JP2013151914A - 内燃機関の製造方法および内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、内燃機関の三面合わせ部に設けられたシール材が適切にそのシール性能を維持することができるように、シリンダヘッドとシリンダブロックを組み付ける前に適切な熱処理を決定することができる内燃機関の製造方法を提供する。
【解決手段】熱処理されたシリンダヘッド１およびシリンダブロック２とチェーンケース３との三面合わせ部４に弾性変形可能なシール材５を設けて組付ける内燃機関の製造方法であって、シール材５の弾性変形が許容される量ｇｋ（またはｇｓ）に基づいて、またさらに内燃機関の運転によるシリンダヘッド１とシリンダブロック２の永久生長の量ｐ、ｑと、内燃機関の運転時のシリンダヘッド１とシリンダブロック２の熱膨張の量ｒ、ｓとに基づいてシリンダヘッド１とシリンダブロック２の熱処理を決定して、その熱処理を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の製造方法および内燃機関に関し、さらに詳しくは、熱処理されたシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの三面合わせ部に弾性変形可能なシール材を設けて組付ける内燃機関の製造方法と、熱処理されたシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの三面合わせ部に弾性変形可能なシール材が設けられ組み付けられてなる内燃機関に関するものである。

シリンダヘッドとシリンダブロックとを組み付け、このシリンダヘッドとシリンダブロックの側面にチェーンケースを組み付けるタイプの内燃機関では、三面合わせ部が形成される。この三面合わせ部には、シール部材が設けられる。この三面合わせ部にシール部材を設ける手法としては、一般にシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとを組み付ける直前に液状ガスケットを塗布するＦＩＰＧ(Formed In Place Gasket)が採用されている。一般に、液状ガスケットは、シリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとを組み付けた後に乾燥することなどにより弾性を有する固体またはゲル状となる。

ところで、内燃機関を構成するシリンダヘッド、シリンダブロック、およびチェーンケースは、一般に図１に参照されるように、それぞれ鋳造により粗形材を成形し、粗形材を熱処理して機械加工した後、洗浄されて組み付けられる。そして、一般に、シリンダヘッドは重力鋳造や低圧鋳造などにより成形され、シリンダブロックはダイカストにより成形される。そのため、シリンダヘッドに対する熱処理は、たとえば人工時効処理であるＴ５処理と、溶体化処理および焼入れ後に人工時効処理を行うＴ６処理とのいずれの処理でも可能である。また、シリンダブロックについては、ダイカスト成形されるために一般にＴ５処理を行っているが、高真空ダイカストにより成形することでＴ６処理が可能となっている。なお、これらのＴ５、Ｔ６処理は必要に応じて行われ、熱処理として実際には加熱しない場合（この場合をレス処理と称する）もある。本発明における熱処理には、Ｔ５、Ｔ６処理とともにレス処理も含む。

このような内燃機関の製造に関する従来の技術としては、例えば特許文献１が知られている。特許文献１には、シリンダヘッドとシリンダブロックをガスケットを挟んで接合すると共にシリンダヘッドとシリンダブロックの両端面に液状ガスケットを挟んでチェーンケースを接合したものにおいて、常温状態ではシリンダヘッドとチェーンケースとの間に隙間が形成され、この隙間に挿入した液状ガスケットがこの隙間間隔の伸縮に追随できる性状とされていることを特徴とするシリンダヘッドのシール構造が開示されている。

そして、特許文献１には、内燃機関の運転時にシリンダヘッドが最も大きな熱負荷を受けて高温となり熱膨張して伸びが発生するが、常温状態でシリンダヘッドとチェーンケースとの間に隙間を設け、この隙間に液状ガスケットを挿入してシリンダヘッドをシールするようにしたことにより、シリンダヘッドの伸びによるチェーンケースとの隙間の伸縮に追随でき、また、シリンダブロックとチェーンケースとの接合面やシリンダヘッドとチェーンケースとの接合面に隙間が生じても液状ガスケットが隙間をシールすることなどが記載されている。

特開平０８−１５１９５５号公報

しかしながら、製造された内燃機関を運転すると、シリンダヘッドとシリンダブロックは、熱負荷を受けることにより、充分に冷却した後であっても寸法が伸びた状態となる永久生長が発生しているため、シリンダヘッドとチェーンケースとの間の隙間が設定された間隔から変化することとなる。そして、この永久生長は、上記鋳造後の熱処理によってそれぞれ異なる。また、永久生長により隙間間隔が変化するのに従い、運転中の隙間間隔も変化することとなる。

