JP3559846B2

JP3559846B2 - エンジンのボア間構造

Info

Publication number: JP3559846B2
Application number: JP27768596A
Authority: JP
Inventors: 順吉天野; 正樹加藤; 賢二小松
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2016-10-21
Also published as: JPH10122033A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンのボア間構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、エンジンには、複数のボアを有するシリンダブロックに、シリンダヘッドを装着して燃焼室を形成し、さらにシリンダブロックのボア間に冷却通路を形成したものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シリンダブロックのボア間が極端に狭いものについては、スリットを形成して覆い部材を圧入したり、あるいはドリル孔を形成して冷却通路を形成することが考えられるが、スリット式ではシリンダヘッドとの間に介在されるガスケットのシ−ル幅もしくはビ−ドラインの設定が困難である。また、圧入すると隣接するボア間隔壁の剛性が下がり、ボアが変形するおそれがある。
【０００４】
一方、ドリル方式では、スリット方式の問題はないが、加工が困難である。また、アルミニウムによりシリンダブロックを形成したものでは、ガスケットのビ−ド部にアルミニウムの陥没が発生するおそれがある。
【０００５】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、ボア間のシ−ル幅を確保でき、しかも高温時必要な対面圧及び壁剛性を確保でき、さらに従来の設備・工法で機械加工により製造が可能であるエンジンのボア間構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シリンダブロックに一列に連なる複数のボアを有し、このボア両側のシリンダブロック外壁部との間にウォータージャケットを有し、
前記ボア間に前記両側のウォータージャケットを連通する冷却通路を形成したエンジンのボア間構造において、
前記シリンダブロックは、ボア形成壁部のシリンダヘッド装着側端部がシリンダブロック外壁部に一体成形で連なってシリンダヘッドとの合面を有する構成とし、
前記シリンダブロックのシリンダヘッド装着側の端部から前記ボア間にのみ複数のボアの並び方向と直交する直線状のスリットを形成し、
このスリットの開口端部に表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製直線棒状体からなる異種材を重ね、
その後、この異種材を前記開口端部に圧接させ、
次いで、前記シリンダブロックと前記異種材との接触部を電気抵抗により発熱させて接合して冷却通路を形成したことを特徴としている。
シリンダブロックのスリットの開口端部に母材と異なる異種材料を接合することで、ボア間のシール幅を確保できる。また、異種材料を接合することで、ボア間に高温時必要な対面圧及び壁剛性を確保でき、さらに従来の設備・工法で機械加工により製造が可能である。
また、シリンダブロックのスリットの開口端部に母材と異なる異種材料を電気抵抗により発熱させ、薄いボア間を変形することなく強固に接合することができ、剛性が一層向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のエンジンのボア間構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はエンジンの一部を破断して示す図、図２はエンジンのシリンダブロックの平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、図５はエンジンのボア間に異種材を接合する説明図である。
