JP4113437B2 - シリンダスリーブ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブロック本体と接合されて内燃機関のシリンダブロックを構成するシリンダスリーブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関を構成するシリンダブロックの１種として、図１７に示すように、ウォータジャケット部１のガスケット面２側が閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロック３が挙げられる。クローズドデッキ型シリンダブロック３には、ブロック本体４の肉厚が同一であれば、ウォータジャケット部のガスケット面側が開放されているオープンデッキ型シリンダブロックに比して剛性が高いという利点がある。
【０００３】
クローズドデッキ型シリンダブロック３の場合、ウォータジャケット部１は、容易に崩壊させることが可能な中子、いわゆる崩壊性中子を用いて、重力鋳造（ＧＤＣ）や低圧鋳造（ＬＰＤＣ）にて形成される。
【０００４】
その一方で、内燃機関においては、ボア穴５の内部でピストン（図示せず）が往復動作する。このため、ボア穴５には、耐摩耗性に優れる素材からなるシリンダスリーブ６、例えば、いわゆるＦＣスリーブやメッキスリーブ、ＭＭＣスリーブ等を挿入し、該シリンダスリーブ６の側周壁部にピストンの側周壁部を摺接させるようにしている。耐摩耗性に優れる他の素材としては、いわゆるハイシリコン系アルミニウムが例示される。
【０００５】
このように、シリンダスリーブ６をブロック本体４と別素材とする理由は、ブロック本体４をハイシリコン系アルミニウムで鋳造成形した場合、ボア穴５に巣穴が形成されるために品質不良の製品が多くなるからである。さらに、ハイシリコン系アルミニウムは切削加工し難いので、機械加工コストが高騰するという不具合を招く。
【０００６】
そこで、クローズドデッキ型シリンダブロック３を製造する場合、まず、鋳造用金型によって形成されるキャビティに崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を配置しておき、この状態で溶湯をキャビティに注湯して、該溶湯で崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を囲繞する。
【０００７】
次に、溶湯を冷却固化することによってブロック本体４を設ける。この冷却固化に伴って、シリンダスリーブ６が鋳ぐるまれる。
【０００８】
その後、前記崩壊性中子を崩壊させる。この崩壊によって得られた中空部が、ウォータジャケット部１となる。すなわち、この場合、ウォータジャケット部１は、ブロック本体４に設けられる。
【０００９】
ところで、近年では、地球温暖化を防止するために、省エネルギの観点から自動車等の燃費を向上させることが希求されている。その方策として、内燃機関等を軽量化することにより、最終製品である自動車を軽量化することが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５９−３１４２号公報
【特許文献２】
特開昭５８−７４８５０号公報
【特許文献３】
特開昭５９−７９０５６号公報
【特許文献４】
特開昭６０−９４２３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
クローズドデッキ型シリンダブロック３を軽量化するためには、該クローズドデッキ型シリンダブロック３の体積を小さくすればよい。しかしながら、上記のようにボア穴５同士の間にウォータジャケット部１を設けた場合、ボア穴５同士の間の肉厚を大きくする必要があるので、クローズドデッキ型シリンダブロック３の体積を小さくすることは困難である。この不都合は、シリンダが複数個設けられた多気筒型のものにおいて特に顕著となる。
【００１２】
肉厚の小さいブロック本体４を得ることが可能な方法としては、高圧鋳造（ＨＰＤＣ）や精密鋳造等が挙げられる。しかしながら、ＨＰＤＣでは中子を使用するのが著しく困難であるため、クローズドデッキ型シリンダブロック３を鋳造成形することが困難である。このため、ＨＰＤＣは、専らオープンデッキ型シリンダブロックを製造するのに採用されている。
【００１３】
一方、精密鋳造においては、ウォータジャケット部１の間隔を狭小化しようとすると、高強度かつ排出性が良好な崩壊性中子を使用しなければならないが、このような崩壊性中子は作製することが困難であるという不具合がある。
【００１４】
そこで、ブロック本体４を鋳造成形した後、該ブロック本体４のボア穴５にシリンダスリーブ６を挿入し、両者を溶接することが想起される。しかしながら、この場合、溶接時の熱によってブロック本体４ないしシリンダスリーブ６に歪が生じることがある。また、ブロック本体４がＨＰＤＣによって作製されたものであると、シリンダスリーブ６を溶接すること自体が困難である。
【００１５】
このように、体積が小さいクローズドデッキ型シリンダブロックを製造することには様々な不具合を伴うため、結局、そのようなクローズドデッキ型シリンダブロックはこれまでのところ知られていない。
【００１６】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、小型かつ軽量でありながら実用上充分な剛性を有し、しかも、冷却媒体にてシリンダスリーブを直接的に冷却することができるので冷却効率にも優れ、その上、製造時に崩壊性中子を使用する必要がないので製造コストを低廉化することも可能なクローズドデッキ型シリンダブロックを構成するのに好適なシリンダスリーブを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関のシリンダブロックを構成するブロック本体に設けられ、且つその内部に第１環状切欠部及び第２環状切欠部を有するとともに壁部が突出形成され、さらにウォータジャケット部に連通するシリンダボアに挿入されるシリンダスリーブにおいて、
中空状の円筒体部と、
前記円筒体部の外周壁部から直径方向に沿って外部に延在する方向に突出形成され、前記ウォータジャケット部のガスケット面側を閉塞する大径部と、
前記大径部の外周壁部に設けられた段部と、
を有し、
隣接するシリンダスリーブの前記大径部同士が前記段部を介して積層されていることを特徴とする。
【００１８】
この中の大径部は、シリンダブロックを構成するブロック本体のガスケット面に設けられた大径部載置部に載置される。
【００１９】
このような構成とすることにより、ブロック本体とシリンダスリーブとの間のクリアランス、必要であればシリンダスリーブ同士の間のクリアランスをウォータジャケット部として機能させることができる。したがって、ウォータジャケット部をブロック本体の中空部として設ける必要がない。このため、シリンダボア同士の間の肉厚や、ブロック本体における端部の肉厚を小さくすることができ、体積が小さくかつ軽量のクローズドデッキ型のシリンダブロックを構成することができる。
【００２０】
また、本発明においては、前記段部がシリンダボアの内周壁部に当接する。このため、摩擦撹拌接合を遂行する際にシリンダスリーブとブロック本体とが離間し難くなる。その上、軟化した肉がウォータジャケット部に流入することを阻止することもできる。
【００２１】
また、本発明は、内燃機関のシリンダブロックを構成するブロック本体に設けられ、且つその内部に第１環状切欠部及び第２環状切欠部を有するとともに壁部が突出形成され、さらにウォータジャケット部に連通するシリンダボアに挿入されるシリンダスリーブにおいて、
中空状の円筒体部と、
前記円筒体部の内周壁部が縮径されることによって設けられた縮径部と、
前記円筒体部の外周壁部から直径方向に沿って外部に延在する方向に突出形成された大径部と、
を有することを特徴とする。
【００２２】
シリンダスリーブの内周壁部に縮径部を設けることにより、該縮径部に摩擦撹拌接合用工具のプローブを当接させることができる。このため、摩擦撹拌接合を実施することが容易となり、シリンダスリーブの外周壁部とブロック本体の内周壁部とを確実に接合することができる。このようにして構成されたシリンダブロックは、剛性に優れる。
【００２５】
すなわち、この場合、縮径部と大径部とを有するので、縮径部を有することに由来する利点と、大径部を有することに由来する利点とを奏するシリンダスリーブを構成することができる。
【００２６】
