(57)【要約】【課題】  マグネシウム合金の採用による軽量化をより好適な態様で行うことのできるエンジンのシリンダブロックを提供する。【解決手段】  シリンダブロック１２は、シリンダの形成されるシリンダ部２１と、クランクケースの形成されるスカート部４１とに分割されている。また、シリンダ部２１はアルミニウム合金からなり、スカート部４１はマグネシウム合金からなる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの形成されるシリンダ部と、クランクケースの形成されるスカート部とにシリンダブロックを分割形成するとともに、前記シリンダ部をアルミニウム合金製とし、前記スカート部をマグネシウム合金製とした
ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンのシリンダブロックにおいて、
前記シリンダの周囲にウォータジャケットが形成されてなる
ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンのシリンダブロックにおいて、
前記シリンダ部は、前記ウォータジャケットとなる部分を境にそのシリンダ側を構成するシリンダライナ部と、同ウォータジャケットの外側壁を構成するシリンダ外壁部とに更に分割形成されてなる
ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のエンジンのシリンダブロックにおいて、
前記シリンダ部と前記スカート部とは、同スカート部の下面に一体形成された軸受部にクランクキャップを締め付け固定するためのボルトによって一体固定されてなる
ことを特徴とするエンジンのシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダブロックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載用エンジンのシリンダブロックは、一般的に鋳鉄製やアルミニウム合金製であるが、近年にはエンジンの軽量化のため、より低比重な構造材料の採用が検討されている。
例えば特許文献１には、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）が部分的に採用されたシリンダブロックが提案されている。図７に示すように、このシリンダブロック１００は、鋳造可能な鋳鉄やアルミニウム合金と比して成形性の低いＦＲＰを使用することから、シリンダの形成される上部構造１０１とクランクケースの形成される下部構造１０２とに分割形成されている。またクランクシャフトに摺接されることから耐摩耗性の要求されるクランクシャフトベアリング１０４、及び耐摩耗性、耐熱性の要求されるシリンダライナ１０３には、金属製の別部材がそれぞれ介装されている。一方、低比重の構造材料としてはマグネシウム合金が知られている。マグネシウム合金は、低比重で、高い防振性や重量比強度を有しており、シリンダブロック１００に要求される機械的特性を多くの点で満たしてはいるものの、反応性が高く、冷却水が内部に流通される水冷式エンジンのシリンダブロック１００への採用には工夫が必要である。例えば、従来において実用化されたマグネシウム合金／アルミニウム合金製のシリンダブロックは、次のような構造とされている。すなわち、図８に示すように、このシリンダブロック１１０は、アルミニウム合金製の内殻部分１１１を、その周囲を構成するマグネシウム合金製の外殻部分１１２に鋳込むことにより形成されている。また冷却水の流通されるウォータジャケット１１３をその内殻部分１１１に形成することで、マグネシウム合金が冷却水に直接晒されることのないようにしている。
【特許文献１】実開昭６１−７６１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようにアルミニウム合金／マグネシウム合金の使用箇所を適宜工夫すれば、反応性の高いマグネシウム合金を水冷式エンジンのシリンダブロック１１０に採用することが可能となる。ところが、このようにシリンダブロック１１０を、互いに異なる材料からなる内殻部分１１１／外殻部分１１２の二重構造とすれば、エンジン駆動中の高温化に伴い、互いの熱膨張差によってそれらの境界部分に多大な応力が発生してしまう。そしてその結果、マグネシウム合金とアルミニウム合金との剥離が生じ、内殻部分１１１と外殻部分１１２との接合強度が低下してしまう。更にそうした接合強度の低下は、シリンダブロック１１０全体の捻り剛性を低下させ、振動や騒音の増大を招く虞もある。またそうした熱膨張差によっては、シリンダブロック１１０の頂面１１０ａに段差が形成されてしまい、シリンダヘッドガスケットの面圧低下によるシール性の悪化を招くこともある。このように、水冷式エンジンのシリンダブロック１１０へのマグネシウム合金の採用には、上記のような問題があり、未だ改善の余地を残すものとなっている。
