JP2015048828A - 内燃機関のシリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】 アルミ合金製シリンダバレル内に、鋳鉄製のシリンダライナを鋳込んでなる内燃機関のシリンダブロックにおいて、シリンダバレルとシリンダライナ間の係合部に局所的に過大な応力集中が発生しないようにした。
【解決手段】 シリンダライナ２０の上端面２１に、シリンダバレル１１に係合する係合部２５を設け、その係合部２５は、上方へ突出形成されて、シリンダライナ２０の径方向の断面が、上方へ湾曲して角部のない弧状に形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シリンダバレル内に、シリンダボアを形成した中空円筒状のシリンダライナを鋳込んでなる、内燃機関のシリンダブロックに関する。

アルミ合金製シリンダブロックのシリンダバレルに、鋳鉄製のシリンダライナを鋳込み、そのシリンダライナに形成したシリンダボアと、そこに摺動可能に嵌合されるピストンとの気密性を保ちつつピストンの滑らかな往復動を確保し、シリンダボアとピストンの耐摩耗性、耐久性を高めるようにした内燃機関において、
シリンダライナの上端面を、シリンダ本体（シリンダバレル）に鋳込み、シリンダライナの上面位置を、ピストンの上死点におけるトップリングの上面位置付近に設定し、シリンダライナの上面をラビリンス構造として、シリンダ本体とシリンダライナの上面との結合強度を高めると共にシリンダ本体とシリンダライナとの熱膨張差を利用してそれら間の熱伝導の悪化を防止するようにしたものが既に知られている（後記特許文献１参照）。

また、複数のシリンダライナを鋳込んだシリンダブロックにおいて、シリンダブロックと接触するシリンダライナの上端面を、そのシリンダライナの外周面側から内周面側へ下り傾斜となる傾斜面に形成し、シリンダライナとシリンダブロックとの接合力を増大し、機関運転時のシリンダライナの倒れ込みを防止するようにしたものが既に知られている（後記特許文献２参照）。

実開昭６２−１４８７５５号公報 特許第３７５５３８９号公報

ところが、前記特許文献１、２に示されるものは、いずれもシリンダライナの上端面と、シリンダブロックとの接合面間に、先鋭な角部が存在するため、内燃機関の運転時にその接合面に荷重が加わった際、また、シリンダブロックのデッキ面にガスケットを介してシリンダヘッドを締結し、その締結力によって前記接合面に荷重が加わった際に、その角部に局所的に過大な応力集中が発生してシリンダライナの上端面の、シリンダブロックに対する所期のアンカー効果が得られなくなる虞れがあるほか、前記角部を基点としてシリンダブロックにクラックが発生する虞れがあるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、シリンダライナの上端面と、シリンダバレルとの接合面との間に局所的に過大な応力集中が発生することがないようにして、前記問題を解決できるようにした、新規な内燃機関のシリンダブロックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、シリンダバレルに、シリンダボアを形成した中空円筒状のシリンダライナを鋳込んでなる内燃機関のシリンダブロックにおいて、
前記シリンダライナの、前記シリンダバレルと接触する上端面には、そのシリンダバレルに係合する係合部が一体に形成され、その係合部は上方へ突出して形成されて、そのシリンダライナの径方向の断面が弧状に形成されていることを特徴としている。

上記目的を達成するために、請求項２に記載された発明は、前記請求項１記載のものにおいて、前記係合部は、前記シリンダライナの上端面のうち、前記係合部の径方向内側領域に円弧面で連続的に連なると共に前記シリンダライナの外周面に直線状の傾斜面で連なることを特徴としている。

上記目的を達成するために、請求項３に記載された発明は、前記請求項１または２記載のものにおいて、前記シリンダライナの上端面のうち、前記係合部の径方向内側に連なる径方向内側領域は、前記シリンダライナのシリンダ軸線に直交する平面に形成されていることを特徴としている。

請求項１の構成によれば、シリンダライナの上端面に形成される係合部は、シリンダバレルとシリンダライナとの結合強度を高めることができ、その係合部は上方へ突出形成され、そのシリンダライナの径方向の断面が弧状に形成されるので、シリンダライナの上端面と、シリンダバレルとの接合部に局所的に過大な応力集中が発生することを防ぐことができる。

