JP2010024916A - クローズドデッキタイプのシリンダブロック及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インサート部材の内部に充填物を配置することなく、高圧ダイカスト鋳造であっても、所望形状のウォータジャケットを形成することができるクローズドデッキタイプのシリンダブロック及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】
内部をピストンが摺動する複数のシリンダ１２と、シリンダ１２を冷却する冷却水を流通するウォータジャケット１６を備えるクローズドデッキタイプのシリンダブロック１０は、内筒部３０ａと外筒部３０ｂとを備え、内筒部３０ａの内壁面と外筒部３０ｂの内壁面とを連結する複数の連結部材４５（突起３７，３８）が分散して設けられている冷却用中空材３０が、シリンダ１２の周囲に配置されて鋳包まれ、高圧ダイカスト鋳造により製造される。
【選択図】図３

Description

本発明は、インサート部材を鋳包むことによりウォータジャケットを形成するクローズドデッキタイプのシリンダブロック及びその製造方法に関する。

水冷式のエンジンに用いられるシリンダブロックは、エンジン冷却のためにウォータジャケットを備えている。ウォータジャケットは、シリンダとブロック外壁との間に形成され、その内部に冷却水が流される。ウォータジャケット内に冷却水を流すことにより、シリンダを冷却する効果が得られるとともに、シリンダボアで発生する音を吸収して静音化を図ることができる。

ここで、シリンダブロックは、大きく分けてクローズドデッキタイプとオープンデッキタイプの２種類に分類される。シリンダヘッド締結側であるアッパーデッキ面にシリンダボアを備えるシリンダとブロック外壁とを結ぶブリッジを備えるのがクローズドデッキタイプである。一方、ブリッジを備えず、アッパーデッキ面でシリンダとブロック外壁が分かれているのがオープンデッキタイプである。そして、クローズドデッキタイプのシリンダは、シリンダブロックのアッパーデッキ面にブリッジを備えることで、シリンダとブロック外壁が結合され、振動耐性が向上し騒音が低減できるなどのメリットがあるが、その反面、製作が困難になるというデメリットがある。

近年、シリンダブロックは生産効率などの点からダイカスト成形で製造されることが多くなってきている。ところが、クローズドデッキタイプのシリンダブロックが備えるウォータジャケットを形成するためには、崩壊性の中子を用いる必要がありダイカスト成形の利点を生かすことができない。つまり、シリンダブロックのダイカスト成形時において、ウォータジャケットを形成する中子を崩さない程度の鋳造圧力で溶湯を供給する必要があり、湯流れ速度を遅くする必要がある。そのため、生産速度が低下し、ダイカスト成形でメリットとされる量産効果が得られにくくなってしまう。

このような事情から、クローズドデッキタイプのシリンダブロックに関しては鋳造で成形されるケースも珍しくない。また、シリンダブロックの別の箇所を補強することで剛性を確保し、オープンデッキタイプのシリンダブロックをエンジンに採用するケースもある。

しかしながら、より高剛性を求めたい場合（例えば、ディーゼルエンジンに用いる場合）などでは、クローズドデッキタイプのシリンダブロックの方が有利である。従って、クローズドデッキタイプのシリンダブロックについても生産効率の向上が求められている。そして、クローズドデッキタイプのシリンダブロックに関して、例えば特許文献１には、中空形状のインサート部材を鋳包んで、インサート部材の内部をウォータジャケットとする技術が開示されている。
特開２０００−２３０４５５号公報

しかしながら、上記した特許文献１に開示された技術では、鋳造圧力が５０〜８０ＭＰａとなる高圧ダイカスト鋳造を行う場合には、インサート部材の変形を防止する必要がある。インサート部材を鋳包んでシリンダブロック内にウォータジャケットを形成する場合、インサート部材が変形して冷却水通路の一部が閉塞されてしまうと、冷却水の流れが悪くなってシリンダブロックの冷却性能が大幅に悪化する。このため、特許文献１に開示された技術では、高圧ダイカスト鋳造を行う場合、インサート部材の変形を防ぐために、インサート部材の内部に金属粒子や砂などの充填物を配置している。この場合、鋳造後に充填物を取り出す工程が必要となるため、工程が増加して生産性が低下するという問題があった。

ここで、鋳造圧力を低くすればインサート部材の内部に充填物を配置する必要がなくなり、工程を増加させないようにすることができる。ところが、ダイカスト製品は、鋳造圧力を上げることにより、成形条件が良好になり品質が向上するため、鋳造圧力を下げると、成形条件が悪化して高品質なダイカスト製品（シリンダブロック）を得ることができなくなる。

なお、引用文献１に記載されているように、インサート部材の内部に補強リブを設けてインサート部材の強度を高める技術もある。ところが、高圧ダイカスト鋳造でウォータジャケットのように比較的大きな空洞部を確保する場合には、補強リブが設けられていない部分が変形してしまうおそれがある。このような変形を防止するためには、補強リブを複数設けることも考えられる。しかしながら、補強リブを複数設けると、ウォータジャケット内における冷却水の流れが乱されること等により冷却性能が低下して十分な冷却効果を得ることができなくなる。