【０００４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マグネシウム合金の採用による軽量化をより好適な態様で行うことのできるエンジンのシリンダブロックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シリンダの形成されるシリンダ部と、クランクケースの形成されるスカート部とにシリンダブロックを分割形成するとともに、前記シリンダ部をアルミニウム合金製とし、前記スカート部をマグネシウム合金製としたことを要旨とする。
【０００６】
上記構成では、燃焼が行われ、特に高温となるシリンダ上部からある程度離間したシリンダ部とスカート部との境界部分において、アルミニウム合金製の部材とマグネシウム合金製の部材とに分割形成されている。そのため、エンジン駆動中において、両部材間の熱膨張差による影響を抑制しつつ、好適な態様でマグネシウム合金の採用による軽量化を図ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記シリンダの周囲にウォータジャケットが形成されてなることを要旨とする。
上記構成では、反応性がより低く、耐食性のより高いアルミニウム合金により形成されたシリンダ部にウォータジャケットが形成され、マグネシウム合金が冷却水に直接晒されることの無いようになっている。そのため、水冷式エンジンのシリンダブロックであれ、マグネシウム合金の採用による軽量化を好適に図ることができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記シリンダ部は、前記ウォータジャケットとなる部分を境にそのシリンダ側を構成するシリンダライナ部と、同ウォータジャケットの外側壁を構成するシリンダ外壁部とに更に分割形成されてなることを要旨とする。
【０００９】
シリンダ部を一体に鋳造成型する場合、そのシリンダの周囲にウォータジャケットを形成するには、成型用の型に幅の狭い凸部を設けたり、中子を使用したりする必要があり、成型型の形状が複雑となることから、鋳巣等の鋳造欠陥が生じやすくなる。その点、上記構成では、シリンダ部が、そのウォータジャケットとなる部分を境に更に分割形成されており、分割された各々の部材は、比較的簡素な形状の成型型で鋳造成型可能となっている。したがって、鋳巣等の鋳造欠陥の発生を抑制することができ、また型寿命の延命を図ることができるようにもなる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記シリンダ部と前記スカート部とは、同スカート部の下面に一体形成された軸受部にクランクキャップを締め付け固定するためのボルトによって一体固定されてなることを要旨とする。
【００１１】
同構成では、クランクキャップ固定用のボルトを用いて、シリンダ部とスカート部との固定がなされるため、各別な固定用の部材を追加することなく、シリンダ部とスカート部との固定を行うことができる。したがって、クランクキャップの固定と同時に、シリンダ部とスカート部とが固定されるようになり、組み付け工数の増加も抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を直列４気筒水冷式エンジンのシリンダブロックに具体化した一実施形態を、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
図１に示されるように、エンジン１１は、シリンダブロック１２と、その上部にヘッドガスケット１６を介して組み付けられるシリンダヘッド１７とを備えている。シリンダヘッド１７の上方にはヘッドカバー（図示略）が、また、シリンダブロック１２の下方にはオイルパン（図示略）がそれぞれ取付けられるようになっている。
【００１３】
次に、シリンダブロック１２の構成について図２〜図６を参照して説明する。
図２に示されるように、シリンダブロック１２において、その上部には４つのシリンダ２０を備えたシリンダ部２１が設けられ、下部にはスカート部４１が設けられている。シリンダブロック１２の頂部には、図１に示されるシリンダヘッド１７が載置される平板状のアッパデッキ２２が設けられている。また、スカート部４１は、その下方に取付けられるオイルパンとともにクランクケースを形成する。図３に示されるように、シリンダブロック１２は、各シリンダ２０の周囲にウォータジャケット２３を備えている。ウォータジャケット２３は、隣接するシリンダ２０間の連結部位を避けつつ、各シリンダ２０の外周を包囲するよう略環状に形成されている。
【００１４】