そして、永久生長により隙間間隔の変化が大きく、また、製造された内燃機関を運転したときにシリンダヘッドとチェーンケースとの間に形成する隙間間隔に対してシリンダヘッドの熱膨張が大きいと、隙間に挿入した液状ガスケットが隙間間隔の伸縮に追随できる許容範囲を超えて圧潰され、その結果、液状ガスケットに亀裂が生じるなどして三面合わせ部のシール性能が低下するという問題があった。上記特許文献１などの従来の技術では、このような隙間に挿入された液状ガスケットの隙間間隔の伸縮に追随できる許容範囲や、その許容範囲で寸法が変化するよう抑止するためのシリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理、さらに内燃機関を運転することにより生じる永久生長などについて考慮されたものはなかった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、内燃機関の三面合わせ部に設けられたシール材が適切にそのシール性能を維持することができるように、シリンダヘッドとシリンダブロックを組み付ける前に適切な熱処理を決定することができる内燃機関の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、簡単な構成で、三面合わせ部に設けられたシール材が適切にそのシール性能を維持することができるように、シリンダヘッドとシリンダブロックが適切に熱処理された内燃機関を提供することを目的とする。

請求項１の内燃機関の製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、熱処理されたシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの三面合わせ部に弾性変形可能なシール材を設けて組付ける内燃機関の製造方法であって、前記シール材の弾性変形量に基づいて、前記シリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することを特徴とする。
また、請求項５の内燃機関に係る発明は、上記目的を達成するため、熱処理されたシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの三面合わせ部に弾性変形可能なシール材が設けられ組付られてなる内燃機関であって、前記シリンダヘッドとシリンダブロックは、前記シール材の弾性変形量と、内燃機関の運転による永久生長と、内燃機関の運転時の熱膨張とに基づいて決定された熱処理がされており、前記シリンダヘッドのチェーンケースを組み付ける面が、シリンダブロックのチェーンケースを組み付ける面よりも、チェーンケースに対して後退するようにオフセットされて、シリンダヘッドとシリンダブロックが接合されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、シリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理をシール材の弾性変形量に基づいて適切に決定して行うことにより、シリンダヘッドとシリンダブロックの寸法が変化しても、三面合わせ部に設けられたシール材がその許容弾性変形量の範囲で変形するため、適切にそのシール性能を維持することが可能な内燃機関の製造方法を提供することができる。
請求項５の発明によれば、シール材の弾性変形量と、内燃機関の運転によるシリンダヘッドとシリンダブロックの永久生長と、内燃機関の運転時のシリンダヘッドとシリンダブロック熱膨張とに基づいて決定された熱処理がシリンダヘッドとシリンダブロックに施されており、また、シリンダヘッドのチェーンケースを組み付ける面が、シリンダブロックのチェーンケースを組み付ける面よりも、チェーンケースに対して後退するようにオフセットされて、シリンダヘッドとシリンダブロックが接合されているという簡単な構成により、製造後に内燃機関を運転した後にシリンダヘッドとシリンダブロック自体に永久生長による寸法差が生じたり、運転時の熱膨張でシリンダヘッドとシリンダブロックに温度差による寸法差が生じても、三面合わせ部に設けられたシール材が許容される範囲で変形するために、そのシール性能を維持することが可能な内燃機関を提供することができる。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）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、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（２）項が請求項２に相当し、（３）項が請求項３に相当し、（４）項が請求項４に相当し、（７）項が請求項５に相当する。

（１） 熱処理されたシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの三面合わせ部に弾性変形可能なシール材を設けて組付ける内燃機関の製造方法であって、
前記シール材の弾性変形量に基づいて、前記シリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することを特徴とする内燃機関の製造方法。

（１）項の発明では、内燃機関を製造するに際して、少なくともシリンダヘッドとシリンダブロックは熱処理されてチェーンケースとともに組み付けられる。シリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの間には三面合わせ部が形成される。このシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとを組み付ける際には、三面合わせ部に弾性変形可能なシール部材が設けられる。このようにして内燃機関を製造する場合に、シール材の弾性変形が許容される量に基づいて、シリンダヘッドとシリンダブロックに対する熱処理を決定し、この決定に従ってシリンダヘッドとシリンダブロックを熱処理する。これにより、シリンダヘッドとシリンダブロックの寸法が変化しても、三面合わせ部に設けられたシール材がその許容弾性変形量の範囲で変形するため、適切にそのシール性能を維持することができる。

（２） 前記シール材の弾性変形量に加えてさらに、内燃機関の運転による永久生長に基づいて、前記シリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することを特徴とする（１）項に記載の内燃機関の製造方法。

（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、シール材の弾性変形が許容される量に加えてさらに、製造後に内燃機関を運転したときに受ける熱負荷によってシリンダヘッドとシリンダブロックが永久生長する量に基づいて、シリンダヘッドとシリンダブロックに対する熱処理を決定し、この決定に従ってシリンダヘッドとシリンダブロックを熱処理する。製造後に内燃機関を運転することによりシリンダヘッドとシリンダブロック自体がそれぞれ永久生長する寸法の変化を考慮することにより、シール材の許容弾性変形量を精度よく把握することができ、したがって、シリンダヘッドとシリンダブロックの寸法変化に応じてシール材がその許容弾性変形量の範囲で変形してシール性能を維持するよう、適切にシリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することができる。