また、インサート部材を鋳包む際に、インサート部材の位置決めが必要となる。ところが、特許文献１ではインサート部材の下部が環状の保持部材に保持されているだけである。このため、高圧ダイカスト鋳造を行う場合には溶湯の圧力によってずれるおそれがある。そして、近年のエンジンには高出力化と燃費性能改善の両方が求められ、シリンダブロックの肉厚も薄くなっている。従って、ウォータジャケットの位置についてもある程度の精度が求められる。このような状況から、シリンダブロックを鋳造するために鋳包むインサート部材がずれないように適切に金型に保持して、鋳包むインサート部材を適切に位置決めして鋳造することが望まれている。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、インサート部材の内部に充填物を配置することなく、高圧ダイカスト鋳造であっても、所望形状のウォータジャケットを形成することができるクローズドデッキタイプのシリンダブロック及びその製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロックは、内部をピストンが摺動する複数のシリンダと、前記シリンダを冷却する冷却水を流通するウォータジャケットを備えるクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいて、内筒部と外筒部とを備え、前記シリンダの周囲に配置されてウォータジャケットを形成する中空部材を有し、前記中空部材には、前記内筒部の内壁面と前記外筒部の内壁面とを連結する複数の連結部材が分散して設けられていることを特徴とする。

このシリンダブロックは、ウォータジャケットとなる中空部材（インサート部材）が鋳包まれてダイカスト鋳造により形成されている。そして、中空部材には、内筒部の内壁面と外筒部の内壁面とを連結する複数の連結部材が分散して設けられている。これにより、中空部材の機械的強度を大幅に向上させることができ、鋳造圧力が５０〜８０ＭＰａとなる高圧ダイカスト鋳造であっても、中空部材が変形してウォータジャケット内において部分的に冷却水通路が閉塞することを防止することができる。従って、中空部材の内部に充填物を配置することなく、高圧ダイカスト鋳造により、所望形状のウォータジャケットを形成することができる。

また、連結部材を分散して設けているため、ウォータジャケット内における冷却水の流れを乱さないようにすることができる。すなわち、連結部材を設けても分散して配置していることにより、冷却水がスムーズに流れて剥離流れが発生しないため、キャビテーションの発生がなくシリンダブロックの冷却効果を低下させることもない。
なお、連結部材の分散（配置）形態としては、千鳥形状などのように一定の規則性を持たせた形態としても良いし、ウォータジャケット内における冷却水の流れを意図的に変えるような形態としても良い。

本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいては、前記中空部材に連通し、前記シリンダの開口部が面するアッパーデッキ面側に設けられた複数の中空形状の水路用突起を有することが望ましい。

このような水路用突起を有することにより、この水路用突起内に金型の一部（挿入突起）を差し込んで金型に中空部材を固定することができる。これにより、鋳造時に溶湯の圧力によって、鋳包む中空部材がずれないように適切に位置決めして鋳造することができる。従って、シリンダブロック内におけるウォータジャケットの位置精度を高めることができる。

なお、水路用突起は中空形状であるが、中空部分に金型の一部が差し込まれるので、高圧ダイカスト鋳造であっても溶湯の圧力によって変形することはないし、溶湯が侵入することもない。そして、水路用突起は、中空部材にパイプを接続して形成しても良いし、中空部材と一体的に成形しても良い。

また、本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいては、前記連結部材は、前記内筒部又は前記外筒部の少なくとも一方に、前記中空部材内側に突出して設けられた突起により形成されていることが望ましい。

このような突起により連結部材を形成することにより、プレス成形などにより簡単に連結部材を形成することができる。これにより、連結部材を設けることによって、中空部材の生産性が低下すること、及び生産コストが上昇することを防止することができる。従って、このような連結部材を有する中空部材を鋳包んで高圧ダイカスト鋳造を行うことにより、生産性の低下及び生産コストの上昇を防ぎ、所望形状のウォータジャケットが形成された高品質なシリンダブロックを得ることができる。

ここで、プレスなどにより成形した突起で連結部材を形成すると、突起の内側（凹部）に溶湯が流れ込む。このため、中空部材の内筒部のみ、又は外筒部のみに突起を設けると、中空部材の内筒部側から受ける溶湯の圧力と外筒部側から受ける溶湯の圧力とに差が生じてしまい、その圧力差によって中空部材が変形してしまうおそれがある。

そこで、本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいては、前記連結部材は、前記内筒部及び前記外筒部の両方に、前記中空部材内側に突出して設けられた突起の先端部同士を突き合わせることにより形成され、前記内筒部に設けられた突起と前記外筒部に設けられた突起とが対称形状であることが好ましい。

このように、連結部材を、内筒部及び外筒部の両方に、中空部材内側に突出して設けられた突起の先端部同士を突き合わせることにより形成し、内筒部に設けられた突起と外筒部に設けられた突起とを対称形状とすることにより、中空部材の内筒部側から受ける溶湯の圧力と外筒部側から受ける溶湯の圧力とを同等にすることができ、溶湯の圧力による中空部材の変形を確実に防止することができる。

また、本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいては、前記中空部材内に冷却水を導入するために前記外筒部の外壁に設けられた冷却水導入口を有することが望ましい。

