(57)【要約】【課題】クランク軸の軸心を通る面を境に上下に分割された、アルミ合金製のアッパブロックとロアブロックと、からシリンダブロックを構成するにあたり、シリンダ部の上部と下部との温度差を低減してシリンダ部とピストンリングとの摩擦抵抗を低減し、かつ、クランク軸の軸受部の真円度を確保すること。【解決手段】クランク軸の軸心を通る面を境に上下に分割された、アルミ合金製のアッパブロックとロアブロックと、を備えた多気筒エンジンのシリンダブロック構造において、前記アッパブロックのスカート部と前記ロアブロックの側壁部との間、及び、クランク軸の軸受部を構成する、前記アッパブロックの上部軸受部と前記ロアブロックの下部軸受部との間に、アルミ合金よりも熱伝導率が低い金属材を介挿したことを特徴とする。【選択図】図１
2007120304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸の軸心を通る面を境に上下に分割された、アルミ合金製のアッパブロックとロアブロックと、を備え、
前記アッパブロックは、
シリンダ部と、該シリンダ部の下方に形成され、前記クランク軸を収容するクランク室を形成するスカート部と、前記クランク室内に形成され、前記クランク軸の軸受の上半分を形成する上部軸受部と、を備え、
前記ロアブロックは、
前記スカート部の下面に対峙する上面を有し、前記スカート部と共に前記クランク室を形成する側壁部と、前記側壁部に接続され、前記クランク軸の軸受の下半分を形成する下部軸受部と、を備えた、多気筒エンジンのシリンダブロック構造において、
前記スカート部と前記側壁部との間、及び、前記上部軸受部と前記下部軸受部との間に、アルミ合金よりも熱伝導率が低い金属材を介挿したことを特徴とする多気筒エンジンのシリンダブロック構造。
【請求項２】
前記金属材がステンレス製であることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンのシリンダブロック構造。
【請求項３】
前記シリンダ部にはシリンダライナが配設され、
前記シリンダ部の下部において、前記シリンダ部の周壁と前記シリンダライナとの間に空気層を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の多気筒エンジンのシリンダブロック構造。
【請求項４】
前記シリンダ部にはシリンダライナが配設され、
前記シリンダライナの厚さが、相対的に、その上部側が厚く、その下部側が薄いことを特徴とする請求項１又は２に記載の多気筒エンジンのシリンダブロック構造。
【請求項５】
前記シリンダライナの厚さが、相対的に、その上部側が厚く、その下部側が薄いことを特徴とする請求項３に記載の多気筒エンジンのシリンダブロック構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多気筒エンジンのシリンダブロック構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのシリンダ部とピストンリングとの摩擦抵抗は、これが大きいと燃費の悪化等をもたらすため、できるだけ小さい方が望ましいことが知られている。摩擦抵抗を低減する技術として、従来では、例えば、特許文献１及び２に記載のものが提案されている。特許文献１にはシンリダ周壁に電気式ヒータを埋設し、冷機時にシリンダ部周壁を加温することでシリンダ部とピストンとの摩擦抵抗を低減する技術が開示されている。また、特許文献２にはクランクケースの内側表面やオイルパンの内側表面、並びに、シリンダブロックのアッパブロック（アッパケース）とロアブロック（ロアケース）との周縁部分間に、樹脂、ゴム、発泡材若しくは耐熱塗料等を被覆し、これを断熱材として機能させることで、ピストン内からオイルパンへ流下するオイルの温度低下を低減し、冷機時の各摺動部の摺動抵抗を低減する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７１８８６号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、シリンダ部の上方には燃焼室が形成されるため、シリンダブロックはその上部が高温となり易くなる一方、相対的に下部が低温となり易い。この結果、シリンダ部の上部では熱膨張によりボア径が拡大し易く、シリンダ部の上部と下部とでボア径の格差が生じてシリンダ部とピストンリングとの摩擦抵抗が大きくなる。すなわち、シリンダ部の上部と下部とでボア径の格差が生じると、低いピストンリングの張力ではガスシール性が低下するため、ピストンリングの張力を高めざるを得ず、この結果、シリンダ部とピストンリングとの摩擦抵抗が大きくなる。
