JP2014145340A - Cylinder block for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩擦攪拌接合によりデッキ面が連結形成された内燃機関用シリンダブロックに関する。 The present invention relates to a cylinder block for an internal combustion engine in which deck surfaces are connected and formed by friction stir welding.
内燃機関用シリンダブロックとしては、ピストンが挿入されるシリンダ壁と、このシリンダ壁をウォータジャケットを介して囲む外壁とを備え、シリンダ壁と外壁とが、シリンダヘッドが取付けられるトップデッキを有する壁で一体に連結されて、ウォータジャケットが塞がれた、いわゆるクローズドデッキ形のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 The cylinder block for an internal combustion engine includes a cylinder wall into which a piston is inserted and an outer wall surrounding the cylinder wall via a water jacket, and the cylinder wall and the outer wall are walls having a top deck to which a cylinder head is attached. A so-called closed deck type in which the water jacket is closed by being integrally connected is known (for example, see Patent Document 1).
上記したクローズドデッキ構造のシリンダブロックは、トップデッキ側の強度・剛性を高めることが可能であるが、中子を用いてウォータジャケットを形成する比較的低圧力での重力鋳造により製造されるため、高強度となる材質の選択や寸法精度を高めることが難しい。
そこで、シリンダブロックをダイキャストにより製造して寸法精度及び強度を高めることが考えられる。寸法精度及び強度が高まれば、エンジンの高出力化や、薄肉にすることによる軽量化に対応することが可能になる。しかし、ダイキャストでは、例えば、トップデッキ面を有する壁を無くしたオープンデッキ形のシリンダブロックを製造することは容易であるが、トップデッキの強度・剛性を高めることは困難となる。
The cylinder block of the above closed deck structure can increase the strength and rigidity of the top deck side, but is manufactured by gravity casting at a relatively low pressure using a core to form a water jacket. It is difficult to select materials with high strength and to improve dimensional accuracy.
Thus, it is conceivable to increase the dimensional accuracy and strength by manufacturing the cylinder block by die casting. If the dimensional accuracy and strength are increased, it is possible to cope with higher output of the engine and weight reduction by making it thinner. However, in die casting, for example, it is easy to manufacture an open deck type cylinder block without a wall having a top deck surface, but it is difficult to increase the strength and rigidity of the top deck.
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、ダイキャストにより製造することで、高強度となる材質の選択が可能で、寸法精度及び強度を高めるとともに、トップデッキの強度、剛性を高めることが可能な内燃機関用シリンダブロックを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and by manufacturing by die casting, it is possible to select a material having high strength, to improve dimensional accuracy and strength, and to improve the strength and rigidity of the top deck. An object of the present invention is to provide a cylinder block for an internal combustion engine that can be increased.
上述した課題を解決するため、本発明は、ピストンを摺動させるシリンダボア部(57a)と、このシリンダボア部(57a)の周囲を覆うとともにシリンダボア部(57a)との間にウォータジャケット(41e)が設けられる外壁(57b)を備えたブロック部(57c)とからなる内燃機関用シリンダブロックにおいて、前記ウォータジャケット(41e)を覆うとともに前記シリンダボア部(57a)と前記ブロック部(57c)とに跨るように配置された蓋部材(61)が、摩擦攪拌接合により前記シリンダボア部(57a)と前記ブロック部(57c)とに接合により一体化されることを特徴とする。
この構成によれば、シリンダボア部とブロック部との間にウォータジャケットを覆うように摩擦攪拌接合により蓋部材を取付ける構造のため、シリンダブロックをダイキャストにより製造することでシリンダブロックの高強度となる材質の選択が可能で、しかも寸法精度及び強度を高めることができ、更に、シリンダブロックのトップデッキ強度、剛性を高めることもできる。
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a water jacket (41e) between the cylinder bore portion (57a) that slides the piston and the cylinder bore portion (57a) while covering the periphery of the cylinder bore portion (57a). In a cylinder block for an internal combustion engine comprising a block part (57c) having an outer wall (57b) provided, the cylinder block covers the water jacket (41e) and straddles the cylinder bore part (57a) and the block part (57c). The lid member (61) disposed on the cylinder bore is integrated with the cylinder bore part (57a) and the block part (57c) by bonding by friction stir welding.