そして、この場合においても、大径部の外周壁部に段部を設けることが好ましい。これにより、上記したように段部がボア穴の内周壁部に当接するので、摩擦撹拌接合を遂行する際にシリンダスリーブとブロック本体とが離間し難くなるとともに、軟化した肉がウォータジャケット部に流入することを阻止することができるからである。
【００２７】
いずれの場合においても、縮径部は、テーパ状に縮径したテーパ部を有することが好ましい。この場合、摩擦撹拌接合用工具を傾斜すれば、該摩擦撹拌接合用工具をブロック本体等に干渉させることなくシリンダスリーブの内部に容易に挿入することができる。すなわち、この場合、汎用されている摩擦撹拌接合用工具によってシリンダスリーブとブロック本体とを容易に接合することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリンダスリーブにつきそれを具備するシリンダブロックとの関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
本実施の形態に係るシリンダブロック１０の要部概略縦断面図を図１に示すとともに、上端面であるガスケット面１２側からの平面図を図２に示す。このシリンダブロック１０は、第１環状切欠部１３および第２環状切欠部１４が設けられたボア穴１６を具備し、かつアルミニウムからなるブロック本体１８と、ボア穴（シリンダボア）１６内に挿入されてブロック本体１８に接合されたシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃと、各シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを冷却する冷却水が導入されるウォータジャケット部２２とを有する。なお、図２における参照符号２４ａ〜２４ｈは、シリンダブロック１０を他の部材と組み合わせて内燃機関を構成する際に使用されるボルトを通すためのボルト穴を示す。
【００３０】
図１に示すように、ボア穴１６の内周壁部には、ガスケット面１２側に指向して突出形成した壁部２６ａ、２６ｂが連設されている。これらボア穴１６の内周壁部および壁部２６ａ、２６ｂには環状段部２８ａ〜２８ｃが設けられており、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの各下端部は、各環状段部２８ａ〜２８ｃにそれぞれ載置されている。この載置により、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃが支持されている。
【００３１】
また、ブロック本体１８において、ボア穴１６のガスケット面１２側開口部には、３個の環状段部がその外周部で逐次的に連結した形状の凹部３０が設けられている。
【００３２】
一方、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃは、ハイシリコン系アルミニウムからなり、円筒体部３４ａ〜３４ｃと、該円筒体部３４ａ〜３４ｃの上端部に設けられた大径部３６ａ〜３６ｃとを有する。これらシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの下端部は、環状段部２８ａ〜２８ｃにそれぞれ載置されている。また、後述するように、円筒体部３４ａ〜３４ｃは、第１環状切欠部１３の内周壁部に接合されている。
【００３３】
その一方で、図１に示すように、各大径部３６ａ〜３６ｃが前記凹部３０上に載置されている。この載置に伴い、ウォータジャケット部２２のガスケット面１２側が大径部３６ａ〜３６ｃで閉塞されている。すなわち、シリンダブロック１０は、クローズドデッキ型のシリンダブロックである。
【００３４】
ここで、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃにおける大径部３６ａ〜３６ｃの側周壁部下方には、該側周壁部の一部が切り欠かれることにより、環状段部３８ａ〜３８ｃがそれぞれ設けられている。これら環状段部３８ａ〜３８ｃの側周壁部は、ボア穴１６における第２環状切欠部１４の内周壁部に当接している。
【００３５】
なお、シリンダスリーブ２０ｂの大径部３６ｂは、その一部が直線状に切り欠かれており、これにより環状段部３８ｂが露呈している。シリンダスリーブ２０ａ、２０ｃの各大径部３６ａ、３６ｃは、この露呈した環状段部３８ｂ上に載置されている。その一方で、環状段部３８ａ、３８ｃの一部が直線状に切り欠かれることによって、環状段部３８ａ、３８ｃと環状段部３８ｂとが干渉することが回避されている。
【００３６】
シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃにおける円筒体部３４ａ〜３４ｃの各外周壁部は、第１環状切欠部１３の内周壁部および壁部２６ａ、２６ｂに接合されている。また、凹部３０上に載置されたシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃにおける各大径部３６ａ〜３６ｃの外縁部は、ブロック本体１８のガスケット面１２と接合されている。さらに、シリンダスリーブ２０ｂの大径部３６ｂは、該大径部３６ｂの環状段部３８ｂに載置されたシリンダスリーブ２０ａ、２０ｃの大径部３６ａ、３６ｃに接合されている。以上の接合は、後述するように、摩擦撹拌接合にて行われている。
【００３７】
なお、図１および図２においては、便宜上、ブロック本体１８と各シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの大径部３６ａ〜３６ｃとを境界線にて明示しているが、実際には、各部材１８、３６ａ〜３６ｃ同士は摩擦撹拌接合によって継目なく接合されている。すなわち、各部材１６、３６ａ〜３６ｃは一体的に接合されており、視認可能な程度に明確な境界線は存在しない。
【００３８】
シリンダブロック１０は、以下のようにして製造することができる。
【００３９】
まず、鋳造作業によって、図３および図４に示すブロック本体１８を鋳造成形する。この際、該ブロック本体１８には、ボア穴１６とウォータジャケット部２２とが連通し、かつ第１環状切欠部１３および第２環状切欠部１４を有する連通穴部４０が設けられるとともに、該連通穴部４０内に壁部２６ａ、２６ｂが突出形成される。勿論、連通穴部４０の内周壁部と壁部２６ａ、２６ｂには環状段部２８ａ〜２８ｃが設けられ、かつ連通穴部４０のガスケット面１２側開口部には、凹部３０が設けられる。
【００４０】
なお、図４から諒解されるように、鋳造成形された直後のブロック本体１８には、ボルト穴２４ａ〜２４ｈは設けられていない。
【００４１】
その一方で、図５および図６に示すように、下端部近傍の内周壁部がテーパ状に縮径されることによって設けられた縮径部４４を有する円筒体部３４ａ〜３４ｂと、該円筒体部３４ａ〜３４ｃの一端部に設けられた大径部３６ａ〜３６ｃとを有するシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを作製する。なお、縮径部４４の一部であるテーパ部４６は、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの内周が大径部３６ａ〜３６ｃから離間するにつれて縮径するように設ける。
【００４２】
このような形状のシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃは、押し出し成形や鋳造成形等の公知の成形法によって作製することができる。
【００４３】
これら大径部３６ａ〜３６ｃにおける側周壁部の下方を円周方向に沿って機械加工にて切り欠き、該大径部３６ａ〜３６ｃの下方に環状段部３８ａ〜３８ｃを設ける。その後、大径部３６ｂの一部を直線的に切り欠いて、環状段部３８ｂを露呈する。その一方で、環状段部３８ａ、３８ｃの一部を直線的に切り欠く。
【００４４】
次いで、ブロック本体１８の連通穴部４０にシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを挿入する。挿入されたシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの各下端部が環状段部２８ａ〜２８ｃに載置され、その一方で、大径部３６ａ〜３６ｃが凹部３０に載置されるとともに、大径部３６ａ、３６ｃが環状段部３８ｂ上に載置される。この際、環状段部３８ａ、３８ｃが切り欠かれているので、環状段部３８ａ、３８ｃが環状段部３８ｂに干渉することはない。さらに、環状段部３８ａ〜３８ｃの側周壁部が第２環状切欠部１４の内周壁部に当接する。