請求項２の構成によれば、係合部の径方向外側が、シリンダライナの上端面のうち、前記係合部の径方向内側領域に円弧面で連続的に連なると共にシリンダライナの外周面に直線状の傾斜面で形成されるので、シリンダライナの上端面にかかる応力を、係合部の径方向内側領域と、前記傾斜面とシリンダライナ外周面の間の角部に分散させることができる。また、シリンダライナの上端面は刃具による加工が容易である。

請求項３の構成によれば、シリンダライナの上端面のうち、前記係合部の径方向内側に連なる径方向内側領域は、シリンダライナのシリンダ軸線に直交する平面に形成されるので、シリンダライナ上端面に接触する、シリンダバレルの上端部のシリンダ軸線方向の厚みを均等にすることができ、シリンダブロックの変形を抑制することができ、また、シリンダライナの内周面を仕上げ加工した際に、加工の程度によってシリンダライナの上端面の厚みが変化することがなく、シリンダライナの性能が変わることがない。

シリンダライナを鋳込んだシリンダブロックの、シリンダ軸線を通り、シリンダ列線と直交する方向の断面図 図１の２矢視仮想線囲い部分の拡大図。 図１の３−３線に沿う拡大断面図。 図２の４矢視仮想線囲い部分の拡大図。 図２の５矢視仮想線囲い部分の拡大図。 シリンダライナの断面図。 シリンダライナの係合部の刃具による切削状態を示す断面図

以下、図１〜７に基づいて本発明を、自動車に搭載される直列四気筒内燃機関に実施した場合の実施形態について説明する。

以下の説明において、上下方向は、シリンダ軸線方向を指す。

図１は、シリンダライナ２０を鋳込んだシリンダブロック１０の、シリンダ軸線Ｌ−Ｌを通り、シリンダ列線と直交する方向の断面図であり、このシリンダブロック１０は、アルミ合金製であって、シリンダバレル１１と、このシリンダバレル１１の下部に一体に連設されるクランクケース１２とが一体に鋳造成形される。

ここで、前記「シリンダバレル１１」とは、シリンダブロック１０において、シリンダライナ２０を鋳込む上側部分を指し、また「クランクケース１２」とは、シリンダブロック１０において、クランクシャフトを包囲する下側部分を指す。

シリンダバレル１１の上面（デッキ面）は平坦面に形成される。図示しないが、通常のように、シリンダバレル１１の上面には、ガスケットを介してシリンダヘッドが一体に結合される。

シリンダバレル１１には、鋳鉄製のシリンダライナ２０が鋳込まれる。このシリンダライナ２０の上面位置は、シリンダバレル１１の上面位置よりも下位にあって、シリンダバレル１１の上端部１１ａは、シリンダライナ２０の上端面２１の上部を覆うように内向きの鉤状に形成され、シリンダライナ２０の上端面２１は、シリンダバレル１１の上端部１１ａにより被覆されて外部に露出しない。

次に、図１〜６を参照して、シリンダライナ２０の構造について説明する。

シリンダライナ２０は中空円筒状に形成されて、その内周面に、ピストン３０が摺動自在に嵌合されるシリンダボア２２が形成される。また、シリンダライナ２０の外周面には断面きのこ状の突起よりなる複数のスパイニー２３が一体に突設されており、これらのスパイニー２３は、シリンダブロック１０の鋳造時にシリンダバレル１１に鋳込まれて、シリンダバレル１１との結合強度を高める。