According to this configuration, since the lid member is attached by friction stir welding so as to cover the water jacket between the cylinder bore portion and the block portion, the cylinder block is manufactured by die casting, so that the cylinder block has high strength. The material can be selected, and the dimensional accuracy and strength can be increased. Furthermore, the top deck strength and rigidity of the cylinder block can be increased.
上記構成において、前記蓋部材(61)は、前記シリンダボア部(57a)と前記ブロック部(57c)とに設けられた段部(57e,57f)と接する平板部(61f)を備え、前記摩擦攪拌接合により前記平板部(61f)が、前記段部(57e,57f)の側面(57j,57m)及び底面(57k,57n)に接合されるようにしても良い。この構成によれば、平板部を、段部の側面のみならず、底面とも一体化する構造としたので、接合強度をより高めることができる。
また、上記構成において、前記蓋部材(61)は、前記段部(57e,57f)の側面(57j,57m)に接合された後に段部(57e,57f)の底面(57k,57n)に接合されるようにしても良い。この構成によれば、トップデッキ側の側面から先に接合することで、蓋部材の変形量を小さくでき、次に大きな負荷となる底面側の接合に伴う歪も少なくできる。
The said cover member (61) is provided with the flat plate part (61f) which contact | connects the step part (57e, 57f) provided in the said cylinder bore part (57a) and the said block part (57c), and the said friction stirring. The flat plate portion (61f) may be bonded to the side surface (57j, 57m) and the bottom surface (57k, 57n) of the stepped portion (57e, 57f) by bonding. According to this configuration, since the flat plate portion has a structure that is integrated with not only the side surface of the step portion but also the bottom surface, the bonding strength can be further increased.
In the above configuration, the lid member (61) is joined to the bottom surface (57k, 57n) of the step portion (57e, 57f) after being joined to the side surface (57j, 57m) of the step portion (57e, 57f). You may be made to do. According to this configuration, the amount of deformation of the lid member can be reduced by joining first from the side surface on the top deck side, and distortion associated with joining on the bottom surface side, which is the next largest load, can be reduced.
また、上記構成において、前記蓋部材(61)は、更に、前記平板部(61g)の中央から突出して前記シリンダボア部(57a)及び前記ブロック部(57c)の前記段部(57e,57f)間から前記ウォータジャケット(41e)内に延びる凸部(61g)を備え、前記摩擦攪拌接合により前記凸部(61g)の側面(61p,61q)が前記シリンダボア部(57a)及び前記ブロック部(57c)に接合されるようにしても良い。この構成によれば、凸部により蓋部材の接合時の歪を低減できるとともに、凸部の側面が接合されるため、シリンダボア部とブロック部との結合強度を更に高めることができる。
また、上記構成において、前記蓋部材(61)は、前記段部(57e,57f)の底面(57k,57n)に接合された後に前記凸部(61g)の側面(61p,61q)が接合されるようにしても良い。この構成によれば、蓋部材の凸部にて段部の底面の接合性を高めるとともに、凸部の突張り効果によるシリンダボア部とブロック部との接合に伴う歪を規制することができる。
Further, in the above configuration, the lid member (61) further protrudes from the center of the flat plate portion (61g) and extends between the cylinder bore portion (57a) and the step portions (57e, 57f) of the block portion (57c). To the water jacket (41e), and the side surfaces (61p, 61q) of the convex portion (61g) are connected to the cylinder bore portion (57a) and the block portion (57c) by the friction stir welding. You may make it join to. According to this configuration, the distortion at the time of joining the lid member can be reduced by the convex portion, and the side surface of the convex portion is joined, so that the coupling strength between the cylinder bore portion and the block portion can be further increased.
In the above configuration, the lid member (61) is joined to the bottom surface (57k, 57n) of the stepped portion (57e, 57f), and then the side surface (61p, 61q) of the convex portion (61g) is joined. You may make it. According to this configuration, it is possible to enhance the bondability of the bottom surface of the stepped portion by the convex portion of the lid member and to restrict the distortion caused by the joining of the cylinder bore portion and the block portion due to the projecting effect of the convex portion.
