JP4591482B2

JP4591482B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP4591482B2
Application number: JP2007199423A
Authority: JP
Inventors: 憲之所; 暁生川口; 元一村上; 聡大川; 知志眞貝
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: JP2009036047A

Description

本発明は、オープンデッキタイプのシリンダブロックを備えた内燃機関に関する。

複数のシリンダが共通の壁部にて形成される、いわゆるサイアミーズ型の内燃機関において、その壁部の周囲を取り囲むように設けられたウォータジャケット内に壁部の周囲に全周に亘ってスペーサが配置され、シリンダヘッドガスケットのシリンダボア周りのシール部とスペーサが接触する接触部との間にスリットを設けた内燃機関が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。

特開２００５−８３２５８号公報特開２００６−２９１２２号公報特許第３７０２５７６号公報特開２００５−２７３４６９号公報特開２００２−３０９８９号公報

ところで、サイアミーズ型の内燃機関では複数のシリンダを形成する内壁の周囲に全周にわたってスペーサを設けるため、スペーサがシリンダブロックの横方向に拡がり易い。そのため、内壁が熱によりシリンダブロックの横方向に変形した場合にその変形をスペーサで抑えることができず、シリンダとピストンとの隙間が大きくなるおそれがある。また、スペーサは、内壁の周囲の全周分が一体に形成されているので、スペーサの幅とウォータジャケットの幅との差が小さい場合、ウォータジャケットにスペーサが組み付け難くなり、組み付けの手間がかかる。

そこで、本発明は、従来よりシリンダの変形を抑制でき、かつスペーサの組み付けの手間を軽減することが可能な内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関は、隣接するシリンダ同士が一体化するように一列に並ぶ複数のシリンダを形成する内壁と、前記内壁の周囲にウォータジャケット溝を挟んで設けられる外壁と、を有し、前記外壁と前記内壁とがシリンダヘッドと対向するトップデッキ面にて前記ウォータジャケット溝により分離されているシリンダブロックを備え、前記シリンダブロックには前記内壁の外周に全周に亘って設けられて前記トップデッキ面から陥没する底面を備えた段差部が設けられるとともに、前記シリンダヘッドと前記段差部の底面との間には前記内壁の周囲に全周に亘って設けられるスペーサ部材が挟まれている内燃機関において、前記スペーサ部材は、前記複数のシリンダにて形成されるシリンダ列を挟んで前記シリンダブロックの一方の側の段差部と他方の側の段差部に配置されて本体を形成し、両端において互いに連結される第１部材及び第２部材と、隣接するシリンダ間に設けられる前記内壁の結合部を跨いで前記第１部材と前記第２部材とに架け渡されて前記第１部材と前記第２部材とを連結する連結部材と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の内燃機関によれば、第１部材と第２部材とがシリンダ間に設けられる結合部を跨いでこれら第１部材及び第２部材に架け渡される連結部材にて連結されるので、第１部材と第２部材とは両端に加え、シリンダ列の中間部分においても互いに連結される。これにより、スペーサ部材がシリンダブロックの横方向に拡がることを抑制できるため、内壁がシリンダブロックの横方向に変形しようとしてもスペーサ部材によってその変形を抑制できる。したがって、従来よりシリンダの変形を抑制できる。また、本発明では、まずシリンダブロックに第１部材と第２部材とを別々に組み付け、最後に連結部材でこれらの部材を連結させればよいので、内壁の周囲の全周分が一体に形成されたものと比較して寸法精度が低くてもスペーサ部材をシリンダブロックに組み付けることができる。そのため、組み付けの手間を軽減することができる。

本発明の内燃機関の一形態において、前記連結部材の両端部には、前記第１部材及び前記第２部材を前記内壁の外周に密着させるべく前記第１部材及び前記第２部材を前記内壁に押し付けるテーパ部がそれぞれ設けられていてもよい（請求項２）。このようにテーパ部にてスペーサ部材を内壁に密着させることにより、より内壁の変形を抑えることができる。

