JP2019113018A - シリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】クランク室の内圧上昇を好適に抑えることのできる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２０は、第１気筒＃１に直接連通された第１クランク室２３と、第２気筒＃２に直接連通された中央クランク室２４と、第３気筒＃３に直接連通された第２クランク室２５とを有する。シリンダブロック２０は、中央クランク室２４と第１クランク室２３とを隔てる第１隔壁に形成された第１連通孔２９と、中央クランク室２４と第２クランク室２５とを隔てる第２隔壁に形成された第２連通孔３０とを有する。またシリンダブロック２０は、中央クランク室２４を迂回する態様で、第１クランク室２３および第２クランク室２５を直接連通する連通路３１を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロックに関するものである。

内燃機関のシリンダブロックは、気筒が形成される気筒部と、クランクケースの気筒側の部分をなすスカート部とを有している。
内燃機関の運転に際して、気筒内部をピストンが下降すると、同気筒に直接連通されたクランク室（詳しくは、クランクケースにおける気筒側の部分）の内圧が高くなることがある。この圧力上昇は、ピストンの下降運動における抵抗になるため、内燃機関の燃費性能を低下させる一因になる。

特許文献１には、多気筒内燃機関のシリンダブロックにおいて隣り合う気筒に対応するクランク室を隔てている隔壁に、それらクランク室を連通する連通孔を設けることが提案されている。多気筒の内燃機関では、隣り合う気筒におけるピストンの下降タイミングが異なるため、それら気筒に対応するクランク室の内圧上昇タイミングも異なる。そのため、特許文献１に記載のシリンダブロックを採用することにより、機関運転時におけるピストンの下降に伴ってクランク室の内圧が高くなるときには、同クランク室内のガスを上記隔壁の連通孔を介して隣り合う気筒に対応するクランク室に逃がすことが可能になる。これにより、クランク室の内圧（詳しくは、そのピーク値）の上昇が抑えられて、内燃機関の燃費性能の低下も抑えられる。

特開２００９−２７５５３９号公報

特許文献１に記載のシリンダブロックを採用する場合に、ピストンの下降に伴うクランク室の内圧上昇を効果的に抑えるためには、隔壁に設けられる連通孔の断面積を大きくするほうがよい。ただし、単に連通孔の断面積を大きくすると隔壁の強度低下やシリンダブロックの強度低下を招いてしまうため、連通孔の断面積を大きくすることには限界がある。このことから特許文献１に記載のシリンダブロックは、クランク室の内圧を抑える効果に限界があると云え、この点において改善の余地がある。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クランク室の内圧上昇を好適に抑えることのできるシリンダブロックを提供することにある。

上記課題を解決するためのシリンダブロックは、直列３気筒内燃機関のシリンダブロックであり、気筒並び方向における中央に配置された中央気筒に直接連通された中央クランク室と、前記中央気筒を間に挟む２つの気筒の一方に直接連通された第１クランク室と、前記２つの気筒の他方に直接連通された第２クランク室と、前記中央クランク室と前記第１クランク室とを隔てる第１隔壁に形成されて、前記中央クランク室および前記第１クランク室を連通する第１連通孔と、前記中央クランク室と前記第２クランク室とを隔てる第２隔壁に形成されて、前記中央クランク室および前記第２クランク室を連通する第２連通孔と、前記中央クランク室を迂回する態様で、前記第１クランク室および前記第２クランク室を直接連通する連通路と、を有する。

直列３気筒の内燃機関では、気筒並び順序と点火順序とが同一になるため、各気筒に対応するクランク室の内圧が高くなる順序も気筒並び順序と同一になる（例えば、第１クランク室→中央クランク室→第２クランク室→第１クランク室…）。

上記シリンダブロックは、隣り合うクランク室同士を連通する連通孔（第１連通孔および第２連通孔）と中央クランク室を間に挟む２つのクランク室（第１クランク室および第２クランク室）を連通する連通路とを介して「第１クランク室→第１連通孔→中央クランク室→第２連通孔→第２クランク室→連通路→第１クランク室」といったように、３つのクランク室が環状に繋がれた構造になっている。

