JP2010019225A - シリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダライナを鋳包んだシリンダブロックにおいて、エンジン実働時におけるシリンダボアの真円度を高める。
【解決手段】アルミニウム合金製のシリンダブロック本体２に鋳鉄製のシリンダライナ３を鋳包む。このとき、隣接するシリンダライナ３を鋳包むシリンダ壁５の結合部の窪みに肉盛部９を形成して、窪みを小さくする。そして、シリンダライナ３のシリンダボア４を機械加工によって真円に仕上る。肉盛部９を設けたことにより、シリンダライナ３の鋳包み時に、シリンダブロック本体２とシリンダライナ３との熱膨張差によって生じる残留歪が均一化されるので、エンジン実働時に温度上昇によってその残留歪が解放されたとき、シリンダボア４の４次変形が緩和されることになり、その真円度を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダブロック本体にシリンダライナが鋳包まれたシリンブロックに関するものである。

自動車等のレシプロエンジンのシリンダブロックには、例えば図６に示すシリンダブロック１のように、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体２に鋳鉄製のシリンダライナ３を鋳包んでシリンダボア４を形成するものがある。シリンダブロック１は、各シリンダライナ３を鋳包むシリンダ壁５どうしが互いに連結されて一体化されたサイアミーズ型であり、一体化されたシリンダ壁５の周囲にウォータジャケット６が形成されている。また、各シリンダボア４の周囲には、ウォータジャケット６の外側に４つのシリンダヘッドボルト穴７が等間隔で配置されており、これらのシリンダヘッドボルト穴７にシリンダヘッドボルトを螺着して、シリンダブロック１のデッキ面８にガスケット（図示せず）を介してシリンダヘッド（図示せず）が締結される。

ところで、上述のような構造の従来のシリンダブロック１では、次のような問題がある。シリンダブロック１の製造工程において、図７（Ａ）に示すように、真円のシリンダボア４を有するシリンダライナ３を金型にセットして、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体２のシリンダ壁５に鋳包んだとき、鋳鉄製のシリンダライナ３（熱膨張率小）とアルミニウム合金製のシリンダブロック本体２（熱膨張率大）との熱膨張差により、図７（Ｂ）に示すように、アルミニウム合金の溶湯が冷却固化する際、シリンダライナ３が強く収縮されて残留歪を生じる。この状態で、図７（Ｃ）に示すように、シリンダボア４は、機械加工によって高い精度で真円に仕上げられる。しかしながら、図７（Ｄ）に示すように、エンジン実働時には、シリンダブロック本体２及びシリンダライナ３の熱膨張によって残留歪が解放されることにより、シリンダボア４が変形することになる。

Ｖ型６気筒エンジンのシリンダブロックの片バンク（３つのシリンダボアを有する）を例にとると、図８に示すように、前後両端に配置されたシリンダライナ３を鋳包んだアルミニウム合金の収縮によって中央のシリンダライナ３が潰されるため、特に中央のシリンダボア４の変形が大きくなり、問題となる。

また、エンジン実働時においては、シリンダヘッドボルトの締付け、高温下における熱応力によって上述の変形が助長されることになり、図６中に二点鎖線で示すように、シリンダボア４は、その周囲に配置された４つのシリンダヘッドボルト穴７の近傍が内側に膨出して、略十字形となる４次変形と呼ばれる変形を生じて、真円度が低下することになる。

このように、シリンダボア４の真円度が低下すると、ピストン（ピストンリング）との密着性が低下して、エンジンの圧縮、燃焼圧力の低下、オイル消費量の増大及びピストンリングの磨耗の原因となる。また、ピストンのシール性を確保するために、ピストンリングの張力を大きくする必要があり、これにより、ピストンの摺動摩擦が増大して、燃料消費率が悪化する。