本発明の内燃機関の一形態において、前記スペーサ部材には、上下方向に貫通し、冷却水が流通する貫通孔が設けられていてもよい（請求項３）。この場合、貫通孔を流通する冷却水にてスペーサ部材及び内壁を冷却することができる。そのため、スペーサ部材及び内壁の熱膨張を抑制することができる。

本発明の内燃機関の一形態において、前記段差部の底面は、前記シリンダ内の圧力が上昇する圧縮行程の末期及び前記圧縮行程に続く膨張行程の初期に設定された所定のクランク角度範囲においてピストンの頂面が移動する範囲に前記スペーサ部材が設けられるように前記トップデッキ面から陥没していてもよい（請求項４）。周知のように圧縮行程末期及び膨張行程初期においては燃焼室内で燃料が燃焼し、シリンダ内の圧力が上昇するため、内壁の部分のうちこの期間にピストンの頂面が移動する部分が熱や圧力により変形し易くなる。この形態では、この部分にスペーサ部材が設けられるように底部を陥没させるので、スペーサ部材によってこの部分の内壁の変形を適切に抑制することができる。そのため、シリンダの変形を従来よりも抑制することができる。

この形態において、前記スペーサ部材は、その幅が前記トップデッキ面から遠くなるにつれて漸次薄くなるように形成されていてもよい（請求項５）。周知のように燃焼室の圧力はピストンが上死点付近、すなわちピストンの頂面がトップデッキ面付近にいる場合に高くなり、その後ピストンが下死点に向かって移動するにつれて、すなわちピストンの頂面がトップデッキ面から遠くなるにつれて低下する。そこで、燃焼室内の圧力が高くなるトップデッキ面付近においてスペーサ部材の幅を厚くし、トップデッキ面から遠くなるについて漸次幅を薄くすることにより、スペーサ部材を無駄に厚くすることなく燃焼室内の圧力による内壁の変形を適切に抑制することができる。

以上に説明したように、本発明の内燃機関によれば、スペーサ部材の本体を形成する第１部材及び第２部材を、結合部を跨いでこれらの部材に架け渡される連結部材にて連結したので、スペーサ部材によって内壁の変形を抑制することができる。そのため、従来よりもシリンダの変形を抑制することができる。また、本発明では、シリンダブロックの段差部には第１部材と第２部材とを別々に組み付けることができるので、組み付けの手間を軽減することができる。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る内燃機関の一部の断面を示す斜視図である。この内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、シリンダブロック２と不図示のシリンダヘッドとを備えている。図１に示したようにシリンダブロック２にはスペーサ３が嵌め込まれる。また、シリンダブロック２はアルミニウム系材料で形成されている。シリンダブロック２とシリンダヘッドとの間には、これらが密着するように不図示のガスケットが設けられる。なお、ガスケットは周知のものと同様でよいため、詳細な説明は省略する。

図２に一部を拡大して示したように、シリンダブロック２は複数のシリンダ４を形成する内壁５と、この周囲にウォータジャケット溝６を挟んで設けられる外壁７とを備えている。外壁７には、シリンダブロック２にシリンダヘッドを固定するヘッドボルトがねじ込まれるボルト穴８が形成されたボルトボス部９が複数設けられている。図２に示したようにシリンダブロック２は、シリンダヘッドと対向するトップデッキ面２ａにおいて内壁５と外壁７とがウォータジャケット溝６にて分離された、いわゆる周知のオープンデッキタイプのシリンダブロックとして形成されている。また、図２に示したように隣接するシリンダ４同士が一体化されてシリンダ４間に隙間がなく、複数のシリンダ４が共通の内壁５で形成される。すなわち、エンジン１は、サイアミーズ型の内燃機関である。