本発明は、ウォータジャケットを覆うとともにシリンダボア部とブロック部とに跨るように配置された蓋部材が、摩擦攪拌接合によりシリンダボア部とブロック部とに接合により一体化されるので、シリンダボア部とブロック部との間にウォータジャケットを覆うように摩擦攪拌接合により蓋部材を取付ける構造のため、シリンダブロックをダイキャストにより製造することでシリンダブロックの高強度となる材質の選択が可能で、しかも寸法精度及び強度を高めることができ、更に、シリンダブロックのトップデッキ強度、剛性を高めることもできる。 In the present invention, the lid member arranged so as to cover the water jacket and straddle the cylinder bore portion and the block portion is integrated by the friction stir welding to the cylinder bore portion and the block portion, so that the cylinder bore portion and the block portion are integrated. Since the lid member is attached by friction stir welding so as to cover the water jacket between the cylinder block and the cylinder block, the cylinder block can be manufactured by die-casting, so that a material with high strength can be selected. The strength can be increased, and further, the top deck strength and rigidity of the cylinder block can be increased.
また、蓋部材は、シリンダボア部とブロック部とに設けられた段部と接する平板部を備え、摩擦攪拌接合により平板部が、段部の側面及び底面に接合されるので、平板部を、段部の側面のみならず底面とも一体化する構造としたので、接合強度をより高めることができる。
また、蓋部材は、段部の側面に接合された後に段部の底面に接合されるので、トップデッキ側の側面から先に接合することで、蓋部材の変形量を小さくでき、次に大きな負荷となる底面側の接合に伴う歪も少なくできる。
Further, the lid member includes a flat plate portion that comes into contact with a step portion provided in the cylinder bore portion and the block portion, and the flat plate portion is bonded to the side surface and the bottom surface of the step portion by friction stir welding. Since the structure is integrated with not only the side surface but also the bottom surface, the bonding strength can be further increased.
In addition, since the lid member is joined to the bottom surface of the step portion after being joined to the side surface of the step portion, the deformation amount of the lid member can be reduced by joining the side surface on the top deck side first, and the next largest It is also possible to reduce the distortion associated with the joining on the bottom surface side as a load.
また、蓋部材は、更に、平板部の中央から突出してシリンダボア部及びブロック部の段部間からウォータジャケット内に延びる凸部を備え、摩擦攪拌接合により凸部の側面がシリンダボア部及びブロック部に接合されるので、凸部により蓋部材の接合時の歪を低減できるとともに、凸部の側面が接合されるため、シリンダボア部とブロック部との結合強度を更に高めることができる。
また、蓋部材は、段部の底面に接合された後に凸部の側面が接合されるので、蓋部材の凸部にて段部の底面の接合性を高めるとともに、凸部の突張り効果によるシリンダボア部とブロック部との接合に伴う歪を規制することができる。
The lid member further includes a convex portion that protrudes from the center of the flat plate portion and extends into the water jacket from between the stepped portions of the cylinder bore portion and the block portion, and the side surface of the convex portion is formed into the cylinder bore portion and the block portion by friction stir welding. Since it joins, while the distortion at the time of joining of a cover member can be reduced with a convex part, since the side surface of a convex part is joined, the joint strength of a cylinder bore part and a block part can further be raised.
In addition, since the lid member is joined to the bottom surface of the stepped portion, the side surface of the convex portion is joined, thereby improving the joining property of the bottom surface of the stepped portion at the convex portion of the lid member and due to the projecting effect of the convex portion. It is possible to regulate the distortion associated with the joining between the cylinder bore portion and the block portion.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、説明中、前後左右および上下といった方向の記載は、特に記載がなければ車体に対する方向と同一とする。また、各図に示す符号FRは車体前方を示し、符号UPは車体上方を示し、符号LEは車体左方を示している。
図1は、本発明の一実施形態に係る自動二輪車1を示す左側面図である。
自動二輪車1は、骨格となる車体フレーム2を備える。車体フレーム2は、複数種の金属部品を溶接等により一体に結合してなり、ヘッドパイプ11と、ヘッドパイプ11から後方斜め下方に延出する左右一対のメインフレーム12と、メインフレーム12から下方斜め後方に延びてパワーユニットPの前端部を支持する左右一対のダウンフレーム13と、メインフレーム12の後端部に連結される左右一対のピボットフレーム14と、ピボットフレーム14の後部に連結されて後方斜め上方に延びる左右一対のシートレール15と、ピボットフレーム14とシートレール15との間を連結するバックステー16とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, descriptions of directions such as front and rear, right and left and up and down are the same as directions with respect to the vehicle body unless otherwise specified. Further, in each figure, the symbol FR indicates the front of the vehicle body, the symbol UP indicates the upper side of the vehicle body, and the symbol LE indicates the left side of the vehicle body.
