JP2019108804A - シリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダボアの温度の最適化が可能なシリンダブロックを提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、シリンダボアの内面のうちピストンに接触する部分において、上側の面粗度は下側の面粗度よりも大きく、かつ前記上側のクロスハッチ角は前記下側のクロスハッチ角よりも大きいシリンダブロックである。本発明のシリンダブロックによれば、シリンダボアの温度の最適化が可能である。【選択図】図２

Description

本発明はシリンダブロックに関する。

内燃機関が駆動すると、シリンダブロックのシリンダボア内でピストンが往復運動する。ピストンの摩耗などを抑制し、摺動をスムーズにするため、潤滑油（オイル）がシリンダボアに保持されることが好ましい。シリンダボアの内面はホーニング加工されており、加工された表面のクロスハッチ角などによりオイル保持性を調整することができる（例えば特許文献１）。

実開平６−６７８３６号公報

しかし、潤滑油の油膜の厚さなどにより、シリンダボア内の温度分布にムラが生じる。この結果、ノッキングの発生、およびシリンダボアの真円度の低下などが発生する恐れがある。そこで、シリンダボアの温度の最適化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。

上記目的は、シリンダボアの内面のうちピストンに接触する部分において、上側の面粗度は下側の面粗度よりも大きく、かつ前記上側のクロスハッチ角は前記下側のクロスハッチ角よりも大きいシリンダブロックによって達成できる。

シリンダボアの温度の最適化が可能なシリンダブロックを提供できる。

図１（ａ）は内燃機関を例示する模式図である。図１（ｂ）はシリンダブロックを例示する斜視図である。 図２はシリンダボアの内面を例示する図である。

（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態のシリンダブロックについて説明する。図１（ａ）は内燃機関１０を例示する模式図であり、１つのシリンダボア１３を拡大している。内燃機関１０は例えば自動車などに搭載されるガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどである。Ｙ軸方向はピストンピン１４ａおよびクランクシャフト１６の延伸方向であり、Ｚ軸方向はピストン１４の移動方向である。Ｘ軸方向はＹおよびＺ軸方向に直交する。

図１（ａ）に示すように、内燃機関１０はシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とにより構成されている。シリンダヘッド１１およびシリンダブロック１２は例えばアルミニウム合金などで形成されている。シリンダブロック１２の内部には、ピストン１４、コンロッド１５、およびクランクシャフト１６が配置されている。シリンダブロック１２のシリンダボア１３は上下（Ｚ方向）に延伸する円筒部分である。シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２およびピストン１４により燃焼室１９が形成される。

シリンダヘッド１１には、点火プラグ２４、吸気バルブ２６および排気バルブ２８が設けられ、吸気経路２０および排気経路２１が接続されている。燃料噴射弁２２は吸気経路２０に設けられ、燃料を噴射する。不図示のカムシャフトが回転することにより、吸気バルブ２６および排気バルブ２８が開閉する。吸気バルブ２６が開くことで、空気および燃料は吸気経路２０からシリンダボア１３内へと導入される。燃料と空気との混合気はピストン１４で圧縮され、点火プラグ２４により点火する。

コンロッド１５の一端はピストンピン１４ａによりピストン１４に連結され、他端はクランクシャフト１６に連結されている。ピストン１４はシリンダボア１３内を摺動可能である。混合気の燃焼によりピストン１４は燃焼室１９内を上下に往復運動し、クランクシャフト１６が回転し、燃焼後の排気は排気経路２１から排出される。

ピストン１４のピストンスカート１４ｂは、シリンダボア１３の内面のうち、−Ｘ側の内面１３ａおよび＋Ｘ側の内面１３ｂに接触する。内面１３ａと内面１３ｂとはＸ方向において互いに対向する。ピストン１４の摺動を円滑にし、摩耗などを抑制するため、不図示の供給孔などからピストン１４に潤滑油が供給され、潤滑油はシリンダボア１３の内面に油膜を形成する。