（３） 前記シール材の弾性変形量に加えてさらに、内燃機関の運転時の熱膨張に基づいて、前記シリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することを特徴とする（１）または（２）項のいずれかに記載の内燃機関の製造方法。

（３）項の発明では、（１）または（２）項のいずれかに記載の発明において、シール材の弾性変形が許容される量、または、シール材の弾性変形が許容される量と製造後に内燃機関を運転したときに受ける熱負荷によってシリンダヘッドとシリンダブロックが永久生長する量に加えてさらに、製造後に内燃機関を運転したときに受ける熱負荷によってシリンダヘッドとシリンダブロックが熱膨張する量に基づいて、シリンダヘッドとシリンダブロックに対する熱処理を決定し、この決定に従ってシリンダヘッドとシリンダブロックを熱処理する。内燃機関の運転時に生じる温度差によるシリンダヘッドとシリンダブロックの熱膨張の差を考慮することにより、シール材の許容弾性変形量を精度よく把握することができ、したがって、シリンダヘッドとシリンダブロックの寸法変化に応じてシール材がその許容弾性変形量の範囲で変形してシール性能を維持するよう、適切にシリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することができる。

（４） 前記シリンダヘッドのチェーンケースを組み付ける面を、シリンダブロックのチェーンケースを組み付ける面よりも、チェーンケースに対して後退するようにオフセットさせて、シリンダヘッドとシリンダブロックを接合することを特徴とする（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の内燃機関の製造方法。

（４）項の発明では、（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の発明において、前記シリンダヘッドのチェーンケースを組み付ける面を、シリンダブロックのチェーンケースを組み付ける面よりも、チェーンケースに対して後退するようにオフセットさせて、シリンダヘッドとシリンダブロックを組み付け接合し、このシリンダヘッドとシリンダブロックにチェーンケースを組み付け接合する。シリンダヘッドとシリンダブロックのオフセット量は、内燃機関の運転により生じるシリンダヘッドとシリンダブロックの永久生長の差、および／または、内燃機関の運転時の熱膨張の差により生じる寸法変化の差に応じて設定することができる。製造後に内燃機関を運転することにより生じるシリンダヘッドとシリンダブロックの寸法差を考慮することにより、シール材の許容弾性変形量を精度よく把握することができ、したがって、シリンダヘッドとシリンダブロックの寸法差に応じてシール材がその許容弾性変形量の範囲で変形してシール性能を維持するよう、適切にシリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することができる。

（５） 前記シリンダヘッドとシリンダブロックとに同じ熱処理を行うことを特徴とする（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の内燃機関の製造方法。

（５）項の発明では、（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の発明において、シリンダヘッドとシリンダブロックとに同じ熱処理を行うことにより、シール材の変形がその許容弾性変形量の範囲となるようにシリンダヘッドとシリンダブロックの相対的な寸法変化の差を抑制することができ、したがって、シ−ル材による三面合わせ部のシールを適切に維持することができる。

（６） 前記三面合わせ部に設けられるシール材として、液状ガスケットを塗布することを特徴とする（１）〜（５）項のいずれか１項に記載の内燃機関の製造方法。

（６）項の発明では、（１）〜（５）項のいずれか１項に記載の発明において、三面合わせ部に液状ガスケットを塗布することで、容易に弾性変形可能なシール材を設けることができる。

（７） 熱処理されたシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの三面合わせ部に弾性変形可能なシール材が設けられ組付られてなる内燃機関であって、
前記シリンダヘッドとシリンダブロックは、前記シール材の弾性変形量と、内燃機関の運転による永久生長と、内燃機関の運転時の熱膨張とに基づいて決定された熱処理がされており、
前記シリンダヘッドのチェーンケースを組み付ける面が、シリンダブロックのチェーンケースを組み付ける面よりも、チェーンケースに対して後退するようにオフセットされて、シリンダヘッドとシリンダブロックが接合されていることを特徴とする内燃機関。

（７）項の発明では、内燃機関は、少なくともシリンダヘッドおよびシリンダブロックがそれぞれ熱処理されており、チェーンケースとともに組み付けられて構成される。シリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの間に形成される三面合わせ部には弾性変形可能なシール部材が設けられている。そして、シリンダヘッドおよびシリンダブロックは、シール材の弾性変形が許容される量と、製造後に内燃機関を運転したときに受ける熱負荷によってシリンダヘッドとシリンダブロックが永久生長する量と、製造後に内燃機関を運転したときに受ける熱負荷によってシリンダヘッドとシリンダブロックが熱膨張する量とに基づいて決定された熱処理がされており、また、シリンダヘッドのチェーンケースを組み付ける面が、シリンダブロックのチェーンケースを組み付ける面よりも、チェーンケースに対して後退するようにオフセットされて接合されている。内燃機関の燃焼による永久生長や運転時の熱膨張によりシリンダヘッドとシリンダブロックの寸法変化に差が生じても、三面合わせ部に設けられたシール材がその許容弾性変形量の範囲で変形するため、適切に三面合わせ部のシール性能を維持することができる。