そのため、上記シリンダブロックが採用される内燃機関の運転に際しては、ピストンの下降に伴うクランク室内圧の上昇によって他のクランク室に押し出されるガスが、各クランク室を繋ぐように延びる環状通路の内部を一方向に流れて循環するようになる（例えば第１クランク室→連通路→第２クランク室→第２連通孔→中央クランク室→第１連通孔→第１クランク室…）。これにより、３つのクランク室の間におけるガスの流通に際して、ガスの慣性を同ガスの流れを補助する方向に作用させることができるようになる。そのため、連通路が設けられない構造のシリンダブロック、すなわちクランク室内圧の上昇に伴って隣り合う２つのクランク室の間でガスが行ったり来たりする構造のものと比較して、シリンダブロックを３つのクランク室の間においてガスが流通し易い構造にすることができる。したがって上記構成によれば、各クランク室の内圧（詳しくは、そのピーク値）の上昇を好適に抑えることができるようになる。

一実施形態のシリンダブロックの側断面図。 シリンダブロックの図１における２−２線に沿った断面図。 シリンダブロックの図１における矢印３方向から見た平面図。 （ａ）〜（ｃ）はシリンダブロックによる作用を説明するための略図。

以下、シリンダブロックの一実施形態について説明する。
図１〜図３に示すように、シリンダブロック２０は、直列３気筒の内燃機関に用いられるものである。シリンダブロック２０は、３つの気筒＃１〜＃３が形成された気筒部２１と、内燃機関のクランクケースにおける気筒部２１側の部分（上部）をなすスカート部２２とを有している。

気筒部２１において、３つの気筒＃１〜＃３は直列に並んでおり、気筒並び方向（図２の左右方向）における中央に配置された中央気筒が第２気筒＃２であり、同中央気筒を間に挟む２つの気筒の一方（図２の左側）が第１気筒＃１であり、他方（図２の右側）が第３気筒＃３である。この気筒部２１には、３つの気筒＃１〜＃３の周囲を囲む形状のウォータージャケット１１が設けられている。

スカート部２２には、その内部空間（クランクケースの上部）を気筒並び方向における第１気筒＃１側（図２の左側）から順に第１クランク室２３、中央クランク室２４、および第２クランク室２５に区画する態様で、第１隔壁２６と第２隔壁２７とが設けられている。第１クランク室２３はクランクケースにおける第１気筒＃１に直接連通される部分であり、中央クランク室２４はクランクケースにおける第２気筒＃２に直接連通される部分であり、第２クランク室２５はクランクケースにおける第３気筒＃３に直接連通される部分である。第１隔壁２６は、第１クランク室２３と中央クランク室２４との間を仕切る板状をなしており、気筒部２１における第１気筒＃１と第２気筒＃２との間に挟まれた壁部の下端から下方に向けて延びている。第２隔壁２７は、中央クランク室２４と第２クランク室２５との間を仕切る板状をなしており、気筒部２１における第２気筒＃２と第３気筒＃３との間に挟まれた壁部の下端から下方に向けて延びている。

スカート部２２の下端（気筒部２１から遠い側の端部）には、クランクシャフト（図示略）を軸支する４つの軸受部２８が、気筒並び方向において直線状に並ぶように設けられている。これら軸受部２８は、半円溝状をなしており、第１隔壁２６の下端と、第２隔壁２７の下端と、スカート部２２の外壁（詳しくは、第１隔壁２６および第２隔壁２７を間に挟む壁部２２Ａ，２２Ｂ）の下端とにそれぞれ設けられている。

第１隔壁２６には、第１クランク室２３と中央クランク室２４とを連通する第１連通孔２９が設けられている。この第１連通孔２９は、断面円状の貫通孔であり、軸受部２８の上方（気筒部２１側）に配置されている。また第２隔壁２７には、中央クランク室２４と第２クランク室２５とを連通する第２連通孔３０が設けられている。第２連通孔３０は、断面円状の貫通孔であり、軸受部２８の上方に配置されている。