【００４５】
この挿入に伴って、第２環状切欠部１４の内周壁部と各シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃとの間にクリアランスが形成される。このクリアランスは、シリンダスリーブ２０ａ、２０ｂ同士の間、およびシリンダスリーブ２０ｂ、２０ｃ同士の間に形成されたクリアランスに連通し、これによりウォータジャケット部２２が形成される。
【００４６】
このように、本実施の形態においては、連通穴部４０にシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを挿入することによってウォータジャケット部２２が形成される。すなわち、ブロック本体１８にボア穴１６から離間したウォータジャケット部を設ける必要がない。
【００４７】
このため、鋳造用金型のキャビティに崩壊性中子を配置する必要はない。すなわち、本実施の形態によれば、崩壊性中子を作製する煩雑な作業が不要となるとともに、崩壊性中子の作製コストを削減することができるのでシリンダブロック１０の製造コストを低廉化することができる。
【００４８】
次いで、ボア穴１６の内周壁部および壁部２６ａ、２６ｂと、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの外周壁部とを摩擦撹拌接合によって互いに接合する。
【００４９】
図７に示すように、摩擦撹拌接合用工具５０は、円柱状の回転体５２と、該回転体５２に比して小径でかつ先端が円錐状のプローブ５４とを備える。本実施の形態においては、シリンダスリーブ２０ａの長手軸方向に対して傾斜した状態で摩擦撹拌接合用工具５０をシリンダスリーブ２０ａ内に挿入し、プローブ５４をテーパ部４６に当接させる。
【００５０】
この状態で回転体５２を回転付勢すると、プローブ５４がテーパ部４６に摺接することに伴って摩擦熱が発生し、テーパ部４６におけるプローブ５４の当接箇所が軟化する。その結果、プローブ５４の先端部がシリンダスリーブ２０ａとボア穴１６の内周壁部との当接箇所に到達し、該当接箇所においても、シリンダスリーブ２０ａの外周壁部とボア穴１６の内周壁部とが摩擦熱によって軟化する。
【００５１】
そして、摩擦撹拌接合用工具５０をテーパ部４６に沿って旋回動作させると、軟化した肉は、プローブ５４にて撹拌されることに伴って塑性流動した後、該プローブ５４が離間することに伴って固相接合する。摩擦撹拌接合用工具５０が旋回動作されることに追従してこの現象が逐次的に繰り返されることにより、シリンダスリーブ２０ａの外周壁部と、第１環状切欠部１３の内周壁部または壁部２６ａとが一体的に接合されるに至る。勿論、残余のシリンダスリーブ２０ｂ、２０ｃにおいても同様の作業が営まれる。
【００５２】
このように、本実施の形態においては、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの各内周壁部に縮径部４４を設けているので、該縮径部４４のテーパ部４６に摩擦撹拌接合用工具５０のプローブ５４を当接させることができる。このため、摩擦撹拌接合を容易に実施することができる。
【００５３】
次に、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの大径部３６ａ〜３６ｃとブロック本体１８におけるガスケット面１２とを接合する。この接合も、摩擦撹拌接合にて行われる。すなわち、摩擦撹拌接合用工具５０の回転体５２を回転付勢し、プローブ５４を摺接させながら大径部３６ａ〜３６ｃおよびブロック本体１８の肉を摩擦撹拌接合する。この場合、図８の矢印Ａに沿って摩擦撹拌接合用工具５０を変位させることによって大径部３６ａ〜３６ｃとガスケット面１２（ブロック本体１８）とを接合すればよい。
【００５４】
この際、図９に拡大して示すように、大径部３６ａ〜３６ｃは、凹部３０に載置されていることによって堅牢に支持されている。また、環状段部３８ａ〜３８ｃの側周壁部がボア穴１６の内周壁部に当接しているので、該環状段部３８ａ〜３８ｃの楔作用によって、大径部３６ａ〜３６ｃがブロック本体１８から離間し難くなる。このため、ブロック本体１８と大径部３６ａ〜３６ｃとが離間することを防止するためのクランプ用治具を特に使用することなく、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００５５】
しかも、この場合、ウォータジャケット部２２を閉塞する環状段部３８ａ〜３８ｃが軟化しないので、軟化した肉がウォータジャケット部２２に流動することを回避することもできる。
【００５６】
次に、大径部３６ａ、３６ｂ同士、大径部３６ｂ、３６ｃ同士を摩擦撹拌接合する。この際には、図１０の矢印Ｂ、Ｃに沿って摩擦撹拌接合用工具５０を変位させるようにすればよい。この場合においては、シリンダスリーブ２０ｂの環状段部３８ｂにシリンダスリーブ２０ａ、２０ｃの大径部３６ａ、３６ｃが載置されることによって支持されているので、上記と同様、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００５７】
以上の作業によって、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃとブロック本体１８、およびシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃ同士を一体的に接合することができる。
【００５８】
次いで、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃ内の縮径部４４を除去する。すなわち、例えば、ドリルによって研削加工を行う等して、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの内周を等径とする。これにより、該シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃ内でピストンが往復動作することが可能となる。
【００５９】
このように、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃとブロック本体１８、およびシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃ同士を摩擦撹拌接合することに伴って、各部材１８、２０ａ〜２０ｃが一体的に接合される。これにより、剛性に優れたシリンダブロック１０を構成することができる。
【００６０】
しかも、摩擦撹拌接合によれば、溶接し難い素材からなる部材同士であっても比較的容易に接合することができる。したがって、例えば、ブロック本体１８がＨＰＤＣによって作製されたものであっても、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを容易に接合することができる。このため、肉厚の一層小さいシリンダブロック１０を構成することができる。
【００６１】
プローブ５４を離脱させることに伴って形成された離脱穴は、ボルト穴２４ａ〜２４ｈのいずれかとして加工するようにすればよい。例えば、大径部３６ａ〜３６ｃとブロック本体１８とを摩擦撹拌接合した後（図８参照）の離脱穴をボルト穴２４ｅとなるようにすればよい。また、大径部３６ａ、３６ｂ同士を摩擦撹拌接合した後（図１０参照）の離脱穴をボルト穴２４ｆとなるようにし、大径部３６ｂ、３６ｃ同士を摩擦撹拌接合した後の離脱穴をボルト穴２４ｇとなるようにすればよい。これにより、プローブ５４の離脱穴が残留することを回避することができる。
【００６２】
このシリンダブロック１０においては、図１から諒解されるように、環状切欠部２８とシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃとの間のクリアランス、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃにおける隣接するもの同士の間のクリアランスがウォータジャケット部２２となる。すなわち、本実施の形態においては、ウォータジャケット部２２に流通される冷却水がシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃに直接的に接触する。
【００６３】
換言すれば、一般的なシリンダブロック３（図１７参照）のように、ウォータジャケット部１をブロック本体４の中空部として設ける必要はない。このため、ブロック本体１８の肉厚を小さくすることができるので、シリンダブロック１０の体積を小さくすることができる。換言すれば、シリンダブロック１０を小型化することができるとともに、軽量化することができる。