内燃機関の各構成要素を組み付ける直前までの工程の実施の一形態を示した説明図である。 各構成要素を組み付ける工程の実施の一形態を示した説明図である。 組付け時の状態（ａ）と、運転により永久成長した状態（ｂ）と、運転時の熱膨張した状態（ｃ）との寸法変化を説明するために示した概念図である。 シリンダヘッドとシリンダブロックに各熱処理を行った場合の、組付け時の状態（ａ）と、運転により永久成長した状態（ｂ）と、運転時の熱膨張した状態（ｃ）と、永久生長と熱膨張の寸法変化の結果（ｄ）の、実施の一形態を示した表である。

最初に、本発明による内燃機関の製造方法の実施の一形態を、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の内燃機関の製造方法は、概略、熱処理されたシリンダヘッド１およびシリンダブロック２とチェーンケース３との三面合わせ部４に弾性変形可能なシール材５を設けて組付けるものであって、シール材５の弾性変形が許容される量ｇｋ（またはｇｓ）に基づいて、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の熱処理を決定して、その熱処理を行うものである。
また、本発明の内燃機関の製造方法は、シール材５の弾性変形が許容される量ｇｋ（またはｇｓ）に加えて、内燃機関の運転によるシリンダヘッド１とシリンダブロック２の永久生長の量ｐ、ｑと、さらに内燃機関の運転時のシリンダヘッド１とシリンダブロック２の熱膨張の量ｒ、ｓとに基づいてシリンダヘッド１とシリンダブロック２の熱処理を決定し、その熱処理を行うものである。
さらにまた、本発明の内燃機関の製造方法は、シリンダヘッド１のチェーンケース３を組み付ける面を、シリンダブロック２のチェーンケース３を組み付ける面よりも、チェーンケース３に対して後退するように、所定量ａオフセットさせてシリンダヘッド１とシリンダブロック２を接合して、チェーンケース３を組み付けるものである。

最初に、内燃機関を製造する一般的な工程を図１および図２に基づいて説明する。内燃機関を製造するに際して、図１に示すように、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とチェーンケース３は、鋳造によりそれぞれの粗形材が成形され、各粗形材に所定の熱処理（この熱処理の内容と熱処理を決定する過程については、後述する）をした後に切削などの機械加工を行う。また、シリンダヘッド１とシリンダブロック２との間に設けられる板状の固形ヘッドガスケット６は、金属プレートを打ち抜くことにより成形される。

そして、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とチェーンケース３と固形ヘッドガスケット６とをそれぞれ洗浄し、図２に示すように、固形ヘッドガスケット６に液状ガスケットを塗布して（ＦＩＰＧ塗布）これをシリンダブロック２に組み付け（Ｓ１）、このシリンダブロック２にシリンダヘッド１を組み付ける（Ｓ２）。続いて、チェーンケース３に液状ガスケットを塗布して（ＦＩＰＧ塗布）シリンダヘッド１およびシリンダブロック２を組み付ける（Ｓ３）。図３に示すように、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の接合部とチェーンケース３との間には三面合わせ部４が形成され、三面合わせ部４にＦＩＰＧ塗布された液状ガスケットによりシール材５が構成される。その後、ピストンやクランクシャフト、弁やカム、チェーン、動弁装置、オイルパンなど、他の構成要素を組み付けると、内燃機関の製造が完了する（Ｓ４）。その後、製造された内燃機関は、運転（試運転を含む）され（Ｓ５）、その後運転が停止される（Ｓ６）

ここで、製造された内燃機関は、運転時（Ｓ５）にシリンダ室内で燃料が燃焼することなどにより、熱負荷を受けることとなる。シリンダヘッド１とシリンダブロック２は、運転時（Ｓ５）の熱負荷により、内燃機関の運転を停止して（Ｓ６）充分に冷却した状態のときでも、それぞれ永久生長が生じており、所定量ｐ、ｑ伸びることによって組付け直後の寸法とは異なる寸法となっている。

また、シリンダブロック２には一般に冷却水を循環させるためのウオータジャケットなどの冷却手段を備えているため、シリンダブロック２と比較してシリンダヘッド１の方が運転時（Ｓ５）に温度上昇する傾向にある。そのため、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の運転時（Ｓ５）における熱膨張の量ｒ、ｓが異なる。すなわち、運転時では、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の寸法（伸び）に差が生じることとなる。

