(57)【要約】【課題】シリンダブロック等の第１締結部材と、シリンダヘッド等の第２締結部材との間に押圧力伝達部材を配置することにより、締結面に開口するシリンダボア等の穴部の変形を低減できる締結構造と、この締結構造を用いてピストンの摩擦力とオイル消費量を低減できる内燃機関を提供する。【解決手段】シリンダブロック２にシリンダヘッド３をヘッドボルト５により締結する内燃機関１において、前記シリンダブロック２の締結面に雌ねじ部２ｂａを底部側に有するボルト挿入孔２ｂを穿設すると共に、前記シリンダブロック２の締結面に所定の深さＤ２のスペーサ挿入溝２ｃを設け、前記締結面より突出する厚みＴを持つ押圧力伝達用スペーサ１０を前記スペーサ挿入溝２ｃに配置し、前記ヘッドボルト５を前記雌ねじ部２ｂａに螺合して前記シリンダヘッド３を前記シリンダブロック２に締結する。【選択図】図１
2009281297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結面に開口する穴部を有する第１締結部材に第２締結部材をボルトにより締結する締結構造において、前記第１締結部材の締結面に雌ねじ部を底部側に有するボルト挿入孔を穿設すると共に、前記第１締結部材の締結面に押圧力伝達部材挿入溝を設け、該押圧力伝達部材挿入溝に前記締結面より突出する厚みを持つ押圧力伝達部材を配置して構成し、前記ボルトを前記雌ねじ部に螺合して前記第２締結部材を前記第１締結部材に締結する際に、締結によって生じる押圧力の一部を前記押圧力伝達部材により前記第１締結部材の所定の深さの部分に伝達することを特徴とする締結構造。
【請求項２】
シリンダボアを有するシリンダブロックにシリンダヘッドをヘッドボルトにより締結する内燃機関において、前記シリンダブロックの締結面に雌ねじ部を底部側に有するボルト挿入孔を穿設すると共に、前記シリンダブロックの締結面にスペーサ挿入溝を設け、前記締結面より突出する厚みを持つ押圧力伝達用スペーサを前記スペーサ挿入溝に配置して構成し、前記ヘッドボルトを前記雌ねじ部に螺合して前記シリンダヘッドを前記シリンダブロックに締結する際に、締結によって生じる押圧力の一部を前記押圧力伝達用スペーサにより前記シリンダブロックの所定の深さの部分に伝達することを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
前記押圧力伝達用スペーサに前記ヘッドボルトが貫通する貫通孔を設けると共に、前記ボルト挿入孔に挿入された前記ヘッドボルトの周囲に前記押圧力伝達用スペーサを配置したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ボルト挿入孔の底部側の雌ねじ部の開始位置を、前記シリンダボアの変形量が最大となる位置の近傍、又は、ピストンの上死点と下死点の間の中央位置の近傍としたことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記スペーサ挿入溝の所定の深さを、前記ボルト挿通孔の底部側の雌ねじ部の開始位置の深さの３０％〜７０％としたことを特徴とする請求項２、３又は４に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダボア等の締結面に開口する穴部の変形を軽減することができるボルトによる締結構造と、この締結構造を用いてシリンダボア変形を軽減できる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に示すように、自動車用の内燃機関等として使用されているレシプロエンジン１Ｘは、シリンダボア２ａを有するシリンダブロック２Ｘに、シリンダヘッド３をシリンダヘッドガスケット４を間に挟持した状態で、ヘッドボルト５により強固に締結している。このシリンダヘッド３で内部をピストン（図示しない）が上下するシリンダボア２ａの上部を覆い、ピストン上部とシリンダヘッド３の間に燃焼室を形成し、この燃焼室内におけるガス爆発による圧力上昇を上下加振力に変換している。