このような冷却水導入口を設けることにより、シリンダブロック成形後に冷却水導入口を加工する必要がなくなるとともに、冷却水導入口に金型の一部（挿入突起）を差し込んで金型に中空部材を固定する際の位置決め精度をより一層向上させることができる。つまり、中空部材は、水路用突起と冷却水導入口とにより位置決めされて金型に保持されるので、鋳造時に溶湯の圧力によって、鋳包む中空部材のずれをより確実に防止することができる。これにより、シリンダブロックの生産性を向上させるとともに、シリンダブロック内におけるウォータジャケットの位置精度を一層高めることができる。なお、冷却水導入口の内部は空洞となっているが、空洞部分に金型の一部が差し込まれるので、高圧ダイカスト鋳造であっても溶湯の圧力によって変形することはないし、溶湯が侵入することもない。

また、本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいては、前記中空部材は、シリンダ軸方向の両端部が折り曲げられて断面コ字状に成形された複数の金属板を、互いに折り曲げ部同士を重ね合わせて接合することにより形成されていることが望ましい。

中空部材はパイプ材を用いて形成することもできるが、生産効率及び生産コストを考慮すると、金属板を用いて形成することにより、生産効率及び生産コストで有利となる。つまり、パイプ材を用いて中空部材をウォータジャケットの形状に成形するには、複雑な成形加工が必要となるため、生産効率が低下するとともに生産コストが上昇する。これに対して、金属板を用いて中空部材を形成する場合には、プレス成形した金属板を接合して所定形状の中空部材を得ることができるため、生産効率を向上させ、生産コストを低減することができる。

そして、金属板のシリンダ軸方向の両端部を折り曲げられて断面コ字状に成形し、互いに折り曲げ部同士を重ね合わせて接合して中空部材を形成することにより、中空部材のシリンダ軸方向の両端部（上下端部）における機械的強度を高めることができる。これにより、中空部材全体の機械的強度を一層高めることができる。なお、金属部材同士の接合は、溶接やロウ付けなどによって行えばよい。

上記課題を解決するためになされた本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロックの製造方法は、内部をピストンが摺動する複数のシリンダと、前記シリンダを冷却する冷却水を流通するウォータジャケットを備えるクローズドデッキタイプのシリンダブロックを、金型を用いて鋳造により製造する製造方法において、前記シリンダの周囲に配置されるウォータジャケットを形成するためのインサート部材として、内筒部と、外筒部と、前記内筒部の内壁面と前記外筒部の内壁面とを連結する複数の分散配置された連結部材と、前記シリンダの開口部が面するアッパーデッキ面側に設けられた中空形状の水路用突起とを備える中空部材を形成する中空部材形成工程と、前記中空部材形成工程で形成した前記中空部材の前記水路用突起の中空部分に、前記金型に形成された挿入突起を差し込んで前記中空部材を保持し、前記金型のキャビティ内に前記中空部材を位置決めして配置する中空部材配置工程と、前記中空部材配置工程で前記金型に保持された前記中空部材を鋳包んでシリンダブロックをダイカスト成形する鋳造工程と、を有することを特徴とする。

このシリンダブロックの製造方法では、中空部材形成工程にて、ウォータジャケットを形成するためのインサート部材となる中空部材を形成する。このとき、中空部材には、内筒部の内壁面と外筒部の内壁面とを連結する複数の連結部材が分散して形成される。このため、中空部材の機械的強度を高めることができる。また、アッパーデッキ面側に中空形状の水路用突起が設けられる。

そして、このような中空部材が、中空部材配置工程にて、金型のキャビティ内に配置される。このとき、中空部材に備わる水路用突起の中空部分に、金型に形成された挿入突起を差し込んで中空部材を保持する。これにより、金型のキャビティ内において中空部材が位置決めされる。

その後、鋳造工程にて、中空部材配置工程で金型に保持した中空部材を鋳包んでシリンダブロックをダイカスト成形する。このとき、鋳造圧力が５０〜８０ＭＰａとなる高圧ダイカスト鋳造を行っても、連結部材により中空部材の機械的強度を高めているので、中空部材が変形してウォータジャケット内において部分的に冷却水通路が閉塞することを防止することができる。また、水路用突起内に金型の挿入突起を差し込んで金型に中空部材を固定しているので、鋳造時に溶湯の圧力によって、鋳包む中空部材がずれることなく適切に位置決めされた状態で鋳造することができる。

このように本発明に係る製造方法によれば、中空部材の内部に充填物を配置することなく、高圧ダイカスト鋳造により、所望形状のウォータジャケットを形成した高品質なシリンダブロックを製造することができる。そして、この製造方法では、充填物の取り出し工程が不要であるから生産効率が向上する。

本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロックの製造方法においては、前記中空部材形成工程では、シリンダ軸方向の両端部を折り曲げて断面コ字状に成形した複数の金属板を、互いに折り曲げ部同士を重ね合わせて接合することにより前記中空部材を形成することが望ましい。