そのため、この実施の形態では、内燃機関の運転時の熱膨張の差などを考慮して、シリンダヘッド１とシリンダブロック２を接合したときに、シリンダヘッド１のチェーンケース３を組み付ける面が、シリンダブロック２のチェーンケース３を組み付ける面よりも、チェーンケース３に対して所定量ａだけ予め後退させてオフセットさせるように設定されている。

また、一般に内燃機関を車両などに取り付ける際には、シリンダブロック２が固定される。そのため、チェーンケース３は、三面合わせ部４のシール材５を介して、シリンダブロック２の熱膨張や永久生長にしたがって組付け時の位置から変位する。したがって、三面合わせ部４のシール材５は、シリンダヘッド１とチェーンケース３との相対的な間隔に応じて弾性変形されることになる。シール材５の弾性変形は、所定の範囲内であれば、圧潰による切れや亀裂などが生じることなく、そのシール性能を維持することができる。本発明では、このシール性能を維持できる範囲の弾性変形量を許容される弾性変形量ｇｋという。

図３の（ｂ）および（ｃ）に示すように、シリンダブロック２の熱膨張や永久生長にしたがってチェーンケース３が変位するため、シリンダヘッド１とチェーンケース３の間隔Ｇは、上述した運転によりシリンダヘッド１とシリンダブロック２にそれぞれ生じた永久生長量の差ｂ（＝ｐ−ｑ）によってＧ’へと変化し、さらに、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の運転時の熱膨張量の差ｃ（＝ｒ−ｓ）によってＧ”へと変化することとなる。また、シリンダヘッド１とシリンダブロック２のオフセット量ａも、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の永久生長量の差ｂによってａ’へと変化し、さらに、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の熱膨張量の差ｃによってａ”へと変化することとなる。

なお、上述したシリンダヘッド１とシリンダブロック２の運転停止後の永久生長の量ｐ、ｑや、運転時の熱膨張の量ｒ、ｓは、それぞれ粗形材を鋳造により成形した後の熱処理（図４）に応じて異なる。

そのため、本発明では、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の永久生長量ｐ、ｑと、熱膨張量ｒ、ｓとによるシール材５の弾性変形量が許容される弾性変形量ｇｋ（または安全許容弾性変形量ｇｓ）を超えることがないように、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の熱処理を決定してその熱処理を行うことで、運転停止後の永久生長や運転時の熱膨張に影響されることなくシール材５のシール性能を維持するようにしている。以下に、このシリンダヘッド１とシリンダブロック２の熱処理を決定するための詳細を説明する。

なお、シール材５の弾性変形量と、許容弾性変形量ｇｋおよび安全許容弾性変形量ｇｓと、シリンダヘッド１のシリンダブロック２に対するオフセット量ａは、いずれも、熱負荷を受ける前の状態（図３の（ａ））におけるシリンダヘッド１の端面を基準としている。そのため、シリンダヘッド１のシリンダブロック２に対するオフセット量ａを用いて、シール材５の弾性変形量が許容弾性変形量ｇｋを超えるか否か（図４で、許容弾性変形量ｇｋを超える場合には×）、および、シール材５の弾性変形量が安全許容弾性変形量ｇｓを超えるか否か（図４で、安全許容弾性変形量ｇｓを超える場合には△）を判断することができる。

また、本発明の実施の一形態では、鋳造により成形されたシリンダヘッド１とシリンダブロック２の粗形材に対するそれぞれの熱処理として、溶体化処理および焼入れ後に人工時効処理を行うＴ６処理と、人工時効処理であるＴ５処理と、シリンダヘッド１とシリンダブロック２に対して実際には加熱などを行わない処理（この場合をレス処理と称する）との組み合わせの場合により説明する。

シリンダヘッド１とチェーンケース３との間のシール材５の厚さをＧとすると、この厚さＧの所定の割合をシール材５に切れや亀裂などが発生する見込（図４の（ｂ）（ｃ）（ｄ）において×で示した）のしきい値と、すなわち、シール材５の厚さの所定の割合未満を許容弾性変形量ｇｋとする。この許容弾性変形量ｇｋは、シリンダヘッド１のチェーンケース３に対向する端面からの距離となる。なお、許容弾性変形量ｇｋを決定するためのシール材５の厚さに対する所定の割合は、シール材５の材質や、シリンダヘッド１とチェーンケース３との間隔、シリンダヘッド１の熱特性などに基づいて任意に設定することができ、たとえばシール材５の厚さＧの６０〜８０％、さらに好ましくは７０〜８０％（＝０．７Ｇ〜０．８０Ｇ）とすることができる。

