JP2020153265A - Cylinder block for multicylinder internal combustion engine and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、多気筒内燃機関のシリンダブロックとその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a cylinder block of a multi-cylinder internal combustion engine and a method for manufacturing the same.
多気筒内燃機関のシリンダブロックにはシリンダボアがクランク軸線方向に並んで形成されており、シリンダボアの内部にピストンが嵌め込まれている。そして、シリンダブロックは一般にアルミ製であることから、強度や耐熱性の確保、フリクションの低減等のために鋼製のシリンダライナーを鋳込むことが行われているが、アルミも鋼も熱伝動率が高いため、特にボア間部において熱膨張が大きくなって、シリンダボアの真円度が低下しやくなっている。 Cylinder bores are formed side by side in the crank axis direction in the cylinder block of a multi-cylinder internal combustion engine, and a piston is fitted inside the cylinder bore. Since the cylinder block is generally made of aluminum, a steel cylinder liner is cast to ensure strength and heat resistance, reduce friction, etc., but both aluminum and steel have a coefficient of thermal transfer. Therefore, the thermal expansion becomes large especially in the inter-bore portion, and the roundness of the cylinder bore tends to decrease.
更に述べると、アルミ製のシリンダブロックは鋳造時の残留応力が大きいため、機関の運転によって温度が上昇すると、特にボア間部がシリンダブロックの幅方向(クランク軸線と直交した方向)に伸びる傾向が高くなって、シリンダボアがシリンダブロックの幅方向に長い楕円形に変形する傾向が高くなる。 Furthermore, since the aluminum cylinder block has a large residual stress during casting, when the temperature rises due to the operation of the engine, the area between the bores tends to extend in the width direction of the cylinder block (direction orthogonal to the crank axis). As the height increases, the cylinder bore tends to deform into an elliptical shape that is long in the width direction of the cylinder block.
他方、例えば特許文献1に開示されているように、シリンダボアの内面に、鉄系の材料から成るライナー層を溶射によって形成することが行われており、この溶射ライナー層を採用すると、耐磨耗性や耐蝕性を向上できる利点や、軽量化による燃費向上の利点、或いは、高い放熱性によってシリンダボアの内面の温度上昇を抑制できるためノッキングの防止にも有効である利点などがある。 On the other hand, for example, as disclosed in Patent Document 1, a liner layer made of an iron-based material is formed on the inner surface of the cylinder bore by thermal spraying, and when this thermal spray liner layer is adopted, wear resistance is reduced. There are advantages such as improvement of properties and corrosion resistance, improvement of fuel efficiency by weight reduction, and an advantage of being effective in preventing knocking because the temperature rise of the inner surface of the cylinder bore can be suppressed by high heat dissipation.
溶射によるライナー層は、上記のとおり優れた利点を有するが、ライナー層は全周に亙って均一な厚さになっている一方、ボア間では冷却水による冷却効果が低いため、ボア間部においてライナー層からの放熱の割合が相対的に低くなり、結果として、シリンダボアがシリンダブロックの幅方向に長い楕円形状になる傾向を呈して、鋼製ライナーと同様に、燃焼ガスの吹き抜けの増大やピストンとの間のフリクション増大による出力低下、ブローバイガスの増大といった問題が現れていた。 The liner layer by thermal spraying has excellent advantages as described above, but the liner layer has a uniform thickness over the entire circumference, while the cooling effect by the cooling water is low between the bores, so that the area between the bores is In, the ratio of heat dissipation from the liner layer becomes relatively low, and as a result, the cylinder bore tends to have an elliptical shape that is long in the width direction of the cylinder block, and as with the steel liner, the blow-by of combustion gas increases. Problems such as a decrease in output due to an increase in friction with the piston and an increase in blow-by gas have appeared.
この点については、シリンダボアの内周のうちボア間部に溶射ライナー層を形成せずに、ウォータジャケットへの放熱量が大きい部分に溶射ライナー層をするといったことが考えられるが、この場合は、アルミの地肌が露出している部分ではピストンとの間のフリクションが大きくなるため、エネルギロスを無くす効果が低下する問題や、加工に多大の手間が掛かる問題、或いは、アルミが部分的に露出するため耐磨耗性や耐蝕性が不十分になるといった問題が懸念される。 Regarding this point, it is conceivable that the thermal spray liner layer is not formed in the inter-bore portion of the inner circumference of the cylinder bore, but the thermal spray liner layer is formed in the portion where the amount of heat radiated to the water jacket is large. In the part where the aluminum background is exposed, the friction with the piston becomes large, so the effect of eliminating energy loss is reduced, the problem that it takes a lot of time and effort to process, or the aluminum is partially exposed. Therefore, there are concerns about problems such as insufficient wear resistance and corrosion resistance.