図２に示したように、シリンダブロック２にはトップデッキ面２ａから陥没し、かつウォータジャケット溝６を跨いで内壁５と外壁７とに広がる底面５ａ、７ａを備えた凹部１０が設けられている。内壁５に形成される凹部１０の底面（以下、内壁底面と称することがある。）５ａは、ウォータジャケット溝９に沿って内壁７の外周の全周に亘って設けられる。外壁７に形成される凹部１０の底面（以下、外壁底面と称することがある。）７ａは、外壁７の内周にほぼ全周に亘って形成される。内壁底面５ａ及び外壁底面７ａは、それぞれ同様の深さでトップデッキ面２ａから陥没している。この凹部１０の底面５ａ、７ａの深さとしては、例えばスペーサ３がシリンダブロック２に嵌め込まれた際にスペーサ３の本体１１の上面１１ａがトップデッキ面２ａと同じ高さになる深さ、すなわちスペーサ３の本体１１の厚さと同じ値が設定される。なお、このように凹部１０が形成されることにより、内壁５に形成された凹部１０が本発明の段差部に相当する。

図３及び図４は、スペーサ３の拡大図である。なお、図４はスペーサ３の各部を分離させた状態の拡大図である。このスペーサ３は、シリンダブロック２を形成しているアルミニウム系材料よりも線膨張係数が小さい材料、例えば鉄系材料によって形成されている。スペーサ３は、内壁底面５ａ及び外壁底面７ａとシリンダヘッドとに挟まれるとともに内壁５の外周の全周に亘って嵌め込まれる本体１１を備えている。本体１１は、複数のシリンダ４によって形成されるシリンダ列を挟んでシリンダブロック２の一方の側に配置される第１部材１２と、他方の側に配置される第２部材１３とが組み合わされることにより形成される。本体１１の両端部１１ｂには、第１部材１２の端と第２部材１３の端とを連結するための接続部材１４が設けられる。また、図３に示したように第１部材１２と第２部材１３とは、連結部材として複数のラダー部１５で連結される。図３に示したようにラダー部１５は、第１部材１２と第２部材１３との距離が近くなる位置、すなわちシリンダ４とシリンダ４との間の位置において第１部材１２と第２部材１３とを連結する。そして、図１に示したようにラダー部１５は、隣接するシリンダ４の間に設けられる内壁５の結合部５ｂを跨いで第１部材１２と第２部材１３とに架け渡される。

図５は、図３の領域Ａを拡大して示した図である。図５に拡大して示したようにラダー部１５の端部１５ａのうち第１部材１２と接触する部分は、ラダー部１５を第１部材１２に架け渡した際に第１部材１２が内壁５に押し付けられるようにテーパ部１５ｂが設けられている。図示は省略したが、ラダー部１５の他方の端部１５ｂにも同様にテーパ部１５ｂが設けられており、ラダー部１５を第２部材１３に架け渡した際に第２部材１３が内壁５に押し付けられる。周知のように一般にシリンダブロック２は鋳造により製造される。そのため、鋳造時の型ずれなどによるずれを考慮してシリンダブロック２の寸法公差が設定される。そこで、テーパ部１５ｂの傾きとしては、例えばラダー部１５を本体１１に取り付けた際にシリンダブロック２の寸法公差の分でスペーサ３がシリンダブロック２に固定されるように設けられる。なお、図１に示したようにスペーサ３をシリンダブロック２に嵌め込むとスペーサ３のラダー部１５及び接続部材１４の一部がトップデッキ面２ａより突出するが、これらの部分はトップデッキ面２ａと対向するシリンダヘッドの底面に形成された空間に収容される。また、スペーサ３の幅は、一部においてウォータジャケット溝６の幅より狭く設定される。そのため、図１に示したように、トップデッキ面２ａにおいてスペーサ３と外壁７との間に隙間が形成され、ウォータジャケット溝６がトップデッキ面２ａに開口する。

シリンダブロック２へのスペーサ３の組み付け方法の一例を説明する。スペーサ３は、シリンダブロック２に各部を順に取り付けることにより、シリンダブロック２に組み付けられる。順番としては、まず第１部材１２をシリンダブロック２の一方の側の凹部１０に嵌め込む。次に第２部材１３をシリンダブロック２の他方の側の凹部１０に嵌め込む。その後、接続部材１４及びラダー部１５にて第１部材１２及び第２部材１３を連結する。