FIG. 1 is a left side view showing a motorcycle 1 according to an embodiment of the present invention.
The motorcycle 1 includes a
車体フレーム2のピボットフレーム14を除くフレーム(ヘッドパイプ11、メインフレーム12、ダウンフレーム13、シートレール15、バックステー16)は、鋼材等の金属材料からなる金属パイプで形成されており、ピボットフレーム14は、金属材料からなる板状部材で形成されている。なお、図中、符号17はヘッドパイプ11とメインフレーム12との間を連結する上部補強フレーム、18はメインフレーム12とダウンフレーム13との間を連結する下部補強フレームである。
The frame (the
左右のメインフレーム12は、ヘッドパイプ11の下部左右から側面視で後方斜め下方に傾斜して延びるとともに、車幅方向外側に拡がって後方斜め下方へ延び、その後端が左右のピボットフレーム14の前上部に連結される。
左右のピボットフレーム14は、左右のメインフレーム12の後部から下方に延び、その上下中間部にピボット軸24を支持する。このピボット軸24は、車幅方向に沿って支持され、ピボットフレーム14にピボット軸24を介してスイングアーム26が上下に揺動可能に支持され、スイングアーム26の後端部に後輪25が回転可能に取付けられている。なお、符号39は後輪25を上方から覆うリヤフェンダである。
The left and right
The left and right pivot frames 14 extend downward from the rear portions of the left and right
ヘッドパイプ11は、車両前部の車幅方向中心で後上がりに傾斜して配置され、フロントフォーク20を左右に操舵自在に支持する。フロントフォーク20の下端部には、前輪21が回転自在に支持され、フロントフォーク20の上端部には、操舵用のハンドル22が支持される。すなわち、ヘッドパイプ11は、自動二輪車1の操舵系を構成する操舵装置を支持している。なお、符号38は前輪21を上方から覆うフロントフェンダである。
The
シート27は、運転者と同乗者とが跨いで着座可能に前後に延びる一体型シートに形成され、左右一対のシートレール15に支持されている。なお、符号28は同乗者が掴むグラブレールである。
また、自動二輪車1は、車体フレーム2の略全体を覆う車体カウル3と、車体フレーム2の下部に取付けられたセンタースタンド4及びサイドスタンド5とを備える。
The
The motorcycle 1 includes a vehicle body cowl 3 that covers substantially the entire
車体カウル3は、車体フレーム2の略全体を覆うフルカバータイプであり、ヘッドパイプ11を含む車体前部を覆うフロントカウル31と、フロントカウル31に連なって乗員の足の前方を覆う左右一対のレッグシールド32と、レッグシールド32の下部から後方に延びる左右一対の足置き部33と、足置き部33の下方を覆うアンダーカバー34と、メインフレーム12を上方から覆うセンタートンネル部35と、足置き部33及びセンタートンネル部35に連なってシートレール15及びバックステー16を覆うサイドカバー36とを備える。
The vehicle body cowl 3 is a full cover type that covers substantially the entire
図2は、車体フレーム2の前部及びその周囲を示す要部側面図である。
メインフレーム12、ダウンフレーム13及びピボットフレーム14で囲まれる車体前下部の領域には、車両駆動用のパワーユニットPが支持され、このパワーユニットPの上方にシート27(図1参照)が支持される。
パワーユニットPは、シリンダ部41がクランクケース42の前部から前上がりに立設する多気筒(本構成では2気筒)の内燃機関Eと、この内燃機関Eのクランクケース42に一体的に設けられる変速機Mとを備えるユニットであり、複数のブラケット50を介して車体フレーム2に支持される。
シリンダ部41は、クランクケース42の前部につながるシリンダブロック41Aと、シリンダブロック41Aに結合されるシリンダヘッド41Bと、シリンダヘッド41Bに結合されるヘッドカバー41Cとを備える。また、クランクケース42の下部にはオイルパン43が結合される。
FIG. 2 is a side view of the main part showing the front part of the
A vehicle driving power unit P is supported in an area at the lower front of the vehicle body surrounded by the
The power unit P is integrally provided with a multi-cylinder (two cylinders in this configuration) internal combustion engine E in which the
The