このように複数の金属板をプレス等により成形し、折り曲げ部同士を重ね合わせて接合することにより中空部材を形成することにより、パイプ材を用いる場合に比べ、生産効率を向上させ、生産コストを低減することができる。また、中空部材のシリンダ軸方向の両端部（上下端部）における機械的強度を高めることができ、中空部材全体の機械的強度を一層高めることができる。

また、本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロックの製造方法においては、前記中空部材形成工程では、前記内筒部又は前記外筒部の少なくとも一方に、前記中空部材内側に突出するように設けた突起により前記連結部材を形成することが望ましい。

このような突起により連結部材を形成することにより、プレス成形などによって中空部材内部に連結部材を簡単に設けることができる。これにより、連結部材を設けることによって、中空部材の生産性が低下すること、及び生産コストが上昇することを防止できる。

本発明に係るクローズドデッキタイプのシリンダブロック及びその製造方法によれば、上記した通り、インサート部材である中空部材の内部に充填物を配置することなく、高圧ダイカスト鋳造により、所望形状のウォータジャケットを形成して高品質のシリンダブロックを得ることができる。

以下、本発明のクローズドデッキタイプのシリンダブロック及びその製造方法を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。ここでは、直列４気筒のエンジンに用いられるシリンダブロックに本発明を適用した場合を例示する。

まず、本実施の形態に係るシリンダブロックについて、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係るシリンダブロックの概略構成を示す上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図３は、シリンダブロック内のウォータジャケットを示す斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るシリンダブロック１０は、直列４気筒のエンジンに用いられるものであり、シリンダ１２内部にシリンダボア１１が４つ形成されている。シリンダブロック１０はクローズドデッキタイプであり、シリンダ１２とブロック外壁１３とがブリッジ１４で接続されている。

そして、シリンダブロック１０のアッパーデッキ面１０ａには、複数のヘッドボルト穴１５が設けられており、図示しないシリンダヘッドをヘッドボルトにて締結することができるようになっている。ここで、ヘッドボルト穴１５は、シリンダボア１１の周囲に４つ設けられている。ただし、図１に示すように隣り合うシリンダボア１１でボルト穴を共有しているので、第１シリンダボア１１ａと第２シリンダボア１１ｂの間には２つのヘッドボルト穴１５が備えられることになる。

一方、シリンダブロック１０の下部には、図２に示すように、クランクキャップを取り付けるクランクボルト穴１７が設けられている。クランクボルト穴１７は、図示しないクランクキャップとシリンダブロック１０のジャーナル部１９とでクランクシャフトを挟んで保持するために、クランクキャップをシリンダブロック１０に固定するためのボルト穴である。

また、シリンダブロック１０内には、図１に示すように、シリンダ１２の周囲にウォータジャケット１６が形成されている。ウォータジャケット１６は、シリンダ１２を冷却するために備えられており、エンジン運転時には内部に冷却水が流れるようになっている。ここで、ウォータジャケット１６は、図３に示す冷却用中空材３０により形成されている。つまり、冷却用中空材３０がシリンダブロック１０内に鋳包まれ、冷却用中空材３０の内側がウォータジャケット１６となっている。なお、冷却用中空材３０の材質としては、耐食性を考慮してステンレス製とすることもできるし、リサイクル性を考慮してシリンダブロック１０の素材と同じくアルミニウム合金製とすることもできる。

ここで、ウォータジャケット１６を形成する冷却用中空材３０について、図３及び図４〜図７を参照しながら説明する。図４は、冷却用中空材の分解斜視図である。図５は、冷却用中空材の断面を示した斜視図である。図６は、冷却用中空材に設けられた突起の凹部に形成したガス抜き溝を示す図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。

冷却用中空材３０は、複数枚の金属板から構成されている。つまり、所定の形状に加工された金属板を互いに接合することにより冷却用中空材３０が形成されている。本実施の形態では、図４に示すように、冷却用中空部材３０は、ウォータジャケット１６を構成する４枚の金属板３１〜３４、及び冷却水をウォータジャケット１６内に導入する冷却水導入口４６を構成するための接続部材３５と取水口３６により形成されている。

各金属板３１〜３４は、それらを組み合わせたときにウォータジャケット１６の形状となるようにそれぞれが図４に示すような所定形状にプレス成形されている。そして、シリンダ１２側に配置される内筒部３０ａを構成する内筒金属板３１，３２には、断面形状が略円形である突起３７がエンボス加工により千鳥状に設けられている。突起３７は、ウォータジャケット１６内に突出するよう外側に向かって形成されている。また、内筒金属板３１，３２には、シリンダ１２の軸方向両端（上下端）が外側に折り曲げられた折り曲げ部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂが形成されている。そして、折り曲げ部３１ａ，３２ａには、後述するウォータジャケット突起４０の対応位置に貫通穴４１が形成されている。これにより、各金属板３１〜３４を組み合わせた際、ウォータジャケット突起４０の下側開口部が貫通穴４１に位置するようになっており、ウォータジャケット突起４０内の水路開口部１６ａ（図２参照）と冷却用中空材３０内側（ウォータジャケット１６）とが連通する。なお、貫通穴４１の代わりに、切り欠きを設けてもよい。

