JP2009287428A - シリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの実働時に生じるシリンダの熱４次歪を、効果的に低減する。
【解決手段】シリンダブロック２０は、端気筒のシリンダボア１６Ｂの肉厚Ｔ_Ｂに対し、中気筒のシリンダボアの１６Ａの肉厚Ｔ_Ａが、全体的に厚く形成されていることにより、ライナ鋳包み時のシリンダボア冷却工程中の中気筒１６Ａの剛性が、端気筒１６Ｂと比較して高くなる。そして、中気筒の収縮力が端気筒の収縮力を上回り、中気筒に係るシリンダボアの形状が冷却完了時まで優先的に維持されることから、ボア間が凹むことによる、中気筒のライナの熱４次歪の発生が抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダブロックに関するものである。

近年、エンジンの小型化の要請から、図５に示されるような、隣接するシリンダ１２のボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロック１０が広く用いられている。このシリンダブロック１０は、シリンダボア１６に鉄系材料からなるライナ１４（以下、本説明では単に「ライナ」という）が鋳包まれており、図６に示されるような手順により製造されるものである。その手順は、ダイカスト金型のボアピンにライナ１４をセットする工程（図６（ａ））、ライナ１４をアルミで鋳包む工程（図６（ｂ））、ライナ１４にボーリング加工を施す工程（図６（ｃ））を含むものである。なお、図５、図６に符号１５で示される部分は、シリンダヘッドボルトの取り付け穴又はシリンダヘッドボルトを模式的に示している。又、図５の符号１８は、エンジンの冷却水が循環するウォータジャケットである。

ところで、上記図６（ａ）〜（ｃ）の手順で製造された、サイアミズ構造のシリンダブロック１０を備えるエンジンは、実働時において、ライナ１４に熱４次歪が生じることが指摘されている。具体的には、図７（ａ）に示されるシリンダブロック単体の状態では、ライナ１４は所定の真円度に形成されているが、エンジンとして組み上げられた状態では、ボルト位相部（シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルト１５と対向してヘッドボルト１５の軸力の影響を顕著に受ける部分）が、図７（ｂ）に示されるように変形し、更にエンジン実働時には、ヘッドボルトの軸力に拘束されない部分が、図７（ｃ）に示されるように大きく膨張し、ボア真円度、特に４次成分が悪化するものである。

このような熱４次歪の発生メカニズムは、次の通りである。まず、断面真円状に形成されたライナ１４（図６（ａ））は、鋳包み時（図６（ｂ））のアルミブロック１６のアルミ収縮の影響を受け、ライナ１４に残留歪が生じる。その後、ライナにはボーリング加工等の仕上げ加工が施され必要な寸法精度が確保されるが（図６（ｃ））、エンジン完成品となって実働に供する際に、温度上昇に伴いライナ１４の残留歪が開放される（図６（ｄ））ことによるものである。特に、サイアミズ構造を有するシリンダブロック１０は、ライナ鋳包み後のアルミ冷却時に、直列に並ぶ複数の気筒のうち、端気筒のボアが中気筒のボアよりも強く収縮して、ボア間（隣接する気筒の双方のシリンダ壁を構成する部位）が凹むことにより、上記の如く熱４次歪が顕著に生じることとなる。
なお、シリンダボアの変形を抑制するための対応策として、例えば、外周面に、強度を向上させるための縦リブを形成したライナを使用する構造や（例えば、特許文献１）、中気筒のシリンダライナの燃焼室中心線を挟んでクランク軸と直角な方向に対向する部分の厚さを、その他の部分の圧さよりも大きく、楕円状にした構造（例えば、特許文献２）が、従来から考えられている。

特開２００６−２６０２号公報 特開昭６１−８５５５７号公報

しかしながら、上記のごとき従来のシリンダボアの変形を抑制する構造では、ライナ自体の製造コストや、ライナの縦リブの位置決めを正確に行うための金型構造の工夫が必要となり、設備コストの増大を来たすものとなる。又、ライナの縦リブが、かえってエンジンの実働時に生じるライナの熱４次歪の発生を助長することも懸念される。一方、中気筒のシリンダライナの燃焼室中心線を挟んでクランク軸と直角な方向に対向する部分の厚さを、その他の部分の圧さよりも大きくする構造は、肉厚部分の変形は抑制されるが、ヘッドボルトの軸力に拘束されない部分の膨張がより助長され、４次成分のさらなる悪化を来たすものと考えられる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サイアミズ構造を有するシリンダブロックを備えるエンジンの、実働時に生じるライナの熱４次歪を、効果的に低減することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロックであって、ライナ鋳包み後のアルミ冷却時、あるいはエンジン実働時に、シリンダボアに加わる外力に対するシリンダボアの剛性を高めように、シリンダボアの半径方向又はウォータジャケットの深さ方向の適所における肉厚設定を行うことにより、シリンダライナの熱４次歪の発生を防止するものである。
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロックであって、端気筒のボア肉厚に対し、中気筒のボア肉厚が全体的に厚く形成されていることを特徴とするシリンダブロック（請求項１）。
本項に記載のシリンダブロックは、端気筒のボア肉厚に対し、中気筒のボア肉厚が全体的に厚く、すなわち、中気筒のシリンダボアの外周壁面が隣接するシリンダボアの外周壁面との境界を形成する部分に至るまで、端気筒の肉厚よりも厚い一定の肉厚で形成されていることにより、ライナ鋳包み時のシリンダボア冷却工程中における中気筒の剛性が、端気筒と比較して高くなる。そして、中気筒の収縮力が端気筒の収縮力を上回り、中気筒に係るシリンダボアの形状が冷却完了時まで優先的に維持されることから、ボア間が凹むことによる中気筒のライナの熱４次歪の発生が抑えられる。