【０００３】
このレシプロエンジン１Ｘにおいては、シリンダボア２ａ内のガス爆発による燃焼ガスのガス漏れを防止するために、シリンダヘッド３を締結するヘッドボルト５は強力な軸力で締め付けられている。この強力なボルト締結力により、シリンダヘッド３とシリンダブロック２Ｘの接合面間の面圧が上昇すると共に、ヘッドボルト５の雄ねじ部分５ａに螺合するボルト挿通孔２ｂの底部側の雌ねじ部２ｂａが上方に引き上げられるため、シリンダボア２ａは、図１０に示す太線のように、シリンダボア２ａの部分が樽型のような形状に変形する。この変形が生じると上下運動するピストンの摩擦が大きくなるという問題と、ピストンリングとシリンダボア２ａとの密着度が下がって、潤滑オイルの消費量が大きくなるという問題が発生する。
【０００４】
このシリンダヘッドボルト締付け時のボア変形、特に変形上厳しい内燃機関の前端と後端のボア変形の低減のために、シリンダボアが列状に配置されたシリンダブロックのアッパデッキのうち、すべてのシリンダボルト穴とそれぞれのシリンダヘッドボルト穴に近接したシリンダボアの外壁とを連結する連結部近傍のデッキ部分を他のデッキ部分より肉厚大の厚肉部とし、シリンダブロック最前端側の厚肉部を最後端側の厚肉部より剛性を大にした内燃機関のシリンダブロックの構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、シリンダヘッド組付け時のシリンダボアの変形の真円度を改善するために、クローズドデッキ型シリンダブロックにおいて、隣接するヘッドボルト穴ボス部同士をリブで連結し、シリンダヘッド組付け時にヘッドボルト穴ボス部にかかるボルト軸力を隣接ヘッドボルト穴ボス部中間部にもリブを介して伝え、シリンダボアが一様に変形するようにしたシリンダブロック構造も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、これらのシリンダブロックの構造においては、シリンダボルト穴の周囲の剛性を部分的に高める対処方法であり、しかも、締結面の近傍のみの剛性を大きくしているので、樽型となるような、シリンダボアの深さ方向の変形を低減するには不十分であるという問題がある。
【特許文献１】特開平０６−２１３０６４号公報
【特許文献２】特開平０６−２１３０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダブロック等の第１締結部材と、シリンダヘッド等の第２締結部材との間に押圧力伝達部材を配置することにより、締結面に開口するシリンダボア等の穴部の変形を低減できる締結構造と、この締結構造を用いてピストンの摩擦力とオイル消費量を低減できる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の締結構造は、締結面に開口する穴部を有する第１締結部材に第２締結部材をボルトにより締結する締結構造において、前記第１締結部材の締結面に雌ねじ部を底部側に有するボルト挿入孔を穿設すると共に、前記第１締結部材の締結面に押圧力伝達部材挿入溝を設け、該押圧力伝達部材挿入溝に前記締結面より突出する厚みを持つ押圧力伝達部材を配置して構成し、前記ボルトを前記雌ねじ部に螺合して前記第２締結部材を前記第１締結部材に締結する際に、締結によって生じる押圧力の一部を前記押圧力伝達部材により前記第１締結部材の所定の深さの部分に伝達するように構成する。
【０００９】
この構成によれば、第１締結部材内において、押圧力伝達部材により、ボルトとボルト挿通孔の雌ねじ部との螺合によって発生する引張力に対して、この締結によって生じる押圧力の一部を押圧力伝達部材挿入溝の底部がある所定の深さに伝達することができるので、締結面に開口する穴部を変形する螺合部の引張力と締結面に作用する押圧力に対して、所定の深さの部位に適当な大きさの押圧力を作用させて穴部の変形を減少することができる。この所定の深さの部位に作用する押圧力の大きさは、締結面からの突出量と押圧力伝達部材の形状、特に突出部分の面積と押圧力伝達部材挿入溝の底部に当接する面積によって比較的簡単に調整することができる。