【０００９】
エンジン１のクランクケース２には、シリンダブロック３が載置され、シリンダブロック３にはシリンダヘッド４を装着して内部に燃焼室５が形成されている。シリンダヘッド４には、点火プラグ６が燃焼室５に臨むように設けられている。シリンダブロック３に形成されるボア３ａ内には、ピストン７が往復動可能に設けられている。このピストン７はコンロッド８を介してクランク軸９に連結され、ピストン７の往復動によりクランク軸９が回転する。シリンダヘッド４にはヘッドカバー１２が取り付けられている。
【００１０】
シリンダヘッド４には、３個の吸気通路１３と２個の排気通路１４が形成され、それぞれ燃焼室５に開口している。図１では端部の吸気通路１３を示している。吸気通路１３の開口部１３ａは吸気弁１５で開閉され、排気通路１４の開口部１４ａは排気弁１６で開閉され、開口部１３ａ，１４ａにはバルブシ−ト７０，７１が設けられている。吸気弁１５及び排気弁１６はバルブガイド７２，７３を介してシリンダヘッド４に移動可能に支持され、動弁機構１７を構成するカム軸１８，１９に設けたカム２０，２１により作動する。カム軸１８，１９にはカムスプロケット２２，２３が設けられ、一方クランク軸９には駆動スプロケット２４が設けられ、カムスプロケット２２，２３と駆動スプロケット２４とにカムチェーン２５が掛け渡されている。カム軸１８，１９はカムチェーン２５を介してクランク軸９と連動して回転し、所定のタイミングでそれぞれのカム２０，２１が吸気弁１５及び排気弁１６を開閉する。
【００１１】
吸気通路１３には、吸気管３０が接続され、この吸気管３０にはスロットル弁３１が設けられ、スロットル弁３１の開閉により吸入空気量を制御する。スロットル弁３１の下流側には、インジェクタ３３が設けられ、このインジェクタ３３から燃料を噴射して希薄燃焼を行う。排気通路１４には、排気管４０が接続されている。
【００１２】
シリンダブロック３は、アルミニウムで形成され、複数のボア３ａを有している。このボア３ａ間には冷却通路５０が形成され、この冷却通路５０によりボア３ａの両側に形成されたウォータジャケット６０，６１が連通される。
【００１３】
冷却通路５０は、シリンダブロック３のシリンダヘッド装着側の端部３ｂからスリット５１を形成し、このスリット５１の開口端部５１ａに異種材５２を接合して形成される。シリンダブロック３のスリット５１の開口端部５１ａに母材と異種材料５２、例えば三角柱状の鉄を接合することで、ボア間のシ−ル幅Ｄを確保できる。また、異種材料５２を接合することで、ボア間に高温時必要な対面圧及び壁剛性を確保でき、さらに従来の設備・工法で機械加工により製造が可能である。
【００１４】
スリット５１の開口端部５１ａに、表面が金属皮膜５３によって覆われた焼結合金製直線棒状体５４からなる異種材５２を重ね（図５（ａ）、その後、この異種材５２を開口端部５１ａに圧接させ、次いで、シリンダブロック３と異種材５２との接触部を電気抵抗により発熱させて接合する。
【００１５】
このように通電されると電気抵抗が大きくなってこの接触部が発熱するようになる。この熱は異種材５２とシリンダブロックとの接触界面の全体に伝導し、接触界面の温度が上昇すると、固相状態で互いに圧接し合う材料金属（銅皮膜５３の銅およびシリンダブロック３のアルミニウム合金）の原子が活発に運動するようになり、これらの原子どうしが相互に拡散するようになる。
【００１６】
上述したように原子の相互拡散が起こることにより、界面付近の組成は、銅皮膜５３を構成する銅と、シリンダブロック３のアルミニウム合金との共晶合金になり、純銅より低い温度で固相から液層に変わることができる状態になる。このときの界面付近の状態を図５（ｂ）に模式的に示す。図５（ｂ）においては、原子の相互拡散が起こり前記共晶合金層が生成されている部位を符号Ａで示す。
【００１７】
界面付近の温度がさらに上昇し、共晶合金層の一部が液相に変化するようになると原子の拡散現象は一層活発となり、この共晶合金層が成長してこれに伴なって固相と液相との界面が拡大する。この共晶合金層の液相化が進行する一方、共晶合金層に隣接するシリンダヘッドブロック３のアルミニウム合金は、異種材５２が押し付けられていることと抵抗熱により昇温されていることとによって、塑性流動（塑性変形）を起こす。