シリンダブロック１２にはウォータジャケット１７が設けられ、ウォータジャケット１７内の冷却水が内燃機関１０を冷却する。ウォータジャケット１７の深さはシリンダボア１３の高さより小さく、ウォータジャケット１７の下端はシリンダボア１３の下端よりも上側に位置する。ウォータジャケット１７の上端は例えばシリンダボア１３の上端と同じ高さに位置する。

図１（ｂ）はシリンダブロック１２を例示する斜視図である。図１（ｂ）に示すようにシリンダブロック１２には例えば４つのシリンダボア１３が設けられ、ウォータジャケット１７はシリンダボア１３を囲む。シリンダボア１３の内面はホーニング加工されている。内面のうち−Ｘ側を内面１３ａ、＋Ｘ側を内面１３ｂ、隣のシリンダボア１３側（ボア間）の部分を内面１３ｃとし、図１（ｂ）において内面１３ａ〜１３ｃは破線で区切った範囲である。内面１３ａ〜１３ｃにおいては、上側（＋Ｚ側、図１（ｂ）の斜線の部分）の表面粗さおよびクロスハッチ角が大きく、下側（−Ｚ側）の表面粗さおよびクロスハッチ角は小さい。

図２はシリンダボア１３の内面１３ａを例示する図である。図２に示すように、ホーニング加工により複数の溝３０が形成される。内面１３ａのうちピストン１４の上死点に近い側（＋Ｚ側）を領域Ｔ、下死点に近い側（−Ｚ側）を領域Ｂとする。領域Ｔの面粗度（表面粗さ）は領域Ｂの表面粗さよりも大きい。つまり領域Ｔにおける溝３０の深さは、領域Ｂにおける溝３０の深さよりも大きい。

領域Ｔにおける溝３０の交差する角度（クロスハッチ角）αは、領域Ｂにおけるクロスハッチ角βよりも大きい。角度αは例えば角度βの１．５倍以上である。なお、図２では簡略化のため内面１３ａの一部に溝３０を記載したが、内面１３ａ全体に溝３０が形成される。また、内面１３ｂおよび１３ｃも内面１３ａと同様に、上側でクロスハッチ角αおよび大きい表面粗さを有し、下側でクロスハッチ角βおよび小さい表面粗さを有する。

領域Ｔでは表面粗さが大きいため、保持される潤滑油が多くなり、油膜が厚くなる。一方、領域Ｂでは表面粗さが小さいため、領域Ｔに比べて保持される潤滑油は少なくなり、油膜が薄くなる。

また、領域Ｔではクロスハッチ角αが大きいため、潤滑油が落下しやすく、新たな潤滑油が油膜を作る。つまり潤滑油の交換が促進される。一方、領域Ｂではクロスハッチ角βが小さいため、潤滑油は落下しにくく、滞留しやすい。

この結果、領域Ｔでは潤滑油が厚い油膜を形成する。油膜が厚いため熱容量が大きく、温度が上昇しにくい。また、燃焼室１９の熱で高温になった潤滑油は流れ落ち、新たに低温の潤滑油が供給される。したがって領域Ｔの温度上昇が抑制される。領域Ｂでは、潤滑油が薄い油膜を形成する。油膜が薄いため熱容量が小さく、温度が上昇しやすい。また潤滑油が長時間滞留することで燃焼室１９から熱を受け取り、高温になる。したがって領域Ｂの温度は上昇しやすい。

以上、本実施形態によれば、シリンダブロック１２の内面１３ａ〜１３ｃのうち＋Ｚ側の領域Ｔの面粗度は−Ｚ側の領域Ｂの面粗度よりも大きく、領域Ｔのクロスハッチ角αは領域Ｂのクロスハッチ角βよりも大きい。このためシリンダボア１３の温度が最適化される。すなわち、領域Ｂよりも燃焼室１９に近い領域Ｔの温度上昇が抑制され、その一方で領域Ｂの温度は上昇しやすい。領域Ｔが低温になることでノッキングが抑制され、かつ温度上昇によるシリンダボア１３の真円度の低下が抑制される。また、領域Ｂが高温になることで内燃機関１０の早期の暖気が可能である。