（２）上記（１）項において、前記シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部に対し肉厚に形成されているシリンダブロック（請求項２）。
本項に記載のシリンダブロックは、上記（１）項に加え、シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部（ボアの円周方向のボルト位相部以外の部分）に対し肉厚に形成されていることにより、ボルト位相部の剛性が、一般部に対して高くなる。従って、エンジンとして組み上げられた状態において、ヘッドボルトの軸力の影響を受けることによるシリンダボアの変形を抑制し、ライナの熱４次歪の発生を防止するものである。

（３）上記（１）、（２）項において、中気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットに対し、両端気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットが深く形成されているシリンダブロック（請求項３）。
本項に記載のシリンダブロックは、上記（１）、（２）項に加え、中気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットに対し、両端気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットが深く形成されていることにより、シリンダボアの深さ方向における中気筒のシリンダボアの肉厚の大きな範囲が、端気筒のそれに対して増大して、ライナ鋳包み時のシリンダボア冷却工程中における中気筒の剛性が、両端気筒と比較して高くなる。よって、中気筒の収縮力が端気筒の収縮力を上回り、中気筒に係るシリンダボアの形状が冷却完了時まで優先的に維持されることから、ボア間が凹むことによる、中気筒のライナの熱４次歪の発生を抑えることができる。

（４）シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロックであって、中気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットに対し、両端気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットが深く形成されているシリンダブロック（請求項４）。
本項に記載のシリンダブロックは、中気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットに対し、両端気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットが深く形成されていることにより、シリンダボアの深さ方向における中気筒のシリンダボアの肉厚の大きな範囲が、端気筒のそれに対して増大して、ライナ鋳包み時のシリンダボア冷却工程中における中気筒の剛性が、両端気筒と比較して高くなる。よって、中気筒の収縮力が端気筒の収縮力を上回り、中気筒に係るシリンダボアの形状が冷却完了時まで優先的に維持されることから、ボア間が凹むことによる、中気筒のライナの熱４次歪の発生を抑えることができる。

（５）上記（４）項において、前記シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部に対し肉厚に形成されているシリンダブロック（請求項５）。
本項に記載のシリンダブロックは、上記（４）項に加え、シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部に対し肉厚に形成されていることにより、ボルト位相部の剛性が、一般部に対して高くなる。従って、エンジンとして組み上げられた状態において、ヘッドボルトの軸力の影響を受けることによるシリンダボアの変形を抑制し、ライナの熱４次歪の発生を防止するものである。

（６）シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロックであって、前記シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部に対し肉厚に形成されているシリンダブロック（請求項６）。
本項に記載のシリンダブロックは、シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部（ボアの円周方向のボルト位相部以外の部分）に対し肉厚に形成されていることにより、ボルト位相部の剛性が、一般部に対して高くなる。従って、エンジンとして組み上げられた状態において、ヘッドボルトの軸力の影響を受けることによるシリンダボアの変形を抑制し、ライナの熱４次歪の発生を防止するものである。

本発明はこのように構成したので、サイアミズ構造を有するシリンダブロックを備えるエンジンの、実働時に生じるシリンダの熱４次歪を、効果的に低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
図１には、本発明の第１の実施の形態に係るシリンダブロック２０の平面図が示されている。このシリンダブロック２０は、隣接するシリンダ１２のボア間が連結されたサイアミズ構造を有している。しかも、端気筒のシリンダボア１６Ｂの肉厚Ｔ_Ｂに対し、中気筒のシリンダボア１６Ａが、全体的に厚く、すなわち、中気筒のシリンダボア１６Ａの外周壁面が隣接するシリンダボアの外周壁面との境界を形成する部分に至るまで、一定の肉厚Ｔ_Ａ（Ｔ_Ａ＞Ｔ_Ｂ）で形成されているものである。