図４に示されるように、シリンダブロック１２は、シリンダ部２１とスカート部４１とに分割され、更に、同シリンダ部２１が、ウォータジャケット２３となる部位を境にして、シリンダ２０側を構成するシリンダライナ部２４と、ウォータジャケット２３の外側壁を構成するシリンダ外壁部３４とに分割されている。本実施形態において、シリンダブロック１２は、各別に形成された３つの構造体に分割形成されている。以下、シリンダライナ部２４、シリンダ外壁部３４、及びスカート部４１の構成について詳細に説明する。
【００１５】
シリンダライナ部２４は、４つのシリンダライナ２５が一体に連結されたシリンダ連結体２６と、その上部に設けられる上記アッパデッキ２２とを備えて構成されている。このシリンダライナ部２４は、低比重で、重量比強度に優れるアルミニウム合金からなり、上記したアッパデッキ２２とシリンダ連結体２６とを一体鋳造することにより形成されている。
【００１６】
シリンダ連結体２６は、各気筒となる円筒状のシリンダライナ２５を直線状に配列し、それらの外周面同士を繋げるようにして一体に形成されている。シリンダ連結体２６の上端部には、シリンダブロック１２の頂部を構成するアッパデッキ２２が一体形成されている。
【００１７】
アッパデッキ２２は平板状をなし、その上面２２ａにヘッドガスケット１６を介してシリンダヘッド１７が載置される（図１参照）。アッパデッキ２２には、シリンダライナ部２４とシリンダ外壁部３４との締結に用いられる締結孔２７や、ウォータジャケット２３に連通される冷却水通路２８等が所定の位置にそれぞれ形成されている。また、シリンダ連結体２６の下端部には、各シリンダライナ２５の外周面に沿って支持突部２９が周設されている。
【００１８】
図４及び図５に示されるように、シリンダ外壁部３４はその全体が四角枠状をなし、その内周面３４ａは、上記シリンダ連結体２６の外周を囲むように曲面形状に形成されている。このシリンダ外壁部３４は、上記シリンダライナ部２４と同様にアルミニウム合金からなり鋳造成型されることにより形成されている。
【００１９】
シリンダ外壁部３４の上端部にはフランジ部３６が設けられ、同フランジ部３６の上面がシリンダライナ部２４のアッパデッキ２２の下面を当接支持する上部受け面３６ａとなっている。上部受け面３６ａにおいて、アッパデッキ２２の締結孔２７と対応する位置には、シリンダライナ部２４とシリンダ外壁部３４との締結に用いられる締結穴３７ａが開口されている。
【００２０】
シリンダ外壁部３４の下面３４ｂには、スカート部４１とシリンダ外壁部３４との締結に用いられる締結穴３７ｂが開口されている。この締結穴３７ｂは、シリンダ外壁部３４のフランジ部３６に開口された締結穴３７ａと同軸上に形成されている。また、シリンダ外壁部３４には、エンジン１１の外部からウォータジャケット２３に冷却水を導入するための冷却水孔３９が形成され、シリンダ外壁部３４の外周には、複数の補強リブ３５が縦横に延伸されるように形成されている。
【００２１】
スカート部４１は、クランクシャフト５２の軸方向に沿って延びる断面略半円形状の筒状体である。スカート部４１は、その長手方向各端部に配置される略半円形状の第１外側壁４２と、両第１外側壁４２を繋ぐ一対の第２外側壁４３及び上壁４４とを備え、その内部には、クランクシャフト５２を回転可能に収容するための収容空間４１ａが設けられている（図６参照）。このスカート部４１は、アルミニウム合金よりも低比重で、重量比強度にも優れるマグネシウム合金からなり鋳造成型されることにより形成されている。
【００２２】
スカート部４１はその上壁４４が平面形状をなし、同上壁４４の上面が、シリンダ外壁部３４の下面を当接支持する上部受け面４４ａとなっている。この上部受け面４４ａには、上記シリンダライナ部２４の各シリンダ２０と対応するように４つの孔４６が開口されている。また、上部受け面４４ａにおいて、シリンダ外壁部３４の締結穴３７ｂと対応する位置には、スカート部４１とシリンダ外壁部３４との締結に用いられる締結孔４７が開口されている。この締結孔４７は、スカート部４１の上部受け面４４ａから垂直下方に延びるとともに、同スカート部４１の下面４１ｂに開口されている。
【００２３】
スカート部４１内には、上記収容空間４１ａをシリンダ２０毎に仕切る内壁部４９が、対向して配置される両第２外側壁４３間を繋ぐように設けられている（図６参照）。そして、第１外側壁４２及び内壁部４９には、クランクシャフト５２を回転可能に支持するための軸受５３を構成する半円形状の切欠部５０ａ，５０ｂがそれぞれ形成されている。これら切欠部５０ａ，５０ｂは、スカート部４１の下面に固定されるクランクキャップ５１とともに上記軸受５３を構成する。また、第２外側壁４３の外周には、上記シリンダ外壁部３４と同様に、複数の補強リブ４５が縦に延伸されるように形成されている。こうして構成されたシリンダライナ部２４、シリンダ外壁部３４及びスカート部４１は図５に示される締結構造によって組み付けられている。
【００２４】