本願発明はこのような現状を契機に成されたものであり、溶射によるライナー層の利点を最大限に享受しつつ、受熱量の相違に起因した熱変形の問題を解消しようするものである。 The present invention has been made in the wake of such a situation, and is intended to solve the problem of thermal deformation caused by the difference in the amount of heat received while maximizing the advantages of the liner layer by thermal spraying.
本願発明は、シリンダブロックとその製法とを含んでおり、シリンダブロックの構成は請求項1で特定している。 The present invention includes a cylinder block and a method for producing the same, and the configuration of the cylinder block is specified in claim 1.
すなわち、シリンダブロックは、
「複数のシリンダボアがクランク軸線方向に並んで形成されており、前記各シリンダボアの内周面に、放熱性に優れたライナー層が溶射によって形成されている」
という基本構成において、
「前記シリンダボアの内周のうち隣り合ったシリンダボアの間をボア間部、前記シリンダボアの内周のうちクランク軸線方向に向いて前後中間部を中間位置として、前記シリンダボアの中心から内周までの距離が、前記中間位置からボア間位置まで徐々に縮小している一方、
前記ライナー層の内周は真円になっており、従って、前記ライナー層の厚さが、前記中間位置からボア間部に向けて徐々に縮小している」
という特徴を有している。
That is, the cylinder block
"A plurality of cylinder bores are formed side by side in the direction of the crank axis, and a liner layer having excellent heat dissipation is formed by thermal spraying on the inner peripheral surface of each cylinder bore."
In the basic configuration
"The distance from the center of the cylinder bore to the inner circumference with the space between the adjacent cylinder bores in the inner circumference of the cylinder bore as the intermediate position and the front-rear middle portion of the inner circumference of the cylinder bore facing the crank axis direction as the intermediate position. However, while gradually shrinking from the intermediate position to the position between the bores,
The inner circumference of the liner layer is a perfect circle, so that the thickness of the liner layer gradually decreases from the intermediate position toward the space between the bores. "
It has the feature.
製造方法は請求項2で特定している。すなわち、この製法は、
「複数のシリンダボアがクランク軸線方向に並んで形成されており、前記各シリンダボアの内周面に、放熱性に優れたライナー層が溶射によって形成されている」
というシリンダブロックの製造方法であって、
「前記ライナー層が設けられていない本体を鋳造又はダイキャストで製造する工程と、前記ライナー層を溶射によって形成する工程とを備えており、
前記シリンダボアの内周のうち隣り合ったシリンダボアの間をボア間部、前記シリンダボアの内周のうちクランク軸線方向に向いて前後中間部を中間位置として、前記鋳造又はダイキャストでの製造工程で、前記シリンダボアの中心から内周までの距離が前記中間位置からボア間位置まで徐々に縮小する状態に製造し、
次いで、前記ライナー層を溶射によって略等厚に形成し、
その後、前記ライナー層の内周を真円に加工することにより、前記ライナー層の厚さが、前記中間位置からボア間部に向けて徐々に縮小するように形成される」
という特徴を有している。
The manufacturing method is specified in
"A plurality of cylinder bores are formed side by side in the direction of the crank axis, and a liner layer having excellent heat dissipation is formed by thermal spraying on the inner peripheral surface of each cylinder bore."
This is a cylinder block manufacturing method.
"It includes a step of manufacturing the main body without the liner layer by casting or die casting, and a step of forming the liner layer by thermal spraying.
In the manufacturing process by casting or die casting, the space between adjacent cylinder bores in the inner circumference of the cylinder bore is set as the intermediate position, and the front and rear middle parts of the inner circumference of the cylinder bore facing the crank axis direction are set as intermediate positions. Manufactured so that the distance from the center of the cylinder bore to the inner circumference gradually decreases from the intermediate position to the position between the bores.
Next, the liner layer is formed to have substantially the same thickness by thermal spraying.