そこで、従来、例えば特許文献１に記載されたシリンダブロックでは、シリンダライナの外周面に縦リブを設けてシリンダライナの剛性を高めることにより、シリンダヘッドボルトの締付けに対して、シリンダボアの変形を抑制するようにしている。
特開２００６−２６０２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたものでは、シリンダライナの構造が複雑であるため、製造コストが高く、また、シリンダライナとシリンダブロック本体との熱膨張差によるシリンダボアの変形については、対策が採られておらず、改善の余地がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、シリンダライナを鋳包んだシリンダブロックにおいて、エンジン実働時におけるシリンダボアの真円度を高めるようにしたシリンダブロックを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、シリンダブロック本体にシリンダライナが鋳包まれ、前記シリンダライナを鋳包む略円筒状のシリンダ壁の周囲にウォータジャケットが形成され、隣接する前記シリンダ壁どうしが互いに結合されたサイアミーズ型のシリンダブロックにおいて、
前記シリンダ壁の結合部に肉盛部を形成して、隣接する前記シリンダ壁の間の窪みを小さくしたことを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）乃至（３）の内容が請求項１乃至３に対応する。

（１）シリンダブロック本体にシリンダライナが鋳包まれ、前記シリンダライナを鋳包む略円筒状のシリンダ壁の周囲にウォータジャケットが形成され、隣接する前記シリンダ壁どうしが互いに結合されたサイアミーズ型のシリンダブロックにおいて、
前記シリンダ壁の結合部に肉盛部を形成して、隣接する前記シリンダ壁の間の窪みを小さくしたことを特徴とするシリンダブロック。
このように構成したことにより、鋳包み時に生じる残留歪が肉盛部によって均一化されるので、エンジン実働時に、熱膨張によって残留歪が解放されたとき、シリンダボアの変形が均一化されることにより、エンジン実働時のシリンダボアの真円度を高めることができる。
なお、シリンダブロック本体とシリンダライナとの熱膨張率が同じ場合でも、溶湯から冷却、固化するシリンダブロック本体と、これに鋳包まれるシリンダライナとの間では、冷却条件等が異なり、残留歪が生じるので、このような場合でも本発明を適用することができる。
（２）（１）の構成において、前記肉盛部は、前記ウォータジャケットの底部付近に配置されていることとを特徴とするシリンダブロック。
このように構成したことにより、鋳包み時の残留歪の影響の大きいウォータジャケットの底部付近のシリンダボアの変形を均一化して、エンジン実働時のシリンダボアの真円度を高めることができる。
（３）（１）又は（２）の構成において、前記シリンダブロック本体は、アルミニウム合金製であり、前記シリンダライナは、鋳鉄製であることを特徴とするシリンダブロック。
このように構成したことにより、アルミニウム合金（熱膨張率大）と鋳鉄（熱膨張率小）との熱膨張差によって生じる残留歪によるシリンダボアの変形を均一化して、エンジン実働時のシリンダボアの真円度を高めることができる。

本発明のシリンダブロックによれば、エンジン実働時のシリンダボアの真円度を高めることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図６に示すものに対して、同様の部分には、同一の符号を付して説明する。
図１乃至図３に示すように、本実施形態に係るシリンダブロック１は、Ｖ型６気筒エンジン用のシリンダブロックであって、Ｖ字型に配置された各バンクに、それぞれ３つのシリンダボアが直列に配置されているが、片側のバンクのみを図示する。

シリンダブロック１は、アルミニウム合金鋳物であるシリンダブロック本体２の各バンクに、直列に配置された３つの鋳鉄製のシリンダライナ３が鋳包まれている。シリンダブロック１は、隣接するシリンダライナ３を鋳包む円筒状のシリンダ壁５どうしが互いに結合されて一体化されたサイアミーズ型であり、一体化されたシリンダ壁５の周囲にウォータジャケット６が形成されている。また、シリンダブロック１は、オープンデッキ構造であり、ウオータジャケット６は、シリンダヘッド本体３のシリンダヘッド結合面であるデッキ面８上に開口されている。

