリンダブロックであって、シリンダが設けられるクランクヘッドと、シリンダの軸線に略垂直にクランク軸の軸線が交差する位置関係で当該クランク軸を収納するためのクランクケースと、から構成され、クランクケースが、シリンダの軸線に対し一方の側面方向に開放した形状を備えているシリンダブロックである。
上記構成によれば、クランクケースは側面方向に開放しているため、従来型の下方に開放したクランクケースを有するシリンダブロックに比べ、軸方向（縦方向）の厚みが厚くなる。このためシリンダブロック全体の曲げに対する断面係数が相対的に大きくなる。曲げに対する断面係数が大きくなるので、当該シリンダブロックはボルトの締結等で生ずる曲げモーメントに対して剛性が従来のシリンダブロックより高くなり、クランクケースの変形が生じなくなる。このため、クランク軸とクランクケース中の軸受との間に生ずる摩擦を減少させることとなる。
ここで本発明において「シリンダの軸線」とは、シリンダの筒中心軸をいう。また「側面方向」は、シリンダの軸線に対し真横方向のみを指すのではなく、軸方向からはずれた方向をも含む意味である。例えば、多気筒型の内燃機関用シリンダブロック（例えばＶバンクを有する８気筒エンジン）では、通常の配置向きでシリンダの軸線は水平面と直角でない所定角で交差する場合が存在する。このような場合にはシリンダブロックは前記水平面に平行な方向に開口していることが好ましい。本発明の側面方向は、このような場合を含む趣旨である。
また「クランクヘッド」とは、シリンダブロックのうち、シリンダが形成される部位を意味し、クランクケースと連続して形成されている。
ここで、クランク軸のジャーナルを受ける軸受が、シリンダの軸線に対する側面方向に開放して半円周状に設けられている。このような構成によれば、クランク軸は側面方向から取り付け可能になる。
また、クランク軸のジャーナルを軸受に回転自在に取り付けるためのクランクキャップが、シリンダの軸線に対して側面方向から取り付けられる構造を備える。このような構成によれば、従来型の下方からクランク軸を固定する構造に代わり、側面方向からクランク軸を固定可能になる。
また、クランクケースは、クランク軸の軸線に対してクランクヘッドが設けられている方向とは略反対側にオイルパンが設けられていることが好ましい。このような構成によれば、オイルパンが一体型になってシリンダブロックに設けられていることになる。
また、クランクケースは、側面方向からクランク軸を覆うカバーを取り付けることが可能な構造を備える。このような構造によれば、クランク軸を覆う目的のためにカバーを側面から取り付ければよくなり、剛性の担保やオイル供給構造を兼ねたオイルパンを別部材として設ける必要が無くなる。
ここで、クランクケースは、クランク軸のピン及びアームの回転領域のうち、シリンダの軸線に対する側面方向とは反対方向の回転領域を覆う構造を備える。このような構造によれば、クランク軸の回転体積のうち約半分の領域がシリンダブロック自体でカバーされるようになる。
また他の本発明によれば、クランクケースは、クランク軸のピン及びアームの回転領域のうち、シリンダの軸線に対する側面方向とは反対方向の側面より広い回転領域を覆う構造を備える。このような構造によれば、剛性に寄与するクランクケース部分が、回転領域より多い領域にまで覆っていることとなるため、剛性の向上に寄与する部材がさらに多くなり、さらに剛性を高めることができるようになる。
また、クランクケースにおける側面の開放は、クランク軸が着脱自在な寸法を有する開口部を形成していることが好ましい。このような構造によれば、クランクケース側面の開口はクランクケースの着脱ができる寸法となり残りのクランクケース部分は総てシリンダブロックの剛性向上に寄与していることになるため、シリンダブロック全体の剛性をさらに高めることができる。
本発明は、上記したような本発明のシリンダブロックを備える内燃機関でもある。このような内燃機関では、シリンダブロックの剛性が高いためクランク軸のスムースな回転を担保し、かつ、剛性確保の構造体が不要であるためコンパクトな内燃機関を提供できることになる。
なお、本発明において、「内燃機関」には特に限定はなく、任意の気筒数のエンジンが相当している。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