シリンダ部41の上面(シリンダヘッド41Bの上面)には、スロットルボディ45が吸気管を介して接続され、このスロットルボディ45を介して燃料と空気とを混合した混合気が内燃機関Eに供給される。また、シリンダ部41の下面(シリンダヘッド41Bの下面)には、排気管46が接続され、この排気管46は、パワーユニットPの下方を後方に延びて、後輪25(図1参照)の右側方に配置される排気マフラー47(図1参照)に接続されている。この排気管46の途中(シリンダ部41近傍の部位)には、触媒コンバータ48が設けられる。
クランクケース42は、クランク軸51を車幅方向に沿わせて支持する。このクランクケース42は、クランク軸51の軸線を通る水平面に沿う割り面で上下に分割可能とした上ケース半体42Aと下ケース半体42Bとを結合して構成され、シリンダブロック41Aは、上ケース半体42Aと一体に形成されている。
A
The
図3は、シリンダブロック41Aのトップデッキ41dを示す平面図である。
シリンダブロック41Aは、アルミニウム合金ダイキャスト製で、シリンダヘッド41B(図2参照)がヘッドガスケット(不図示)を介して取付けられるトップデッキ41dは、ダイキャスト後の素材の段階で、内部の冷却水通路となるウォータジャケット41eが覆われたクローズド構造に加工されたものである。
図中の符号41f,41gはウォータジャケット41e内がシリンダヘッド41B側に連通するようにトップデッキ41dに加工された冷却水通路、41hはシリンダブロック41Aにシリンダヘッド41Bを締結するボルトを通すボルト挿通穴、41jはノックピンが嵌合されるノックピン穴、41kはタイミングチェーンが通されるチェーン挿通穴である。
FIG. 3 is a plan view showing the
The
In the figure,
図4は、シリンダブロック素材57を示す平面図である。
シリンダブロック41A(図3参照)を形成する素材となるシリンダブロック素材57は、金型鋳造法のひとつであるダイキャストにより製造されたものであり、ダイキャストでは、鋳造品の寸法精度を高くし、且つ強度を高くすることが可能で、更に、高強度となる材質の選択が可能である。従って、高出力の内燃機関に採用することが可能であり、また、所定の強度、剛性を確保する場合は、シリンダブロック41Aの壁を薄くすることが可能になり、軽量化を図ることができる。
FIG. 4 is a plan view showing the
The
シリンダブロック素材57は、ピストンが摺動するシリンダボア部57aと、このシリンダボア部57aを囲む外壁57bを有するブロック部57cとから構成され、シリンダボア部57aと外壁57bとの間に、シリンダブロック41A(図3参照)のウォータジャケット41e(図3参照)に後で形成される平面視略8の字形状の溝部57dが形成されている。このシリンダブロック素材57の後でトップデッキとなる面には溝部57dの開口が開いているオープンデッキ構造であるため、ダイキャストにて製造することが可能になる。
The
溝部57dの縁であるシリンダボア部57aの縁部には、溝部57dに沿ってシリンダボア部側段部57eが形成され、溝部57dの縁である外壁57bの縁部には、溝部57dに沿って外壁側段部57fが形成されている。なお、図中の符号57gは溝部57dの一部に設けられた幅広溝部、57hはシリンダボア部57aより内側に形成されたシリンダ素材穴である。
A cylinder
図5は、蓋部材61を示す平面図である。図6は、蓋部材61をシリンダブロック素材57に嵌めた状態を示す平面図である。
図5に示すように、蓋部材61は、アルミニウム合金ダイキャスト製であり、シリンダブロック素材57(図4参照)と同一材質で、全体として略8の字形状で、2つのC字状リング61a,61bのそれぞれの開口部61c,61dを合わせて一体とした形状を成し、一方のC字状リング61aには開口部61cと対向する位置に幅広部61eが設けられている。
図6では、蓋部材61をシリンダブロック素材57のシリンダボア部側段部57e、外壁側段部57f及び溝部57dに嵌めた状態を示している。溝部57dの開口は蓋部材61により塞がれている。
FIG. 5 is a plan view showing the
As shown in FIG. 5, the
FIG. 6 shows a state in which the
図7は、図6のVII−VII線断面図である。
蓋部材61は、無端状(略8の字リング状)で平坦にされた平板部61fと、この平板部61fの一方の端面から突出する無端状(略8の字リング状)の凸部61gとが一体成形された部材である。
平板部61fは、シリンダボア部側段部57e及び外壁側段部57fに嵌合され、凸部61gは、溝部57dの縁部に嵌合されている。
7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
The
The
以上に述べたシリンダブロック素材57と蓋部材61との接合要領を次に説明する。
図8は、シリンダブロック素材57と蓋部材61との接合要領を示す第1作用図である。図8(A)は摩擦攪拌接合前の状態を示す図、図8(B)は摩擦攪拌接合中の状態を示す図である。