Then, by processing the inner circumference of the liner layer into a perfect circle, the thickness of the liner layer is formed so as to gradually decrease from the intermediate position toward the space between the bores. "
It has the feature.
本願発明では、溶射ライナー層はシリンダボアの全周に形成されているため、ピストンとのフリクションは全周に亙って均一に保持できると共に、耐磨耗性や耐蝕性も確保できる。そして、溶射ライナー層は、ボア間部において薄くなっているため、ボア間部での放熱性が向上して、全周に亙って放熱量を均一化できる。その結果、ライナー層及びシリンダボアが熱膨張によって楕円形状になることを防止又は著しく抑制して、高い真円度を維持することができる。 In the present invention, since the thermal spray liner layer is formed on the entire circumference of the cylinder bore, friction with the piston can be uniformly maintained over the entire circumference, and wear resistance and corrosion resistance can be ensured. Since the thermal spray liner layer is thin in the inter-bore portion, the heat dissipation property in the inter-bore portion is improved, and the amount of heat radiation can be made uniform over the entire circumference. As a result, it is possible to prevent or significantly suppress the liner layer and the cylinder bore from forming an elliptical shape due to thermal expansion, and maintain high roundness.
従って、本願発明では、溶射ライナー層の利点である耐磨耗性や耐蝕性、低フリクション等の効果を享受しつつ、シリンダボアに高い真円度を維持させて、メカロスの低減やブローバイガス低減の効果を向上できる。 Therefore, in the present invention, while enjoying the advantages of the thermal spray liner layer such as abrasion resistance, corrosion resistance, and low friction, the cylinder bore is maintained at high roundness to reduce mechanical loss and blow-by gas. The effect can be improved.
また、請求項2では、溶射ライナー層の厚さを異ならせることを、いったん溶射ライナー層を等厚に形成してから真円に切削加工することによって容易に実現できるため、製造上の困難性はない。従って、現実性にも優れている。
Further, in
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、左右方向はクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。内燃機関では、一般に、タイミングチェーンが配置されている側を前と呼び、ミッションが配置されている側を後ろと呼んでいるので、本実施形態でもその呼び方を踏襲している。図1,2に方向を明示している。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the front-back and left-right terms are used to specify the direction, but the front-back direction is the crank axis direction, and the left-right direction is the direction orthogonal to the crank axis and the cylinder bore axis. In an internal combustion engine, the side on which the timing chain is arranged is generally called the front, and the side on which the mission is arranged is called the back. Therefore, this method is also followed in this embodiment. The directions are clearly shown in FIGS. 1 and 2.
(1).構造の説明
本実施形態は自動車用3気筒内燃機関のシリンダブロックに適用している。従って、シリンダブロック1には、3つのシリンダボア2,3,4が前後方向に並んで形成されている。3つのシリンダボアを個別に特定する場合は、前から順に、第1シリンダボア2,第2シリンダボア3,第3シリンダボア4と呼ぶこととする。
(1). Description of structure This embodiment is applied to the cylinder block of a 3-cylinder internal combustion engine for automobiles. Therefore, the cylinder block 1 is formed with three
シリンダブロック1は3気筒であるため、第1シリンダボア2と第2シリンダボア3との間、及び、第2シリンダボア3と第3シリンダボア4との間に、ボア間部5が存在している。また、シリンダブロック1には、シリンダボア2,3,4の群を囲う環状のウォータジャケット6が形成されており、ウォータジャケット6は、ボア間部5に向けて入り込んだ凹入部6aを備えている。
Since the cylinder block 1 has three cylinders, an
シリンダブロック1はアルミを素材とした鋳造品又はダイキャスト品であり、各シリンダボア2,3,4の内周には、鉄系の複合素材からなるライナー層7,8,9が溶射によって形成されている。ライナー層7,8,9は、アルミよりも高い硬度で耐磨耗性、耐蝕性に優れていると共に、鋼製のシリンダライナーよりも放熱性にも優れている。
The cylinder block 1 is a cast product or a die-cast product made of aluminum, and
各シリンダボア2,3,4は円形であるため、前後方向の中間位置10において最も左右幅が大きくなっている。そして、各ライナー層7,8,9の内周は真円になっているが、各ライナー層7,8,9の厚さについて述べると、まず、第1ライナー層7及び第3ライナー層9では、図2に示すように、中間位置10の箇所が最も厚くて中間位置10からボア間部5に向けて厚さが徐々に縮小しており、ボア間部5と反対側の半分の領域では、中間位置10と同じ厚さになっている。