【００６４】
その上、ウォータジャケット部２２に流通された冷却水がシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃに直接的に接触するので、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを効率的に冷却することができる。このため、シリンダブロック１０を組み込んで構成された内燃機関を運転する際、運転に伴って発生する熱によってシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの温度が過度に上昇することを抑制することができる。
【００６５】
さらに、耐摩耗性に優れるハイシリコン系アルミニウムからなるシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを使用しているので、シリンダブロック１０の耐久性を確保することもできる。しかも、この場合、ブロック本体１８を安価なアルミニウムから構成するようにしているので、シリンダブロック１０の製造コストが上昇することもない。
【００６６】
なお、上記した実施の形態においては、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃに環状段部３８ａ〜３８ｃを設けるとともに、シリンダスリーブ２０ｂの環状段部３８ｂの一部を露呈するようにしているが、図１１に示すように、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃに大径部３６ａ〜３６ｃおよび縮径部４４のみを設けるようにしてもよい。この場合、図１２に示すように、該大径部３６ａ〜３６ｃの側周壁部同士を当接させるようにすればよい。なお、図１２においては、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの各縮径部４４が除去された状態を示す。この場合においても、図１３に拡大して示すように、大径部３６ａ〜３６ｃがブロック本体１８の凹部３０に載置・支持されているので、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００６７】
また、図１４に示すように、シリンダスリーブは、大径部３６ａ〜３６ｃおよび環状段部３８ａ〜３８ｃのみを有するものであってもよい。この場合、第１回転体６０と、該第１回転体６０の側周壁部に設けられて第１回転体６０とは独立して回転可能な第２回転体６２と、該第２回転体６２の先端部に設けられたプローブ６４とを有する摩擦撹拌接合用工具６６を使用すればよい。第１回転体６０および第２回転体６２を同時に回転付勢することによって、シリンダスリーブの外周壁部とボア穴１６の内周壁部とを接合することができる。この場合においても、環状段部３８ａ〜３８ｃを設けることなくシリンダスリーブを構成するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、大径部３６ａ〜３６ｃは必ずしも先端部に設ける必要はない。例えば、図１５に示すように、先端部からやや縮径部４４側に偏在して設けるようにしてもよい。この場合においても、縮径部４４を設ける必要は特にない。
【００６９】
さらにまた、図１６に示すように、シリンダスリーブは、縮径部４４のみを有するものであってもよい。この場合、ウォータジャケット部２２のガスケット面１２側が閉塞されていないオープンデッキ型シリンダブロックを構成することもできる。勿論、この場合においても、該シリンダスリーブがボア穴１６に挿入された際、縮径部４４は切削除去される。
【００７０】
いずれの場合においても、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃは、ハイシリコン系アルミニウムからなるものに特に限定されるものではない。例えば、その他のアルミニウム合金からなるものであってもよいし、アルミニウムからなるものであってもよい。別の好適な例としては、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなるシリンダスリーブや、ＭＭＣスリーブ等を挙げることができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシリンダスリーブによれば、ブロック本体に接合するための大径部を設け、必要に応じて縮径部をさらに設けるようにしている。これら大径部または縮径部を介して接合することにより、シリンダスリーブとブロック本体とを摩擦撹拌接合にて確実に接合することができ、剛性に優れたシリンダブロックを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るシリンダスリーブを具備するシリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【図２】図１のシリンダブロックにおけるガスケット面側からの平面図である。
【図３】図１のシリンダブロックを構成するブロック本体の要部概略縦断面図である。
【図４】図３のブロック本体におけるガスケット面側からの平面図である。
【図５】本実施の形態に係るシリンダスリーブの概略全体斜視図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【図７】図５のシリンダスリーブの外周壁部をボア穴の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部概略縦断面図である。
【図８】大径部をブロック本体に接合する際の摩擦撹拌接合用工具の変位方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図９】大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合している状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図１０】大径部同士を接合する際の摩擦撹拌接合用工具の変位方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図１１】別の実施の形態に係るシリンダスリーブの要部概略縦断面図である。
【図１２】図１１のシリンダスリーブを具備するシリンダブロックの要部拡大縦断面図である。
【図１３】図１１のシリンダブロックにおいて、大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合している状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図１４】縮径部が設けられていないシリンダスリーブの外周壁部をボア穴の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１５】また別の実施の形態に係るシリンダスリーブの要部概略縦断面図である。
【図１６】さらに別の実施の形態に係るシリンダスリーブの要部概略縦断面図である。
【図１７】一般的な多気筒クローズドデッキ型シリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【符号の説明】
１、２２…ウォータジャケット部 ２、１２…ガスケット面
３、１０…シリンダブロック ４、１８…ブロック本体
５、１６…ボア穴 ６、２０ａ〜２０ｃ…シリンダスリーブ
１３、１４…環状切欠部 ２４ａ〜２４ｈ…ボルト穴
２６ａ、２６ｂ…壁部
２８ａ〜２８ｃ、３８ａ〜３８ｃ…環状段部
３０…凹部 ３４ａ〜３４ｃ…円筒体部
３６ａ〜３６ｃ…大径部 ４４…縮径部
４６…テーパ部 ５０、６６…摩擦撹拌接合用工具
５２、６０、６２…回転体 ５４、６４…プローブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブロック本体と接合されて内燃機関のシリンダブロックを構成するシリンダスリーブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関を構成するシリンダブロックの１種として、図１７に示すように、ウォータジャケット部１のガスケット面２側が閉塞されているクローズドデッキ型シリンダブロック３が挙げられる。クローズドデッキ型シリンダブロック３には、ブロック本体４の肉厚が同一であれば、ウォータジャケット部のガスケット面側が開放されているオープンデッキ型シリンダブロックに比して剛性が高いという利点がある。
