JP2016223385A - Cylinder block - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダブロックに関する。 The present invention relates to a cylinder block.
内燃機関用のシリンダブロックでは、シリンダボア内でピストンが往復運動するため、ピストンと接触するシリンダボアの内壁面(ボア面)に耐摩耗性や耐焼付性が要求される。このため、従来では、アルミニウム合金からなるシリンダブロックのシリンダ内面に、金属材料(例えば、鉄系材料等)の溶射皮膜を形成することが行われている(例えば、特許文献1参照)。シリンダブロックのボア内面となる溶射皮膜の表面は、ホーニング加工によってピストンが摺動する摺動面として仕上げられる。ホーニング加工後の溶射皮膜の表面(摺動面)には、クロスハッチと呼ばれる交差した微小な研削条痕が形成されるとともに、溶射時に溶射皮膜の内部に形成された気孔がピット(溶射ピット)となって現れる。これらのクロスハッチおよびピットには、機関運転時、オイルが保持されるようになっている。 In a cylinder block for an internal combustion engine, since a piston reciprocates in a cylinder bore, wear resistance and seizure resistance are required for the inner wall surface (bore surface) of the cylinder bore that comes into contact with the piston. For this reason, conventionally, a sprayed coating of a metal material (for example, an iron-based material) is formed on the cylinder inner surface of a cylinder block made of an aluminum alloy (see, for example, Patent Document 1). The surface of the thermal spray coating that becomes the bore inner surface of the cylinder block is finished as a sliding surface on which the piston slides by honing. On the surface (sliding surface) of the sprayed coating after the honing process, fine crossed grinding marks called cross hatches are formed, and pores formed inside the sprayed coating during the spraying are pits (spraying pits). Appears as These cross hatches and pits hold oil during engine operation.
ところで、シリンダボアのボア面(溶射皮膜の表面)に形成されるピットの面積率(ピット率)や、クロスハッチによるボア面の面粗さ(クロスハッチ粗さ)が大きくなると、機関運転時、シリンダボアのボア面のピットやクロスハッチに保持されるオイル量が増加するため、オイル消費量の増加することが懸念される。従来では、シリンダブロックの製品管理を行うにあたって、シリンダボアのボア面のピット率およびクロスハッチ粗さのそれぞれに良品条件(判定値)を設定し、いずれか一方の良品条件を満たしていない製品を不良品と判定していた。しかしながら、このような判定手法では、不良品と判定される製品の割合が高くなり、シリンダブロックの製造歩留まりが大きくなるという問題があった。 By the way, if the area ratio (pit ratio) of pits formed on the bore surface of the cylinder bore (the surface of the sprayed coating) or the surface roughness of the bore surface due to cross hatching (cross hatch roughness) increases, Since the amount of oil retained in the pits and cross hatches on the bore surface of the bore increases, there is a concern that the oil consumption will increase. Conventionally, when managing cylinder block products, a good product condition (judgment value) is set for each of the pit ratio and cross hatch roughness of the bore surface of the cylinder bore, and products that do not satisfy any of the good product conditions are rejected. It was judged as a good product. However, such a determination method has a problem that the ratio of products determined to be defective increases, and the manufacturing yield of the cylinder block increases.
本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、製造歩留まりを改善することが可能なシリンダブロックを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a cylinder block capable of improving the manufacturing yield.
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、シリンダ内面に溶射皮膜が設けられた内燃機関用のシリンダブロックであって、前記溶射皮膜の表面におけるピットの面積率Pa、ならびに前記溶射皮膜の表面に形成されたクロスハッチの有効負荷粗さRkおよび当該クロスハッチの油溜まり深さRvkが、[LOCth≦A×Pa+B×(Rk+Rvk)+C]の関係式を満たすことを特徴としている(ただし、LOCthは内燃機関運転時のオイル消費量の上限値、A、B、Cは定数)。 In the present invention, means for solving the above-described problems are configured as follows. That is, the present invention is a cylinder block for an internal combustion engine in which a spray coating is provided on the cylinder inner surface, and the area ratio Pa of pits on the surface of the spray coating and the cross hatch formed on the surface of the spray coating. The effective load roughness Rk and the oil sump depth Rvk of the cross hatch satisfy the relational expression [LOCth ≦ A × Pa + B × (Rk + Rvk) + C] (where LOCth is the oil during operation of the internal combustion engine) The upper limit of consumption, A, B and C are constants).