本第１実施形態は、本発明に係るシリンダブロックを適用した４気筒内燃機関用シリンダブロックであり、特に、シリンダの軸線に沿って側面に開放したクランクケースを備えるシリンダブロックに関する。
図１に、本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックの構造を説明する斜視図を示す。図２に、図１のＡ−Ａ切断面に沿って隔壁を切断した断面図を示す。図１及び図２に示すように、当該シリンダブロック１は、シリンダ１０１が設けられているクランクヘッド１０とクランク軸が収納されるクランクケース１１とが一体的に形成されている。
クランクヘッド１０は、シリンダ１０１が気筒数分（ここでは４気筒分）設けられており、シリンダ間及びクランク軸の両端に対応する部分には、隔壁１０２が形成されている。クランクヘッド１０の上面１００には、図示しないシリンダヘッド及びシリンダヘッドカバーがボルトで締結可能になっており、シリンダ１０１に燃料を供給するバルブ構造や点火プラグ構造を提供するようになっている。クランクヘッド１０の一方の側面にはカバー２１の一方の縁を取り付けるための取り付け面１０３が設けられている。シリンダブロック１は、ダイカスト鋳造法等により、多数の中空部分を包含して形成されている。すなわち、クランクヘッド１０の内部には、シリンダを冷却するための冷却水を循環させるための流通路であるウォータージャケット１０４や外周ジャケット１０５が設けられており、図示しない冷却水循環機構により冷却水を循環させることにより、シリンダヘッドを冷却することが可能な構造になっている。
クランクケース１１は、シリンダ１０１の軸線Ｃ１に略垂直にクランク軸の軸線Ｃ２が交差するような位置関係で当該クランク軸を収納するための構造を備えており、シリンダ１０１の軸線Ｃ１に対し一方の側面方向（図２における左方向）に開放した形状を備えている。具体的には、クランクヘッド１０における隔壁１０２が下部まで延在し、隔壁１０２により、中空部１１１が形成されている。隔壁１０２にクランク軸の軸線Ｃ２が当接する部位には、半円形状の軸受１１３が設けられている。軸受１１３の近傍には、クランクキャップ２０を取り付けるためのボルト穴１１４が設けられている。また、クランクケース１１の下方は、フランジ１１５が張り出しており、潤滑油を貯留させるためのオイルパン１１６を形成している。フランジ１１５の端部には、カバー２１の他方の縁を取り付けるための取り付け面１１７が設けられている。なお、カバー２１の一部が取り付け面１１７に封止されることにより、カバー２１がオイルパンの側面構成を兼ねるようになっている。
上記構造を有するシリンダブロックを用いて内燃機関を構成する場合、図示しないクランク軸は側面方向からクランクケース１１の軸受１１３にそのジャーナルが位置するように取り付けられ、クランクキャップ２０でクランク軸のジャーナルを回転自在に固定する。クランク軸を取り付けた後、カバー２１を側面から被せ、取り付け面１０３と１１７とで所定の方法で固定する。さらにこのようなシリンダブロック１に対し、内燃機関を構成する他の部材、例えばタイミングチェーンカバー、シリンダヘッド、及びシリンダヘッドカバー等を取り付けることで、内燃機関としての構造が提供できる。
本第１実施形態におけるシリンダブロック１によれば、クランクケース１１は、クランク軸のピン及びアームの回転領域のうち、シリンダ１０１の軸線Ｃ１に対する側面方向とは反対方向の回転領域ａ１（図２参照）を覆う構造を備え、クランク軸の回転体積のうち約半分の領域がシリンダブロック自体でカバーされるようになっている。
このシリンダブロック１において、クランクケース１１は側面方向に開放しているため、従来型の下方に開放したクランクケースを有するシリンダブロックに比べ、シリンダ１０１の軸線Ｃ１の方向の厚みが厚くなる。このことはシリンダブロック全体の曲げに対する断面係数が相対的に大きくなることを意味している。曲げに対する断面係数が大きくなると、部材はその方向に対して剛性が高くなる。つまり、シリンダヘッド等をボルトで締結する場合に生じる曲げモーメントに対し、当該シリンダブロック１は高い剛性で抗することになり、よってシリンダブロック１の変形が生じなくなる。シリンダブロック１が変形しにくいということは、ボルトの締結如何によってもクランクケース１１の軸受１１３の位置が殆ど変化しないことを意味するため、クランク軸とクランクケース中の軸受との間に生ずる摩擦を減少させることとなる。