またシリンダブロック２０は、中央クランク室２４を迂回して、第１クランク室２３と第２クランク室２５とを直接連通する連通路３１を有している。
具体的には、スカート部２２の壁部２２Ａにおける軸受部２８の上方には第３連通孔３２が形成されている。この第３連通孔３２は、第１クランク室２３とシリンダブロック２０外部とを連通する断面円状の貫通孔である。また、スカート部２２の壁部２２Ｂにおける軸受部２８の上方には第４連通孔３３が形成されている。この第４連通孔３３は、第２クランク室２５とシリンダブロック２０外部とを連通する断面円状の貫通孔である。さらに、スカート部２２の外壁（壁部２２Ａ，２２Ｂ）には、第３連通孔３２と第４連通孔３３とを連通する態様で、金属管からなる円管部３４が取り付けられている。詳しくは、円管部３４の一端は第３連通孔３２に接続される態様でスカート部２２の壁部２２Ａに固定されており、他端は第４連通孔３３に接続される態様でスカート部２２の壁部２２Ｂに固定されている。なお円管部３４の延設方向における中間部分は、スカート部２２の外方において同スカート部２２の外壁面と略平行に延びている。本実施形態では、前記連通路３１が、第３連通孔３２、第４連通孔３３、および円管部３４によって構成されている。また本実施形態では、第１連通孔２９、第２連通孔３０、第３連通孔３２、および第４連通孔３３が気筒並び方向において直線状に並ぶように配置されている。

以下、本実施形態のシリンダブロック２０による作用効果について説明する。
図４に示すように、内燃機関１０は、シリンダブロック２０の上方にシリンダヘッド１２が取り付けられるとともに、シリンダブロック２０の下方にクランクキャップ１３、クランクシャフト１４、クランクロアケース１５、およびオイルパン１６が取り付けられた構造になっている。

そして、本実施形態のシリンダブロック２０は、隣り合うクランク室同士を連通する２つの連通孔（第１連通孔２９および第２連通孔３０）と、中央クランク室２４を間に挟む２つのクランク室（第１クランク室２３および第２クランク室２５）を連通する連通路３１とを有している。これによりシリンダブロック２０は「第１クランク室２３→第１連通孔２９→中央クランク室２４→第２連通孔３０→第２クランク室２５→連通路３１→第１クランク室２３」といったように、第１連通孔２９、第２連通孔３０および連通路３１を介して３つのクランク室２３，２４，２５が環状に繋がれた構造になっている。

ここで、内燃機関１０は直列３気筒のものであり、同内燃機関１０の点火順序は気筒並び順序と同一になっている（具体的には、第１気筒＃１→第２気筒＃２→第３気筒＃３）。そのため、この内燃機関１０では、各気筒＃１〜＃３に対応するクランク室２３，２４，２５の内圧が高くなる順序も気筒並び順序と同一になる。具体的には、内燃機関１０の運転に際して「第１クランク室２３［図４（ａ）］→中央クランク室２４［図４（ｂ）］→第２クランク室２５［図４（ｃ）］→第１クランク室２３［図４（ａ）］…」といった順に各クランク室２３，２４，２５の内圧が高くなる。

図４（ａ）に示すように、３つのクランク室２３，２４，２５のうちの第１クランク室２３の内圧が高くなる状況では、第２気筒♯２のピストン１７Ｂが下降しているために中央クランク室２４の内圧も高くなる傾向にあるのに対して、第３気筒＃３のピストン１７Ｃは上昇しているために第２クランク室２５の内圧は比較的低くなる傾向にある。そのため、ピストン１７Ａの下降に伴って圧力の高くなった第１クランク室２３内部のガスは、中央クランク室２４よりも、第２クランク室２５に放出されやすい状況になっていると云える。したがって、この場合には図４（ａ）中に黒塗りの矢印で示すように、第１クランク室２３内部のガスが主に連通路３１を介して第２クランク室２５に放出されるようになる。