上記構成によれば、内燃機関運転時のオイル消費量に基づく上記の関係式を、製造されるシリンダブロックの良品条件として用いることで、溶射皮膜の表面(ボア面)のピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]のそれぞれに良品条件を設定した場合(比較例)に比べて、不良品と判定される製品の割合を低減することができ、シリンダブロックの製造歩留まりを改善することができる。 According to the above configuration, the above relational expression based on the oil consumption during operation of the internal combustion engine is used as a non-defective condition of the manufactured cylinder block, so that the pit ratio Pa and the cross hatch on the surface (bore surface) of the sprayed coating Compared with the case where non-defective product conditions are set for each of the roughness [Rk + Rvk] (comparative example), the ratio of products determined as defective products can be reduced, and the manufacturing yield of cylinder blocks can be improved.
具体的には、比較例の場合、ボア面のピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]の良品条件のうちいずれか一方を満たしていない製品は不良品と判定される。これに対し、上記構成では、ボア面のピット率Paが比較的大きく、比較例の良品条件を満たさない場合であっても、ボア面のクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が比較的小さく、関係式を満たす製品は、良品と判定される(図2の領域A12参照)。また、ボア面のクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が比較的大きく、比較例の良品条件を満たさない場合であっても、ボア面のピット率Paが比較的小さく、関係式を満たす製品は、良品と判定される(図2の領域A13参照)。このように、上記構成によれば、比較例の場合に比べて、シリンダブロックが良品と判定される範囲が拡大されるため、不良品と判定される製品の割合を低減することができる。その結果、シリンダブロックの製造歩留まりを改善することができ、シリンダブロックの生産性を向上させることができる。 Specifically, in the case of the comparative example, a product that does not satisfy one of the non-defective conditions of the pit ratio Pa of the bore surface and the cross hatch roughness [Rk + Rvk] is determined as a defective product. On the other hand, in the above configuration, even when the pit ratio Pa on the bore surface is relatively large and the non-defective condition of the comparative example is not satisfied, the cross hatch roughness [Rk + Rvk] on the bore surface is relatively small, and the relational expression A product that satisfies the condition is determined to be a non-defective product (see region A12 in FIG. 2). In addition, even when the cross-hatch roughness [Rk + Rvk] of the bore surface is relatively large and the non-defective product condition of the comparative example is not satisfied, a product satisfying the relational expression with a relatively small pit ratio Pa on the bore surface is acceptable. (See area A13 in FIG. 2). As described above, according to the above configuration, since the range in which the cylinder block is determined to be non-defective is expanded as compared with the comparative example, the ratio of products determined to be defective can be reduced. As a result, the manufacturing yield of the cylinder block can be improved, and the productivity of the cylinder block can be improved.
本発明によれば、内燃機関運転時のオイル消費量に基づく関係を、製造されるシリンダブロックの良品条件として用いることで、溶射皮膜の表面のピット率およびクロスハッチ粗さのそれぞれに良品条件を設定した場合に比べて、不良品と判定される製品の割合を低減することができ、シリンダブロックの製造歩留まりを改善することができる。 According to the present invention, the relationship based on the oil consumption during the operation of the internal combustion engine is used as the non-defective condition of the cylinder block to be manufactured. Compared with the case where it sets, the ratio of the product determined to be inferior goods can be reduced, and the manufacturing yield of a cylinder block can be improved.