一方、ブロック外壁１３側に配置される外筒部３０ｂを構成する外筒金属板３３，３４には、断面形状が略円形である突起３８がエンボス加工により千鳥状に設けられている。突起３８は、ウォータジャケット１６内に突出するよう内側に向かって形成されている。突起３８と突起３７とはほぼ対称（同一）形状である。そして、突起３８は、各金属板３１〜３４を組み合わせた際に、突起３７と突き当たるように配置されている。また、外筒金属板３３，３４は、シリンダ１２の軸方向両端（上下端）が内側に折り曲げられた折り曲げ部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂが形成されている。そして、折り曲げ部３３ａ，３４ａには、複数のウォータジャケット突起４０が設けられている。ウォータジャケット突起４０は中空形状をなし、ウォータジャケット１６内とシリンダブロック１０のアッパーデッキ面１０ａとを連通させるものである。そして、ウォータジャケット突起４０の内側が水路開口部１６ａとなっている。これにより、シリンダブロック１０のアッパーデッキ面１０ａには、ウォータジャケット１６の開口部として水路開口部１６ａしか現れない。従って、シリンダブロック１０はクローズドデッキタイプとして構成される。そして、水路開口部１６ａは、図示しないシリンダヘッドに設けられるウォータジャケットと連通して、冷却水を流すようになっている。さらに、外筒金属板３３には、冷却水導入口４６と連通する開口３９が設けられている。

そして、このような金属板３１〜３４を組み合わせて接合することにより冷却用中空材３０が形成されている。具体的には、図５に示すように、内筒金属板３１，３２に設けられた突起３７と外筒金属板３３，３４に設けられた突起３８とが突き合わされるとともに、折り曲げ部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂと折り曲げ部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂとが重ね合わせられ、それぞれが接合されて冷却用中空材３０が形成されている。これにより、冷却用中空材３０内には、突起３７と突起３８とにより、内筒金属板３１，３２の内壁面と外筒金属板３３，３４の内壁面とを連結する連結部材４５が形成される。そして、突起３７，３８が千鳥状に設けられているので、連結部材４５も千鳥状に配置される。つまり、冷却用中空材３０内には、複数の連結部材４５が分散して配置される。これらの連結部材４５により、冷却用中空材３０の機械的強度が高められている。また、冷却用中空材３０の上下端部では、折り曲げ部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂと折り曲げ部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂとが重ね合わされているので、機械的強度が高められている。これらにより、冷却用中空材３０の機械的強度が全体的に高められている。

また、各突起３７，３８の凹部３７ａ，３８ａには、図６、図７に示すように、複数のガス抜き溝４２が形成されている。ガス抜き溝４２は、コイニング加工などにより形成すればよい。なお、本実施の形態では、１つの突起３７，３８に対して５本の並列配置されたガス抜き溝が形成されており、そのうち３本が突起３７，３８の凹部３７ａ，３８ａ内に設けられ、残り２本が凹部３７ａ，３８ａ外に設けられている。

さらに、冷却用中空材３０には、図３に示すように、内部に冷却水を導入する冷却水導入口４６が設けられている。この冷却水導入口４６は、冷却用中空材３０の外筒部３０ｂとなる外筒金属板３３の外壁に設けられている。冷却水導入口４６は、図４に示すように、接続部材３５と取水口３６とが接合されて形成されている。そして、接続部材３５が外筒金属板３３の開口３９の外縁部に沿って接合され、冷却水導入口４６が冷却用中空材３０に取り付けられている。

続いて、上記したシリンダブロック１０の製造方法について、図４、図８及び図９を参照しながら説明する。図８は、上型に冷却用中空材を固定した様子を示す図である。図９は、スライド型に備わる差し込みピンを冷却水導入口に挿入する様子を示す図である。シリンダブロック１０の製造では、冷却用中空材３０を形成する中空材形成工程、冷却用中空材３０を金型に位置決め配置する中空材配置工程、冷却用中空材３０を鋳包んでシリンダブロックをダイカスト成形する鋳造工程が実施される。

まず、中空材形成工程において、冷却用中空材３０を製作する。具体的には、図４に示すように、予め所定形状に成形された４枚の金属板３１〜３４のうち、最初に内筒金属板３１と内筒金属板３２との端部同士を接合し、冷却用中空材３０の内筒部３０ａを形成する。そして、内筒金属板３１，３２で形成された内筒部３０ａに対し、外筒金属板３３，３４を接合するとともに、外筒金属板３３，３４の端部同士を接合する。このとき、内筒金属板３１，３２に設けられた突起３７と外筒金属板３３，３４に設けられた突起３８とが突き合わされるとともに、折り曲げ部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂと折り曲げ部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂとが重ね合わせられる。このようにして、内筒金属板３１，３２により形成された内筒部３０ａ、外筒金属板３３，３４により形成された外筒部３０ｂ、及び突起３７，３８により形成された連結部材４５によって、冷却用中空材３０のうちウォータジャケット１６となる部分が出来上がる。その後、接続部材３５に取水口３６を接合することにより冷却水導入口４６を形成し、それを外筒金属板３３に設けられた開口３９の外縁部に沿って接合する。かくして、冷却用中空材３０が形成される。なお、冷却用中空材３０を構成する各部材３１〜３６の接合は、溶接又はロウ付けにより行えばよい。