【００１８】
この塑性流動は最初の接触部を中心にして図５（ｂ）において上下方向に略対称となるように生じるため、液相化した共晶合金は前記塑性流動に乗じて図５（ｃ）に示すように接触部の外に排除される。図５（ｃ）において共晶合金の排除された部分を符号Ｂで示す。また、このときには、異種材５２の金属皮膜５３である銅皮膜の一部が共晶合金化されて接触部から排除されることにより、直線棒状体５４の一部がアルミニウム合金に触れるようになってこれらの間でも原子の拡散現象が起こる。この拡散硯象が生じている部位を図５（ｃ）中に符号Ｃで示す。
【００１９】
電流値を上述したように元の値まで上昇させた後、所定時間に達してから所定時間に達するまでの間に徐々に低下させて０とする。電流が流れている間は勿論、通電が断たれた後も反応不能温度まで温度が低下するまでは反応が進行し、共晶合金層の生成→液層化→塑性流動に伴なう排除、という現象と、鉄系焼結合金とアルミニウム合金との原子相互拡散という現象が同時に起こりながら異種材５２が沈み込み続け、図５（ｄ）に示すようにその外周面の略全域がシリンダブロック３内に埋没するようになる。そして、最後に、上部を切削して平面にする（図５（ｄ））。シリンダブロック３のスリット５１の開口端部５１ａに母材と異なる異種材料５２を電気抵抗により発熱させることで、薄いボア間を変形することなく強固に接合することができ、剛性が一層向上する。なお、異種材５２の接合は、強力な接着剤等によって行うこともできる。
【００２０】
エンジン１の吸気弁１５及び排気弁１６は、バルブガイド７２，７３によりガイドされているが、このバルブガイド７２，７３は、従来焼結合金、鋳鉄等による別部品をシリンダヘッド４に圧入して形成されている。
【００２１】
次に、このバルブガイドの他の実施の形態について説明する。バルブガイドは、吸気側と排気側は同様に構成されるから、吸気側について説明し、排気側は省略する。図６は従来のバルブガイドを示す断面図、図７はこの実施の形態のバルブガイドを示す断面図である。
【００２２】
従来図６に示すように、アルミニウムのシリンダヘッド４にガイド圧入孔４ａを加工し、バルブガイド７５を圧入し、バルブガイド７５とバルブシ−ト７６とを同時に同軸加工するが非常に手間がかかる。また、バルブガイド７５の外周や吸気通路１３内へのオイルリ−クも起こり得る。
【００２３】
このため、図７に示すように、シリンダヘッド４にガイド孔４ｂを形成し、このガイド孔４ｂに直接Ｎｉ系メッキすることでバルブガイド７７を形成する。バルブガイド７７をＮｉ系メッキにより形成することで、従来のバルブガイドの圧入時の剛性を考慮しなくてよいため、排気通路１３内への突出部４ｃを二点鎖線で示す位置から実線で示す位置にして突出量を軽減することができる。また、冷却通路７８を二点鎖線で示す位置から実線で示す位置にして容量を拡大することができる。
【００２４】
さらに、従来圧入していたバルブガイドが不要になり、また熱伝導率が向上し吸気弁からシリンダヘッド４への熱の逃げが良くなる。また、多孔性ポ−ラスメッキ等を用いればオイル保持性が向上する。また、バルブガイド７７だけでなく、リフタ、ボア、カム軸受等も同時にメッキすれば耐摩耗性が向上する。
【００２５】
さらに、バルブガイドの他の実施の形態について説明する。
【００２６】
従来、例えば焼結材のバルブガイドは、一種類の材料によって構成されている。図８に示すようにバルブガイド８０は、耐久後の内径の形状が、ラッパ状に摩耗している。このため、図９に示すようにバルブガイド８１の端部に、耐摩耗性の優れた材料８１ａ，８１ｂを入れ、中間部８１ｃに廉価材を入れる。バルブガイド８１は、耐摩耗性の優れた材料８１ａ，８１ｂによりラッパ状摩耗が少なくなり、バルブガイド８１のガタガタが少なくなるため、バルブシ−ト摩耗、バルブフェ−ス摩耗、バルブステム摩耗等各部の摩耗を低減することができる。
【００２７】