以下、本発明を適用したシリンダブロックの実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a cylinder block to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
まず、実施形態に係るシリンダブロックの概略構成について、図1を参照して説明する。図1に示すように、シリンダブロック10は、例えば、直列4気筒エンジンのシリンダブロックであって、シリンダブロック10には、4つのシリンダボア11が一列に並んで設けられている。シリンダブロック10は、例えば、アルミニウム合金からなり、鋳造によって形成されている。シリンダボア11は、シリンダブロック10の内壁によって形成されており、シリンダボア11内には、図示しないピストンが収容される。
First, a schematic configuration of a cylinder block according to the embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the
シリンダボア11の内壁面(ボア面)11aは、金属材料(例えば、鉄系金属等)からなる溶射皮膜12によって形成されている。つまり、シリンダブロック10に一体に設けられたシリンダ壁部の内壁面(シリンダ内面)に溶射皮膜12が形成され、溶射皮膜12の表面がシリンダボア11のボア面11aとなっている。シリンダボア11の外周囲には、ウォータジャケット13が形成されている。シリンダブロック10は、シリンダライナのない所謂ライナレスのシリンダブロックとして構成されている。
An inner wall surface (bore surface) 11a of the
シリンダブロック10の上面には、図示しないシリンダヘッドガスケットを介してシリンダヘッドが締結されるようになっている。また、シリンダブロック10の下面には、図示しないクランクシャフトを収容するとともにエンジンオイルを貯留するオイルパンが締結されるようになっている。なお、シリンダブロック10は、少なくとも1つのシリンダボア11を備えていればよく、直列4気筒エンジン以外のエンジンを構成するものであってもよい。
A cylinder head is fastened to the upper surface of the
次に、シリンダブロック10のシリンダボア11に設けられた溶射皮膜12について説明する。
Next, the
ここで、シリンダブロック10を製造する製造工程について簡単に説明する。シリンダブロック10の製造工程としては、溶射工程と、ホーニング工程とが少なくとも含まれている。溶射工程は、鋳造等によって形成されたシリンダブロック10のシリンダ内面に金属材料(例えば、鉄系金属等)を溶射して、所定の膜厚(径方向の幅)の溶射皮膜12を形成する工程である。ホーニング工程は、ボーリング処理等によって所定の膜厚に調整された溶射皮膜12の表面に、仕上げ加工として所定の真円度を得るためのホーニング加工を行う工程である。
Here, a manufacturing process for manufacturing the
なお、溶射工程の前処理として、シリンダブロック10のシリンダ内面への溶射皮膜12の密着性を向上させるために、シリンダブロック10のシリンダ内面に微小な凹凸を形成するショットブラスト処理等を行ってもよい。また、ホーニング工程の前処理として、シリンダブロック10のボア内径をその後に行われるホーニング加工の加工開始点のボア内径に制御するために、ボーリング処理等を行ってもよい。
In addition, as a pretreatment for the thermal spraying process, in order to improve the adhesion of the
上述のようにして製造されるシリンダブロック10においては、溶射皮膜12の表面がボア面11aとなっている。ホーニング加工後の溶射皮膜12の表面(ボア面11a)には、クロスハッチと呼ばれる交差した微小な研削条痕が形成されるとともに、溶射時に溶射皮膜12の内部に形成された気孔がピットとなって現れている。ボア面11aに形成されたこれらのクロスハッチおよびピットには、エンジン運転時、オイルが保持されるようになっている。
In the
ところで、シリンダブロック10のシリンダボア11のボア面11aにおけるピット率や、クロスハッチによるボア面11aの面粗さ(クロスハッチ粗さ)が大きくなると、エンジン運転時、シリンダボア11のボア面11aのピットおよびクロスハッチに保持されるオイル量が増加するため、これに起因してオイル消費量の増加するという問題がある。そこで、この実施形態では、オイル消費量を抑制する観点から、シリンダボア11のボア面11aのピット率およびクロスハッチ粗さが所定の範囲内に設定されている。以下、この点について説明する。
By the way, when the pit ratio in the
エンジン運転時、シリンダブロック10のシリンダボア11のボア面11aに保持されるオイルの量は、ボア面11aのピットの面積率(ピット率)が大きくなるほど、多くなり、また、ボア面11aのクロスハッチ面粗さが大きくなるほど、多くなる。具体的には、エンジン運転時のシリンダボア11のボア面11aのオイル消費量LOCは、ボア面11aのピット率およびクロスハッチ面粗さによって、次の関係式(式1)によって表される。
During engine operation, the amount of oil retained on the
LOC=A×Pa+B×(Rk+Rvk)+C ・・・(式1)
ただし、A、B、Cは定数
この関係式(式1)は、ボア面11aのピットおよびクロスハッチのそれぞれで消費されるオイル量を定量化したものであり、[A×Pa]は、ボア面11aのピットにおけるオイル消費量に対応し、[B×(Rk+Rvk)]は、ボア面11aのクロスハッチにおけるオイル消費量に対応する。関係式(式1)において、Paは、ボア面11aのピット率であって、ボア面11aのピットのオイル溜まり量に対応する。[Rk+Rvk]は、ボア面11aのクロスハッチ粗さであって、ボア面11aのクロスハッチのオイル溜まり量に対応する。Rkは、クロスハッチの有効負荷粗さであり、Rvkは、クロスハッチの油溜まり深さである。Cは、他の要因によるオイル消費量である。なお、A、B、Cの定数は、実験や、シミュレーション等によって得られるデータを、例えば重回帰分析等によって定量化することによって得られる値である。
関係式(式1)を変形すると、次の関係式(式2)が得られる。
LOC = A × Pa + B × (Rk + Rvk) + C (Formula 1)
However, A, B, and C are constants. This relational expression (formula 1) quantifies the amount of oil consumed in each of the pits and cross hatches of the
When the relational expression (formula 1) is modified, the following relational expression (formula 2) is obtained.