ここで、冷却用中空材３０はパイプ材を用いて製作することもできるが、生産効率及び生産コストを考慮すると、上記したような金属板を用いて製作することにより、生産効率及び生産コストで有利となる。つまり、パイプ材を用いて冷却用中空材３０をウォータジャケットの形状に成形するには、複雑な成形加工が必要となるため、生産効率が低下するとともに生産コストが上昇する。これに対して、金属板を用いて冷却用中空材３０を製作する場合には、プレス成形した金属板を接合すれば良いため、生産効率を向上させ、生産コストを低減することができる。

次に、中空材配置工程において、上記のようにして製作した冷却用中空材３０を金型にセットする。ここで、ダイカスト成形に用いる金型５０は、図８に示すように、固定型５２とスライド型５３及び上型５１等からなる分割型である。なお、図８には上型５１が実線で、その他は二点鎖線で示されている。

上型５１には、シリンダボア突起５１ａと位置決めピン５１ｂが備えられている。シリンダボア突起５１ａは、シリンダライナ１２ａを保持する突起であり、直列４気筒のエンジンであれば４本備えられる。なお、シリンダライナ１２ａを用いないケースであれば、シリンダボア１１を形成する突起となる。位置決めピン５１ｂは、冷却用中空材３０の位置決めを行うとともに、ダイカスト成形の際にウォータジャケット突起４０が変形することを防止するための突起であり、ウォータジャケット突起４０の水路開口部１６ａに嵌合するようになっている。

スライド型５３には、図９に示すように、差し込みピン５４ａが備えられている。差し込みピン５４ａは、冷却用中空材３０の位置決めを行うとともに、ダイカスト成形の際に冷却水導入口４６が変形することを防止するための突起であり、冷却水導入口４６に嵌合するようになっている。

このような金型５０への冷却用中空材３０のセットは、まず、図８に示すように、上型５１の位置決めピン５１ｂに、ウォータジャケット突起４０の水路開口部１６ａを嵌合させ、冷却用中空材３０の位置決めを行う。また、シリンダボア突起５１ａに、シリンダライナ１２ａを保持させる。これにより、上型５１に、冷却用中空材３０及びシリンダライナ１２ａが保持される。

その後、冷却用中空材３０及びシリンダライナ１２ａを保持した上型５１を固定型５２に近づけて所定の位置にセットする。次いで、図８、図９に示すように、シリンダブロック１０のシリンダ配列方向に平行な面に配置されるスライド型５３、及びシリンダブロック１０のシリンダ配列方向に直交する面に配置されるスライド型５４をそれぞれ所定の位置にスライドさせて金型５０内にキャビティを形成する。

ここで、スライド型５４をスライドさせる際、スライド型５４に備えられた差し込みピン５４ａを、上型５１に保持された冷却用中空材３０の冷却水導入口４６に差し込む。これにより、冷却用中空材３０はスライド型５４によっても、位置決めされて保持される。このようにして、冷却用中空材３０は、金型５０のキャビティ内において、適切に位置決めされた状態で金型５０に保持される。

そして、鋳造工程において、金型５０のキャビティ内に溶湯を射出し充填することにより、金型５０に保持した冷却用中空材３０を鋳込んでシリンダブロック１０をダイカスト成形する。ここで、ダイカスト製品は、鋳造圧力を上げることにより、成形条件が良好になり品質が向上するため、鋳造圧力を下げると、成形条件が悪化して高品質な製品（シリンダブロック）を得ることができなくなる。このため、本実施の形態では、鋳造圧力が５０〜８０ＭＰａである高圧ダイカスト鋳造を行っている。これにより、シリンダブロック１０の品質を向上させている。

そして、冷却用中空材３０には突起３７，３８で形成された連結部材４５が分散配置されており、機械的強度が高められている。特に、本実施の形態では、突起３７，３８を対称形状（同一形状）としている。これにより、突起部分において、冷却用中空材３０の内筒部３０ａ側から受ける溶湯の圧力と外筒部３０ｂ側から受ける溶湯の圧力とを同等にすることができる。また、本実施の形態では、金属板３１，３２と金属板３３，３４の折り曲げ部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂと折り曲げ部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂとを重ね合わせて接合している。これにより、冷却用中空材３０のシリンダ軸方向の両端部（上下端部）における機械的強度が高められている。従って、溶湯の圧力による冷却用中空材３０の変形を確実に防止することができる。

このため、冷却用中空材３０を鋳包んで高圧ダイカスト鋳造を行っても、冷却用中空材３０が変形してウォータジャケット１６内において部分的に冷却水通路が閉塞することがない。従って、冷却用中空材３０の内部に充填物を配置することなく、高圧ダイカスト鋳造によりシリンダブロック１０を形成しても、所望形状のウォータジャケット１６を設けることができる。従って、クローズドデッキタイプのシリンダブロック１０を高圧ダイカスト鋳造により生産性を低下させることなく製作することができる。

また、冷却用中空材３０は、上型５１の位置決めピン５１ｂ及びスライド金型５４の差し込みピン５４ａにより金型５０にしっかりと保持されているため、鋳造時に溶湯の圧力によって、冷却用中空材３０の位置がずれることがない。従って、シリンダブロック１０内におけるウォータジャケット１６の位置精度を高めることができる。