Since each of the cylinder bores 2, 3 and 4 is circular, the left-right width is the largest at the
従って、第1ライナー層7及び第3ライナー層9の外形は、ボア間部5に近い半分の領域は、左右長手の楕円を左右に半割した形状になって、ボア間部5と反対側の半分の領域は真円を左右に半割した形状になっている。
Therefore, the outer shape of the
他方、第2シリンダボア3では、前後のボア間部5に挟まれていることから、図2に示すように、前後ボア間部5の箇所が最も薄くて中間位置10が最も厚くなり、中間位置10から前後ボア間部5に向けて厚さが徐々に縮小している。従って、第2ライナー層8の外形は、左右方向に長い楕円形状になっている。
On the other hand, in the second cylinder bore 3, since it is sandwiched between the front and
ライナー層7,8,9は鉄系の複合材料であり、ピストンとのフリクションは非常に小さい。そして、各ライナー層7,8,9はシリンダボア2,3,4の全周に亙って形成されているため、ピストンの動きはスムースであると共に、耐磨耗性や耐蝕性の低下の問題はない。 The liner layers 7, 8 and 9 are iron-based composite materials, and the friction with the piston is very small. Since the liner layers 7, 8 and 9 are formed over the entire circumference of the cylinder bores 2, 3 and 4, the movement of the piston is smooth, and there is a problem of deterioration in wear resistance and corrosion resistance. There is no.
そして、ライナー層7,8,9の放熱量は厚さに反比例するが、熱の籠もりが大きいボア間部5の箇所において最も薄くて、ウォータジャケット6への放熱量が大きい部分は厚くなっているため、放熱量の相違によってライナー層7,8,9が不均一に熱変形することを著しく抑制できる。その結果、機関の運転状態において、ライナー層7,8,9の内周を高い真円度に維持できる。
The amount of heat radiated from the liner layers 7, 8 and 9 is inversely proportional to the thickness, but it is the thinnest at the
このように、溶射によるライナー層7,8,9をシリンダボア2,3,4の全周に亙って形成しつつ、ライナー層7,8,9の内周を高い真円度に維持できるため、ピストンとの摩擦を低減しつつ燃焼ガスの吹き抜けも著しく抑制できるのであり、その結果、エネルギロスを無くして出力及び燃費の向上に貢献できる。 In this way, the inner circumferences of the liner layers 7, 8 and 9 can be maintained at a high roundness while the liner layers 7, 8 and 9 by thermal spraying are formed over the entire circumference of the cylinder bores 2, 3 and 4. It is possible to remarkably suppress the blow-by of combustion gas while reducing the friction with the piston, and as a result, it is possible to eliminate energy loss and contribute to the improvement of output and fuel consumption.
(2).製造方法
次に、シリンダブロック1の製造方法を説明する。第2シリンダボア3を取り上げて説明すると、シリンダブロック1の本体を鋳造又はダイキャストで製造するにおいて、第2シリンダボア3を左右方向に長い楕円形状に製造し、それから、溶射によって第2ライナー層8を全周に亙って略等厚に形成する。次いで、図4に示すように、第2ライナー層8の内周を真円に切削加工する。
(2). Manufacturing method Next, the manufacturing method of the cylinder block 1 will be described. To explain the second cylinder bore 3 by taking up, when the main body of the cylinder block 1 is manufactured by casting or die casting, the second cylinder bore 3 is manufactured into an elliptical shape long in the left-right direction, and then the
溶射に際して、ライナー層8をボア間部5の部位が薄くなるように不等厚に形成することも考えられるが、材料の噴射量の制御が難しいと想定される。この点、本実施形態のように、溶射によって略等厚に形成してから真円に切削加工すると、従来の装置で容易にライナー層8を形成しつつ、真円の内周面を形成できる。
At the time of thermal spraying, it is conceivable that the
鋳造又はダイキャストによってシリンダブロック1の本体を製造してから、ライナー層8の溶射工程の前に、シリンダボア3をホーニング加工などで精密加工することも可能であるし、加工を施すことなくダイレクトに溶射することも可能である。また、第2シリンダボア3は、鋳造やダイキャストでは真円に形成してその後に切削加工によって楕円に形成することも可能であるが、鋳造時又はダイキャスト時に楕円に形成しておくと、加工の手間を省くことができる。
After the main body of the cylinder block 1 is manufactured by casting or die casting, the cylinder bore 3 can be precision machined by honing or the like before the thermal spraying process of the
第1シリンダボア2及び第3シリンダボア4も同様であり、鋳造又はダイキャストでの製造時に、ボア間部5に近い半分の領域を楕円形状に形成して、それから溶射によるライナー層7,9の形成、切削加工によるライナー層内周面の真円化という工程を経ることになる。いずれにおいても、ライナー層内周面の真円化工程は、1回の加工で完了することも可能であるし、粗削りと仕上げ工程との2段階の工程で行うことも可能である。
The same applies to the
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be variously embodied.