Rk+Rvk=−(A/B)×Pa+(LOC−C)/B ・・・(式2)
この関係式(式2)において、オイル消費量LOCは、エンジン性能から所定の上限値(性能限界)LOCth以下であることが要求されることから、次の関係式(式3)が得られる。
Rk + Rvk = − (A / B) × Pa + (LOC−C) / B (Formula 2)
In this relational expression (Expression 2), the oil consumption LOC is required to be equal to or less than a predetermined upper limit value (performance limit) LOCth from the engine performance, so the following relational expression (Expression 3) is obtained.
Rk+Rvk≦−(A/B)×Pa+(LOCth−C)/B ・・・(式3)
この関係式(式3)において、[A/B]および[(LOCth−C)/B]は定数である。関係式(式3)を変形すると、次の関係式(式4)が得られる。関係式(式4)は、関係式(式3)と同等である。
Rk + Rvk ≦ − (A / B) × Pa + (LOCth−C) / B (Formula 3)
In this relational expression (Formula 3), [A / B] and [(LOCth−C) / B] are constants. When the relational expression (formula 3) is modified, the following relational expression (formula 4) is obtained. The relational expression (Formula 4) is equivalent to the relational expression (Formula 3).
LOCth≧A×Pa+B×(Rk+Rvk)+C ・・・(式4)
このようにして得られた関係式(式3)を満たすように(あるいは、関係式(式4)を満たすように)、シリンダボア11のボア面11aのピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が設定されている。つまり、エンジン運転時のボア面11aのオイル消費量の上限値LOCthに基づいて、ボア面11aのピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が設定されている。
LOCth ≧ A × Pa + B × (Rk + Rvk) + C (Formula 4)
The pit ratio Pa and the crosshatch roughness [Rk + Rvk] of the
この実施形態によれば、エンジン運転時のオイル消費量に基づいて設定されたボア面11aのピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]の関係(具体的には関係式(式3))を用いて、製造されるシリンダブロック10の良品判定を行うことが可能である。これにより、ボア面11aのピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]のそれぞれに良品条件を設定する場合に比べて、不良品と判定される製品の割合を低減することができる。その結果、シリンダブロック10の製造歩留まりを改善することができ、シリンダブロック10の生産性を向上させることができる。この点について、図2を参照して説明する。
According to this embodiment, the relationship (specifically, the relational expression (formula 3)) between the pit ratio Pa of the
図2の横軸は、ボア面11aのピット率Paであり、縦軸は、ボア面11aのクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]である。図2の実線で示す直線L1は、関係式(式3)において等号が成立する場合に対応する。直線L1の傾きは、関係式(式3)のピット率Paの係数である[−(A/B)]となっている。そして、図2の三角形の領域A1は、関係式(式3)を満たす領域となっている。
The horizontal axis in FIG. 2 is the pit ratio Pa of the
関係式(式3)に基づく良品判定は、製造されたシリンダブロック10のボア面11aのピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]を測定し、測定されたピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が、図2の領域A1内にあるか否かを判定することによって行われる。つまり、図2の直線L1が、シリンダブロック10の良品判定の判定ライン(判定閾値)となっている。そして、測定されたピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が関係式(式3)を満たす場合には、シリンダブロック10が良品と判定される。一方、測定されたピット率Paまたはクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が関係式(式3)を満たさない場合には、シリンダブロック10が不良品と判定される。言い換えれば、測定されたピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が、図2の領域A1内にある場合には、シリンダブロック10が良品と判定される。一方、測定されたピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が、図2の領域A1よりも外側にある場合には、シリンダブロック10が不良品と判定される。
The non-defective product determination based on the relational expression (formula 3) is performed by measuring the pit ratio Pa and the cross hatch roughness [Rk + Rvk] of the
ここで、比較例として、ボア面11aのピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]のそれぞれに基づいて、シリンダブロック10の良品判定を行う場合について考える。この場合、シリンダブロック10の良品判定の判定ラインは、例えば、図2に示す直線L2、L3となる。破線で示す直線L2は、縦軸に平行な直線であり、1点鎖線で示す直線L3は、横軸に平行な直線である。
Here, as a comparative example, consider a case where a non-defective product of the
比較例の場合、シリンダブロック10の良品条件は、[Pa≦Pth、かつ、Rk+Rvk≦Rth]となり、図2では、直線L2、L3によって囲まれた矩形の領域A11となる。Pthは、ボア面11aのピット率Paの上限値であり、Rthは、ボア面11aのクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]の上限値である。なお、図2の例では、座標(Pth,Rth)は、直線L1上に位置する。
In the case of the comparative example, the non-defective condition of the