また、冷却用中空材３０のウォータジャケット突起４０及び冷却水導入口４６に、それぞれ位置決めピン５１ｂ及び差し込みピン５４ａを差し込んでいるので、鋳造時にウォータジャケット突起４０及び冷却水導入口４６が変形することと、ウォータジャケット突起４０及び冷却水導入口４６への溶湯の侵入を防止することができる。

さらに、冷却用中空材３０に設けた突起３７，３８の凹部３７ａ，３８ａには、複数のガス抜き溝４２が形成されている。これにより、溶湯が凹部３７ａ，３８ａ内に流れ込んだ際、凹部３７ａ，３８ａに設けられた複数のガス抜き溝４２によりガス抜きが効率よく行われる。これにより、鋳造欠陥の発生を防止することができる。

このようにして製造されたシリンダブロック１０では、冷却用中空材３０の内側がウォータジャケット１６となる。ここで、冷却用中空材３０内には連結部材４５が配置されているが、連結部材４５は略円形であって分散配置されているため、ウォータジャケット１６内における冷却水の流れを乱すことがなく、冷却水をスムーズに流すことができる。このため、冷却用中空材３０内に連結部材４５を設けたことにより、冷却水に剥離流れを発生させることがないのでキャビテーションが発生せず、シリンダブロック１０の冷却効果を低下させることはない。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るシリンダブロック１０では、ウォータジャケット１６となる冷却用中空材３０が鋳包まれて高圧ダイカスト鋳造により形成されている。そして、冷却用中空材３０には、内筒部３０ａの内壁面と外筒部３０ｂの内壁面とを連結する複数の連結部材４５（突起３７，３８）が分散して設けられている。これにより、冷却用中空材３０の機械的強度を大幅に向上させることができ、鋳造圧力が５０〜８０ＭＰａとなる高圧ダイカスト鋳造であっても、冷却用中空材３０が変形してウォータジャケット１６内において部分的に冷却水通路が閉塞することを防止することができる。従って、冷却用中空材３０の内部に充填物を配置することなく、高圧ダイカスト鋳造により、所望形状のウォータジャケット１６を形成することができる。

そして、連結部材４５を分散して設けているため、ウォータジャケット１６内における冷却水の流れを乱さないようにすることができる。すなわち、冷却用中空材３０内に連結部材４５を設けても分散して配置していることにより、冷却水がスムーズに流れて剥離流れが発生しないため、キャビテーションの発生がなくシリンダブロック１０の冷却効果を低下させることもない。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、冷却用中空材３０を複数の金属板により形成しているが、冷却用中空材３０は図１０に示すように、パイプ材を加工して形成することもできる。また、冷却用中空材３０を金属板により形成する場合には、使用する金属板は４枚に限られることなく、例えば２枚の金属板（内筒部と外筒部をそれぞれ１枚の金属板で構成）、３枚の金属板（内筒部を１枚金属板、外筒部を２枚の金属板で構成）、あるいは４枚以上に金属板を使用してもよい。

また、上記した実施の形態では、突起３７，３８は略円（楕円）形状であるが、その形状はこれに限られることなく、冷却水に剥離流れを発生させないような形状でどのような形状であってもよい。例えば、図１１に示すように長円形状にすることもできるし、図１２に示すように流線形にすることもできる。

また、上記した実施の形態では、内筒金属板３１，３２に設けた突起３７と外筒金属板３３，３４に設けた突起３８とにより連結部材４５を形成しているが、内筒金属板３１，３２あるいは外筒金属板３３，３４にのみ突起を設け、その突起で連結部材４５を形成することもできる。さらに、連結部材４５を内筒金属板３１，３２、外筒金属板３３，３４に突起を設けるのではなく、内筒金属板３１，３２、外筒金属板３３，３４とは別部材で構成することもできる。

また、上記した実施の形態では、突起３７，３８の凹部３７ａ，３８ａに並列配置した５本のガス抜き溝４２を設けているが、ガス抜き溝４２の配置や形状、及び数についてはこれに限定されることなく、例えば、図１３、図１４に示すように、２本のガス抜き溝４２を交差させるように配置することもできる。

さらに、上記した実施の形態では、直列４気筒のエンジンに本発明を適用した場合について例示したが、本発明は直列４気筒以外のエンジンにも適用することができる。例えば、Ｖ型や水平対向等の他のシリンダレイアウトや気筒数の増減を行ったエンジンであっても本発明を適用することができる。

実施の形態に係るシリンダブロックの概略構成を示す上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 シリンダブロック内のウォータジャケットを示す斜視図である。 冷却用中空材の分解斜視図である。 冷却用中空材の断面を示した斜視図である。 冷却用中空材に設けられた突起の凹部に形成したガス抜き溝を示す図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。 上型に冷却用中空材を固定した様子を示す図である。 スライド型に備わる差し込みピンを冷却水導入口に挿入する様子を示す図である。 冷却用中空材の変形例の断面を示した斜視図である。 突起の変形形状を示す図である。 突起の変形形状を示す図である。 ガス抜き溝の変形例を示す図である 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線における断面図である。