図４（ｂ）に示すように、その後において第２気筒＃２のピストン１７Ｂが更に下降して中央クランク室２４の内圧が最も高い状況になると、このとき第３気筒♯３のピストン１７Ｃが下降しているために第２クランク室２５の内圧も高くなる傾向にある。これに対して、第１気筒＃１のピストン１７Ａは上昇しているために第１クランク室２３の内圧は比較的低くなる傾向にある。そのため、ピストン１７Ｂの下降に伴い圧力の高くなった中央クランク室２４内部のガスは、第２クランク室２５よりも、第１クランク室２３に放出されやすい状況になっていると云える。したがって、この場合には図４（ｂ）中に黒塗りの矢印で示すように、中央クランク室２４内部のガスは主に第１連通孔２９を介して第１クランク室２３に放出されるようになる。

図４（ｃ）に示すように、その後において第３気筒＃３のピストン１７Ｃが下降して第２クランク室２５の内圧が最も高い状況になると、このとき第１気筒♯１のピストン１７Ａが下降しているために第１クランク室２３の内圧も高くなる傾向にある。これに対して、第２気筒＃２のピストン１７Ｂは上昇しているために中央クランク室２４の内圧は比較的低くなる傾向にある。そのため、ピストン１７Ｃの下降に伴って圧力の高くなった第２クランク室２５内部のガスは、第１クランク室２３よりも、中央クランク室２４に放出されやすい状況になっていると云える。したがって、この場合には図４（ｃ）中に黒塗りの矢印で示すように、第２クランク室２５内部のガスは主に第２連通孔３０を介して中央クランク室２４に放出されるようになる。

このように、内燃機関１０の運転に際しては、ピストン下降に伴うクランク室内圧の上昇によって他のクランク室に押し出されるガスは、各クランク室２３，２４，２５を繋ぐように延びる環状通路の内部を一方向に流れて循環するようになる。具体的には、図４に示す例では、上記ガスは「第１クランク室２３→連通路３１→第２クランク室２５→第２連通孔３０→中央クランク室２４→第１連通孔２９→第１クランク室２３…」といったように流れて循環するようになる。なお、機関運転状態の変動状況やクランクケースの内部構造によっては、上記ガスの流通方向が「第１クランク室２３→第１連通孔２９→中央クランク室２４→第２連通孔３０→第２クランク室２５→連通路３１→第１クランク室２３…」といったように、図４に例示した流通方向と反対の方向になることも想定される。いずれにせよ、本実施形態のシリンダブロック２０では３つのクランク室２３，２４，２５が環状に繋がれた構造になっているため、上記ガスを、各気筒＃１〜＃３におけるピストンの下降タイミングと同期する態様で、環状に延びる通路の内部を一方向に流して循環させることができるようになる。

ここで、上記連通路３１が設けられない内燃機関について考察すると、上記ガスは、各クランク室２３，２４，２５の内圧の周期的な変動に伴って、第１連通孔２９を介して第１クランク室２３と中央クランク室２４との間を行き来したり、第２連通孔３０を介して中央クランク室２４と第２クランク室２５との間を行き来したりするようになる。この場合には、上記ガスの流通方向が頻繁に切り替わってしまうため、同ガスの慣性によって第１連通孔２９や第２連通孔３０を介したガスの流通が妨げられるようになり、各クランク室２３，２４，２５の間においてガスが流通し難くなってしまう。

本実施形態の内燃機関１０では、上記ガスが環状の通路を一方向に向けて循環するように流れるため、３つのクランク室２３，２４，２５の間におけるガスの流通に際して、ガスの慣性を同ガスの流れを補助する方向に作用させることができるようになる。

そのため、連通路３１が設けられない構造のシリンダブロック、すなわち隣り合う２つのクランク室の間でガスが行ったり来たりする構造のものと比較して、シリンダブロック２０を、３つのクランク室２３，２４，２５の間においてガスが流通し易い構造にすることができる。これにより、いずれかのクランク室（例えば第１クランク室２３）の内圧が高くなったときに同クランク室内のガスを他のクランク室（例えば第２クランク室２５）に速やかに排出することができるようになるため、各クランク室２３，２４，２５の内圧（詳しくは、そのピーク値）の上昇を好適に抑えることができるようになる。