シリンダボア１３の内面のうち内面１３ａおよび１３ｂに図２のような加工をすることが特に効果的である。内面１３ａおよび１３ｂは、シリンダボア１３の内壁のうちピストンピン１４ａの延伸方向に直交する部分であり、ピストン１４が上下動するとピストンスカート１４ｂが内面１３ａおよび１３ｂに接触する。このためピストン１４から熱が伝わりやすい。図２の加工をすることにより、ピストン１４から内面１３ａおよび１３ｂに熱が伝わっても、温度の上昇が抑制され、熱膨張が抑制される。

内面１３ｃは２つのシリンダボア１３の間に位置し、２つの燃焼室１９から熱を受けやすい。したがって内面１３ｃに図２のような加工をすることで、温度の上昇を効果的に抑制することができる。

シリンダボア１３の内面のうち、−Ｘ側、＋Ｘ側およびボア間（内面１３ａ〜１３ｃ）以外においても、上側の表面粗さおよびクロスハッチ角を大きく、下側の表面粗さおよびクロスハッチ角を小さくしてもよい。前述のように、熱が伝わりやすい内面１３ａ〜１３ｃに本実施形態を適用することが効果的である。また、例えば内面１３ａおよび１３ｂのうち少なくとも一方において、図２のような加工をしてもよい。シリンダボア１３の−Ｚ側の全体において表面粗さおよびクロスハッチ角を小さくすることで、暖気性能を向上することができる。

領域ＴはシリンダボアのＺ方向の長さのうち例えば上半分程度を占め、領域Ｂは例えば下半分程度を占める。シリンダライナがシリンダボア１３の内面となる場合、シリンダライナの表面に図２に示したような溝３０が形成されればよい。

冷間始動時は潤滑油の粘性が低いため油膜が厚くなり、熱容量が大きくなりやすい。本実施形態によれば、領域Ｂの油膜を薄くすることができるため、熱容量が低下し、温度が上昇しやすくなる。したがって早期の暖気が可能である。

シリンダボア１３の内面は全周にわたってホーニング加工され、溝３０も内面の全体に形成されている。これによりシリンダボア１３の温度分布が最適化される。また油膜が保持されるため、ピストン１４の摺動がスムーズになり、摩耗および焼き付きなどが抑制される。内面のうち内面１３ａ〜１３ｃ以外の部分は、例えば図２の領域Ｂと同程度の表面粗さおよびクロスハッチ角を有する。

ウォータジャケット１７を浅くすることで冷却水が燃焼室１９の周囲に集中し、効率的に冷却を行うことができる。また、シリンダボア１３の下端付近の冷却が抑制されるため、暖気性能が向上する。ウォータジャケット１７の全体が浅くてもよいし、少なくとも一部が浅くてもよい。

本実施形態では四気筒エンジンを例としたが、気筒の数に応じてシリンダブロック１２を設計することができる。複数のシリンダボア１３において図１（ｂ）および図２のような表面を形成すればよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 内燃機関
１１ シリンダヘッド
１２ シリンダブロック
１３ シリンダボア
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 内面
１４ ピストン
１４ａ ピストンピン
１４ｂ ピストンスカート
１５ コンロッド
１６ クランクシャフト
１７ ウォータジャケット
２０ 吸気経路
２１ 排気経路
２２ 燃料噴射弁
２４ 点火プラグ
２６ 吸気バルブ
２８ 排気バルブ

Claims (1)

1. シリンダボアの内面のうちピストンに接触する部分において、上側の面粗度は下側の面粗度よりも大きく、かつ前記上側のクロスハッチ角は前記下側のクロスハッチ角よりも大きいシリンダブロック。

Images