さらに、この実施の形態では、シール材５の切れや亀裂などの発生を確実に回避するためのしきい値（図４の（ｂ）（ｃ）（ｄ）において△で示した）として、許容弾性変形量ｇｋに所定の安全率を見込んだ安全許容弾性変形量ｇｓを設定している。この安全許容弾性変形量ｇｓも、シリンダヘッド１のチェーンケース３に対向する端面からの距離となる。なお、安全許容弾性変形量ｇｓを決定するための安全率は、許容弾性変形量ｇｋを決定するための所定の割合と同様に、任意に設定することができ、例えば許容弾性変形量ｇｋをシール材の厚さＧの８０％に設定してその安全率を１．２に設定する場合には、シール材５の厚さＧの約６７％（０．８０Ｇ÷１．２≒０．６７Ｇ）となる。

シリンダヘッド１のシリンダブロック２に対するオフセット量はａとする。このオフセット量ａは、一例として図３の（ａ）に示すように、許容弾性変形量ｇｋの半分（ｇｋ＝２ａ）の距離に設定することができる。また、シリンダヘッド１とシリンダブロック２のそれぞれの永久生長前に対する永久生長量ｐ、ｑは、それぞれの材質等によって異なるが、ここでは一例として、Ｔ６処理の場合、全長に対して０．０５％、Ｔ５処理の場合、全長に対して０．０２％、レス処理の場合、全長に対して０．１０％とする。また、一例として内燃機関のシリンダヘッド１とシリンダブロック２の長手方向の長さを４５０ｍｍとする（シリンダヘッド１とシリンダブロック２のオフセット量ａは僅かであるので、全長についてはオフセット量ａを無視する）。この場合において、運転時のシリンダヘッド１とシリンダブロック２のそれぞれ永久生長後に対する熱膨張量ｒ、ｓは、材質等によって異なるが、ここでは一例として、シリンダヘッド１が０．２０ｍｍで、シリンダブロック２が０．００ｍｍとする。

シリンダヘッド１とシリンダブロック２は、鋳造後のいずれの熱処理であっても、図３の（ａ）および図４の（ａ）に示すように、組付け後のオフセット量がすべて同じａとなっている。

その後、内燃機関を運転することにより熱負荷を受けると、運転を停止した後で充分に冷えた状態であっても、シリンダヘッド１とシリンダブロック２は、熱処理に応じてそれぞれ永久生長が生じている。このシリンダヘッド１とシリンダブロック２の永久生長量ｐ、ｑが同じ（永久生長量の差ｂ＝０）であれば、オフセット量ａは変化することがない。また、シリンダブロック２の伸びに応じてチェーンケース３が変位するためにシリンダヘッド１とチェーンケース３との間隔Ｇも変化せず、したがって、シール材５は圧縮されるよう弾性変形されることがない。

これに対して、このシリンダヘッド１とシリンダブロック２の熱処理に起因して永久生長量ｐ、ｑに差がある場合、シリンダヘッド１の永久生長量ｐがシリンダブロック２の永久生長量ｑよりも大きいと、オフセット量ａが縮小するように変化してａ’となり、シリンダヘッド１とチェーンケース３との間隔Ｇが縮小するように変化してＧ’となり、シール材５が圧縮されることとなる。

この例を具体的に説明すると、例えば図４の（ｂ）においてシリンダヘッド１がＴ６処理で、シリンダブロック２がＴ５処理の場合、シリンダヘッド１の永久生長による寸法変化ｐは、次式（１）のようになる。
ｐ＝４５０[mm]×０．０５[％]／２（シリンダヘッド１の片側への伸び）
＝０．１１３ｍｍ （１）
また、シリンダブロック２の永久生長による寸法変化ｑは、次式（２）のようになる。
ｑ＝４５０[mm]×０．０２[％]／２（シリンダブロック２の片側への伸び）
＝０．０４５ｍｍ （２）
そして、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の永久生長による相対的な寸法変化ｂ（＝ｐ−ｑ）は、次式（３）のようになる。
ｂ＝０．１１３ｍｍ−０．０４５ｍｍ
≒０．０７ｍｍ （３）
したがって、永久生長後のオフセット量ａ’は、シリンダヘッド１とシリンダブロック２のオフセット量ａから相対変位量ｂを差し引くことにより求められる。この具体的な結果は、次式（４）のようになる。
ａ’＝｜ａ−０．０７ｍｍ｜ （４）

このとき、永久生長によりシリンダブロック２が片側に寸法がｑだけ延びることとなるため、図３の（ｂ）に示したようにこのシリンダブロック２に接合されたチェーンケース３が変位することとなる。そのため、チェーンケース３に対するシリンダヘッド１の間隔Ｇ’は、シリンダヘッド１の永久生長による伸びｐとシリンダブロック２の永久生長による伸びｑとの差ｂを、永久生長する前の間隔Ｇから差し引くことにより求めることができる。この具体的な結果は、次式（５）のようになる。
Ｇ’＝Ｇ−ｂ
＝Ｇ−（ｐ−ｑ） （５）