なお、中気筒のシリンダボア１６Ａの肉厚Ｔ_Ａと、端気筒のシリンダボア１６Ｂの肉厚Ｔ_Ｂとの肉厚比の具体例を示すと、ライナ１４の厚みｔと中気筒のシリンダボア１６Ａの肉厚Ｔ_Ａとの肉厚比Ｘ_Ａ＝ｔ／（ｔ＋Ｔ_Ａ）＝０．３０、ライナ１４の厚みｔと端気筒のシリンダボア１６Ｂの肉厚Ｔ_Ｂとの肉厚比Ｘ_Ｂ＝ｔ／（ｔ＋Ｔ_Ｂ）＝０．３６とし、Ｘ_Ａ＜Ｘ_Ｂ となるように_、各シリンダボア１６Ａ、１６Ｂの肉厚を設定するものである。
参考までに、従来の、端気筒のボア肉厚と中気筒のボア肉厚が同じシリンダブロック１０（図５）において、ライナ１４の厚みｔとシリンダボア１６の肉厚Ｔとの肉厚比Ｘ_０＝ｔ／（ｔ＋Ｔ）＝０．３６で一定となっている。

さて、上記構成をなす本発明の第１の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の第１の実施の形態に係るシリンダブロック２０は、端気筒のシリンダボア１６Ｂの肉厚Ｔ_Ｂに対し、中気筒のシリンダボアの１６Ａの肉厚Ｔ_Ａが、全体的に厚く形成されていることにより、ライナ鋳包み時のシリンダボア冷却工程中の中気筒１６Ａの剛性が、端気筒１６Ｂと比較して高くなる。そして、中気筒の収縮力が端気筒の収縮力を上回り、中気筒のシリンダボア１６Ａの形状が冷却完了時まで優先的に維持されることから、ボア間が凹むことによる、中気筒のライナ１４の熱４次歪の発生が抑えられる。

続いて、図２を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係るシリンダブロック２２について説明する。ここで、従来技術又は本発明の第１の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
図２には、本発明の第２の実施の形態に係るシリンダブロック２２の平面図が示されている。このシリンダブロック２２は、図１に示されたシリンダブロック２０の構成に加え、更に、シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルト１５と対向するボルト位相部が、一般部に対し肉厚に形成されているものである。具体的には、中気筒のシリンダボア１６Ａのボルト位相部（円周方向に見て４箇所）の肉厚Ｔ_ａ１が、一般部の肉厚Ｔ_Ａに対して肉厚となるように形成されている。又、端気筒のシリンダボア１６Ｂのボルト位相部（円周方向に見て４箇所）の肉厚Ｔ_ｂ１が、一般部の肉厚Ｔ_Ｂに対して肉厚となるように形成されている。又、ボルト位相部は一般部から滑らかな曲面を描いて盛り上がるものであり、最大肉厚がＴ_ｂ１となっている。
なお、図２には、ボルト位相部における一般部との肉厚の差を明確に示すために、中気筒のシリンダボア１６Ａ及び端気筒のシリンダボア１６Ｂの何れのボルト位相部にも、一般部に相当する壁面を仮想線で示している。

参考までに、各シリンダボア１６のボルト位相部の肉厚と、一般部の肉厚との肉厚比の具体例を以下に示す。まず、中気筒のシリンダボア１６Ａの、ライナ１４の厚みｔとボルト位相部（円周方向に見て４箇所）の肉厚Ｔ_ａ１との肉厚比Ｘ_ａ１＝ｔ／（ｔ＋Ｔ_ａ１）＝０．３０である。又、中気筒のシリンダボア１６Ａの、ライナ１４の厚みｔと一般部の肉厚Ｔ_Ａとの肉厚比Ｘ_Ａ＝ｔ／（ｔ＋Ｔ_Ａ）＝０．３６であり、Ｘ_ａ１＜Ｘ_Ａとなっている。
一方、端気筒のシリンダボア１６Ｂの、ライナ１４の厚みｔとボルト位相部の肉厚Ｔ_ｂ１との肉厚比Ｘ_ｂ１＝ｔ／（ｔ＋Ｔ_ｂ１）＝０．３２である。又、端気筒のシリンダボア１６Ｂのライナ１４の厚みｔと、一般部の肉厚Ｔ_Ｂとの肉厚比Ｘ_Ｂ＝ｔ／（ｔ＋Ｔ_Ｂ）＝０．３９であり、Ｘ_ｂ１＜Ｘ_Ｂとなっている。
しかも、図２の例では、Ｘ_Ａ＜Ｘ_Ｂの関係が成り立つように、各部の肉厚設定がなされていることで、中気筒のシリンダボア１６Ａのボルト位相部の肉厚が最も厚く、最も高剛性となる。