【００１０】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、シリンダボアを有するシリンダブロックにシリンダヘッドをヘッドボルトにより締結する内燃機関において、前記シリンダブロックの締結面に雌ねじ部を底部側に有するボルト挿入孔を穿設すると共に、前記シリンダブロックの締結面にスペーサ挿入溝を設け、前記締結面より突出する厚みを持つ押圧力伝達用スペーサを前記スペーサ挿入溝に配置して構成し、前記ヘッドボルトを前記雌ねじ部に螺合して前記シリンダヘッドを前記シリンダブロックに締結する際に、締結によって生じる押圧力の一部を前記押圧力伝達用スペーサにより前記シリンダブロックの所定の深さの部分に伝達するように構成する。
【００１１】
この構成によれば、シリンダブロック内において、押圧力伝達用スペーサにより、ボルトとボルト挿通孔の雌ねじ部との螺合によって発生する引張力に対して、この締結によって生じる押圧力の一部を、スペーサ挿入溝の底部のある所定の深さに伝達することができるので、シリンダボアを変形する螺合部の引張力と締結面に作用する押圧力に対して、所定の深さの部位に適当な大きさの押圧力を作用させてシリンダボアの変形を減少することができる。この所定の深さの部位に作用する押圧力の大きさは、締結面からの突出量と押圧力伝達用スペーサの形状、特に突出部分の面積とスペーサ挿入孔の底部に当接する面積によって比較的簡単に調整することができる。
【００１２】
この構成により、シリンダボアの変形を真円度の維持のみならず、ピストンの行程方向の変形である樽型変形の度合いも減少することができるので、ピストンの往復動における摩擦を減少でき、燃費の向上を図ることができる。また、ピストンリングとシリンダボアとの密着度を向上させることができるので、オイルの消費量も減少することができる。
【００１３】
上記の内燃機関において、前記押圧力伝達用スペーサに前記ヘッドボルトが貫通する貫通孔を設けると共に、前記ボルト挿入孔に挿入された前記ヘッドボルトの周囲に前記押圧力伝達用スペーサを配置して構成する。
【００１４】
この構成によれば、ボルトとボルト挿通孔の雌ねじ部との螺合によって発生する引張力に対して、ボルト挿通孔の周辺部に押圧力の一部を伝達させることができ、また、スペーサ挿入溝の配置スペースも取り易くなる。また、押圧力伝達用スペーサをシリンダボアの周辺に配置するとシリンダボアの周囲から変形を防止することになるが、押圧力伝達用スペーサをボルト挿通孔の周辺部のみに配置すると、ボルトとボルト挿入孔との螺合によって発生する引張力に押圧力伝達用スペーサにより伝達された押圧力を加えることができるので、引張力に対する押圧力の大きさを決め易くなる。
【００１５】
上記の内燃機関において、前記ボルト挿入孔の底部側の雌ねじ部の開始位置を、シリンダボアの変形量が最大となる位置の近傍、又は、ピストンの上死点と下死点の間の中央位置の近傍として構成する。
【００１６】
つまり、ピストンが摺動する場合に摩擦を小さくするためには、クリアランスを大きくする必要がある。また、一方で、ピストンとシリンダボア間が流体潤滑であると仮定すれば、摩擦係数はピストン速度に依存してピストン速度が大きいほど大きくなることになる。このピストン速度はピストンのストロークＬの半分（Ｌ／２）のときに最大となるので、このピストン速度が最大となるシリンダブロックの上面からの深さがＬ／２の位置でシリンダボアの内径が最も大きく変形するようにすることが好ましい。そこで、雌ねじ部の開始位置の深さをストロークＬの半分（Ｌ／２）に設定し、螺合による引張力をその周辺に作用させて、この周辺部分のピストンクリアランスを大きくする。
【００１７】