このようにして、シリンダヘッド１とシリンダブロック２のＴ６処理、Ｔ５処理、レス処理のそれぞれの場合における永久生長後のオフセット量ａ’を計算すると、図４（ｂ）に示した表のようになる。この表において、シリンダヘッド１とシリンダブロック２のオフセット量ａから各熱処理による相対変位量ｂを差し引いた結果である永久生長後のオフセット量ａ’が、上述した許容弾性変形量ｇｋ以上の値の場合には、そのシリンダヘッド１とシリンダブロック２に対する熱処理の組み合わせは、許容されず不適格となる（結果＝×）。また、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の永久生長後のオフセット量ａ’が、上述した安全許容弾性変形量ｇｓ以上の値の場合には、そのシリンダヘッド１とシリンダブロック２に対する熱処理の組み合わせは、安全率を考慮して回避した方がよく不適切となる（結果＝△）。そして、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の永久生長後のオフセット量ａ’が、安全許容弾性変形量ｇｓ未満の場合には、そのシリンダヘッド１とシリンダブロック２に対する熱処理の組み合わせが適切となる（結果＝○）。

一方、シリンダヘッド１がＴ６処理で、シリンダブロック２がＴ５処理においては、運転時の熱膨張によるシリンダヘッド１とシリンダブロック２の相対変位量ｃは、上述した一例として、シリンダヘッド１の熱膨張が０．２０ｍｍで、シリンダブロック２の熱膨張が０．００ｍｍの場合、次式（６）のようになる。
ｃ＝０．００−０．２０＝−０．２０ｍｍ （６）
そして、運転時の熱膨張によるオフセット量ａ”は、永久生長後のオフセット量ａ’から熱膨張による相対変位量ｃを差し引いたものをオフセット量ａから差し引くことにより求められる。この具体的な結果は、次式(７)のようになる。
ａ”＝｜ａ−［ａ’−ｃ（＝−０．２０ｍｍ）］｜
＝｜ａ−０．０７−０．２０｜＝｜ａ−０．２７ｍｍ｜ （７）

このようにして、シリンダヘッド１とシリンダブロック２のＴ６処理、Ｔ５処理、レス処理のそれぞれの場合における運転時の熱膨張によるオフセット量ａ”を計算すると、図４の表のようになる。この表において、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の永久生長後のオフセット量ａ’に熱膨張による相対変位量ｃを加えた結果である運転時の熱膨張によるオフセット量ａ”が、上述した許容弾性変形量ｇｋ以上の値の場合には、そのシリンダヘッド１とシリンダブロック２に対する熱処理の組み合わせは、許容されず不適格となる（結果＝×）。また、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の運転時の熱膨張によるオフセット量ａ”が、上述した安全許容弾性変形量ｇｓ以上の値の場合には、そのシリンダヘッド１とシリンダブロック２に対する熱処理の組み合わせは、安全率を考慮して回避した方がよく不適切となる（結果＝△）。そして、シリンダヘッド１とシリンダブロック２の運転時の熱膨張によるオフセット量ａ”が、安全許容弾性変形量ｇｓ未満の場合には、そのシリンダヘッド１とシリンダブロック２に対する熱処理の組み合わせが適切となる（結果＝○）。なお、永久生長後のオフセット量ａ’および運転時の熱膨張によるオフセット量ａ”の値による熱処理の決定は、許容弾性変形量ｇｋ以上（ｇｋ≧ａ’、ａ” 結果＝×）、安全許容弾性変形量ｇｓ以上（ｇｓ≧ａ’、ａ” 結果＝△）とすることに限定されることはなく、許容弾性変形量ｇｋ超（ｇｋ＞ａ’、ａ” 結果＝×）、安全許容弾性変形量ｇｓ超（ｇｓ＞ａ’、ａ” 結果＝△）とすることもできる。

そして、図４の（ｂ）と（ｃ）の双方の表における結果を組み合わせて（ｄ）の表に示すと、シリンダヘッド１とシリンダブロック２に対する熱処理が適切となる（結果＝○）組み合わせは、シリンダヘッド１とシリンダブロック２を同じ熱処理した場合、つまり、シリンダヘッド１がＴ６処理でシリンダブロック２もＴ６処理の場合、シリンダヘッド１がＴ５処理でシリンダブロック２もＴ５処理の場合、シリンダヘッド１がレス処理でシリンダブロック２もレス処理の場合が、永久生長した後の状態であっても、運転時に熱膨張した状態であっても、シール材５の弾性変形量が安全許容弾性変形量ｇｓの範囲内であり、確実に切れや亀裂が生じることがなく、そのシール性能を維持することができることとなる。