【０００３】
クローズドデッキ型シリンダブロック３の場合、ウォータジャケット部１は、容易に崩壊させることが可能な中子、いわゆる崩壊性中子を用いて、重力鋳造（ＧＤＣ）や低圧鋳造（ＬＰＤＣ）にて形成される。
【０００４】
その一方で、内燃機関においては、ボア穴５の内部でピストン（図示せず）が往復動作する。このため、ボア穴５には、耐摩耗性に優れる素材からなるシリンダスリーブ６、例えば、いわゆるＦＣスリーブやメッキスリーブ、ＭＭＣスリーブ等を挿入し、該シリンダスリーブ６の側周壁部にピストンの側周壁部を摺接させるようにしている。耐摩耗性に優れる他の素材としては、いわゆるハイシリコン系アルミニウムが例示される。
【０００５】
このように、シリンダスリーブ６をブロック本体４と別素材とする理由は、ブロック本体４をハイシリコン系アルミニウムで鋳造成形した場合、ボア穴５に巣穴が形成されるために品質不良の製品が多くなるからである。さらに、ハイシリコン系アルミニウムは切削加工し難いので、機械加工コストが高騰するという不具合を招く。
【０００６】
そこで、クローズドデッキ型シリンダブロック３を製造する場合、まず、鋳造用金型によって形成されるキャビティに崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を配置しておき、この状態で溶湯をキャビティに注湯して、該溶湯で崩壊性中子やシリンダスリーブ６等を囲繞する。
【０００７】
次に、溶湯を冷却固化することによってブロック本体４を設ける。この冷却固化に伴って、シリンダスリーブ６が鋳ぐるまれる。
【０００８】
その後、前記崩壊性中子を崩壊させる。この崩壊によって得られた中空部が、ウォータジャケット部１となる。すなわち、この場合、ウォータジャケット部１は、ブロック本体４に設けられる。
【０００９】
ところで、近年では、地球温暖化を防止するために、省エネルギの観点から自動車等の燃費を向上させることが希求されている。その方策として、内燃機関等を軽量化することにより、最終製品である自動車を軽量化することが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５９−３１４２号公報
【特許文献２】
特開昭５８−７４８５０号公報
【特許文献３】
特開昭５９−７９０５６号公報
【特許文献４】
特開昭６０−９４２３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
クローズドデッキ型シリンダブロック３を軽量化するためには、該クローズドデッキ型シリンダブロック３の体積を小さくすればよい。しかしながら、上記のようにボア穴５同士の間にウォータジャケット部１を設けた場合、ボア穴５同士の間の肉厚を大きくする必要があるので、クローズドデッキ型シリンダブロック３の体積を小さくすることは困難である。この不都合は、シリンダが複数個設けられた多気筒型のものにおいて特に顕著となる。
【００１２】
肉厚の小さいブロック本体４を得ることが可能な方法としては、高圧鋳造（ＨＰＤＣ）や精密鋳造等が挙げられる。しかしながら、ＨＰＤＣでは中子を使用するのが著しく困難であるため、クローズドデッキ型シリンダブロック３を鋳造成形することが困難である。このため、ＨＰＤＣは、専らオープンデッキ型シリンダブロックを製造するのに採用されている。
【００１３】
一方、精密鋳造においては、ウォータジャケット部１の間隔を狭小化しようとすると、高強度かつ排出性が良好な崩壊性中子を使用しなければならないが、このような崩壊性中子は作製することが困難であるという不具合がある。
【００１４】
そこで、ブロック本体４を鋳造成形した後、該ブロック本体４のボア穴５にシリンダスリーブ６を挿入し、両者を溶接することが想起される。しかしながら、この場合、溶接時の熱によってブロック本体４ないしシリンダスリーブ６に歪が生じることがある。また、ブロック本体４がＨＰＤＣによって作製されたものであると、シリンダスリーブ６を溶接すること自体が困難である。
【００１５】
このように、体積が小さいクローズドデッキ型シリンダブロックを製造することには様々な不具合を伴うため、結局、そのようなクローズドデッキ型シリンダブロックはこれまでのところ知られていない。
【００１６】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、小型かつ軽量でありながら実用上充分な剛性を有し、しかも、冷却媒体にてシリンダスリーブを直接的に冷却することができるので冷却効率にも優れ、その上、製造時に崩壊性中子を使用する必要がないので製造コストを低廉化することも可能なクローズドデッキ型シリンダブロックを構成するのに好適なシリンダスリーブを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関のシリンダブロックを構成するブロック本体に設けられ、且つその内部に第１環状切欠部及び第２環状切欠部を有するとともに壁部が突出形成され、さらにウォータジャケット部に連通するシリンダボアに挿入されるシリンダスリーブにおいて、
中空状の円筒体部と、
前記円筒体部の外周壁部から直径方向に沿って外部に延在する方向に突出形成され、前記ウォータジャケット部のガスケット面側を閉塞する大径部と、
前記大径部の外周壁部に設けられた段部と、
を有し、
隣接するシリンダスリーブの前記大径部同士が前記段部を介して積層されていることを特徴とする。
【００１８】
この中の大径部は、シリンダブロックを構成するブロック本体のガスケット面に設けられた大径部載置部に載置される。
【００１９】
このような構成とすることにより、ブロック本体とシリンダスリーブとの間のクリアランス、必要であればシリンダスリーブ同士の間のクリアランスをウォータジャケット部として機能させることができる。したがって、ウォータジャケット部をブロック本体の中空部として設ける必要がない。このため、シリンダボア同士の間の肉厚や、ブロック本体における端部の肉厚を小さくすることができ、体積が小さくかつ軽量のクローズドデッキ型のシリンダブロックを構成することができる。
【００２０】
また、本発明においては、前記段部がシリンダボアの内周壁部に当接する。このため、摩擦撹拌接合を遂行する際にシリンダスリーブとブロック本体とが離間し難くなる。その上、軟化した肉がウォータジャケット部に流入することを阻止することもできる。
【００２１】
また、本発明は、内燃機関のシリンダブロックを構成するブロック本体に設けられ、且つその内部に第１環状切欠部及び第２環状切欠部を有するとともに壁部が突出形成され、さらにウォータジャケット部に連通するシリンダボアに挿入されるシリンダスリーブにおいて、
中空状の円筒体部と、
前記円筒体部の内周壁部が縮径されることによって設けられた縮径部と、
前記円筒体部の外周壁部から直径方向に沿って外部に延在する方向に突出形成された大径部と、
を有することを特徴とする。
【００２２】
シリンダスリーブの内周壁部に縮径部を設けることにより、該縮径部に摩擦撹拌接合用工具のプローブを当接させることができる。このため、摩擦撹拌接合を実施することが容易となり、シリンダスリーブの外周壁部とブロック本体の内周壁部とを確実に接合することができる。このようにして構成されたシリンダブロックは、剛性に優れる。
【００２５】
すなわち、この場合、縮径部と大径部とを有するので、縮径部を有することに由来する利点と、大径部を有することに由来する利点とを奏するシリンダスリーブを構成することができる。
【００２６】
そして、この場合においても、大径部の外周壁部に段部を設けることが好ましい。これにより、上記したように段部がボア穴の内周壁部に当接するので、摩擦撹拌接合を遂行する際にシリンダスリーブとブロック本体とが離間し難くなるとともに、軟化した肉がウォータジャケット部に流入することを阻止することができるからである。
【００２７】
いずれの場合においても、縮径部は、テーパ状に縮径したテーパ部を有することが好ましい。この場合、摩擦撹拌接合用工具を傾斜すれば、該摩擦撹拌接合用工具をブロック本体等に干渉させることなくシリンダスリーブの内部に容易に挿入することができる。すなわち、この場合、汎用されている摩擦撹拌接合用工具によってシリンダスリーブとブロック本体とを容易に接合することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリンダスリーブにつきそれを具備するシリンダブロックとの関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