図8(A)に示すように、まず、接合ツール63を準備する。接合ツール63は、その基本構造が、円柱状のツール本体63aと、このツール本体63aから一体に突出する攪拌ピン63bとからなる。そして、接合ツール63を、外壁側段部57fの側面57jと平板部61fの外側面61jとの合わせ部65の延長線上に配置する。
The procedure for joining the
FIG. 8 is a first operation view showing a joining procedure between the
As shown in FIG. 8A, first, a joining
ここで、符号66は外壁側段部57fの底面57kと平板部61fの外側底面61kとの合わせ部、67はシリンダボア部側段部57eの側面57mと平板部61fの内側面61mとの合わせ部、68はシリンダボア部側段部57eの底面57nと平板部61fの内側底面61nとの合わせ部、69は溝部57dの外側面57pと凸部61gの外側面61pとの合わせ部、70は溝部57dの内側面57qと凸部61gの内側面61qとの合わせ部である。
Here,
次に、接合ツール63を矢印で示すように高速回転させ、白抜き矢印で示すように合わせ部65に移動させ、攪拌ピン63bを合わせ部65に所定の押圧力で押し付ける。
これにより、シリンダブロック素材57及び蓋部材61の攪拌ピン63bと接触した部分が摩擦により高温になる。この結果、シリンダブロック素材57及び蓋部材61の母材が攪拌され、流動可能な状態(塑性流動可能な状態)となり、攪拌ピン63bは次第に母材内に移動していく。
Next, the
Thereby, the part which contacted the stirring
図8(B)は、接合ツール63のツール本体63aが、シリンダブロック素材57及び蓋部材61の母材の表面に達した状態を示している。符号62は母材の塑性流動部である。この状態で、接合ツール63の上記進行を停止し、今度は、接合ツール63を図の表裏方向、即ち合わせ部65に沿う略8の字の方向に移動させる(図9も参照)。接合ツール63が移動した後に、塑性流動していた母材は冷えて固化し、合わせ部65が徐々に接合されていく。このとき、合わせ部65に加えて、合わせ部66の一部も接合される。表面に近い合わせ部65が接合された後、合わせ部66が接合される。合わせ部67,68についても、合わせ部66,69と同様に接合される。
FIG. 8B shows a state in which the tool
図9は、シリンダブロック素材57と蓋部材61との接合要領を示す第2作用図であり、接合ツール63の移動経路を示している。
最初に、最も外側の合わせ部65に沿って接合ツール63(図8(B)参照)を移動させる。接合ツール63は黒丸で示した始点S1から移動を開始し、白丸で示した終点G1で移動を終了する。
次に、最も内側の合わせ部67に沿って接合ツール63を移動させる。接合ツール63は黒丸で示した始点S2から移動を開始し、白丸で示した終点G2で移動を終了する。
FIG. 9 is a second action diagram showing a joining procedure between the
First, the joining tool 63 (see FIG. 8B) is moved along the
Next, the joining
次に、最も外側から2番目の合わせ部69に沿って接合ツール63を移動させる。接合ツール63は黒丸で示した始点S3から移動を開始し、白丸で示した終点G3で移動を終了する。
最後に、最も内側から2番目の合わせ部70に沿って接合ツール63を移動させる。接合ツール63は黒丸で示した始点S4から移動を開始し、白丸で示した終点G4で移動を終了する。
Next, the joining
Finally, the joining
始点S1は合わせ部65上に設定され、終点G1は外壁57b上に設定される。始点S2は合わせ部67上に設定され、終点G2はシリンダボア部57a上に設定される。始点S3は合わせ部69上に設定され、終点G3は外壁57b上に設定される。始点S4は合わせ部70上に設定され、終点G4は蓋部材61上に設定される。
上記の終点G1,G2,G3,G4は、加工を施してシリンダブロック41Aを完成させる際の加工により除かれる部分に設定される。
The start point S1 is set on the
The end points G1, G2, G3, and G4 are set to portions that are removed by processing when processing is performed to complete the
上記したように、合わせ部65,67,69,70において、始めに最も外側の合わせ部65,67を接合し、次に内側の合わせ部69,70を接合するのは、接合中の接合ツール63での押圧力が大きいため、始めに蓋部材61の両縁部である合わせ部65,67を接合して蓋部材61の剛性を高めた上で、蓋部材61の内側の合わせ部69,70を接合すれば、合わせ部69,70を大きな押圧力で押圧しても、蓋部材61の撓みを抑えることができ、安定して接合を行うことが可能になるからである。合わせ部65,67は下部がシリンダボア部57a及び外壁57bの縁部で支持されているため、大きな押圧力によっても撓みにくい。