ここで、シリンダヘッド１がレス処理でシリンダブロック２もレス処理の場合と比較して、シリンダヘッド１がＴ５処理でシリンダブロック２もＴ５処理の場合の方が内燃機関の機械的強度を高くすることができ、また、シリンダヘッド１がＴ６処理でシリンダブロック２もＴ６処理の場合にさらに機械的強度を高くすることができる。そのため、製造する内燃機関に機械的強度が求められる場合には、シリンダヘッド１とシリンダブロック２をともに同じＴ６処理することが最も望ましい。

また、シリンダヘッド１がＴ６処理でシリンダブロック２もＴ６処理の場合と比較して、シリンダヘッド１がＴ５処理でシリンダブロック２もＴ５処理の場合の方が内燃機関の製造コストを低く抑えることができ、また、シリンダヘッド１がレス処理でシリンダブロック２もレス処理の場合にさらに製造コストを低く抑えることができる。そのため、内燃機関の製造コストの低減と機械的強度を両立させることが求められる場合には、シリンダヘッド１とシリンダブロック２をともに同じＴ５処理することが最も望ましい。

さらにまた、シリンダヘッド１がＴ６処理でシリンダブロック２もＴ６処理の場合と比較して、シリンダヘッド１がＴ５処理でシリンダブロック２もＴ５処理の場合の方が内燃機関の製造時の二酸化炭素（ＣＯ２）排出量を低く抑えることができ、また、シリンダヘッド１がレス処理でシリンダブロック２もレス処理の場合にさらに製造時の二酸化炭素（ＣＯ２）排出量を低く抑えることができる。そのため、内燃機関の製造時の二酸化炭素排出量を低減させることが求められる場合には、シリンダヘッド１とシリンダブロック２をともに同じレス処理することが最も望ましい。

このようにして製造された内燃機関は、シリンダヘッド１とシリンダブロック２が、三面合わせ部４に設けられるシール材５の許容される弾性変形量ｇｋと、内燃機関の運転による永久生長ｐ、ｑと、内燃機関の運転時の熱膨張ｒ、ｓとに基づいて決定された熱処理がされており、シリンダヘッド１のチェーンケース３を組み付ける面が、シリンダブロック２のチェーンケース３を組み付ける面よりも、チェーンケース３に対して後退するように所定量ａだけオフセットされて、シリンダヘッド１とシリンダブロック２が接合されている。そのため、シリンダヘッド１とシリンダブロック２に永久生長や運転時の熱膨張による寸法差が生じても、その寸法差によるシール材５の弾性変形を許容される範囲に抑えることができるため、シール材５が圧潰されて切れや亀裂などが生じるのを防止することができ、したがって、三面合わせ部４のシール性能を確実に維持することができる。

１：シリンダヘッド、 ２：シリンダブロック、 ３：チェーンケース、 ４：三面合わせ部、 ５：シール材、 Ｇ：組み付けた状態におけるシール材の厚さ（シリンダヘッドとチェーンケースとの間隔）、 ｇｋ：許容弾性変形量、 ｇｓ：安全許容弾性権計量、 ａ：組み付けた状態におけるオフセット量、 ｐ：シリンダヘッドの永久生長量、 ｑ：シリンダブロックの永久生長量、 ｂ：永久生長量の差、 ｒ：シリンダヘッドの熱膨張量、 ｓ：シリンダブロックの熱膨張量、 ｃ：熱膨張量の差

Claims (5)

1. 熱処理されたシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの三面合わせ部に弾性変形可能なシール材を設けて組付ける内燃機関の製造方法であって、
   前記シール材の弾性変形量に基づいて、前記シリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することを特徴とする内燃機関の製造方法。
2. 前記シール材の弾性変形量に加えてさらに、内燃機関の運転による永久生長に基づいて、前記シリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の製造方法。
3. 前記シール材の弾性変形量に加えてさらに、内燃機関の運転時の熱膨張に基づいて、前記シリンダヘッドとシリンダブロックの熱処理を決定することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の内燃機関の製造方法。
4. 前記シリンダヘッドのチェーンケースを組み付ける面を、シリンダブロックのチェーンケースを組み付ける面よりも、チェーンケースに対して後退するようにオフセットさせて、シリンダヘッドとシリンダブロックを接合することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の製造方法。
5. 熱処理されたシリンダヘッドおよびシリンダブロックとチェーンケースとの三面合わせ部に弾性変形可能なシール材が設けられ組付られてなる内燃機関であって、
   前記シリンダヘッドとシリンダブロックは、前記シール材の弾性変形量と、内燃機関の運転による永久生長と、内燃機関の運転時の熱膨張とに基づいて決定された熱処理がされており、
   前記シリンダヘッドのチェーンケースを組み付ける面が、シリンダブロックのチェーンケースを組み付ける面よりも、チェーンケースに対して後退するようにオフセットされて、シリンダヘッドとシリンダブロックが接合されていることを特徴とする内燃機関。

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