シリンダブロック本体２のシリンダボア４の周囲には、ウオータジャケット６の外側に複数のシリンダヘッドボルト穴７（ねじ穴）が設けられており、デッキ面８にガスケットを介して結合されるシリンダヘッドの上部から、シリンダヘッドボルトを挿通してシリンダヘッドボルト穴７に螺合して締付けることにより、シリンダヘッドがシリンダブロック１のデッキ面８に締結される。シリンダヘッドボルト穴７は、各シリンダボア４の周囲に略等間隔（９０°間隔）で４つずつ配置されるように設けられており、図示の片バンクには合計８個のシリンダボルト穴７が設けられている。

各シリンダ壁５の結合部の両側の窪みには、ウォータジャケット６の底部側に肉盛部９が形成されて、窪みが小さくなっている。肉盛部９は、ウォータジャケット６の底部側の肉盛高さが最も高く、デッキ面８側に向かってなだらかに傾斜されて低くなり、シリンダボア４の軸方向中央部付近まで延ばされている。肉盛部９は、ダイカスト法等によってシリンダブロック１を成型する際、金型によってシリンダ壁５と一体に成型される。

このようにして成型されたシリンダブロック１は、シリンダボア４がボーリング、ホーニング等によって所定の仕上げ精度で真円になるように機械加工され、また、デッキ面８及びシリンダヘッドボルト穴７等の各部が機械加工されて完成する。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
シリンダブロック１は、アルミニウム合金鋳物であるシリンダブロック本体２（熱膨張率大）に鋳鉄製のシリンダライナ３（熱膨張率小）を鋳包んだものであるため、ダイカスト等による成型時に、アルミニウム合金の溶湯が冷却、固化する際、これらの熱膨張差、冷却条件の相違等により、熱膨張率の小さい鋳鉄製のシリンダライナ３には、圧縮応力が生じ、熱膨張率の大きいアルミニウム合金製のシリンダブロック本体２のシリンダ壁５には引張応力が生じる。その結果、図７（Ｂ）に示すように、シリンダライナ３が強く収縮されて残留歪を生じる。

このとき、残留歪の影響が大きいウォータジャケット６の底部付近に肉盛部を形成してシリンダ壁５の結合部の窪みを小さくしたことにより、その部位のアルミニウム合金の収縮によるシリンダボア４の変形量が大きくなり、その結果、シリンダボア４の円周上の各部の変形量及び残留歪が均一化される。

鋳包み時のシリンダボア４の変形量を図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）は、シリンダボア４の円周方向の中心角毎の各部の変形量（径方向の収縮量）を示しており、曲線の位置が中心に近いほど変形量が大きく、外周に近いほど変形量が小さいことを表している。肉盛部９を設けていない場合、図５（Ａ）中に破線で示されるように、曲線の左右に節（他の部位に比して変形量の大きい部分）が見られるのに対して、肉盛部９を設けた場合、図５（Ａ）中に実線で示されるように、曲線の左右の上部及び下部の変形量が大きくなり、その結果、左右の節の部分が殆ど無くなり、変形量が均一化されている（図５（Ａ）中のＰ部参照）。

この状態で、図７（Ｃ）に示すように、シリンダボア４を真円になるように所定の仕上げ精度で機械加工する。このとき、残留歪は、均一化された状態となっている。そして、シリンダヘッドボルトによってデッキ面８にシリンダヘッドを締結して、組立てられたエンジンを運転すると、シリンダブロック１では、高温下の熱膨張によって、鋳包み時に生じた残留歪が解放されて、シリンダボア４が変形するが、残留歪が均一化されているので、変形後のシリンダボア４は、前述の４次変形が緩和されて真円度が高められることになる。

エンジン実働時のシリンダボア４の変形量を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）と同様、シリンダボア４の円周方向の中心角毎の各部の変形量（径方向の収縮量）を示しており、曲線の位置が中心に近いほど変形量が大きく、外周に近いほど変形量が小さいことを表している。肉盛部９を設けていない場合、図５（Ｂ）中に破線で示されるように、曲線の左右に節が見られるのに対して、肉盛部９を設けた場合、図５（Ｂ）中に実線で示されるように、節部が改善されて変形量が均一化されて、エンジン実働時のシリンダボア４の真円度が高められている（図５（Ｂ）中のＱ部参照）。