本実施の形態に係るシリンダブロック１０の要部概略縦断面図を図１に示すとともに、上端面であるガスケット面１２側からの平面図を図２に示す。このシリンダブロック１０は、第１環状切欠部１３および第２環状切欠部１４が設けられたボア穴１６を具備し、かつアルミニウムからなるブロック本体１８と、ボア穴（シリンダボア）１６内に挿入されてブロック本体１８に接合されたシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃと、各シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを冷却する冷却水が導入されるウォータジャケット部２２とを有する。なお、図２における参照符号２４ａ〜２４ｈは、シリンダブロック１０を他の部材と組み合わせて内燃機関を構成する際に使用されるボルトを通すためのボルト穴を示す。
【００３０】
図１に示すように、ボア穴１６の内周壁部には、ガスケット面１２側に指向して突出形成した壁部２６ａ、２６ｂが連設されている。これらボア穴１６の内周壁部および壁部２６ａ、２６ｂには環状段部２８ａ〜２８ｃが設けられており、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの各下端部は、各環状段部２８ａ〜２８ｃにそれぞれ載置されている。この載置により、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃが支持されている。
【００３１】
また、ブロック本体１８において、ボア穴１６のガスケット面１２側開口部には、３個の環状段部がその外周部で逐次的に連結した形状の凹部３０が設けられている。
【００３２】
一方、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃは、ハイシリコン系アルミニウムからなり、円筒体部３４ａ〜３４ｃと、該円筒体部３４ａ〜３４ｃの上端部に設けられた大径部３６ａ〜３６ｃとを有する。これらシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの下端部は、環状段部２８ａ〜２８ｃにそれぞれ載置されている。また、後述するように、円筒体部３４ａ〜３４ｃは、第１環状切欠部１３の内周壁部に接合されている。
【００３３】
その一方で、図１に示すように、各大径部３６ａ〜３６ｃが前記凹部３０上に載置されている。この載置に伴い、ウォータジャケット部２２のガスケット面１２側が大径部３６ａ〜３６ｃで閉塞されている。すなわち、シリンダブロック１０は、クローズドデッキ型のシリンダブロックである。
【００３４】
ここで、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃにおける大径部３６ａ〜３６ｃの側周壁部下方には、該側周壁部の一部が切り欠かれることにより、環状段部３８ａ〜３８ｃがそれぞれ設けられている。これら環状段部３８ａ〜３８ｃの側周壁部は、ボア穴１６における第２環状切欠部１４の内周壁部に当接している。
【００３５】
なお、シリンダスリーブ２０ｂの大径部３６ｂは、その一部が直線状に切り欠かれており、これにより環状段部３８ｂが露呈している。シリンダスリーブ２０ａ、２０ｃの各大径部３６ａ、３６ｃは、この露呈した環状段部３８ｂ上に載置されている。その一方で、環状段部３８ａ、３８ｃの一部が直線状に切り欠かれることによって、環状段部３８ａ、３８ｃと環状段部３８ｂとが干渉することが回避されている。
【００３６】
シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃにおける円筒体部３４ａ〜３４ｃの各外周壁部は、第１環状切欠部１３の内周壁部および壁部２６ａ、２６ｂに接合されている。また、凹部３０上に載置されたシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃにおける各大径部３６ａ〜３６ｃの外縁部は、ブロック本体１８のガスケット面１２と接合されている。さらに、シリンダスリーブ２０ｂの大径部３６ｂは、該大径部３６ｂの環状段部３８ｂに載置されたシリンダスリーブ２０ａ、２０ｃの大径部３６ａ、３６ｃに接合されている。以上の接合は、後述するように、摩擦撹拌接合にて行われている。
【００３７】
なお、図１および図２においては、便宜上、ブロック本体１８と各シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの大径部３６ａ〜３６ｃとを境界線にて明示しているが、実際には、各部材１８、３６ａ〜３６ｃ同士は摩擦撹拌接合によって継目なく接合されている。すなわち、各部材１６、３６ａ〜３６ｃは一体的に接合されており、視認可能な程度に明確な境界線は存在しない。
【００３８】
シリンダブロック１０は、以下のようにして製造することができる。
【００３９】
まず、鋳造作業によって、図３および図４に示すブロック本体１８を鋳造成形する。この際、該ブロック本体１８には、ボア穴１６とウォータジャケット部２２とが連通し、かつ第１環状切欠部１３および第２環状切欠部１４を有する連通穴部４０が設けられるとともに、該連通穴部４０内に壁部２６ａ、２６ｂが突出形成される。勿論、連通穴部４０の内周壁部と壁部２６ａ、２６ｂには環状段部２８ａ〜２８ｃが設けられ、かつ連通穴部４０のガスケット面１２側開口部には、凹部３０が設けられる。
【００４０】
なお、図４から諒解されるように、鋳造成形された直後のブロック本体１８には、ボルト穴２４ａ〜２４ｈは設けられていない。
【００４１】
その一方で、図５および図６に示すように、下端部近傍の内周壁部がテーパ状に縮径されることによって設けられた縮径部４４を有する円筒体部３４ａ〜３４ｂと、該円筒体部３４ａ〜３４ｃの一端部に設けられた大径部３６ａ〜３６ｃとを有するシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを作製する。なお、縮径部４４の一部であるテーパ部４６は、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの内周が大径部３６ａ〜３６ｃから離間するにつれて縮径するように設ける。
【００４２】
このような形状のシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃは、押し出し成形や鋳造成形等の公知の成形法によって作製することができる。
【００４３】
これら大径部３６ａ〜３６ｃにおける側周壁部の下方を円周方向に沿って機械加工にて切り欠き、該大径部３６ａ〜３６ｃの下方に環状段部３８ａ〜３８ｃを設ける。その後、大径部３６ｂの一部を直線的に切り欠いて、環状段部３８ｂを露呈する。その一方で、環状段部３８ａ、３８ｃの一部を直線的に切り欠く。
【００４４】
次いで、ブロック本体１８の連通穴部４０にシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを挿入する。挿入されたシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの各下端部が環状段部２８ａ〜２８ｃに載置され、その一方で、大径部３６ａ〜３６ｃが凹部３０に載置されるとともに、大径部３６ａ、３６ｃが環状段部３８ｂ上に載置される。この際、環状段部３８ａ、３８ｃが切り欠かれているので、環状段部３８ａ、３８ｃが環状段部３８ｂに干渉することはない。さらに、環状段部３８ａ〜３８ｃの側周壁部が第２環状切欠部１４の内周壁部に当接する。
【００４５】
この挿入に伴って、第２環状切欠部１４の内周壁部と各シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃとの間にクリアランスが形成される。このクリアランスは、シリンダスリーブ２０ａ、２０ｂ同士の間、およびシリンダスリーブ２０ｂ、２０ｃ同士の間に形成されたクリアランスに連通し、これによりウォータジャケット部２２が形成される。
【００４６】
このように、本実施の形態においては、連通穴部４０にシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを挿入することによってウォータジャケット部２２が形成される。すなわち、ブロック本体１８にボア穴１６から離間したウォータジャケット部を設ける必要がない。