符号の説明

１０ シリンダブロック
１０ａ アッパーデッキ面
１１ シリンダボア
１２ シリンダ
１３ ブロック外壁
１４ ブリッジ
１６ ウォータジャケット
１６ａ 水路開口部
３０ 冷却用中空材
３０ａ 内筒部
３０ｂ 外筒部
３１ 内筒金属板
３１ａ 折り曲げ部
３１ｂ 折り曲げ部
３２ 内筒金属板
３２ａ 折り曲げ部
３２ｂ 折り曲げ部
３３ 外筒金属板
３３ａ 折り曲げ部
３３ｂ 折り曲げ部
３４ 外筒金属板
３４ａ 折り曲げ部
３４ｂ 折り曲げ部
３５ 接続部材
３６ 取水口
３７ 突起
３８ 突起
３９ 開口
４０ ウォータジャケット突起
４１ 貫通穴
４５ 連結部材
４６ 冷却水導入口
５０ 金型
５１ 上型
５１ａ シリンダボア突起
５１ｂ 位置決めピン
５２ 固定型
５３ スライド型
５４ スライド型
５４ａ 差し込みピン

Claims (9)

1. 内部をピストンが摺動する複数のシリンダと、前記シリンダを冷却する冷却水を流通するウォータジャケットを備えるクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいて、
   内筒部と外筒部とを備え、前記シリンダの周囲に配置されてウォータジャケットを形成する中空部材を有し、
   前記中空部材には、前記内筒部の内壁面と前記外筒部の内壁面とを連結する複数の連結部材が分散して設けられている
   ことを特徴とするクローズドデッキタイプのシリンダブロック。
2. 請求項１に記載するクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいて、
   前記中空部材に連通し、前記シリンダの開口部が面するアッパーデッキ面側に設けられた複数の中空形状の水路用突起を有する
   ことを特徴とするクローズドデッキタイプのシリンダブロック。
3. 請求項１又は請求項２に記載するクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいて、
   前記連結部材は、前記内筒部又は前記外筒部の少なくとも一方に、前記中空部材内側に突出して設けられた突起により形成されている
   ことを特徴とするクローズドデッキタイプのシリンダブロック。
4. 請求項３に記載するクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいて、
   前記連結部材は、前記内筒部及び前記外筒部の両方に、前記中空部材内側に突出して設けられた突起の先端部同士を突き合わせることにより形成され、
   前記内筒部に設けられた突起と前記外筒部に設けられた突起とが対称形状である
   ことを特徴とするクローズドデッキタイプのシリンダブロック。
5. 請求項１から請求項４に記載するいずれか１つのクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいて、
   前記中空部材内に冷却水を導入するために前記外筒部の外壁に設けられた冷却水導入口を有する
   ことを特徴とするクローズドデッキタイプのシリンダブロック。
6. 請求項１から請求項５に記載するいずれか１つのクローズドデッキタイプのシリンダブロックにおいて、
   前記中空部材は、シリンダ軸方向の両端部が折り曲げられて断面コ字状に成形された複数の金属板を、互いに折り曲げ部同士を重ね合わせて接合することにより形成されている
   ことを特徴とするクローズドデッキタイプのシリンダブロック。
7. 内部をピストンが摺動する複数のシリンダと、前記シリンダを冷却する冷却水を流通するウォータジャケットを備えるクローズドデッキタイプのシリンダブロックを、金型を用いて鋳造により製造する製造方法において、
   前記シリンダの周囲に配置されるウォータジャケットを形成するためのインサート部材として、内筒部と、外筒部と、前記内筒部の内壁面と前記外筒部の内壁面とを連結する複数の分散配置された連結部材と、前記シリンダの開口部が面するアッパーデッキ面側に設けられた中空形状の水路用突起とを備える中空部材を形成する中空部材形成工程と、
   前記中空部材形成工程で形成した前記中空部材の前記水路用突起の中空部分に、前記金型に形成された挿入突起を差し込んで前記中空部材を保持し、前記金型のキャビティ内に前記中空部材を位置決めして配置する中空部材配置工程と、
   前記中空部材配置工程で前記金型に保持された前記中空部材を鋳包んでシリンダブロックをダイカスト成形する鋳造工程と、
   を有することを特徴とするクローズドデッキタイプのシリンダブロックの製造方法。
8. 請求項７に記載するクローズドデッキタイプのシリンダブロックの製造方法において、 前記中空部材形成工程では、シリンダ軸方向の両端部を折り曲げて断面コ字状に成形した複数の金属板を、互いに折り曲げ部同士を重ね合わせて接合することにより前記中空部材を形成する
   ことを特徴とするクローズドデッキタイプのシリンダブロックの製造方法。
9. 請求項７又は請求項８に記載するクローズドデッキタイプのシリンダブロックの製造方法において、
   前記中空部材形成工程では、前記内筒部又は前記外筒部の少なくとも一方に、前記中空部材内側に突出するように設けた突起により前記連結部材を形成する
   ことを特徴とするクローズドデッキタイプのシリンダブロックの製造方法。

Images