このようにして、エンジン実働時におけるシリンダボア４の真円度を高めることにより、シリンダボア４とピストンとの密着性を高めて、エンジンの圧縮、燃焼圧力の低下、オイル消費量の増大及びピストンリングの磨耗を防止することができる。また、ピストンのシール性が高まるので、ピストンリングの張力を小さくすることができ、これにより、ピストンの摺動摩擦を低減して、燃料消費率を向上させることができる。

なお、肉盛部９は、上記実施形態では、鋳包み時の残留歪の影響の大きいウォータジャケット６の底部付近に形成しているが、実際のシリンダボア４の変形に応じて、適当な部位に設ければよい。このとき、図４に示すように、肉盛部９によってシリンダ壁５の結合部の窪みを完全に無くすことも可能である（図４は、シリンダ壁５の形状のみを示している）。しかしながら、このようにした場合、シリンダボア４の変形に対しては有利であると考えられるが、シリンダボア４の冷却性等の制約が生じるため、上記実施形態のようにシリンダ壁５の結合部の窪みを残すことが望ましい。

上記実施形態では、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体に鋳鉄製のシリンダライナが鋳包まれたシリンダブロックについて説明しているが、本発明は、これらの材質に限らず、シリンダブロック本体にシリンダライナを鋳包むことにより、熱膨張率差、冷却条件の相違等によって残留応力が生じるものであれば、他の材質のもの、あるいは、シリンダブロック本体とシリンダライナとが同材質のものにも適用することができる。

また、本発明は、シリンダライナを鋳包んでシリンダボアを形成し、隣接するシリンダ壁が互いに結合されて一体化されたサイアミーズ型のシリンダブロックであれば、Ｖ型エンジンのほか、直列エンジン等の他の形式の多気筒エンジンにも適用することができる。

本発明の一実施形態に係るシリンダライナを鋳包んだＶ型エンジンのシリンダブロックの片バンクの一部を破断して示す斜視図である。 図１に示すシリンダブロックの片バンクの平面図である。 図１に示すシリンダブロックの片バンクを図２のＡ−Ａ線によって破断して示す斜視図である。 図１に示すシリンダブロックの片バンクにおいて、肉盛部によって結合部の窪みを無くしたシリンダ壁を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るシリンダブロックのシリンダライナ鋳包み時及びエンジン実働時のシリンダボアの変形量を示すグラフ図である。 従来のシリンダライナを鋳包んだシリンダブロックの平面図である。 シリンダライナを鋳包んだシリンダブロックの製造工程及びエンジン実働時におけるシリンダボアの変形状態を示す説明図である。 Ｖ型６気筒エンジンのシリンダブロックの片バンクにおける、シリンダライナ鋳包み時の各シリンダボアの変形状態を示す説明図である。

符号の説明

１ シリンダブロック、２ シリンダブロック本体、３ シリンダライナ、５ シリンダ壁、６ ウォータジャケット、９ 肉盛部

Claims (3)

1. シリンダブロック本体にシリンダライナが鋳包まれ、前記シリンダライナを鋳包む略円筒状のシリンダ壁の周囲にウォータジャケットが形成され、隣接する前記シリンダ壁どうしが互いに結合されたサイアミーズ型のシリンダブロックにおいて、
   前記シリンダ壁の結合部に肉盛部を形成して、隣接する前記シリンダ壁の間の窪みを小さくしたことを特徴とするシリンダブロック。
2. 前記肉盛部は、前記ウォータジャケットの底部付近に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロック。
3. 前記シリンダブロック本体は、アルミニウム合金製であり、前記シリンダライナは、鋳鉄製であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダブロック。

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