上記の内燃機関において、前記スペーサ挿入溝の所定の深さを、前記ボルト挿通孔の底部側の雌ねじ部の開始位置の深さの３０％〜７０％として構成する。シリンダブロックを押圧力伝達スペーサで押し下げる位置はシリンダヘッドに近づき過ぎても、ヘッドボルトの螺合部分に近づき過ぎても、ボア変形を減少する効果が小さくなることから、３０％〜７０％の範囲とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る締結構造によれば、シリンダブロック等の第１締結部材と、シリンダヘッド等の第２締結部材との間に押圧力伝達用スペーサを追設することにより、ボルト締結による圧力上昇部位を第１締結部材の内部にも発生させることができるので、シリンダボア等の穴部の変形を低減できる。また、この締結構造を用いるエンジンにおいては、シリンダボアの変形を低減できるので、ピストンの摩擦力とオイル消費量を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態の締結構造及びエンジンについて、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１に、本発明の実施の形態の締結構造を用いたエンジン（内燃機関）１の構成を示す。このエンジン１は、シリンダブロック（第１締結部材）２にシリンダヘッド（第２締結部材）３をシリンダヘッドガスケット４を間に挟持した状態で、ヘッドボルト（ボルト）５により締結する。
【００２１】
図２及び図３に示すように、このシリンダブロック２には、内部をピストン（図示しない）が上下するシリンダボア２ａが列状に配置すると共に、このシリンダボア２ａを囲むように、ボルト挿入孔２ｂを配置する。このボルト挿入孔２ｂの底部には雌ねじ部２ｂａを設け、ヘッドボルト５の雄ねじ部５ａと螺合させて、このヘッドボルト５によりシリンダヘッド３をシリンダブロック２に締結する。
【００２２】
本発明においては、更に、図４〜図６に示すような押圧力伝達用スペーサ１０を用いる。また、図２及び図３に示すように、この押圧力伝達用スペーサ１０を挿入して配置するためのスペーサ挿入溝２ｃをシリンダブロック２に設ける。この押圧力伝達用スペーサ１０は、シリンダヘッドガスケット４とシリンダブロック２との間に挟み込まれるものであり、シリンダヘッド３とシリンダブロック２の間に挟まれた状態で、締結力の一部を伝達する役割を果たす。そのため、押圧力伝達用スペーサ１０の厚さＴの大きさが重要となる。この厚さＴをシリンダブロック２の上面（締結面）からスペーサ挿入溝２ｃの底部までの深さＤ２よりも少々長くなるように調整して形成する。この厚さＴはエンジン１の型式やシリンダヘッドガスケット４等にもよるが、これらが設定されれば、実験や数値シミュレーション等により、適当な押圧力が発生するように厚みＴを設定することができる。
【００２３】
この構造により、ヘッドボルト５を締め付けていくと、まず、シリンダヘッド２に押されたシリンダヘッドガスケット４が押圧力伝達用スペーサ１０に当たり、更に、ヘッドボルト５を締め付けていくと、押圧力伝達用スペーサ１０が圧縮荷重により変形してシリンダヘッド３とシリンダブロック２がシリンダヘッドガスケット４を所定の締結力で締め付けることになる。
【００２４】
この押圧力伝達用スペーサ１０を配設することにより、押圧力（シール面圧）の一部が押圧力伝達用スペーサ１０のシリンダヘッド３側に加わり、反対側の下面がスペーサ挿入溝２ｃの底部を押圧して下方に押し下げる。このスペーサ挿入溝２ｃはシリンダブロック２の中程にあるので、この部位を下方に押し下げることにより、シリンダボア２ａの変形量を減少することができる。
【００２５】
次に、ボルト挿通穴２ｂの雌ねじ部２ｂの開始位置の深さＤ１と、スペーサ挿入溝２ｃの底部の深さＤ２について説明する。図３及び図７に示すように、ボルト挿入孔２ｂの底部側の雌ねじ部２ｂａの開始位置を、シリンダボア２ａの変形量が最大となる位置の近傍、又は、ピストンの上死点と下死点の間の中央位置（Ｌ／２）の近傍（好ましくはピストンのストロークＬの０．４〜０．６倍の深さ）とする。これにより、螺合による引張力をその周辺に作用させて、シリンダボア２の内径が最も大きくする部位を、ピストン速度が最大となるシリンダブロック２の上面から深さがピストンのストロークＬの半分（Ｌ／２）の位置の近傍にすることができる。この変形により、ピストン速度が最も大きくなる部分でピストンとシリンダボアの間のクリアランスを大きくして、ピストンが摺動する場合の摩擦力を小さくすることができる。
