JP2010038033A - 内燃機関のシリンダブロック及びシリンダブロックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ壁に設けられる冷却水通路の加工の自由度を向上させることが可能な内燃機関のシリンダブロックを提供する。
【解決手段】一列に並ぶ複数のシリンダ２を形成するシリンダ壁３と、シリンダ壁３の周囲をウォータージャケット溝４を挟んで囲む外壁５とを備え、シリンダ壁３はシリンダ２を形成するボア部８と、隣り合うボア部８同士を結合する結合部９と、結合部９に設けられてウォータージャケット溝４と接続される冷却水通路１０とを備えている内燃機関のシリンダブロック１において、シリンダ壁３となるシリンダ形成部材１１と、少なくとも外壁５となり、かつシリンダ形成部材１１を鋳ぐるんでシリンダ形成部材１１と一体化するブロック本体１２とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリンダを形成するシリンダ壁とシリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁とを備えた内燃機関のシリンダブロック及びシリンダブロックの製造方法に関する。

ボアとそのボアの周囲を水ジャケットを挟んで囲む部分とが一体化した内燃機関のシリンダブロックにおいて、ボア間ブリッジに上端から水ジャケットへと通じる冷却水通路が斜めに形成されたシリンダブロックが知られている（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が存在する。

特開２００２−２２７７１６号公報 特開２００２−７０６３９号公報

特許文献１、２に記載されているようなシリンダブロックにおいては、一般にシリンダを形成する部分（以下、シリンダ壁と称する。）とシリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁とを鋳造により一体に形成し、その後シリンダ壁に冷却水通路を形成する。そのため、冷却水通路を加工する際に外壁が障害となり、冷却水通路の加工が制限される。

そこで、本発明は、シリンダ壁に設けられる冷却水通路の加工の自由度を向上させることが可能な内燃機関のシリンダブロック及びシリンダブロックの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関のシリンダブロックは、一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダ壁と、前記シリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁と、を備え、前記シリンダ壁は、前記シリンダを形成するボア部と、隣り合う前記ボア部同士を結合する結合部と、前記結合部に設けられて前記ウォータージャケット溝と接続される冷却水通路と、を備えている内燃機関のシリンダブロックにおいて、前記シリンダ壁となるシリンダ形成部材と、少なくとも前記外壁となり、かつ前記シリンダ形成部材を鋳ぐるんで前記シリンダ形成部材と一体化するブロック本体と、を備えている（請求項１）。

本発明のシリンダブロックによれば、シリンダ壁となるシリンダ形成部材とブロック本体とが別部材であるため、ブロック本体に鋳ぐるませる前にシリンダ形成部材の結合部に冷却水通路を加工することにより外壁に邪魔されることなく冷却水通路を加工することができる。そのため、冷却水通路の加工の自由度を向上させることができる。

本発明のシリンダブロックの一形態において、前記冷却水通路は、一端がトップデッキ面に開口し、他端が前記ウォータージャケット溝と接続していてもよい（請求項２）。この場合、冷却水通路へトップデッキ面より冷却水を直接導入できるため、結合部の冷却を促進させることができる。

本発明のシリンダブロックの一形態においては、前記複数のシリンダは一列に並ぶように形成され、前記冷却水通路の一端は、隣り合う前記シリンダ同士の中心軸を結ぶ線分を等分する中心に開口していてもよい（請求項３）。一般に結合部はシリンダ同士の中心軸を結ぶ線分を挟んで形状が対称になるように形成されるので、結合部のうちこの線分上の部分が他の部分と比較して冷却され難くなる。また、隣り合うシリンダ同士の中心軸を結ぶ線分を等分する中心においては、これら隣り合うシリンダで生じた熱がそれぞれ伝達するため、温度が上昇し易い。そのため、このような場所に冷却水通路の一端を開口させることにより、結合部の中心の部分の冷却を促進させることができる。