【０００５】
特に近年ではエンジンの軽量化のため、シリンダブロックの素材としてアルミ合金を採用することが普及しつつあるが、アルミ合金は放熱性がよいためシリンダ部の上部と下部とで温度差が生じ易く、この傾向が強くなってシリンダ部とピストンリングとの摩擦抵抗が大きくなり易い。また、シリンダブロックをクランク軸の軸心を通る面を境に上下に分割されたアッパブロックとロアブロックとをから構成した場合にはロアブロックでの放熱により、シリンダ部の上部と下部とで温度差が一層生じ易い。
【０００６】
このような問題に対して、例えば、特許文献１のように電気式ヒータを設ける方策はコスト高を招くため好ましくない。また、特許文献２のように樹脂等の断熱材をアッパブロックとロアブロックとの間に介在させるとクランク軸の軸受部の真円度を確保することが難しくなる。更に、特許文献２のものではアッパブロックから軸受キャップへの放熱を低減できない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、クランク軸の軸心を通る面を境に上下に分割された、アルミ合金製のアッパブロックとロアブロックと、からシリンダブロックを構成するにあたり、シリンダ部の上部と下部との温度差を低減してシリンダ部とピストンリングとの摩擦抵抗を低減し、かつ、クランク軸の軸受部の真円度を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、クランク軸の軸心を通る面を境に上下に分割された、アルミ合金製のアッパブロックとロアブロックと、を備え、前記アッパブロックは、シリンダ部と、該シリンダ部の下方に形成され、前記クランク軸を収容するクランク室を形成するスカート部と、前記クランク室内に形成され、前記クランク軸の軸受の上半分を形成する上部軸受部と、を備え、前記ロアブロックは、前記スカート部の下面に対峙する上面を有し、前記スカート部と共に前記クランク室を形成する側壁部と、前記側壁部に接続され、前記クランク軸の軸受の下半分を形成する下部軸受部と、を備えた、多気筒エンジンのシリンダブロック構造において、前記スカート部と前記側壁部との間、及び、前記上部軸受部と前記下部軸受部との間に、アルミ合金よりも熱伝導率が低い金属材を介挿したことを特徴とする多気筒エンジンのシリンダブロック構造が提供される。
【０００９】
このシリンダブロック構造によれば、前記スカート部と前記側壁部との間、及び、前記上部軸受部と前記下部軸受部との間に、アルミ合金よりも熱伝導率が低い金属材を介挿することにより、当該金属材が断熱材として機能し、前記アッパブロックから前記ロアブロックへの熱伝導が低減される。従って、シリンダ部の上部と下部との温度差を低減し、ガスシール性を確保した上でピストンリングの張力を低下させることができ、シリンダ部とピストンリングとの摩擦抵抗を低減することができる。また、前記金属材を介挿することで従来と同様に前記アッパブロックと前記ロアブロックとを締結して加工することができ、クランク軸の軸受部の真円度も確保される。
【００１０】
本発明においては、前記金属材がステンレス製であることが望ましい。ステンレスはアルミ合金よりも熱伝導率が極めて低く、また、剛性が高いため、断熱機能及びクランク軸の軸受部の真円度の確保に好適である。
【００１１】
また、本発明においては、前記シリンダ部にはシリンダライナが配設され、前記シリンダ部の下部において、前記シリンダ部の周壁と前記シリンダライナとの間に空気層を形成した構成を採用できる。この構成によれば、前記空気層が断熱作用を発揮することで、前記シリンダ部の下部において前記シリンダライナから前記シリンダ部の周壁への熱伝導が低減される。従って、シリンダ部の上部と下部とでの温度差をより一層低減できる。
【００１２】
また、本発明においては、前記シリンダ部にはシリンダライナが配設され、前記シリンダライナの厚さが、相対的に、その上部側が厚く、その下部側が薄い構成を採用できる。この構成によれば、前記シリンダライナの下部の熱容量が上部に比べて小さくなり、当該上部から下部への熱伝導が向上する。従って、シリンダ部の上部と下部とでの温度差をより一層低減できる。
【００１３】