この比較例の場合、ボア面11aのピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]の両方の良品条件を満たす場合には、シリンダブロック10が良品と判定される。一方、ボア面11aのピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]のいずれか一方の良品条件を満たさない場合には、シリンダブロック10が不良品と判定される。言い換えれば、ピット率Paまたはクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が、図2の領域A11内にある場合には、シリンダブロック10が良品と判定される。一方、ピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が、図2の領域A11よりも外側にある場合には、シリンダブロック10が不良品と判定される。
In the case of this comparative example, the
これに対し、この実施形態では、比較例の良品と判定される領域A11に加え、図2の三角形の領域A12、A13も良品と判定される領域A1に含まれる。領域A12は、[Pa>Pth]であるが、関係式(式3)を満たす領域となっている。領域A13は、[Rk+Rvk>Rth]であるが、関係式(式3)を満たす領域となっている。この実施形態では、領域A12で示すように、ピット率Paが比較的大きい場合であっても、クロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が比較的小さければ、関係式(式3)を満たし、シリンダブロック10が良品と判定されるようになっている。また、領域A13で示すように、クロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が比較的大きい場合であっても、ピット率Paが比較的小さければ、関係式(式3)を満たし、シリンダブロック10が良品と判定されるようになっている。
On the other hand, in this embodiment, in addition to the area A11 determined as the non-defective product of the comparative example, the triangular areas A12 and A13 in FIG. 2 are also included in the area A1 determined as the non-defective product. The region A12 is [Pa> Pth], but is a region that satisfies the relational expression (Expression 3). The region A13 is [Rk + Rvk> Rth], and is a region that satisfies the relational expression (Expression 3). In this embodiment, as shown by the area A12, even if the pit ratio Pa is relatively large, if the cross hatch roughness [Rk + Rvk] is relatively small, the relational expression (Expression 3) is satisfied, and the
このように、ピット率Paおよびクロスハッチ粗さ[Rk+Rvk]が領域A12または領域A13にある場合、比較例では不良品と判定されるのに対し、この実施形態では、良品と判定される。したがって、この実施形態によれば、比較例の場合に比べて、シリンダブロック10が良品と判定される領域が拡大されるため、不良品と判定される製品の割合を低減することができ、シリンダブロック10の製造歩留まりを改善することができる。
As described above, when the pit ratio Pa and the cross hatch roughness [Rk + Rvk] are in the region A12 or the region A13, it is determined as a defective product in the comparative example, whereas in this embodiment, it is determined as a non-defective product. Therefore, according to this embodiment, since the area where the
今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 Embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become the basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the scope of claims. Further, the technical scope of the present invention includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
本発明は、シリンダ内面に溶射皮膜が設けられた内燃機関用のシリンダブロックに利用可能である。 The present invention is applicable to a cylinder block for an internal combustion engine in which a thermal spray coating is provided on the inner surface of the cylinder.
10 シリンダブロック
11 シリンダボア
11a ボア面
12 溶射皮膜
10
Claims (1)
前記溶射皮膜の表面におけるピットの面積率Pa、ならびに前記溶射皮膜の表面に形成されたクロスハッチの有効負荷粗さRkおよび当該クロスハッチの油溜まり深さRvkが、下記の関係式、
LOCth≧A×Pa+B×(Rk+Rvk)+C
(ただし、LOCthは内燃機関運転時のオイル消費量の上限値、A、B、Cは定数)
を満たすことを特徴とするシリンダブロック。 In a cylinder block for an internal combustion engine in which a thermal spray coating is provided on the cylinder inner surface,
The area ratio Pa of the pits on the surface of the thermal spray coating, the effective load roughness Rk of the cross hatch formed on the surface of the thermal spray coating, and the oil sump depth Rvk of the cross hatch are expressed by the following relational expression:
LOCth ≧ A × Pa + B × (Rk + Rvk) + C
(However, LOCth is the upper limit value of oil consumption during internal combustion engine operation, and A, B, and C are constants)
A cylinder block characterized by satisfying
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