第１の形態のエンジン１によれば、スペーサ３の第１部材１２と第２部材１３の両端が接続部材１４で連結されるとともに、シリンダ４間に配置される複数のラダー部１５によってもこれらの部材１２、１３が連結される。これにより、スペーサ３をシリンダブロック２の横方向に拡がり難くすることができるので、スペーサ３によって内壁５がシリンダブロック２の横方向に変形することを抑制できる。そのため、シリンダ４の変形を抑制することができる。また、ラダー部１５のテーパ部１５ｂによってスペーサ３の本体１１を内壁５に押し付けておくことにより、内壁５が熱で変形して外側に膨張してきたときにスペーサ３と内壁５とをより密着させることができる。これにより、さらにシリンダ４の変形を抑制することができる。このようにシリンダ４の変形を抑制することにより、シリンダ４と不図示のピストンとの間の隙間が拡大することを防止できるので、ブローバイガスの発生を低減させたり、オイルの消費量を減少させることができる。また、スペーサ３は第１部材１２、第２部材１３、接続部材１４及びラダー部１５の順に別々にシリンダブロック２に組み付けられるので、これらが一体に成型されたスペーサと比較して寸法精度が多少低くてもスペーサ３をシリンダブロック２に組み付けることができる。そのため、組み付けの手間を軽減することができる。

（第２の形態）
次に図６を参照して本発明の第２の形態について説明する。この形態では、スペーサ３に上下方向に貫通する貫通孔２０が設けられる点が第１の形態と異なる。そこで、図６において第１の形態と共通の部分には共通の符号を付して説明を省略する。図６は、第２の形態に係るエンジン１の断面の一部を拡大して示している。なお、この形態においてもスペーサ３の本体１１は第１部材１２及び第２部材にて形成されており、図６では図示を省略したがスペーサ３は接続部材１４及びラダー部１５を備えている。図６に示したようにスペーサ３には複数の貫通孔２０が設けられている。このようにスペーサ３に複数の貫通孔２０を設けることにより、これら貫通孔２０内にウォータジャケット溝６内に供給された冷却水を流通させることができる。そのため、この冷却水によってスペーサ３を冷却し、スペーサ３の熱膨張を抑制することができる。

このように第２の形態によれば、スペーサ３の熱膨張を抑制することができるので、スペーサ３によって内壁５の変形をさらに抑制することができる。そのため、シリンダ４の変形を抑制し、ブローバイガスの発生及びオイルの消費をそれぞれ低減することができる。

図７及び図８は第２の形態に係るエンジン１に設けられるスペーサ３の変形例を示している。なお、図７はスペーサ３が組み付けられたシリンダブロック２の一部を示す図であり、図８はスペーサ３の一部を拡大して示す図である。図８に示したようにこの変形例では、スペーサ３の本体１１のうち内壁５と接触する外周に上下方向に貫通する貫通溝２１が設けられる。このスペーサ３をシリンダブロック２に組み付けることにより、図７に示したように内壁５の周囲に貫通孔２２を形成することができる。この場合も図６と同様に内壁底面５ａとスペーサ３との隙間から冷却水をこれら貫通孔２２に導き、貫通孔２２内に冷却水を流通させることができる。そのため、この冷却水によってスペーサ３を冷却するとともに内壁５を冷却することができる。したがって、内壁５の変形をさらに抑制することができる。

（第３の形態）
図９及び図１０を参照して本発明の第３の形態に係るエンジン１について説明する。図９に示したようにこの形態では凹部１０が内壁５側にのみ形成され、スペーサ３はその凹部１０に組み付けられる。それ以外は、他の形態と同じであるため、図９において他の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図９においても第２の形態と同様に接続部材１４及びラダー部１５の図示を省略した。