【００２６】
また、スペーサ挿入溝２ｃの深さＤ２を、ボルト挿通孔２ｂの底部側の雌ねじ部２ｂａの開始位置の深さＤ１の３０％〜７０％（０．３Ｄ１〜０．７Ｄ１）として構成するのが好ましい。これは、シリンダブロック２を押圧力伝達用スペーサ１０で押し下げる位置はシリンダヘッド３に近づき過ぎても、ヘッドボルト５の雄ねじ部５ａとボルト挿通穴２ｂの雌ねじ部２ｂａとの螺合部分に近づき過ぎても、シリンダボア２ａの変形を減少する効果が小さくなるからである。
【００２７】
この押圧力伝達用スペーサ１０を配設することにより、面圧の一部が押圧力伝達用スペーサ１０を介してスペーサ挿入溝２ｃの底部に伝達されるので、これにより、シリンダブロック２の中程を下方に押し下げることができ、図８の太線で示すように、シリンダボア２の変形量を大幅に小さくすることができる。
【００２８】
上記の構成のエンジン１によれば、シリンダボアａ２の変形量を減少できるので、ピストンの摩擦力が低減し、エンジンの燃費が向上する。また、ボア変形の減少によりピストンリングとシリンダボア２ａとの間の密着度が上がり、オイル消費量が低減する。これにより、エンジン１の排気ガスが浄化される。
【００２９】
また、シリンダヘッドガスケット４のシール面を押圧力伝達用スペーサ１０とシリンダヘッド３の間に配置しているので、燃焼ガスに対するシール性能も劣化せず、また、押圧力伝達用スペーサ１０をスペーサ挿入溝２ｃに挿入する工程が増加するだけで、エンジン１の組立ての手順を大幅に変更する必要がないので、従来技術のエンジンに対するのと略同様なエンジン組立て手順でエンジンを組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態のエンジンの締結構造の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるシリンダブロックの上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における押圧力伝達用スペーサの平面図である。
【図５】本発明の実施の形態における押圧力伝達用スペーサの正面図である。
【図６】本発明の実施の形態における押圧力伝達用スペーサの側面図である。
【図７】押圧力伝達用スペーサとボルト挿入孔の雌ねじ部との関係を示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施例におけるシリンダボアの変形を模式的に示す部分断面図である。
【図９】従来技術のエンジンの締結構造の構成を示す図である。
【図１０】従来技術のシリンダボアの変形を模式的に示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１Ｘ  エンジン
２，２Ｘ  シリンダブロック
２ａ  シリンダボア
２ｂ  ボルト挿入孔（カウンターボア穴）
２ｂａ  雌ねじ部
２ｃ  スペーサ挿入孔（スペーサ溝）
３  シリンダヘッド
４  シリンダヘッドガスケット
５  ヘッドボルト
６  オイルパン
７  ベアリングキャップ
８  ベアリングキャップボルト
【図１】
2009281297.tif 000003
【図２】
2009281297.tif 000004
【図３】
2009281297.tif 000005
【図４】
2009281297.tif 000006
【図５】
2009281297.tif 000007
【図６】
2009281297.tif 000008
【図７】
2009281297.tif 000009
【図８】
2009281297.tif 000010
【図９】
2009281297.tif 000011
【図１０】
2009281297.tif 000012