JP2015151984A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダボアの真円度の低下を抑えることで、メカロスを低減する【解決手段】エンジンは、外周面５ａに溝または突起からなる嵌合部５ｂが形成されたシリンダライナ５がシリンダブロックの収容空間に収容され、シリンダライナの外周面とシリンダブロックとの間に流し込まれた溶融金属の固化により、シリンダライナがシリンダブロックに保持されるエンジンであって、嵌合部は、シリンダライナの外周面のうち、シリンダライナに作用する外力および熱応力のいずれか一方もしくは双方によって生じる径方向外方への変形量が相対的に小さい範囲に設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、シリンダブロックにシリンダライナが鋳込まれたエンジンに関する。

エンジンにおいてピストンが摺動するシリンダは、シリンダブロックに円筒形状のシリンダライナが鋳込まれて構成される。すなわち、シリンダライナを設置したシリンダブロックの型に溶融金属を流し込み、溶融金属が固化すると、シリンダライナがシリンダブロックと一体形成される。シリンダブロックには、シリンダヘッドがボルトで固定される。

シリンダライナの外周面には、特許文献１に記載されているように、周方向に延在する環状の突起（溝）が設けられている。溶融金属が溝に入り込んで固化することで、シリンダライナがシリンダブロックに固定されることとなる。

特開２００１−５５９５６号公報

シリンダブロックは、シリンダヘッドの締結に伴い荷重を受けて変形する。また、シリンダブロックは、エンジン稼働時に高温となると熱膨張して変形する。また、上記の溝でシリンダブロックに固定されたシリンダライナは、シリンダブロックに引っ張られて変形する。シリンダブロックの変形は、シリンダライナの周方向に不均一であることから、シリンダライナの内周面であるシリンダボアの真円度が低下し、ピストンの摺動抵抗が大きくなってメカロスが増大してしまう。

そこで、本発明は、シリンダボアの真円度の低下を抑えることで、メカロスを低減することが可能なエンジンを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のエンジンは、外周面に溝または突起からなる嵌合部が形成されたシリンダライナがシリンダブロックの収容空間に収容され、シリンダライナの外周面とシリンダブロックとの間に流し込まれた溶融金属の固化により、シリンダライナがシリンダブロックに保持されるエンジンであって、嵌合部は、シリンダライナの外周面のうち、シリンダライナに作用する外力および熱応力のいずれか一方もしくは双方によって生じる径方向外方への変形量が相対的に小さい範囲に設けられていることを特徴とする。

シリンダブロックには、シリンダヘッドを固定するためのヘッドボルトが挿入されるヘッドボルト穴がシリンダライナの周囲に形成され、嵌合部は、シリンダライナの中心軸とヘッドボルト穴の中心軸とを結ぶ仮想線が、シリンダライナの外周面に交差する位置に設けられていてもよい。

シリンダブロックは、収容空間が形成された円筒壁部と、円筒壁部の径方向外方に設けられた空隙と、を有し、円筒壁部の外周面には、外周面から径方向に突出するとともに、シリンダライナの中心軸方向に延在する突出部が形成され、嵌合部は、シリンダライナの外周面のうち、シリンダライナの径方向に突出部が対向する範囲を除く部位に設けられていてもよい。

突出部は、円筒壁部の周方向に互いに離隔して複数形成され、嵌合部は、周方向に隣り合う２つの突出部の範囲内において、シリンダライナの周方向に延在していてもよい。

本発明によれば、シリンダボアの真円度の低下を抑えることで、メカロスを低減することができる。

エンジンの概略断面図である。 シリンダブロックの外観図である。 シリンダライナを説明するための説明図である。 比較例のシリンダブロックとシリンダヘッドの締結によるシリンダボアの変形を説明するための説明図である。 嵌合部とヘッドボルト穴との位置関係を説明するための説明図である。 比較例における熱膨張によるシリンダボアの変形を説明するための説明図である。 嵌合部と突出部との位置関係を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン１の概略断面図である。図１に示すように、エンジン１は、４気筒の水平対向エンジンであって、クランクシャフト２を挟んで図１中、上下に位置する２つのシリンダブロック３ａ、３ｂを有する。