同図に示されるように、ヘッドガスケット１６及びシリンダヘッド１７には、それぞれアッパデッキ２２の締結孔２７と対応する位置に締結孔６７、７７が形成されている。また、これら締結孔６７，７７、アッパデッキ２２の締結孔２７、及びシリンダ外壁部３４の上面に開口された締結穴３７ａがそれぞれ同軸上に配置されている。そして、シリンダヘッド１７の締結孔７７の上方から挿入されるシリンダヘッド固定用ボルト８７が、ヘッドガスケット１６の締結孔６７、アッパデッキ２２の締結孔２７を挿通し、シリンダ外壁部３４の締結穴３７ａに締め付けられている。このようなシリンダヘッド固定用ボルト８７による締結を通じて、アッパデッキ２２がシリンダヘッド１７とフランジ部３６とにより挟持された状態でシリンダライナ部２４とシリンダ外壁部３４とが一体固定されている。
【００２５】
クランクキャップ５１には、スカート部４１の締結孔４７と対応する位置に締結孔５７が形成されている。また、クランクキャップ５１の締結孔５７、スカート部４１の締結孔４７、及びシリンダ外壁部３４の下面に開口された締結穴３７ｂがそれぞれ同軸上に配置されている。そして、クランクキャップ５１の締結孔５７の下方から挿入されるクランクキャップ固定用ボルト８８が、スカート部４１の締結孔４７を挿通し、シリンダ外壁部３４の締結穴３７ｂに締め付けられている。このようなクランクキャップ固定用ボルト８８による締結を通じて、クランクキャップ５１がスカート部４１の下面に固定されるとともに、スカート部４１とシリンダ外壁部３４とが一体固定されている。
【００２６】
こうしてシリンダライナ部２４、シリンダ外壁部３４及びスカート部４１が一体に組み付けられた状態では、シリンダ連結体２６がシリンダ外壁部３４の内側に挿入されている。また、シリンダライナ部２４の上端部において、アッパデッキ２２の下面がシリンダ外壁部３４の上部受け面３６ａに当接支持され、下端部において支持突部２９の先端面がシリンダ外壁部３４の内周面３４ａに当接支持されている。そして、シリンダ外壁部３４の内周面３４ａとシリンダ連結体２６の外周面２６ａとが対向して配置されるとともに、それら内周面３４ａと外周面２６ａとの間にはウォータジャケット２３が形成されている。
【００２７】
また、アッパデッキ２２の下面とシリンダ外壁部３４の上部受け面３６ａとの間、及びシリンダ連結体２６の支持突部２９の先端面とシリンダ外壁部３４の内周面３４ａとの間には、それぞれシール部材５９ａ、５９ｂが介装されている。これらシール部材５９ａ，５９ｂによって、ウォータジャケット２３のシリンダヘッド１７側の端部とその反対側に位置するスカート部４１側の端部とにおいてシール性が確保されている。
【００２８】
さて、上記のように構成されたシリンダブロック１２では、図６に示されるように、シリンダ部２１とスカート部４１との境界部分、即ちこれら両部材２１，４１の分割面を構成するシリンダ外壁部３４の下面３４ｂ及びスカート部４１の上部受け面４４ａが、シリンダ２０上部に形成される燃焼室５６からある程度離下方に離間した位置に設定される。これにより、シリンダ部２１とスカート部４１との境界部分には、エンジン１１の駆動時に燃焼室５６からの熱による影響が極力及ばないようになっている。このため、上記境界部分では、シリンダ部２１及びスカート部４１の熱膨張による寸法変化の増大が抑制されることから、異種材料（アルミニウム合金とマグネシウム合金）間で生じる熱膨張差に起因して、シリンダ外壁部３４とスカート部４１との当接箇所に多大な応力が発生することが防止される。
【００２９】
また、同シリンダブロック１２では、シリンダ部２１とスカート部４１との境界部分が、ウォータジャケット２３の下面２３ａよりも下方に設定されている。この場合、ウォータジャケット２３は、アルミニウム合金製のシリンダライナ部２４とシリンダ外壁部３４との間に形成されており、ウォータジャケット２３の壁面には、マグネシウム合金製のスカート部４１が現出されないようになっている。つまり、水との反応性が低く、耐食性の高いアルミニウム合金製のシリンダ部２１にウォータジャケット２３が形成される一方、水との反応性が高く、耐食性の低いマグネシウム合金製のスカート部４１にウォータジャケット２３の冷却水が直接晒されないようになっている。従って、同シリンダブロック１２では、ウォータジャケット２３周りの信頼性を確保しつつ、マグネシウム合金の採用による軽量化を好適に図られている。
【００３０】
上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）シリンダブロック１２は、シリンダ部２１とスカート部４１とに分割され、シリンダ部２１をアルミニウム合金製とし、スカート部４１をマグネシウム合金製としている。この場合、シリンダブロック１２は、エンジン１１の燃焼時高温となるシリンダ２０の上部からある程度離間したシリンダ部２１とスカート部４１との境界部分において、アルミニウム合金製のシリンダ部２１とマグネシウム合金製のスカート部４１とに分割形成されている。そのため、シリンダブロック１２においては、エンジン１１の駆動中において、シリンダ部２１とスカート部４１との間の熱膨張差による影響を抑制しつつ、好適な態様でマグネシウム合金の採用による軽量化を図ることができる。