As described above, in the
図10は、シリンダブロック素材57と蓋部材61との接合要領を示す第3作用図であり、合わせ部69,70での接合要領を示している。図10(A)は摩擦攪拌接合前の状態を示す図、図10(B)は摩擦攪拌接合中の状態を示す図である。なお、図10(A),(B)中の符号62A,62Aは塑性流動部62,62(図8(B)参照)が固化して出来た固化部である。
図10(A)に示すように、合わせ部69,70は、合わせ部65,67に比べて深い位置にあるため、別の接合ツール73を準備する。接合ツール73は、その基本構造が、円柱状のツール本体73aと、このツール本体73aから一体に突出する攪拌ピン73bとからなり、攪拌ピン73bは、接合ツール63(図8(A)参照)の攪拌ピン63b(図8(A)参照)よりも長くなっている。
FIG. 10 is a third action diagram showing the joining procedure between the
As shown in FIG. 10A, since the
まず、接合ツール73を、合わせ部69の延長線上に配置する。
次に、接合ツール73を矢印で示すように高速回転させ、白抜き矢印で示すように合わせ部69に移動させ、攪拌ピン73bを合わせ部69に所定の押圧力で押し付ける。
これにより、シリンダブロック素材57及び蓋部材61の攪拌ピン73bと接触した部分が摩擦により高温になる。この結果、シリンダブロック素材57及び蓋部材61の母材が溶けて攪拌され、流動可能な状態(塑性流動可能な状態)となり、攪拌ピン73bは次第に母材内に移動していく。
First, the joining
Next, the
Thereby, the part which contacted the stirring
図10(B)は、接合ツール73のツール本体73aが、シリンダブロック素材57及び蓋部材61の母材の表面に達した状態を示している。符号74は母材の塑性流動部である。この状態で、接合ツール73の上記進行を停止し、今度は、接合ツール73を図の表裏方向、即ち合わせ部69に沿う略8の字の方向に移動させる(図9も参照)。接合ツール73が移動した後に、塑性流動していた母材は冷えて固化し、合わせ部69が徐々に接合されていく。このとき、合わせ部69に加えて、合わせ部66の残部も接合される。表面に近い合わせ部66が接合された後、合わせ部69が接合される。合わせ部68,70についても、合わせ部66,69と同様に接合される。
FIG. 10B shows a state in which the tool
図11は、シリンダブロック素材57と蓋部材61との接合要領を示す第4作用図である。
シリンダブロック素材57と蓋部材61との合わせ部66,68〜70(図8参照)の塑性流動部74,74が固化すれば、シリンダブロック素材57と蓋部材61との摩擦攪拌接合が完了する。
この後、接合が行われた端面を直線76の位置まで切削加工し、トップデッキ41dを形成する。
FIG. 11 is a fourth operation view showing a joining procedure between the
When the
Thereafter, the joined end face is cut to the position of the
以上の図3、図4及び図6に示したように、ピストンを摺動させるシリンダボア部57aと、このシリンダボア部57aの周囲を覆うとともにシリンダボア部57aとの間にウォータジャケット41eが設けられる外壁57bを備えたブロック部57cとからなる内燃機関E(図2参照)用シリンダブロック41Aにおいて、ウォータジャケット41eを覆うとともにシリンダボア部57aとブロック部57cとに跨るように配置された蓋部材61が、摩擦攪拌接合によりシリンダボア部57aとブロック部57cとに接合により一体化される。
この構成によれば、シリンダボア部57aとブロック部57cとの間にウォータジャケット41eを覆うように摩擦攪拌接合により蓋部材61を取付ける構造のため、シリンダブロック41Aをダイキャストにより製造することでシリンダブロック41Aの高強度となる材質の選択が可能で、しかも寸法精度及び強度を高めることができ、シリンダブロック41Aのトップデッキ強度、剛性を高めることができる。従って、シリンダブロック41Aの強度、剛性を確保した場合に、シリンダブロック41Aの軽量化を図ることができる。
As shown in FIGS. 3, 4 and 6, the cylinder bore
According to this configuration, since the
また、図7、図8及び図10に示したように、蓋部材61は、シリンダボア部57aとブロック部57cとに設けられた段部としてのシリンダボア部側段部57e及び外壁側段部57fと接する平板部61fを備え、摩擦攪拌接合により平板部61fが、シリンダボア部側段部57eの側面57j、外壁側段部57fの側面57m、及びシリンダボア部側段部57eの底面57k、外壁側段部57fの底面57nに接合されるので、平板部61fを、側面57j,57mのみならず、底面57k,57nとも一体化する構造としたことで、接合強度をより高めることができる。