シリンダブロック３ａ、３ｂには、それぞれ、２つのライナ嵌合孔４が形成されている。各ライナ嵌合孔４には、円筒状のシリンダライナ５が配されている。

また、シリンダブロック３ａ、３ｂには、それぞれ、シリンダヘッド６が固定されている。シリンダヘッド６には、ライナ嵌合孔４に対向する窪みが形成されており、シリンダヘッド６によって、ライナ嵌合孔４（シリンダライナ５）の一端が閉塞されている。

ピストン７は、シリンダライナ５の内周面（シリンダボア）を摺動する。ピストン７には、コンロッド８の一端が回転自在に連結されており、コンロッド８の他端はクランクシャフト２のクランクピン２ａに回転自在に連結されている。

シリンダヘッド６とピストン７の間に形成される燃焼室９において燃料と空気の混合気が燃焼すると、膨張圧によってピストン７が往復運動し、ピストン７の往復運動がクランクピン２ａを介してクランクシャフト２の回転運動に変換される。

図２は、シリンダブロック３ａの外観図である。図２において、シリンダブロック３ａのうち、シリンダヘッド６との当接面をハッチングで示す。ここでは、シリンダブロック３ａについて詳述し、シリンダブロック３ａと構成が実質的に等しいシリンダブロック３ｂについては重複説明を避けて省略する。

図２に示すように、シリンダブロック３ａには、シリンダヘッド６を固定するためのヘッドボルトが挿入されるヘッドボルト穴１０がシリンダライナ５の周囲に形成されている。ヘッドボルト穴１０は、シリンダライナ５それぞれの周囲に、シリンダライナ５の周方向に大凡均等に４つ配される。ただし、図２中、左側のシリンダライナ５について、周囲に配された４つのヘッドボルト穴１０のうち、右側の２つのヘッドボルト穴１０は、右側のシリンダライナ５について、周囲に配された４つのヘッドボルト穴１０のうちの２つを構成する。すなわち、ここでは、合計６つのヘッドボルト穴１０が形成されていることとなる。

また、シリンダブロック３ａには、シリンダライナ５それぞれについて、円筒形状の円筒壁部１１を有している。そして、円筒壁部１１の径方向外方には、空隙Ｓが形成されており、円筒壁部１１の外周面１１ａには、外周面１１ａから径方向外方に突出するとともに、シリンダライナ５の中心軸方向に延在する突出部１２が形成されている。突出部１２は、所謂リブであって、円筒壁部１１の周方向に互いに離隔して複数形成され、円筒壁部１１を補強して円筒壁部１１の剛性を高める。

図３は、シリンダライナ５を説明するための説明図である。図３（ａ）には、シリンダライナ５の上面図を示し、図３（ｂ）には、シリンダライナ５の側面図を示し、図３（ｃ）には、図３（ａ）のＩＩＩ（ｃ）‐ＩＩＩ（ｃ）線断面を示す。

図３に示すように、シリンダライナ５の外周面５ａには、嵌合部５ｂが形成されている。嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の周方向（図３（ｂ）中、上下方向）に延在する突起であって、シリンダライナ５の軸方向（図３（ｂ）中、左右方向）に複数形成されている。

ところで、シリンダブロック３ａは、例えばアルミ合金で構成され、アルミ合金が高温で液化した溶融金属を、シリンダブロック３ａの形状の型に流し込み、冷却して固化させて形成される。

シリンダライナ５は、例えば鋳鉄で構成され、溶融金属が流し込まれる前にシリンダブロック３ａの型の内部に設置され、型に流し込まれた溶融金属の内部に鋳込まれ、シリンダブロック３ａの収容空間に収容される。収容空間は、上記の円筒壁部１１の内部に形成される。