シリンダライナ２０の上端面２１は、後述する係合部２５の径方向内側領域２１ａが、シリンダライナ２０のシリンダ軸線Ｌ−Ｌと直交する平面に形成されている。

次に、係合部２５の構造について説明する。

図４に最も明瞭に示すように、係合部２５は、シリンダライナ２０の上端面２１の外周縁に、その全周に亘って後述する径方向内側領域２１ａに対して上方へ向けて突出して形成されて、シリンダバレル１１の上端部１１ａに係合される。この係合部２５の、シリンダライナ２０の径方向の断面は、シリンダバレル１１の上端部１１ａに向けて弧状に形成され、その係合部２５の上面は角部のない滑らかな連続面に形成されている。そして、この係合部２５の径方向断面は、その径方向の中央部分２５ａが上向きに凸の半径ｒ₁ の円弧面に形成され、その径方向の内側部分２５ｂが、シリンダライナ２０の上端面２１のうち、平面よりなる径方向の内側領域２１ａに連続的に連なる、下向きに凸の半径ｒ₂ の円弧面で形成され（半径ｒ₁ ＜半径ｒ₂ ）ると共にその径方向の外側部分２５ｃが、シリンダライナ２０の外側面に直線状の傾斜面２６で連なっている。外側部分２５ｃの傾斜面２６は、シリンダライナ２０の外側面に対して１３５度の角度で接続して、それらの間は全周に亘って角部ｅが形成される。

また、シリンダライナ２０の内周面の上端は、シリンダ軸線Ｌ−Ｌと直交する方向の断面が、シリンダライナ２０の上端面２１からシリンダライナ２０の内方に向かって下り勾配に傾斜する傾斜面２７に形成されている。この傾斜面２７は、シリンダバレル１１の上端部１１ａの内周面及びシリンダライナ２０の内周面で構成されるシリンダボア２２をホーニング加工した際に無くなり、シリンダバレル１１の上端部１１ａの内周面とシリンダライナ２０の内周面は面一となる。

図１、２に示すように、シリンダライナ２０の上端面２１と、シリンダバレル１１との境界面は、ピストン３０の上死点位置における、そのピストン３０のトップリング３１よりも上方位置にあり、前記境界面がトップリング３１と干渉することがないようにされる。

前記ピストン３０は、上死点位置において、図１、２に示すように、ピストン３０頂面が上端部１１ａのデッキ面と略同一位置になる。

また、シリンダライナ２０は、上下対称形状をなして、シリンダバレル１１への組付互換性が得られるようにされており、すなわち、図２、５に示すように、シリンダライナ２０の下端面２４には、その上端面２１との対称位置に係合部２５が形成され、その下端面２４の係合部２５の径方向内側領域２４ａは平面に形成される。

シリンダブロック１０のシリンダバレル１１には、シリンダライナ２０を囲むように、冷却水の流通するウオータジャケット１４が形成されている。

図７に示すように、シリンダライナ２０の上端面２１は、刃具４０により切削加工される。この刃具４０は手裏剣形状に形成されている。この刃具４０には、合計で８つの切削刃４１が設けられ、これらのうちの一つの切削刃４１を選択的に用いて加工することができる。各切削刃４１は、前記係合部２５を有するシリンダライナ２０の上端面２１を切削加工する。

固定される刃具４０に対して、シリンダライナ２０を、そのシリンダ軸線Ｌ−Ｌ回りに回転させつつ、その上端面２１を切削刃４１に接触させて、該面２１を切削加工することができる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施形態の作用を説明する。

シリンダライナ２０とシリンダバレル１１とは、異材により構成、すなわちシリンダライナ２０が鋳鉄により、シリンダバレル１１がアルミ合金により構成されて、それらの線膨張係数が異なるため、それらに熱が加わった際に膨張率が異なり、その差によってシリンダライナ２０がシリンダバレル１１から内側に押し出されるように変形してシリンダライナ２０の上端面に応力が発生する。

(1) シリンダブロック１０にガスケットを介してシリンダヘッドを締結したときに発生する応力
シリンダヘッドの締結軸力が上方から加わった際に、前記係合部２５が、上方へ突出しそのシリンダライナ２０の径方向の断面が弧状に形成されているため、応力は、係合部２５の頂部一箇所に集中せずに係合部２５の径方向内側から外側に亘って分散させることができる。

(2) 内燃機関の運転時など熱膨張時に発生する応力
熱膨張差で径方向内側への押出力をうけるシリンダライナ２０が、係合部２５によってシリンダバレル１１に係合されるため、その係合部２５である径方向内側領域２１ａと、直線状の傾斜面２６とシリンダライナ２０の外周面との境界である角部ｅに応力が発生し、それらの応力を、前記径方向内側領域２１ａと前記角部ｅに分散させることができる。