本発明のシリンダブロックの一形態において、前記冷却水通路は、前記トップデッキ面に対して直交する直交部と、前記トップデッキ面に対して水平な水平部と、を有していてもよい（請求項４）。上述したようにブロック本体に鋳ぐるませる前にシリンダ形成部材に冷却水通路を加工することにより外壁に邪魔されることなく冷却水通路を加工することができるので、このようにトップデッキ面に対して水平な水平部やトップデッキ面に対して直交する直交部を穴あけ加工することができる。また、例えば上述した結合部の中心に直交部を配置することにより、結合部の冷却をさらに促進させることができる。

本発明のシリンダブロックの一形態において、前記シリンダ形成部材はアルミニウム系材料で形成され、前記ブロック本体は鉄系材料で形成されていてもよい（請求項５）。この場合、シリンダ形成部材を鉄系材料で形成した場合と比較してシリンダブロックを軽量化できる。

本発明のシリンダブロックの製造方法は、一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダ壁と、前記シリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁と、を備え、前記シリンダ壁は、前記シリンダを形成するボア部と、隣り合う前記ボア部同士を結合する結合部と、前記結合部に設けられて前記ウォータージャケット溝と接続される冷却水通路と、を備えている内燃機関のシリンダブロックを製造する製造方法において、前記ボア部と前記結合部とを有するシリンダ中間部材を形成するシリンダ中間部材製造工程と、前記シリンダ中間部材製造工程で形成した前記シリンダ中間部材の前記結合部に前記冷却水通路を穴あけ加工して前記シリンダ壁となるシリンダ形成部材を形成するシリンダ形成部材製造工程と、前記シリンダ形成部材製造工程で穴あけ加工した前記冷却水通路の各開口端部を栓部材で塞ぎ、その後前記シリンダ形成部材を前記シリンダブロックの鋳型に設置する鋳型設置工程と、前記鋳型設置工程で前記シリンダ形成部材を設置した鋳型に溶湯を流し込み前記シリンダ形成部材が鋳ぐるまれるように前記シリンダ形成部材の周囲に前記ウォータージャケット溝を挟んで少なくとも前記外壁となるブロック本体を形成して仕上げ加工前ブロックを形成するシリンダブロック鋳造工程と、前記シリンダブロック鋳造工程で形成した前記仕上げ加工前ブロックから前記栓部材を除去する栓部材除去工程と、を備えている（請求項６）。

本発明のシリンダブロックの製造方法によれば、シリンダ形成部材をブロック本体に鋳ぐるませるシリンダブロック鋳造工程の前のシリンダ形成部材製造工程において冷却水通路を加工するので、外壁に邪魔されずに結合部に冷却水通路を穴あけ加工することができる。そのため、冷却水通路の加工の自由度を向上させることができる。また、冷却水通路の各開口端部を塞いだ後にシリンダ形成部材を鋳型に設置するので、シリンダ形成部材をブロック本体に鋳ぐるませる際に冷却水通路内への溶湯の流入を防止できる。

以上に説明したように、本発明によれば、シリンダ形成部材とブロック本体とが別部材であるため、ブロック本体に鋳ぐるませる前にシリンダ形成部材に冷却水通路を加工することにより外壁に邪魔されることなくシリンダ形成部材に冷却水通路を加工することができる。そのため、冷却水通路の加工の自由度を向上させることができる。

図１〜３を参照して本発明の一形態に係るシリンダブロックを説明する。このシリンダブロックは車両に走行用動力源として搭載される内燃機関の主要部品である。図１はシリンダブロックの斜視図であり、図２は図１のシリンダブロックを上方から見た概略図である。図１のシリンダブロック１は、一列に並ぶ複数（図１では４つ）のシリンダ２を形成するシリンダ壁３と、シリンダ壁３の周囲をウォータージャケット溝４を挟んで囲む外壁５とを備えている。図１に示したように外壁５には、シリンダブロック１にシリンダヘッドを固定するためのヘッドボルトがねじ込まれるボルト穴６が設けられている。なお、図２においてはボルト穴６の図示を省略している。図１に示したようにシリンダブロック１は４つのシリンダ２が直列に並んでおり、直列４気筒の内燃機関に組み込まれる。また、図１に示したようにシリンダ壁３と外壁５とは、このシリンダブロック１を内燃機関に組み込んだ際にシリンダヘッドと対向するトップデッキ面７にてウォータージャケット溝４で分離されている。そのため、シリンダブロック１は、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。