また、本発明においては、前記空気層の形成と、前記シリンダライナの厚みを上記の通り上部と下部とで異なるようにすることと、を併用してもよく、この場合、シリンダ部の上部と下部とでの温度差を更に低減できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べた通り、本発明によれば、クランク軸の軸心を通る面を境に上下に分割された、アルミ合金製のアッパブロックとロアブロックと、からシリンダブロックを構成するにあたり、シリンダ部の上部と下部との温度差を低減してシリンダ部とピストンリングとの摩擦抵抗を低減し、かつ、クランク軸の軸受部の真円度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックＡの構造説明図、図２はシリンダブロックＡの分解斜視図及びシリンダブロックＡに収容されるクランク軸１００の斜視図である。シリンダブロックＡはクランク軸１００の軸心を通る面を境に上下に分割された、アルミ合金製のアッパブロック１０とロアブロック２０と、を備え、本実施形態の場合は直列４気筒エンジンのシリンダブロックを構成する。
【００１６】
アッパブロック１０は、４つのシリンダ部１１と、シリンダ部１１の下方に形成され、クランク軸１００を収容するクランク室１を形成するスカート部１２と、クランク室１内に形成されると共にスカート部１２に一体に接続され、クランク軸１００の軸受の上半分を形成する上部軸受部１３と、を備える。スカート部１２は気筒列方向と直交する方向に離間して一対形成されている。また、シリンダ部１１にはシリンダライナ１１ａが配設され、シリンダ部１１の周壁には冷却水が通過するウォータジャケット１１ｂが形成されている。
【００１７】
ロアブロック２０は、スカート部１２の下面１２ａに対峙する上面２１ａを有し、気筒列方向に延在してスカート部１２と共にクランク室１を形成する側壁部２１と、側壁部２１に一体に接続され、クランク軸１００の軸受の下半分を形成する下部軸受部２２と、を備える。側壁部２１は気筒列方向と直交する方向に離間して一対形成されている。
【００１８】
上部軸受部１３と下部軸受部２２とは、シリンダ部１１の数（４つ）に応じてそれぞれ５つ形成されている。各上部軸受部１３及び各下部軸受部２２には、半円筒状の軸受３０、３１が設けられる。軸受３０と軸受３１とは両者で円筒状をなし、クランク軸１００が支持される軸穴３２を形成する（図１）。上部軸受部１３と下部軸受部２２とは、各々対峙する位置に配設されており、それぞれスカート部１２間、側壁部２１間を結ぶように気筒列方向と直交する方向に平面視で櫛歯状に形成されている。
【００１９】
スカート部１２の下面１２ａと上部軸受部１３の下面１３ａは面一に形成されており、また、側壁部２１の上面２１ａと下部軸受部２２の上面２２ａは面一に形成されている。側壁部２１の上面２１ａと下部軸受部２２の上面２２ａは連続している部分もあれば、連続していない部分も存在する（図２）。ロアブロック２０の底面には開口部２３が設けられており、開口部２３はロアブロック２０の底部に取り付けられる不図示のオイルパンへの油穴を構成している。
【００２０】
次に、本実施形態のシリンダブロックＡではスカート部１２と側壁部２１との間、及び、上部軸受部１３と下部軸受部２２との間に、アルミ合金よりも熱伝導率が低い金属材４０が介挿されている。金属材４０は平板状に形成され、気筒列方向に直行する方向に離間したスカート部１２及び側壁部２１に対応して２つ介挿される。金属材４０はまた、スカート部１２の下面１２ａ、上部軸受部１３の下面１３ａ、側壁部２１の上面２１ａ並びに下部軸受部２２の上面２２ａの輪郭と略同じ輪郭となるように形成され、これらの面に形成されているボルト穴等に対応した穴が設けられている。
【００２１】
係る構成からなるシリンダブロックＡでは、アッパブロック１０とロアブロック２０とを、金属材４０を介挿した状態で不図示のボルトにより締結される。アッパブロック１０及びロアブロック２０を構成するアルミ合金よりも熱伝導率が低い金属材４０がアッパブロック１０及びロアブロック２０間に介挿されているため、金属材４０が断熱材として機能し、アッパブロック１０からロアブロック２０への熱伝導が低減される。特に、スカート部１２と側壁部２１との間のみならず上部軸受部１３と下部軸受部２２との間にも金属材４０が介挿されているのでアッパブロック１０とロアブロック２０との熱伝導を略完全に断熱できる。
【００２２】
上述したように、シリンダ部１０の上方には燃焼室が形成されるため、シリンダブロックＡはその上部が高温となり易くなる一方、相対的に下部が低温となり易い。特に、アルミ合金は放熱性がよいためシリンダ部１１の上部と下部とで温度差が生じ易く、更に、本実施形態のようにシリンダブロックＡをアッパブロック１０とロアブロック２０とから構成すると、ロアブロック２０での放熱により、シリンダ部１１の上部と下部とで温度差が一層生じ易い。
【００２３】