図１０は、図９に示したエンジン１のシリンダ４内の圧力の時間変化、すなわち指圧線図の一例を示している。図１０に示したようにシリンダ４内の圧力は、シリンダ４内に挿入されるピストンが圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）に到達する付近、すなわち図１０に範囲θで示した圧縮行程末期及び膨張行程初期のクランク角度範囲において高くなる。そのため、内壁５の部分のうちこのクランク角度範囲においてピストンの頂面が移動する範囲Ｌにスペーサ３を配置することにより、内壁５の変形を適切に抑制することができる。そこで、この形態では、図１０に範囲θで示したクランク角度範囲においてピストンの頂面が移動する範囲Ｌにスペーサ３が設けられるように凹部１０の内壁底面５ａをトップデッキ面２ａから陥没させる。また、図１０に示したようにシリンダ４内の圧力は上死点付近で高くなるため、図９に示したようにトップデッキ面２ａに近い側のスペーサ３の幅Ｗ１をトップデッキ面２ａから遠い側のスペーサ３の幅Ｗ２よりも厚くする。また、スペーサ３の幅をトップデッキ面２ａから遠くなるにつれて漸次薄くする。

第３の形態のエンジン１によれば、内壁５の部分のうちシリンダ４内の圧力が高くなる範囲の外周にスペーサ３を設けたので、シリンダ４の変形をさらに抑制することができる。また、スペーサ３の幅をトップデッキ面２ａから遠くなるにつれて漸次薄くしたので、スペーサ３を無駄に厚くすることなく、シリンダ４の変形を抑えることができる。そのため、ブローバイガスの発生及びオイルの消費をそれぞれ低減することができる。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、スペーサのラダー部は、内壁に設けられる全ての結合部にそれぞれ設けなくてもよい。例えば、結合部に一箇所おきにラダー部を設けてもよい。

本発明の第１の形態に係る内燃機関の一部の断面を示す斜視図。図１のシリンダブロックを拡大して示す図。スペーサを拡大して示す図。各部を分離させた状態のスペーサを拡大して示す図。図３の領域Ａを拡大して示す図。本発明の第２の形態に係る内燃機関の一部の断面を拡大して示す斜視図。第２の形態に係る内燃機関の変形例を示す図。図７のスペーサの一部を拡大して示す図。本発明の第３の形態に係る内燃機関の一部の断面を拡大して示す斜視図。図９の内燃機関の指圧線図の一例を示す図。

符号の説明

１内燃機関
２シリンダブロック
２ａトップデッキ面
３スペーサ
４シリンダ
５内壁
５ａ底面
５ｂ結合部
６ウォータジャケット溝
７外壁
１０凹部（段差部）
１１本体
１２第１部材
１３第２部材
１５ラダー部（連結部材）
２０貫通孔

Claims

隣接するシリンダ同士が一体化するように一列に並ぶ複数のシリンダを形成する内壁と、前記内壁の周囲にウォータジャケット溝を挟んで設けられる外壁と、を有し、前記外壁と前記内壁とがシリンダヘッドと対向するトップデッキ面にて前記ウォータジャケット溝により分離されているシリンダブロックを備え、
前記シリンダブロックには前記内壁の外周に全周に亘って設けられて前記トップデッキ面から陥没する底面を備えた段差部が設けられるとともに、前記シリンダヘッドと前記段差部の底面との間には前記内壁の周囲に全周に亘って設けられるスペーサ部材が挟まれている内燃機関において、
前記スペーサ部材は、前記複数のシリンダにて形成されるシリンダ列を挟んで前記シリンダブロックの一方の側の段差部と他方の側の段差部に配置されて本体を形成し、両端において互いに連結される第１部材及び第２部材と、隣接するシリンダ間に設けられる前記内壁の結合部を跨いで前記第１部材と前記第２部材とに架け渡されて前記第１部材と前記第２部材とを連結する連結部材と、を備えることを特徴とする内燃機関。
前記連結部材の両端部には、前記第１部材及び前記第２部材を前記内壁の外周に密着させるべく前記第１部材及び前記第２部材を前記内壁に押し付けるテーパ部がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記スペーサ部材には、上下方向に貫通し、冷却水が流通する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
前記段差部の底面は、前記シリンダ内の圧力が上昇する圧縮行程の末期及び前記圧縮行程に続く膨張行程の初期に設定された所定のクランク角度範囲においてピストンの頂面が移動する範囲に前記スペーサ部材が設けられるように前記トップデッキ面から陥没していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記スペーサ部材は、その幅が前記トップデッキ面から遠くなるにつれて漸次薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。