このとき、シリンダライナ５は、シリンダライナ５の外周面５ａに形成された嵌合部５ｂと、シリンダブロック３ａとの間に流し込まれた溶融金属が固化することでシリンダブロック３ａと噛み込みあい、シリンダブロック３ａに保持される。

本実施形態では、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の周方向に４つに分割されている。言い換えれば、シリンダライナ５の外周面５ａには、嵌合部５ｂが形成されていない平滑部５ｃが、シリンダライナ５の周方向に４つ設けられている。

従来の嵌合部は、シリンダライナの周方向に分割されず、シリンダライナの周方向の全周に亘って形成されていた。すなわち、シリンダライナは、嵌合部によってシリンダライナの全周に亘ってシリンダブロックと噛み込みあっていた。この場合、図４、６にそれぞれ示すような現象が生じる。

図４は、比較例のシリンダブロックＢとシリンダヘッドの締結によるシリンダボアの変形を説明するための説明図である。図４（ａ）には、シリンダブロックＢのうち、シリンダヘッドとの当接面を正面に捉えた図を示し、図４（ｂ）には、シリンダボアの変形量のグラフを示す。図４（ｂ）において、上下左右の向きは、図４（ａ）に揃えられている。すなわち、図４（ｂ）における０度方向が、図４（ａ）における上方向、図４（ｂ）における９０度方向が、図４（ａ）における左方向、図４（ｂ）における１８０度方向が、図４（ａ）における下方向、図４（ｂ）における２７０度方向が、図４（ａ）における右方向を示す。

シリンダブロックＢにはヘッドボルト穴ＢａがシリンダライナＬの周囲に、シリンダライナＬの周方向に大凡均等に４つ形成されている。シリンダブロックＢは、ヘッドボルト穴Ｂａが形成されている部位では剛性が高い。一方、ヘッドボルト穴Ｂａが形成されていない部位では比較的剛性が低い。そのため、シリンダヘッドをシリンダブロックＢに締結し、シリンダライナＬを軸方向に圧縮する応力が作用すると、シリンダブロックＢのうち、剛性が低い、ヘッドボルト穴Ｂａが形成されていない部位が、シリンダライナＬの径方向外方に押し広げられる。

シリンダライナＬは、嵌合部によってシリンダブロックＢと全周に亘って噛み込みあっており、シリンダブロックＢにつられて変形するため、シリンダブロックＢの剛性が低い方向への変形が大きくなる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、シリンダボアのうち、ヘッドボルト穴Ｂａが位置する方向（６０度、１２０度、２４０度、３００度）への変形量が比較的小さい。また、シリンダボアのうち、周方向に隣り合うヘッドボルト穴Ｂａの間の方向（０度、９０度、１８０度、２７０度）への変形量が比較的大きい。

このように、シリンダブロックＢにつられてシリンダライナＬが変形すると、シリンダボアの真円度が低下してしまう。そこで、本実施形態のシリンダライナ５においては、図３に示すように、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の周方向に４つに分割されている。

図５は、嵌合部５ｂとヘッドボルト穴１０との位置関係を説明するための説明図であり、シリンダライナ５およびヘッドボルト穴１０を、図３（ａ）に対応する向きから見た図を示す。図５では、理解を容易とするため、シリンダブロック３ａの図示を省略する。

図５に示すように、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の外周面５ａのうち、シリンダライナ５の中心軸とヘッドボルト穴１０の中心軸とを結ぶ仮想線ａが、シリンダライナ５の外周面５ａに交差する交差点ｂを含む範囲に設けられている。すなわち、嵌合部５ｂは、仮想線ａがシリンダライナ５の外周面５ａに交差する位置に設けられている。

そして、シリンダブロック３ａのうち、嵌合部５ｂが形成された部分が噛み込みあう部位は剛性が高く、変形量が小さい。一方、シリンダブロック３ａのうち、嵌合部５ｂが形成されていない平滑部５ｃに対向する部位は、剛性が低く変形量が大きいものの、シリンダブロック３ａと平滑部５ｃは噛み込みあっていない。そのため、平滑部５ｃにおいては、シリンダブロック３ａにつられてシリンダライナ５が変形し難く、シリンダボアの変形が抑えられて真円度が高く維持される。