本願発明は、シリンダブロック及びその製法に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The invention of the present application can be embodied in a cylinder block and a method for producing the same. Therefore, it can be used industrially.
1 シリンダブロック
2〜4 シリンダボア
5 ボア間部
6 ウォータジャケット
7〜9 ライナー層
10 中間位置
1 Cylinder block 2-4 Cylinder bore 5 Between bores 6 Water jacket 7-9
Claims (2)
前記シリンダボアの内周のうち隣り合ったシリンダボアの間をボア間部、前記シリンダボアの内周のうちクランク軸線方向に向いて前後中間部を中間位置として、前記シリンダボアの中心から内周までの距離が、前記中間位置からボア間位置まで徐々に縮小している一方、
前記ライナー層の内周は真円になっており、従って、前記ライナー層の厚さが、前記中間位置からボア間部に向けて徐々に縮小している、
多気筒内燃機関用シリンダブロック。 A plurality of cylinder bores are formed side by side in the direction of the crank axis, and a liner layer having excellent heat dissipation is formed by thermal spraying on the inner peripheral surface of each cylinder bore.
The distance from the center of the cylinder bore to the inner circumference is the distance between the adjacent cylinder bores in the inner circumference of the cylinder bore, and the front-rear middle portion of the inner circumference of the cylinder bore facing the crank axis direction as the intermediate position. , While gradually shrinking from the intermediate position to the position between the bores,
The inner circumference of the liner layer is a perfect circle, so that the thickness of the liner layer gradually decreases from the intermediate position toward the inter-bore portion.
Cylinder block for multi-cylinder internal combustion engine.
前記ライナー層が設けられていない本体を鋳造又はダイキャストで製造する工程と、前記ライナー層を溶射によって形成する工程とを備えており、
前記シリンダボアの内周のうち隣り合ったシリンダボアの間をボア間部、前記シリンダボアの内周のうちクランク軸線方向に向いて前後中間部を中間位置として、前記鋳造又はダイキャストでの製造工程で、前記シリンダボアの中心から内周までの距離が前記中間位置からボア間位置まで徐々に縮小する状態に製造し、
次いで、前記ライナー層を溶射によって略等厚に形成し、
その後、前記ライナー層の内周を真円に加工することにより、前記ライナー層の厚さが、前記中間位置からボア間部に向けて徐々に縮小するように形成される、
多気筒内燃機関用シリンダブロックの製造方法。
A cylinder block manufacturing method in which a plurality of cylinder bores are formed side by side in the direction of the crank axis, and a liner layer having excellent heat dissipation is formed on the inner peripheral surface of each cylinder bore by thermal spraying.
It includes a step of manufacturing the main body without the liner layer by casting or die casting, and a step of forming the liner layer by thermal spraying.
In the manufacturing process by casting or die casting, the space between adjacent cylinder bores in the inner circumference of the cylinder bore is set as the intermediate position, and the front and rear middle parts of the inner circumference of the cylinder bore facing the crank axis direction are set as intermediate positions. Manufactured so that the distance from the center of the cylinder bore to the inner circumference gradually decreases from the intermediate position to the position between the bores.
Next, the liner layer is formed to have substantially the same thickness by thermal spraying.
Then, by processing the inner circumference of the liner layer into a perfect circle, the thickness of the liner layer is formed so as to gradually decrease from the intermediate position toward the inter-bore portion.
A method for manufacturing a cylinder block for a multi-cylinder internal combustion engine.
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