【００４７】
このため、鋳造用金型のキャビティに崩壊性中子を配置する必要はない。すなわち、本実施の形態によれば、崩壊性中子を作製する煩雑な作業が不要となるとともに、崩壊性中子の作製コストを削減することができるのでシリンダブロック１０の製造コストを低廉化することができる。
【００４８】
次いで、ボア穴１６の内周壁部および壁部２６ａ、２６ｂと、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの外周壁部とを摩擦撹拌接合によって互いに接合する。
【００４９】
図７に示すように、摩擦撹拌接合用工具５０は、円柱状の回転体５２と、該回転体５２に比して小径でかつ先端が円錐状のプローブ５４とを備える。本実施の形態においては、シリンダスリーブ２０ａの長手軸方向に対して傾斜した状態で摩擦撹拌接合用工具５０をシリンダスリーブ２０ａ内に挿入し、プローブ５４をテーパ部４６に当接させる。
【００５０】
この状態で回転体５２を回転付勢すると、プローブ５４がテーパ部４６に摺接することに伴って摩擦熱が発生し、テーパ部４６におけるプローブ５４の当接箇所が軟化する。その結果、プローブ５４の先端部がシリンダスリーブ２０ａとボア穴１６の内周壁部との当接箇所に到達し、該当接箇所においても、シリンダスリーブ２０ａの外周壁部とボア穴１６の内周壁部とが摩擦熱によって軟化する。
【００５１】
そして、摩擦撹拌接合用工具５０をテーパ部４６に沿って旋回動作させると、軟化した肉は、プローブ５４にて撹拌されることに伴って塑性流動した後、該プローブ５４が離間することに伴って固相接合する。摩擦撹拌接合用工具５０が旋回動作されることに追従してこの現象が逐次的に繰り返されることにより、シリンダスリーブ２０ａの外周壁部と、第１環状切欠部１３の内周壁部または壁部２６ａとが一体的に接合されるに至る。勿論、残余のシリンダスリーブ２０ｂ、２０ｃにおいても同様の作業が営まれる。
【００５２】
このように、本実施の形態においては、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの各内周壁部に縮径部４４を設けているので、該縮径部４４のテーパ部４６に摩擦撹拌接合用工具５０のプローブ５４を当接させることができる。このため、摩擦撹拌接合を容易に実施することができる。
【００５３】
次に、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの大径部３６ａ〜３６ｃとブロック本体１８におけるガスケット面１２とを接合する。この接合も、摩擦撹拌接合にて行われる。すなわち、摩擦撹拌接合用工具５０の回転体５２を回転付勢し、プローブ５４を摺接させながら大径部３６ａ〜３６ｃおよびブロック本体１８の肉を摩擦撹拌接合する。この場合、図８の矢印Ａに沿って摩擦撹拌接合用工具５０を変位させることによって大径部３６ａ〜３６ｃとガスケット面１２（ブロック本体１８）とを接合すればよい。
【００５４】
この際、図９に拡大して示すように、大径部３６ａ〜３６ｃは、凹部３０に載置されていることによって堅牢に支持されている。また、環状段部３８ａ〜３８ｃの側周壁部がボア穴１６の内周壁部に当接しているので、該環状段部３８ａ〜３８ｃの楔作用によって、大径部３６ａ〜３６ｃがブロック本体１８から離間し難くなる。このため、ブロック本体１８と大径部３６ａ〜３６ｃとが離間することを防止するためのクランプ用治具を特に使用することなく、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００５５】
しかも、この場合、ウォータジャケット部２２を閉塞する環状段部３８ａ〜３８ｃが軟化しないので、軟化した肉がウォータジャケット部２２に流動することを回避することもできる。
【００５６】
次に、大径部３６ａ、３６ｂ同士、大径部３６ｂ、３６ｃ同士を摩擦撹拌接合する。この際には、図１０の矢印Ｂ、Ｃに沿って摩擦撹拌接合用工具５０を変位させるようにすればよい。この場合においては、シリンダスリーブ２０ｂの環状段部３８ｂにシリンダスリーブ２０ａ、２０ｃの大径部３６ａ、３６ｃが載置されることによって支持されているので、上記と同様、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００５７】
以上の作業によって、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃとブロック本体１８、およびシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃ同士を一体的に接合することができる。
【００５８】
次いで、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃ内の縮径部４４を除去する。すなわち、例えば、ドリルによって研削加工を行う等して、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの内周を等径とする。これにより、該シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃ内でピストンが往復動作することが可能となる。
【００５９】
このように、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃとブロック本体１８、およびシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃ同士を摩擦撹拌接合することに伴って、各部材１８、２０ａ〜２０ｃが一体的に接合される。これにより、剛性に優れたシリンダブロック１０を構成することができる。
【００６０】
しかも、摩擦撹拌接合によれば、溶接し難い素材からなる部材同士であっても比較的容易に接合することができる。したがって、例えば、ブロック本体１８がＨＰＤＣによって作製されたものであっても、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを容易に接合することができる。このため、肉厚の一層小さいシリンダブロック１０を構成することができる。
【００６１】
プローブ５４を離脱させることに伴って形成された離脱穴は、ボルト穴２４ａ〜２４ｈのいずれかとして加工するようにすればよい。例えば、大径部３６ａ〜３６ｃとブロック本体１８とを摩擦撹拌接合した後（図８参照）の離脱穴をボルト穴２４ｅとなるようにすればよい。また、大径部３６ａ、３６ｂ同士を摩擦撹拌接合した後（図１０参照）の離脱穴をボルト穴２４ｆとなるようにし、大径部３６ｂ、３６ｃ同士を摩擦撹拌接合した後の離脱穴をボルト穴２４ｇとなるようにすればよい。これにより、プローブ５４の離脱穴が残留することを回避することができる。
【００６２】
このシリンダブロック１０においては、図１から諒解されるように、環状切欠部２８とシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃとの間のクリアランス、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃにおける隣接するもの同士の間のクリアランスがウォータジャケット部２２となる。すなわち、本実施の形態においては、ウォータジャケット部２２に流通される冷却水がシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃに直接的に接触する。
【００６３】
換言すれば、一般的なシリンダブロック３（図１７参照）のように、ウォータジャケット部１をブロック本体４の中空部として設ける必要はない。このため、ブロック本体１８の肉厚を小さくすることができるので、シリンダブロック１０の体積を小さくすることができる。換言すれば、シリンダブロック１０を小型化することができるとともに、軽量化することができる。
【００６４】
その上、ウォータジャケット部２２に流通された冷却水がシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃに直接的に接触するので、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを効率的に冷却することができる。このため、シリンダブロック１０を組み込んで構成された内燃機関を運転する際、運転に伴って発生する熱によってシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの温度が過度に上昇することを抑制することができる。