＜第２実施形態＞
本第２実施形態は、本発明に係るシリンダブロックを適用した４気筒内燃機関用シリンダブロックであり、特に、クランク軸のピン及びアームの回転領域のうち、シリンダの軸線に対する側面方向とは反対方向の側面より広い回転領域を覆うクランクケース構造を備える点で、上記第１実施形態と異なっている。
図４に、本発明の第２実施形態に係るシリンダブロックの構造を説明する斜視図を示す。図５に、図４のＢ−Ｂ切断面に沿って隔壁を切断した断面図を示す。図４及び図５に示すように、当該シリンダブロック１ｂは、シリンダ１０１が設けられているクランクヘッド１０ｂとクランク軸が収納されるクランクケース１１ｂとが一体的に形成されている。
クランクヘッド１０ｂは、シリンダ１０１が気筒数分（ここでは４気筒分）設けられており、シリンダ間及びクランク軸の両端に対応する部分には、隔壁１０２ｂが形成されている。クランクヘッド１０ｂの上面１００には、図示しないシリンダヘッド及びシリンダヘッドカバーがボルトで締結可能になっており、シリンダ１０１に燃料を供給するバルブ構造や点火プラグ構造を提供するようになっている。クランクヘッド１０ｂの一方の側面下方にはカバー２１ｂの一方の縁を取り付けるための取り付け面１０３ｂが設けられている。
特に、本第２実施形態のクランクヘッド１０ｂでは、取り付け面１０３ｂの付近が大きくせり出しており、隔壁１０２ｂに梁構造ａ２が形成されている点で、上記第１実施形態と異なっている。内部の鋳鋼構造１０４及び１０５については、第１実施形態と同様である。
クランクケース１１ｂは、シリンダ１０１の軸線Ｃ１に略垂直にクランク軸の軸線Ｃ２が交差するような位置関係で当該クランク軸を収納するための構造を備えており、シリンダ１０１の軸線Ｃ１に対し一方の側面方向（図４における左方向）に開放した形状を備えている。具体的には、クランクヘッド１０ｂにおける隔壁１０２ｂが下部まで延在し、隔壁１０２ｂにより、中空部１１１ｂが形成されている。また、クランクケース１１ｂの下方は、フランジ１１５ｂが張り出しており、シリンダ１０１の軸線と交差する点周辺を結んで潤滑油を貯留させるためのオイルパン１１６ｂとなっている。フランジ１１５ｂの端部には、カバー２１の他方の縁を取り付けるための取り付け面１１７ｂが設けられている。隔壁１０２ｂにクランク軸の軸線Ｃ２が当接する部位には、半円形状の軸受１１３が設けられている。軸受１１３の近傍には、クランクキャップ２０を取り付けるためのボルト穴１１４が設けられている。
なお、カバー２１の一部が取り付け面１１７ｂに封止されることにより、カバー２１がオイルパンの側面構成を兼ねるようになっている。
特に、本第２実施形態のクランクケース１１ｂでは、フランジ１１５ｂが上記第１実施形態よりも大きく張り出しており、隔壁１０２ｂの下部に梁構造ａ２が形成されている点で異なっている。
上記構造を有するシリンダブロック１を用いて内燃機関を構成する場合、図示しないクランク軸を側面方向からクランクケース１１ｂの軸受１１３にそのジャーナルが位置するように取り付け、クランクキャップ２０でジャーナルを回転自在に固定する。クランク軸を取り付けた後、カバー２１ｂを側面から被せ、取り付け面１０３ｂと１１７ｂとで所定の方法で固定する。さらにこのようなシリンダブロック１ｂに対し、内燃機関を構成する他の部材、例えばタイミングチェーンカバー、シリンダヘッド、及びシリンダヘッドカバー等を取り付けることで、内燃機関としての構造が提供できる。
特に、本第２実施形態によれば、クランクケース１１ｂは側面方向に開放しているだけでなく、クランク軸のピン及びアームの回転領域のうち、シリンダ１０１の軸線Ｃ１に対する側面方向とは反対方向の側面における回転領域ａ１に、梁構造の領域ａ２及びａ３を加えた、より広い回転領域を覆う構造を備える。従って、第１実施形態に比べ、梁構造ａ２及びａ３の部分だけシリンダ１０１の軸線方向Ｃ１に厚みを増した構造をなっており、曲げに対する断面係数をさらに上昇させている。そのため一段と曲げに対して強く、変形しにくい構造を備えている。
また本第２実施形態によれば、クランクヘッド１０ｂ下部の張り出しとフランジ１１５ｂの張り出しにより、カバー２１ｂで覆うべき幅Ｌ（図５）が第１実施形態よりも小さくなっており、カバーで覆う面積が小さくなっている。この開口部はクランク軸を着脱するのに足りる程度の面積に抑えれば、さらに変形しにくい構造を提供できることになる。すなわち、開口の面積が小さければ小さいほど、カバ−２１ｂより強い構造部材（すなわちシリンダブロック本体）で覆う体積部分を大きくでき、変形しにくい構造となるからである。