なお、上記内燃機関１０において、第１連通孔２９や第２連通孔３０の断面積を大きくすることにより、隣り合うクランク室の間で上記ガスが流通し易い構造にはなる。ただし、単に連通孔（第１連通孔２９、第２連通孔３０）の断面積を大きくすると、隔壁（第１隔壁２６、第２隔壁２７）の強度低下やシリンダブロック２０の強度低下を招いてしまうため、それら連通孔２９，３０の断面積を大きくすることには限界がある。

また、各クランク室２３，２４，２５の下部（クランクケースの下部）は繋がっており、この部分を介して上記ガスは行き来するようになる。内燃機関１０のクランクケースの内部にはオイルポンプやカウンターウェイト（クランクシャフト１４）、バランスシャフトなどの種々の部材が配設されており、同クランクケースの下部（オイルパン１６）にはオイルが溜まっている。こうしたことから、クランクケースの下部に、各クランク室２３，２４，２５の間でガスを行き来させるための十分な隙間を確保することが難しいといった実情がある。

本実施形態によれば、そうした内燃機関１０において、各クランク室２３，２４，２５の内圧の上昇を好適に抑えることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。

（１）各クランク室２３，２４，２５の内圧の上昇を好適に抑えることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第１連通孔２９、第２連通孔３０、第３連通孔３２、および第４連通孔３３は、気筒並び方向において直線状に並ぶように配置することに限らず、例えばジグザグに並ぶように配置するなど、任意の態様で配置することができる。

・第１隔壁２６に第１連通孔２９を複数設けたり、第２隔壁２７に第２連通孔３０を複数設けたりしてもよい。
・第１連通孔２９や、第２連通孔３０、第３連通孔３２、第４連通孔３３の断面形状は、角を丸めた四角形状や長穴形状など、任意に変更可能である。

・円管部３４は、金属管によって構成することに限らず、耐熱性を有する樹脂材料からなる管によって構成することができる。また、円管部の少なくとも一部を、弾性を有する合成ゴム材料によって構成することなども可能である。

・円管部３４に代えて、断面Ｃ字状（または断面コの字状）の通路部をシリンダブロック２０の外面に取り付けるようにしてもよい。この場合には、第１クランク室２３（第３連通孔３２）と第２クランク室２５（第４連通孔３３）とを連通する連通路が上記通路部の内面とシリンダブロック２０の外面とによって区画形成される態様で、同通路部をシリンダブロック２０の外面に取り付ければよい。

・第１クランク室２３と第２クランク室２５とを連通する連通路を、シリンダブロック２０の外壁の内部において延びる通路（空洞）によって構成してもよい。

１０…内燃機関、１１…ウォータージャケット、１２…シリンダヘッド、１３…クランクキャップ、１４…クランクシャフト、１５…クランクロアケース、１６…オイルパン、１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ…ピストン、２０…シリンダブロック、２１…気筒部、２２…スカート部、２２Ａ，２２Ｂ…壁部、２３…第１クランク室、２４…中央クランク室、２５…第２クランク室、２６…第１隔壁、２７…第２隔壁、２８…軸受部、２９…第１連通孔、３０…第２連通孔、３１…連通路、３２…第３連通孔、３３…第４連通孔、３４…円管部。

Claims (1)

1. 直列３気筒内燃機関のシリンダブロックであり、
   気筒並び方向における中央に配置された中央気筒に直接連通された中央クランク室と、
   前記中央気筒を間に挟む２つの気筒の一方に直接連通された第１クランク室と、
   前記２つの気筒の他方に直接連通された第２クランク室と、
   前記中央クランク室と前記第１クランク室とを隔てる第１隔壁に形成されて、前記中央クランク室および前記第１クランク室を連通する第１連通孔と、
   前記中央クランク室と前記第２クランク室とを隔てる第２隔壁に形成されて、前記中央クランク室および前記第２クランク室を連通する第２連通孔と、
   前記中央クランク室を迂回する態様で、前記第１クランク室および前記第２クランク室を直接連通する連通路と、を有するシリンダブロック。