また、バルブガイド８１の先端からフェ−ス面までの距離を長くすることができるため、図９に示すようにポ−ト角度θを立てることができ、吸入流速が早くなり吸入率効果が向上し、高性能化につながる。
【００２８】
また、バルブガイド長さＬを短くすることができるため、シリンダヘッド高さは低くなりコンパクトなエンジンとなる。さらに、バルブガイド８１の中間部８１ｃに廉価材を用いることができ、廉価材が多くなるためト−タルコストが安くなる。
【００２９】
さらに、バルブガイドの他の実施の形態について説明する。図１０はシリンダヘッドにバルブガイドを設ける工程図である。アルミニウムのシリンダヘッド９０には吸気通路９１とウォータジャケット９２が形成されており（図１０（ａ））、このシリンダヘッド９０の所定位置に上下の接合穴９３，９４を加工し（図１０（ｂ））、上下の接合穴９３，９４に鉄系の金属で形成したバルブガイド９５，９６を圧入あるいは焼きばめにより接合する（図１０（ｃ））。その後に、バルブステム孔９７をバルブガイド９５，９６とシリンダヘッド９０とに貫通して加工する（図１０ｄ）。
【００３０】
この実施の形態では、ウォ−タジャケット９２とバルブステム間の介在物がシリンダヘッド母材（アルミニウム）のみとなり、肉厚も薄くできるため吸気弁の放熱性が良くなる。また、通常バルブガイドは図８に示すように内径の上下部分がラッパ状に摩耗するが、その摩耗し安い部分には鉄系（例えば燒結性）のバルブガイド９５，９６を用いるため、耐摩耗性は現状レベルを維持できる。また、バルブステム保持のうち、熱間時にはアルミニウム部分の方が鉄部分よりもより膨張し、そこにオイルを抱え込むことでバルブステムの摩耗を抑えられる。さらに、上下のバルブガイド９５，９６は鉄製のため、バルブステムのクリアランス及びバルブコック量は現状レベルを維持できる。
【００３１】
【発明の効果】
前記したように、請求項１記載の発明では、シリンダブロックのスリットの開口端部に母材と異なる異種材料を接合したから、ボア間のシ−ル幅を確保できる。また、異種材料を接合することで、ボア間に高温時必要な対面圧及び壁剛性を確保でき、さらに従来の設備・工法で機械加工により製造が可能である。
また、シリンダブロックのスリットの開口端部に母材と異なる異種材料を電気抵抗により発熱させ、薄いボア間を変形することなく強固に接合することができ、剛性が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの一部を破断して示す図である。
【図２】エンジンのシリンダブロックの平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】エンジンのボア間に異種材を接合する説明図である。
【図６】従来のバルブガイドを示す断面図である。
【図７】この実施の形態のバルブガイドを示す断面図である。
【図８】バルブガイドの摩耗を説明する図である。
【図９】バルブガイドの他の実施の形態を示す断面図である。
【図１０】シリンダヘッドにバルブガイドを設ける工程図である。
【符号の説明】
１エンジン
３シリンダブロック
３ａボア
３ｂシリンダヘッド装着側の端部
５０冷却通路
５１スリット
５２異種材

Claims

シリンダブロックに一列に連なる複数のボアを有し、このボア両側のシリンダブロック外壁部との間にウォータージャケットを有し、
前記ボア間に前記両側のウォータージャケットを連通する冷却通路を形成したエンジンのボア間構造において、
前記シリンダブロックは、ボア形成壁部のシリンダヘッド装着側端部がシリンダブロック外壁部に一体成形で連なってシリンダヘッドとの合面を有する構成とし、
前記シリンダブロックのシリンダヘッド装着側の端部から前記ボア間にのみ複数のボアの並び方向と直交する直線状のスリットを形成し、
このスリットの開口端部に表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製直線棒状体からなる異種材を重ね、
その後、この異種材を前記開口端部に圧接させ、
次いで、前記シリンダブロックと前記異種材との接触部を電気抵抗により発熱させて接合して冷却通路を形成したことを特徴とするエンジンのボア間構造。