図６は、比較例における熱膨張によるシリンダボアの変形を説明するための説明図である。図６（ａ）には、比較例のシリンダブロックＢのうち、シリンダヘッドとの当接面を正面に捉えた図を示し、図６（ｂ）には、シリンダボアの変形量のグラフを示す。図６（ｂ）において、上下左右の向きは、図６（ａ）に揃えられている。

シリンダブロックＢの円筒壁部Ｂｂには、上記のシリンダブロック３ａと同様、突出部Ｂｃ（リブ）が形成されている。シリンダブロックＢは、シリンダライナＬよりも熱膨張係数が大きい部材で構成されており、エンジンが稼働して高温化すると、シリンダライナＬよりも大きく熱膨張する。

特に、円筒壁部Ｂｂのうち、突出部Ｂｃが設けられている部位は、突出部Ｂｃを介して、シリンダブロックＢの熱膨張に伴う熱応力が伝搬するため、変形量が大きい。具体的には、突出部Ｂｃが形成されている、図６（ａ）中、上側、下側、右側に向かって、円筒壁部Ｂｂが引っ張られて変形する。

上記のように、シリンダライナＬは、嵌合部によってシリンダブロックＢと全周に亘って噛み込みあっており、シリンダブロックＢにつられて変形するため、図６（ａ）中、上側、下側、右側への変形が大きくなる。すなわち、図６（ｂ）に示すように、シリンダボアのうち、突出部Ｂｃが位置する方向（０度、１８０度、２７０度）への変形量が比較的大きい。

このように、シリンダブロックＢにつられてシリンダライナＬが変形すると、シリンダボアの真円度が低下してしまう。そこで、上述したように、本実施形態のシリンダライナ５においては、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の周方向に４つに分割されている。

図７は、嵌合部５ｂと突出部１２との位置関係を説明するための説明図であり、シリンダライナ５および突出部１２を、図３（ａ）に対応する向きから見た図を示す。図７では、理解を容易とするため、シリンダブロック３ａの図示を省略する。

図７に示すように、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の外周面５ａのうち、シリンダライナ５の径方向に突出部１２が対向する範囲を除く部位に設けられている。

そして、シリンダブロック３ａのうち、嵌合部５ｂが形成された部分が噛み込みあう部位は、突出部１２が形成されておらず、変形量が小さい。一方、シリンダブロック３ａのうち、嵌合部５ｂが形成されていない平滑部５ｃに対向する部位の一部には、突出部１２が形成されているものの、シリンダブロック３ａと平滑部５ｃは噛み込みあっていない。そのため、平滑部５ｃにおいては、シリンダブロック３ａにつられてシリンダライナ５が変形せず、シリンダボアの変形が抑えられて真円度が高く維持される。

また、上記のように、嵌合部５ｂは、円筒壁部１１の周方向に互いに離隔して複数形成されており、円筒壁部１１の周方向に隣り合う２つの突出部１２の範囲内において、シリンダライナ５の周方向に延在している。

そのため、複数の突出部１２で円筒壁部１１を補強し、嵌合部５ｂによってシリンダライナ５をシリンダブロック３ａに支持させつつ、シリンダブロック３ａにつられたシリンダライナ５の変形を抑えることが可能となる。

上記のように、本実施形態においては、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の外周面５ａのうち、シリンダライナ５に作用する外力および熱応力の双方によって生じる径方向外方への変形量が相対的に小さい範囲に設けられている。