シリンダ壁３は、シリンダ２を形成するボア部８と、隣り合うボア部８同士を結合する結合部９とを備えている。各結合部９には、一端１０ａがトップデッキ面７に開口し、かつ他端１０ｂがウォータージャケット溝４と接続する冷却水通路１０がそれぞれ設けられている。図２に示したように各冷却水通路１０の一端１０ａは、結合部９のうち隣り合うシリンダ２同士の中心軸ＣＬを結ぶ線分Ｌを等分する、すなわち隣り合うシリンダ２の中心軸ＣＬから同じ距離Ａにある中心Ｃにそれぞれ開口している。以降、この中心Ｃを結合部９の中心Ｃと称することがある。

図３は、図１のIII−III線におけるシリンダブロック１の断面を示している。図３に示したようにシリンダブロック１は、シリンダ壁３となるシリンダ形成部材１１と、そのシリンダ形成部材１１を鋳ぐるんでシリンダ形成部材１１と一体化するブロック本体１２とを備えている。図３に示したようにブロック本体１２は、外壁５及びシリンダブロック１のスカート部１ａを形成する。このようにシリンダブロック１は、シリンダ壁３を形成するシリンダ形成部材１１と、それ以外の部分を形成するブロック本体１２とにより形成されている。シリンダブロック１においてシリンダ形成部材１１はアルミニウム系材料で形成され、ブロック本体１２は鉄系材料で形成されている。

図３に示したように冷却水通路１０は、トップデッキ面７からトップデッキ面７に対して直交する方向に延びる直交部１０ｃと、トップデッキ面７に対して水平に延びてウォータージャケット溝４と接続する水平部１０ｄと、直交部１０ｃと水平部１０ｄとを連通する連通部１０ｅとを備えている。直交部１０ｃの長さとしては、例えばシリンダ２に挿入されたピストンが上死点からクランク角度で数十度移動するまでの距離が設定される。この冷却水通路１０には、例えばシリンダヘッドを介してトップデッキ面７側、すなわち一端１０ａ側から冷却水が導入される。その後、冷却水は直交部１０ｃ、連通部１０ｅ、水平部１０ｄの順に流れてウォータージャケット溝４に排出される。

次に、図４を参照してシリンダブロック１の製造方法について説明する。図４に示したようにこの製造方法では、まずシリンダ中間部材製造工程Ｓ１でシリンダ中間部材を形成する。シリンダ中間部材は、冷却水通路１０が加工される前のシリンダ形成部材１１であり、ボア部８及び結合部９を有する。すなわち、シリンダ中間部材は、冷却水通路１０が無い状態のシリンダ形成部材１１である。シリンダ中間部材は、例えばまずボア部８及び結合部９を有する母材をアルミニウム系材料により鋳造で形成し、その後母材のバリ取り及び面出し等の粗加工を行うことにより形成する。

続くシリンダ形成部材製造工程Ｓ２では、シリンダ中間部材の各結合部９に冷却水通路１０をそれぞれ穴あけ加工する。これにより、シリンダ形成部材１１を形成する。図５は、シリンダ形成部材１１の一部を拡大して示す図である。図５に示したようにこの状態ではシリンダ形成部材１１の周囲に外壁５が無いため、冷却水通路１０はシリンダ中間部材の外壁５と対向する側面、すなわち図５の側面１１ａ側から穴あけ加工することができる。なお、冷却水通路１０は、まず直交部１０ｃを加工し、その後直交部１０ｃと連通部１０ｅを介して連通するように水平部１０ｄを加工してもよいし、まず水平部１０ｄを加工し、その後直交部１０ｃを加工してもよい。その後、これら加工した孔のバリ取りなどを行うことにより、冷却水通路１０を形成する。

次の鋳型設置工程Ｓ３では、図６に示したようにシリンダ形成部材１１をシリンダブロック１の鋳型２０に設置する。シリンダブロック１の鋳型２０は、例えばシリンダブロック１のうちシリンダ形成部材１１で形成される部分以外が形成されるように構成されている。すなわち、この鋳型２０は、シリンダ形成部材１１の周囲にブロック本体１２を形成するためのものである。なお、シリンダ形成部材１１は、まず図７に示したように各冷却水通路１０の一端１０ａが上型３０でそれぞれ塞がれるとともに他端１０ｂがプラグ３１でそれぞれ塞がれ、その後シリンダブロック１の鋳型２０に設置される。そのため、上型３０及びプラグ３１が本発明の栓部材に相当する。