さて、上記構成をなす本発明の第２の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の第２の実施の形態に係るシリンダブロック２２は、シリンダボア１６の円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部に対し肉厚に形成されていることにより、ボルト位相部の剛性が、一般部に対して高くなる。従って、エンジンとして組み上げられた状態において、ヘッドボルト１５の軸力の影響を受けることによる、シリンダボア１６Ａ、１６Ｂの変形を抑制し、ライナ１４の熱４次歪の発生を防止するものである。その他、本発明の第１の実施の形態と同様の作用効果については、説明を省略する。

なお、必要に応じ、中気筒のシリンダボア１６Ａ又は両端気筒のシリンダボア１６Ｂのいずれかのボルト位相部にのみ、一般部の肉厚に対して肉厚となるように形成することとしても良い。
又、従来の、端気筒のボア肉厚と中気筒のボア肉厚が同じシリンダブロック１０（図５参照）においても、各シリンダボアのボルト位相部を、一般部に対し肉厚に形成することとしても、同様の作用効果を得ることが可能である。

続いて、図３、図４を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係るシリンダブロック２４について説明する。ここで、従来技術又は本発明の第１、第２の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
図３には、本発明の第３の実施の形態に係るシリンダブロック２４の平面図が示され、図４には、図３のＡ−Ａ線における縦断面図が示されている。このシリンダブロック２４は、中気筒のシリンダボア１６Ａを囲む領域のウォータジャケット１８Ａの深さＤ_Ａに対し、両端気筒のシリンダボア１６Ｂを囲む領域のウォータジャケット１８Ｂの深さＤ_Ｂが深く形成されているものである。なお、図３には、ウォータジャケット１８Ｂの深さＤ_Ｂの領域に、斜線を付して示している。

さて、上記構成をなす本発明の第３の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、中気筒のシリンダボア１６Ａを囲む領域のウォータジャケット１８Ａの深さＤ_Ａに対し、両端気筒のシリンダボア１６Ｂを囲む領域のウォータジャケット１８Ｂの深さＤ_Ｂが深く形成されていることにより、シリンダボア１６Ａの深さ方向における、中気筒のシリンダボア１６Ａの肉厚の大きな範囲Ｗ_Ａ（図４）が、端気筒のそれＷ_Ｂ（図４）に対して増大して、ライナ１４鋳包み時のシリンダボア冷却工程中における中気筒の剛性が、両端気筒１６Ｂと比較して高くなる。よって、中気筒の収縮力が端気筒の収縮力を上回り、中気筒のシリンダボア１６Ａの形状が冷却完了時まで優先的に維持されることから、ボア間が凹むことによる、中気筒のライナ１４の熱４次歪の発生を抑えることができる。

なお、本発明の第３の実施の形態に係るシリンダブロック２２の構造を、本発明の第１、第２の実施の形態に係るシリンダブロック２０、２２の構造と同時に採用することも可能であり、その場合は、本発明の第１、第２の実施の形態における作用効果をも得ることが可能である。
又、本発明の第１から第３の実施の形態に係るシリンダブロック２０、２２、２４は、何れも直列３気筒（あるいはＶ型６気筒の片バンク）を例示しているが、これらの発明を、サイアミズ構造を有し気筒数の異なるシリンダブロックにも、同様に適用可能であることは理解されるであろう。

本発明の第１の実施の形態に係るシリンダブロックの平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るシリンダブロックの平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るシリンダブロックの平面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 従来の、ボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロックを部分的に示した平面図である。 エンジンの実働時に、ライナに熱４次歪が生じるメカニズムを、サイアミズ構造を有するシリンダブロックの一般的な製造手順と併せて示した説明図である。 従来の、サイアミズ構造のシリンダブロックを備えるエンジンの実働時において、ライナに熱４次歪が生じる様子を示す説明図である。

符号の説明

１０：シリンダブロック、１２：シリンダ、１４：鉄ライナ、１５：シリンダヘッドボルトの取り付け穴又はシリンダヘッドボルト、 １６、１６Ａ、１６Ｂ：アルミブロック、 １８、１８Ａ、１８Ｂ：ウォータジャケット、 ２０、２２、２４：シリンダブロック

Claims (6)

1. シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロックであって、端気筒のボア肉厚に対し、中気筒のボア肉厚が全体的に厚く形成されていることを特徴とするシリンダブロック。
2. 前記シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部に対し肉厚に形成されていることを特徴とする請求項１記載のシリンダブロック。
3. 中気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットに対し、両端気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットが深く形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシリンダブロック。
4. シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロックであって、中気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットに対し、両端気筒のシリンダボアを囲む領域のウォータジャケットが深く形成されていることを特徴とするシリンダブロック。
5. 前記シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部に対し肉厚に形成されていることを特徴とする請求項４記載のシリンダブロック。
6. シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロックであって、前記シリンダボアの円周方向の、ヘッドボルトと対向するボルト位相部が、一般部に対し肉厚に形成されていることを特徴とするシリンダブロック。

Images