本実施形態では金属材４０によりアッパブロック１０からロアブロック２０への熱伝導が低減されるので、シリンダ部１１の上部から下部へ伝導する熱が外部へ放熱し難くなり、シリンダ部１１の上部と下部との温度差が低減される。この結果、シリンダライナ１１ａの上部が下部よりも相対的に膨張してボア径の差が生じることを低減し、シリンダ部１１と不図示のピストンリングとの摩擦抵抗を低減できる。
【００２４】
また、断熱材として樹脂等ではなく、金属材４０を介挿することで従来と同様にアッパブロック１０とロアブロック２０とを締結して加工することができ、クランク軸１００の軸受部の真円度も確保される。つまり、金属材４０を介挿してアッパブロック１０とロアブロック２０とを締結し、上部軸受部１３と下部軸受部２２とにより形成される穴の仕上げ加工ができる。
【００２５】
金属材４０はステンレス製であることが望ましい。ステンレス（ＳＵＳ３０４）はその熱伝導率が１６（Ｗ／ｍ・℃）であり、アルミ合金（ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２）の９６（Ｗ／ｍ・℃）よりも極めて低い。また、剛性が高いため、クランク軸１００の軸受部の真円度の確保に好適である。
【００２６】
＜第２実施形態＞
図３（ａ）は本発明の第２実施形態に係るシリンダブロックＢの構造説明図である。同図においてシリンダブロックＡと同じ構成について同じ符号を付し、説明を割愛する。シリンダブロックＢはシリンダ部１１の下部において、シリンダ部１１の周壁とシリンダライナ１１ａとの間に空気層１１ｃが形成されている。
【００２７】
空気の熱伝導率は０．０２６（Ｗ／ｍ・℃）であり、アルミ合金（ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２）と比べると著しく小さい。従って、空気層１１ｃが断熱作用を発揮することで、シリンダ部１１の下部においてシリンダライナ１１ａからシリンダ部１１の周壁への熱伝導が低減される。従って、シリンダ部１１の上部と下部との温度差をより一層低減できる。
【００２８】
空気層１１ｃはシリンダライナ１１ａの全周に渡って形成してもよいし、一部に形成してもよい。また、図３（ａ）の例ではシリンダ部１１の周壁とシリンダライナ１１ａの外周とにそれぞれ凹部を設けて空気層１１ｃを形成しているが、いずれか一方に凹部を設けて空気層１１ｃを形成してもよい。
【００２９】
＜第３実施形態＞
図３（ｂ）は本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックＣの構造説明図である。同図においてシリンダブロックＡと同じ構成について同じ符号を付し、説明を割愛する。シリンダブロックＣはシリンダライナ１１ａ’の厚さが、相対的に、その上部側が厚く、その下部側が薄く構成されている。ボア径は上部から下部に渡って一致しており、本実施形態ではシリンダライナ１１ａ’は内径が共通で外径が次第に変化する、テーパ状の筒体をなしている。また、シリンダ部１１’の内壁はシリンダライナ１１ａ’の外形に応じてテーパ状の筒体をなしている。
【００３０】
本実施形態では、シリンダライナ１１ａ’の下部の熱容量が上部に比べて小さくなり、当該上部から下部への熱伝導が向上する。従って、シリンダ部１１’の上部と下部との温度差をより一層低減できる。
【００３１】
なお、この第３実施形態のようにシリンダライナ１１ａ’の厚さを相対的に、その上部側が厚く、その下部側が薄く構成することと、第２実施形態のような空気層１１ｃとを併用することで、シリンダ部の上部と下部との温度差をより一層低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックＡの構造説明図である。
【図２】シリンダブロックＡの分解斜視図及びシリンダブロックＡに収容されるクランク軸１００の斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施形態に係るシリンダブロックＢの構造説明図、（ｂ）は本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックＣの構造説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ乃至Ｃ  シリンダブロック
１  クランク室
１０  アッパブロック
１１、１１’  シリンダ部
１１ａ、１１ａ’  シリンダライナ
１１ｃ  空気層
１２  スカート部
１３  上部軸受部
２０  ロアブロック
２１  側壁部
２２  下部軸受部
４０  金属材
１００  クランク軸
【図１】
2007120304.tif 000003
【図２】
2007120304.tif 000004
【図３】
2007120304.tif 000005