シリンダブロック鋳造工程Ｓ４では、鋳型設置工程Ｓ３でシリンダ形成部材１１を設置した鋳型２０に鉄系材料の溶湯を流し込む。これによりシリンダ形成部材１１がブロック本体１２に鋳ぐるまれてブロック本体１２と一体化し、仕上げ加工前ブロックが鋳造される。そして、この工程Ｓ４においてシリンダ壁３の周囲にウォータージャケット溝４を挟んで外壁５が形成される。

次の栓部材除去工程Ｓ５では、仕上げ加工前ブロックから上型３０及びプラグ３１を削り落として除去する。その後、シリンダブロック仕上げ加工工程Ｓ６において、栓部材除去工程Ｓ５で上型２０及びプラグ２１を除去した仕上げ加工前ブロックに対して仕上げ加工が行われる。仕上げ加工としては、例えばボルト穴６を加工したり、仕上げ加工前ブロックの内面及び外面のバリ取りなどが行われる。なお、この仕上げ加工は、シリンダブロックに対して一般に実施される周知の仕上げ加工であるため、詳細な説明は省略する。そして、仕上げ加工の完了により、シリンダブロック１が完成する。

本発明のシリンダブロック１によれば、シリンダ形成部材１１をブロック本体１２に鋳ぐるませる前にシリンダ形成部材１１に冷却水通路１０を加工するので、外壁５に邪魔されることなく冷却水通路１０を加工することができる。そのため、冷却水通路１０の加工の自由度を向上させることができる。従って、本発明のシリンダブロック１では、外壁５に邪魔されることなく冷却水通路１０を加工できるので、トップデッキ面７に対して水平な水平部１０ｄやトップデッキ面７に対して直交する直交部１０ｃを穴あけ加工することができる。図２に示したように結合部９の中心Ｃは、ウォータージャケット溝４から最も遠く、また隣り合う各シリンダ２から熱がそれぞれ伝達されるため、他の部分と比較して高温になり易い。本発明のシリンダブロック１では、その結合部９の中心Ｃに直交部１０ｃを配置したので、結合部９の冷却を促進させることができる。

本発明のシリンダブロック１では、シリンダ形成部材１１がアルミニウム系材料で形成されるので、シリンダブロック１の全体を鉄系材料の一体に鋳造するものと比較してシリンダブロック１を軽量化できる。

このシリンダブロック１の製造方法においては、加工した冷却水通路１０の各開口端部１０ａ、１０ｂを上型３０又はプラグ３１で塞いでからシリンダ形成部材１１を鋳型２０に設置するので、冷却水通路１０内への溶湯の流入を防止することができる。

本発明は、上述した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、本発明は、４つのシリンダを有するシリンダブロックに限定されず、隣り合う２つ以上のシリンダを有する種々のシリンダブロックに適用してよい。また、本発明はオープンデッキ型のシリンダブロックに限定されず、シリンダ壁と外壁とがトップデッキ面で繋がっているクローズドデッキ型のシリンダブロックに適用してもよい。シリンダ形成部材は、鉄系材料で形成されていてもよい。

冷却水通路の一端は、結合部の中心に開口していなくてもよく、その中心より外れた位置に開口していてもよい。冷却水通路は、上述した形態の形状に限定されず、冷却すべき箇所に適切に冷却水を導入することが可能な種々の形状に加工してよい。例えば、冷却水通路は、トップデッキ面からシリンダ壁の側面に直線的に貫通していてもよい。すなわち、冷却水通路がトップデッキ面から斜めに設けられていてもよい。また、冷却水通路は、一方の側方のウォータージャケット溝と他方の側方のウォータージャケット溝とが連通するようにトップデッキ面と水平に設けられていてもよい。一つの結合部に設けられる冷却水通路の数は１つに限定されず、一つの結合部に複数の冷却水通路が設けられていてもよい。