【００３１】
（２）シリンダブロック１２では、シリンダ部２１とスカート部４１との境界部分が、ウォータジャケット２３の下面２３ａよりも下方に設定されている。この場合、シリンダブロック１２では、反応性がより低く、耐食性のより高いアルミニウム合金により形成されたシリンダ部２１にウォータジャケット２３が形成され、マグネシウム合金が冷却水に直接晒されることが無いようになっている。そのため、水冷式エンジンのシリンダブロック１２であれ、マグネシウム合金の採用による軽量化を好適に図ることができる。
【００３２】
（３）シリンダ部２１を一体に鋳造成型する場合、そのシリンダ２０の周囲にウォータジャケット２３を形成するには、成型用の型に幅の狭い凸部を設けたり、中子を使用したりする必要があり、成型型の形状が複雑となることから、鋳巣等の鋳造欠陥が生じやすくなることが懸念される。その点、本実施形態のシリンダブロック１２では、シリンダ部２１が、そのウォータジャケット２３となる部分を境に更にして、シリンダ２０を形成するシリンダライナ部２４とウォータジャケット２３の外側壁を構成するシリンダ外壁部３４とに分割形成されている。これにより、その分割されたシリンダライナ部２４及びシリンダ外壁部３４は、いずれも比較的簡素な形状の成型型で鋳造成型することが可能になる。したがって、鋳巣等の鋳造欠陥の発生を抑制することができ、また型寿命の延命を図ることができるようにもなる。
【００３３】
（４）シリンダブロック１２では、クランクキャップ固定用ボルト８８による締結を通じて、スカート部４１とシリンダ外壁部３４とが一体固定されている。このように、クランクキャップ固定用ボルト８８を用いて、シリンダ外壁部３４とスカート部４１とが一体固定されることによって、各別な固定用の部材を追加することなく、シリンダ部２１とスカート部４１との固定を行うことが可能になる。従って、クランクキャップ５１の固定と同時に、シリンダ部２１とスカート部４１とが固定されるようになり、組み付け工数の増加も抑えることができる。
【００３４】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態において、エンジン１１は、ウォータジャケット２３を有し冷却水により各部位を冷却する水冷式エンジンであったが、同エンジン１１を直接空気冷却する空冷式エンジンに変更してもよい。
【００３５】
・本実施形態において、シリンダ部２１は、ウォータジャケット２３となる部位を境にシリンダライナ部２４とシリンダ外壁部３４とに分割形成されていたが、これら両部材２４，３４を一体鋳造することによりシリンダ部２１を形成してもよい。
【００３６】
・本実施形態において、シリンダ部２１とスカート部４１との固定はクランクキャップ固定用ボルト８８によりなされていたが、任意の固定方法を採用することができ、例えば、クランクキャップ固定用ボルト８８とは別の固定用ボルトを用いて固定するようにしてもよい。
【００３７】
・本実施形態において、シリンダライナ部２４とシリンダ外壁部３４との固定はシリンダヘッド固定用ボルト８７によりなされていたが、任意の固定方法を採用することができ、例えば、シリンダヘッド固定用ボルト８７とは別の固定用ボルトを用いて固定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態における水冷式エンジンの本体部分を示す斜視図。
【図２】本実施形態におけるシリンダブロックの斜視図。
【図３】同じくシリンダブロックの平面図。
【図４】同じくシリンダブロックの分割構造を示す分解斜視図。
【図５】図１のＡ−Ａ断面図。
【図６】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図７】従来のシリンダブロックについてその一例を示す分解斜視図。
【図８】従来のシリンダブロックについてその一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１１…エンジン、１２…シリンダブロック、２０…シリンダ、２１…シリンダ部、２３…ウォータジャケット、２３ａ…下面、２４…シリンダライナ部、３４…シリンダ外壁部、４１…スカート部、５０ａ，５０ｂ…軸受部、５１…クランクキャップ、８８…クランクキャップ固定用ボルト。
【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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