【００６５】
さらに、耐摩耗性に優れるハイシリコン系アルミニウムからなるシリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃを使用しているので、シリンダブロック１０の耐久性を確保することもできる。しかも、この場合、ブロック本体１８を安価なアルミニウムから構成するようにしているので、シリンダブロック１０の製造コストが上昇することもない。
【００６６】
なお、上記した実施の形態においては、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃに環状段部３８ａ〜３８ｃを設けるとともに、シリンダスリーブ２０ｂの環状段部３８ｂの一部を露呈するようにしているが、図１１に示すように、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃに大径部３６ａ〜３６ｃおよび縮径部４４のみを設けるようにしてもよい。この場合、図１２に示すように、該大径部３６ａ〜３６ｃの側周壁部同士を当接させるようにすればよい。なお、図１２においては、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃの各縮径部４４が除去された状態を示す。この場合においても、図１３に拡大して示すように、大径部３６ａ〜３６ｃがブロック本体１８の凹部３０に載置・支持されているので、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【００６７】
また、図１４に示すように、シリンダスリーブは、大径部３６ａ〜３６ｃおよび環状段部３８ａ〜３８ｃのみを有するものであってもよい。この場合、第１回転体６０と、該第１回転体６０の側周壁部に設けられて第１回転体６０とは独立して回転可能な第２回転体６２と、該第２回転体６２の先端部に設けられたプローブ６４とを有する摩擦撹拌接合用工具６６を使用すればよい。第１回転体６０および第２回転体６２を同時に回転付勢することによって、シリンダスリーブの外周壁部とボア穴１６の内周壁部とを接合することができる。この場合においても、環状段部３８ａ〜３８ｃを設けることなくシリンダスリーブを構成するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、大径部３６ａ〜３６ｃは必ずしも先端部に設ける必要はない。例えば、図１５に示すように、先端部からやや縮径部４４側に偏在して設けるようにしてもよい。この場合においても、縮径部４４を設ける必要は特にない。
【００６９】
さらにまた、図１６に示すように、シリンダスリーブは、縮径部４４のみを有するものであってもよい。この場合、ウォータジャケット部２２のガスケット面１２側が閉塞されていないオープンデッキ型シリンダブロックを構成することもできる。勿論、この場合においても、該シリンダスリーブがボア穴１６に挿入された際、縮径部４４は切削除去される。
【００７０】
いずれの場合においても、シリンダスリーブ２０ａ〜２０ｃは、ハイシリコン系アルミニウムからなるものに特に限定されるものではない。例えば、その他のアルミニウム合金からなるものであってもよいし、アルミニウムからなるものであってもよい。別の好適な例としては、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなるシリンダスリーブや、ＭＭＣスリーブ等を挙げることができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシリンダスリーブによれば、ブロック本体に接合するための大径部を設け、必要に応じて縮径部をさらに設けるようにしている。これら大径部または縮径部を介して接合することにより、シリンダスリーブとブロック本体とを摩擦撹拌接合にて確実に接合することができ、剛性に優れたシリンダブロックを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るシリンダスリーブを具備するシリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【図２】図１のシリンダブロックにおけるガスケット面側からの平面図である。
【図３】図１のシリンダブロックを構成するブロック本体の要部概略縦断面図である。
【図４】図３のブロック本体におけるガスケット面側からの平面図である。
【図５】本実施の形態に係るシリンダスリーブの概略全体斜視図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【図７】図５のシリンダスリーブの外周壁部をボア穴の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部概略縦断面図である。
【図８】大径部をブロック本体に接合する際の摩擦撹拌接合用工具の変位方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図９】大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合している状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図１０】大径部同士を接合する際の摩擦撹拌接合用工具の変位方向を説明するガスケット面側からの平面説明図である。
【図１１】別の実施の形態に係るシリンダスリーブの要部概略縦断面図である。
【図１２】図１１のシリンダスリーブを具備するシリンダブロックの要部拡大縦断面図である。
【図１３】図１１のシリンダブロックにおいて、大径部とブロック本体とを摩擦撹拌接合している状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図１４】縮径部が設けられていないシリンダスリーブの外周壁部をボア穴の内周壁部に摩擦撹拌接合にて接合する状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１５】また別の実施の形態に係るシリンダスリーブの要部概略縦断面図である。
【図１６】さらに別の実施の形態に係るシリンダスリーブの要部概略縦断面図である。
【図１７】一般的な多気筒クローズドデッキ型シリンダブロックの要部概略縦断面図である。
【符号の説明】
１、２２…ウォータジャケット部 ２、１２…ガスケット面
３、１０…シリンダブロック ４、１８…ブロック本体
５、１６…ボア穴 ６、２０ａ〜２０ｃ…シリンダスリーブ
１３、１４…環状切欠部 ２４ａ〜２４ｈ…ボルト穴
２６ａ、２６ｂ…壁部
２８ａ〜２８ｃ、３８ａ〜３８ｃ…環状段部
３０…凹部 ３４ａ〜３４ｃ…円筒体部
３６ａ〜３６ｃ…大径部 ４４…縮径部
４６…テーパ部 ５０、６６…摩擦撹拌接合用工具
５２、６０、６２…回転体 ５４、６４…プローブ
Claims (4)
- 内燃機関のシリンダブロックを構成するブロック本体に設けられ、且つその内部に第１環状切欠部及び第２環状切欠部を有するとともに壁部が突出形成され、さらにウォータジャケット部に連通するシリンダボアに挿入されるシリンダスリーブにおいて、
中空状の円筒体部と、
前記円筒体部の外周壁部から直径方向に沿って外部に延在する方向に突出形成され、前記ウォータジャケット部のガスケット面側を閉塞する大径部と、
前記大径部の外周壁部に設けられた段部と、
を有し、
隣接するシリンダスリーブの前記大径部同士が前記段部を介して積層されていることを特徴とするシリンダスリーブ。 - 内燃機関のシリンダブロックを構成するブロック本体に設けられ、且つその内部に第１環状切欠部及び第２環状切欠部を有するとともに壁部が突出形成され、さらにウォータジャケット部に連通するシリンダボアに挿入されるシリンダスリーブにおいて、
中空状の円筒体部と、
前記円筒体部の内周壁部が縮径されることによって設けられた縮径部と、
前記円筒体部の外周壁部から直径方向に沿って外部に延在する方向に突出形成された大径部と、
を有することを特徴とするシリンダスリーブ。 - 請求項２記載のシリンダスリーブにおいて、前記大径部の外周壁部に設けられた段部を有することを特徴とするシリンダスリーブ。
- 請求項２又は３記載のシリンダスリーブにおいて、前記縮径部がテーパ状に縮径したテーパ部を有することを特徴とするシリンダスリーブ。
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