本発明の一形態に係るシリンダブロックの斜視図。 図１のシリンダブロックを上方から見た概略図。 図１のIII−III線におけるシリンダブロックの断面を示す概略図。 図１のシリンダブロックの製造手順を示す図。 シリンダ形成部材の一部を拡大して示す斜視図。 シリンダブロックの鋳型の概略を示す図。 冷却水通路の各開口端部が塞がれた状態のシリンダ形成部材を示す図。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ シリンダ
３ シリンダ壁
４ ウォータージャケット溝
５ 外壁
７ トップデッキ面
８ ボア部
９ 結合部
１０ 冷却水通路
１０ａ 一端
１０ｂ 他端
１０ｃ 直交部
１０ｄ 水平部
１１ シリンダ形成部材
１２ ブロック本体
２０ 鋳型
３０ 上型（栓部材）
３１ プラグ（栓部材）
Ｓ１ シリンダ中間部材製造工程
Ｓ２ シリンダ形成部材製造工程
Ｓ３ 鋳型設置工程
Ｓ４ シリンダブロック鋳造工程
Ｓ５ 栓部材除去工程
ＣＬ 中心軸
Ｌ 線分
Ｃ 中心

Claims (6)

1. 一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダ壁と、前記シリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁と、を備え、
   前記シリンダ壁は、前記シリンダを形成するボア部と、隣り合う前記ボア部同士を結合する結合部と、前記結合部に設けられて前記ウォータージャケット溝と接続される冷却水通路と、を備えている内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記シリンダ壁となるシリンダ形成部材と、少なくとも前記外壁となり、かつ前記シリンダ形成部材を鋳ぐるんで前記シリンダ形成部材と一体化するブロック本体と、を備えていることを特徴とするシリンダブロック。
2. 前記冷却水通路は、一端がトップデッキ面に開口し、他端が前記ウォータージャケット溝と接続している請求項１に記載のシリンダブロック。
3. 前記複数のシリンダは一列に並ぶように形成され、
   前記冷却水通路の一端は、隣り合う前記シリンダ同士の中心軸を結ぶ線分を等分する中心に開口している請求項２に記載のシリンダブロック。
4. 前記冷却水通路は、前記トップデッキ面に対して直交する直交部と、前記トップデッキ面に対して水平な水平部と、を有している請求項２又は３に記載のシリンダブロック。
5. 前記シリンダ形成部材はアルミニウム系材料で形成され、前記ブロック本体は鉄系材料で形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリンダブロック。
6. 一方向に並ぶ複数のシリンダを形成するシリンダ壁と、前記シリンダ壁の周囲をウォータージャケット溝を挟んで囲む外壁と、を備え、
   前記シリンダ壁は、前記シリンダを形成するボア部と、隣り合う前記ボア部同士を結合する結合部と、前記結合部に設けられて前記ウォータージャケット溝と接続される冷却水通路と、を備えている内燃機関のシリンダブロックを製造する製造方法において、
   前記ボア部と前記結合部とを有するシリンダ中間部材を形成するシリンダ中間部材製造工程と、前記シリンダ中間部材製造工程で形成した前記シリンダ中間部材の前記結合部に前記冷却水通路を穴あけ加工して前記シリンダ壁となるシリンダ形成部材を形成するシリンダ形成部材製造工程と、前記シリンダ形成部材製造工程で穴あけ加工した前記冷却水通路の各開口端部を栓部材で塞ぎ、その後前記シリンダ形成部材を前記シリンダブロックの鋳型に設置する鋳型設置工程と、前記鋳型設置工程で前記シリンダ形成部材を設置した鋳型に溶湯を流し込み前記シリンダ形成部材が鋳ぐるまれるように前記シリンダ形成部材の周囲に前記ウォータージャケット溝を挟んで少なくとも前記外壁となるブロック本体を形成して仕上げ加工前ブロックを形成するシリンダブロック鋳造工程と、前記シリンダブロック鋳造工程で形成した前記仕上げ加工前ブロックから前記栓部材を除去する栓部材除去工程と、を備えていることを特徴とするシリンダブロックの製造方法。

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