以上のように、シリンダライナ２０の上端面２１に応力が作用した際に、その上端面２１はシリンダバレル１１の上端部１１ａに係合する係合部２５を有し、特に、その係合部２５は、上方へ突出して、シリンダライナ２０の径方向の断面が、角部のない弧状に形成されていることにより、その係合部２５に過大な応力が集中するのを防止することができ、シリンダライナ２０の、シリンダバレル１１に対するアンカー効果が高められて、シリンダライナ２０の内側（シリンダ軸線Ｌ−Ｌ側）への迫り出しを確実に防止することができると共にシリンダライナ２０の変形を抑制することができ、ピストン３０の円滑、軽快な摺動を保障し、異常燃焼の発生を防止して燃費を向上させ、内燃機関性能の向上に寄与することができる。

また、前記係合部２５は、その径方向内側が、前記上端面２１のうち、係合部２５の径方向内側領域２１ａに円弧面で連続的に連なると共にその径方向外側が、前記シリンダライナ２０の外周面に直線状の傾斜面２６で連なることにより、シリンダライナ２０の上端面２１にかかる応力を、係合部２５の径方向内側領域２５ａと、前記傾斜面２６とシリンダライナ２０の外周面の間の角部ｅに分散させることができる。

また、係合部２５は、刃具４０による切削加工が容易である。

さらに、シリンダライナ２０の上端面２１のうち、係合部２５の内側領域２１ａは、シリンダ軸線Ｌ−Ｌに直交する平面に形成されることにより、シリンダライナ２０の上端面２１に接触する、シリンダバレル１１の上端部１１ａのシリンダ軸線方向の厚みを均等にして、シリンダブロック１０の変形を抑制することができ、また、シリンダライナ２０の内周面を仕上げ加工する際に、加工の程度によってシリンダライナ２０の上端面２１の厚みが変化することがなく、シリンダライナ２０の所期の性能が変わることがない。

さらに、上死点近傍におけるピストン３０のトップランド（トップリング３１より燃焼室側の部位）および燃焼室から上端部１１ａを介したシリンダバレル１１への熱伝達を良好にすることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、前記実施形態では、本発明を直列四気筒内燃機関のシリンダブロックに実施した場合について説明したが、これを他の内燃機関にも実施できる。また、前記実施形態では、シリンダブロックをアルミ合金により、またシリンダボアを鋳鉄により形成した場合を説明したが、それらを熱膨張率の異なる他の異種の材料により形成した場合にも本発明を適用することができる。

１１ シリンダバレル
２０ シリンダライナ
２１ 上端面
２１ａ 径方向内側領域
２２ シリンダボア
２５ 係合部
２６ 傾斜面
Ｌ−Ｌ シリンダ軸線

Claims (3)

1. シリンダバレル（１１）に、シリンダボア（２２）を形成した中空円筒状のシリンダライナ（２０）を鋳込んでなる内燃機関のシリンダブロックにおいて、
   前記シリンダライナ（２０）の、前記シリンダバレル（１１）と接触する上端面（２１）には、そのシリンダバレル（１１）に係合する係合部（２５）が一体に形成され、その係合部（２５）は上方へ突出して形成されて、前記シリンダライナ（２０）の径方向の断面が弧状に形成されていることを特徴とする、内燃機関のシリンダブロック。
2. 前記係合部（２５）は、前記シリンダライナ（２０）の上端面（２１）のうち、前記係合部（２５）の径方向内側領域（２５ａ）に円弧面で連続的に連なると共に前記シリンダライナ（２０）の外周面に直線状の傾斜面（２６）で連なることを特徴とする、前記請求項１記載の内燃機関のシリンダブロック。
3. 前記シリンダライナ（２０）の上端面（２１）のうち、前記係合部（２５）の径方向内側に連なる径方向内側領域（２１ａ）は、前記シリンダライナ（２０）のシリンダ軸線（Ｌ−Ｌ）に直交する平面に形成されていることを特徴とする、前記請求項１または２記載の内燃機関のシリンダブロック。

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