以上、本第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果であって、さらに変形しにくい構造を提供できる。
【実施例】
次に、本発明に係るシリンダブロックを製造し、従来型のシリンダブロックとの間で変形の程度を比較した。当該実施例は３気筒のシリンダブロックを製造したもので、両端面を含め４つの軸受（ジャーナル部分：Ｎｏ１〜４）を備えるものである。比較例は、この実施例のシリンダブロックとほぼ同じサイズのシリンダブロックを従来型構造で製造したものである。
図３に、本発明に係るシリンダブロック（実施例）と従来型シリンダブロック（比較例）との間において、締結ボルトでシリンダヘッドを取り付けた場合におけるクランク軸上の位置に対する位置ズレ（同軸度）を測定した結果を示す。
図３を参照すると判るように、比較例では中央部に近いジャーナル（Ｎｏ．２やＮｏ．３）に相当する軸受の位置で特に大きな位置ズレを生じている。これに対し、実施例のシリンダブロックでは殆ど位置ズレを生じていない。すなわち、本発明の構造を備えたシリンダブロックでは、締結ボルトを締めても、クランク軸のジャーナルを固定する軸受の位置が殆ど動かず、クランク軸のスムースな回転を摩擦によって妨げることが無い。
＜変形例＞
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で任意に変形して適用することが可能である。
例えば、当該シリンダブロックにおいて、クランクケースの開口部はシリンダの軸線に対しいわゆる真横を向いて開口していたが、それに限られることはない。シリンダブロックの縦方向の厚みを従来型シリンダブロックより増すことができる構造であれば、上記実施形態の向きに限定されない。例えば、Ｖバンクを有する８気筒エンジンでは、シリンダの軸線はシリンダブロックを設置する水平面に対し斜めの角度になっているが、この場合は、この水平面に対し平行な方向に開口していれば、いわゆる縦方向の剛性を高めることができる。
また、例えばクランクキャップの形状を実施形態と異なられることにより、クランク軸の軸受付近における隔壁形状を異ならせることも可能である。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、クランクケースは側面方向に開放しているため、従来型の下方に開放したクランクケースを有するシリンダブロックに比べ、軸方向（縦方向）の厚みが厚く曲げモーメントに対して剛性が従来のシリンダブロックより高い。このため、クランク軸とクランクケース中の軸受との間に生ずる摩擦を減少させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックの構造を説明する斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るシリンダブロックの構造を説明する断面図であり、図１のＡ−Ａ切断面に沿って隔壁を切断した断面図である。
【図３】図３は、実施例のシリンダブロックと従来型シリンダブロックの比較例との間において、クランク軸上の位置に対する位置ズレ（同軸度）を測定したグラフである。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係るシリンダブロックの構造を説明する斜視図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係るシリンダブロックの構造を説明する断面図であり、図４のＢ−Ｂ切断面に沿って隔壁を切断した断面図である。
【符号の説明】
１、１ｂ…シリンダブロック、１０、１０ｂ…クランクヘッド、１１、１１ｂ…クランクケース、２０…クランクキャップ、２１、２１ｂ…ケース、１０１…シリンダ、１１１、１１１ｂ…中空部、１１２、１１２ｂ…隔壁、１１３…軸受、１１６、１１６ｂ…オイルパン
【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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