Further, as shown in FIGS. 7, 8 and 10, the
また、蓋部材61は、シリンダボア部側段部57eの側面57j、外壁側段部57fの側面57mに接合された後に、シリンダボア部側段部57eの底面57k、外壁側段部57fの底面57nに接合されるので、トップデッキ側の側面57j,57mから先に接合することで、蓋部材61の変形量を小さくでき、次に大きな負荷となる底面57k,57n側の接合に伴う歪も少なくできる。
Further, the
また、蓋部材61は、更に、平板部61fの中央から突出してシリンダボア部側段部57e、外壁側段部57f間から溝部57d(ウォータジャケット41e)内に延びる凸部61gを備え、摩擦攪拌接合により凸部61gの外側面61p、内側面61qがシリンダボア部57a及びブロック部57cに接合されるので、凸部61gにより蓋部材61の接合時の歪を低減できるとともに、凸部61gの外側面61p、内側面61qが接合されるため、シリンダボア部57aとブロック部57cとの結合強度を更に高めることができる。
The
また、蓋部材61は、シリンダボア部側段部57eの底面57k、外壁側段部57fの底面57nに接合された後に凸部61gの外側面61p、内側面61qが接合されるので、蓋部材61の凸部61gにてシリンダボア部側段部57eの底面57k、外壁側段部57fの底面57nの接合性を高めるとともに、凸部61gの突張り効果によるシリンダボア部57aとブロック部57cとの接合に伴う歪を規制することができる。
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
Further, since the
The above-described embodiment is merely an aspect of the present invention, and can be arbitrarily modified and applied without departing from the gist of the present invention.
41A シリンダブロック
41e ウォータジャケット
57a シリンダボア部
57b 外壁
57c ブロック部
57d 溝部
57e シリンダボア部側段部(段部)
57f 外壁側段部(段部)
57j 外壁側段部の側面
57k 外壁側段部の底面
57m シリンダボア部側段部の側面
57n シリンダボア部側段部の底面
61 蓋部材
61f 平板部
61g 凸部
61p 凸部の外側面(側面)
61q 凸部の内側面(側面)
E 内燃機関
57f External wall side step (step)
57j Side surface of outer wall side stepped
61q Inside surface (side surface) of convex part
E Internal combustion engine
Claims (5)
前記ウォータジャケット(41e)を覆うとともに前記シリンダボア部(57a)と前記ブロック部(57c)とに跨るように配置された蓋部材(61)が、摩擦攪拌接合により前記シリンダボア部(57a)と前記ブロック部(57c)とに接合により一体化されることを特徴とする内燃機関用シリンダブロック。 A block portion (57b) having a cylinder bore portion (57a) for sliding the piston and an outer wall (57b) covering the periphery of the cylinder bore portion (57a) and provided with a water jacket (41e) between the cylinder bore portion (57a). 57c), the internal combustion engine cylinder block
A lid member (61) which covers the water jacket (41e) and is disposed so as to straddle the cylinder bore part (57a) and the block part (57c) is connected to the cylinder bore part (57a) and the block by friction stir welding. A cylinder block for an internal combustion engine, which is integrated with the portion (57c) by bonding.
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- 2013-01-30 JP JP2013015506A patent/JP2014145340A/en active Pending
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