そのため、シリンダボアの変形を抑えて真円度を高く維持し、ひいては、ピストン７の摺動抵抗を抑制しメカロスを低減することが可能となる。

上述した実施形態では、嵌合部５ｂが、シリンダライナ５の径方向に突出する突起で構成される場合について説明したが、嵌合部５ｂは、突起に限らず、シリンダライナ５の径方向に窪んだ溝で構成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の外周面５ａのうち、シリンダライナ５に作用する外力および熱応力の双方によって生じる径方向外方への変形量が相対的に小さい範囲に設けられている場合について説明した。しかし、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の外周面５ａのうち、シリンダライナ５に作用する外力および熱応力のいずれか一方によって生じる径方向外方への変形量が相対的に小さい範囲に設けられていてもよい。

また、上述した実施形態では、シリンダライナ５に作用する外力として、ヘッドボルト穴１０へのヘッドボルトの締め付けによって、シリンダヘッド６をシリンダライナ５に締結することに起因する外力を例に挙げて説明した。しかし、シリンダライナ５に作用する外力はこれに限らず、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の外周面５ａのうち、シリンダライナ５の中心軸とヘッドボルト穴１０の中心軸とを結ぶ仮想線ａが交差する交差点ｂを含む範囲に設けられなくともよい。

また、上述した実施形態では、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５に作用する熱応力の向きを規定する構成が突出部１２である場合について説明した。しかし、シリンダライナ５に作用する熱応力の向きを規定する構成は、突出部１２に限らず、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の外周面５ａのうち、突出部１２が形成されるシリンダライナ５の周方向の範囲を除く部位に設けられていなくてもよい。

また、上述した実施形態では、突出部１２は、シリンダライナ５の周方向に互いに離隔して複数形成され、嵌合部５ｂは、シリンダライナ５の周方向に隣り合う２つの突出部１２の範囲内において、シリンダライナ５の周方向に延在している場合について説明した。しかし、突出部１２は１つのみ形成されていてもよく、この場合、嵌合部５ｂは、突出部１２が形成されるシリンダライナ５の周方向の範囲を除く部位に設けられていればよい。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

本発明は、シリンダブロックにシリンダライナが鋳込まれたエンジンに利用できる。

ａ 仮想線
ｂ 交差点
Ｓ 空隙
１ エンジン
３ａ、３ｂ シリンダブロック
５ シリンダライナ
５ａ 外周面
５ｂ 嵌合部
６ シリンダヘッド
１０ ヘッドボルト穴
１１ 円筒壁部
１１ａ 外周面
１２ 突出部

Claims (4)

1. 外周面に溝または突起からなる嵌合部が形成されたシリンダライナがシリンダブロックの収容空間に収容され、該シリンダライナの外周面と該シリンダブロックとの間に流し込まれた溶融金属の固化により、該シリンダライナが該シリンダブロックに保持されるエンジンであって、
   前記嵌合部は、前記シリンダライナの外周面のうち、該シリンダライナに作用する外力および熱応力のいずれか一方もしくは双方によって生じる径方向外方への変形量が相対的に小さい範囲に設けられていることを特徴とするエンジン。
2. 前記シリンダブロックには、シリンダヘッドを固定するためのヘッドボルトが挿入されるヘッドボルト穴が前記シリンダライナの周囲に形成され、
   前記嵌合部は、前記シリンダライナの中心軸と前記ヘッドボルト穴の中心軸とを結ぶ仮想線が、該シリンダライナの外周面に交差する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記シリンダブロックは、前記収容空間が形成された円筒壁部と、該円筒壁部の径方向外方に設けられた空隙と、を有し、
   前記円筒壁部の外周面には、該外周面から径方向に突出するとともに、前記シリンダライナの中心軸方向に延在する突出部が形成され、
   前記嵌合部は、前記シリンダライナの外周面のうち、該シリンダライナの径方向に前記突出部が対向する範囲を除く部位に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン。
4. 前記突出部は、前記円筒壁部の周方向に互いに離隔して複数形成され、
   前記嵌合部は、周方向に隣り合う２つの前記突出部の範囲内において、前記シリンダライナの周方向に延在していることを特徴とする請求項３に記載のエンジン。

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