JP5220744B2 - 基準マークを有するエンジン鋳造コンポーネント及びその機械加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関エンジンに関するものであり、特に限定されるものではないが、クランクケースの機械加工やそのためのデータム形状部分を包含するものである。

内燃機関エンジンは、複数のシリンダを有するクランクケースを有している。シリンダは、ピストンを収容し、燃焼プロセスによるピストンの往復運動は、クランクシャフトを介して伝達され、エンジンの出力トルクが生み出される。多くの場合、エンジンクランクケースは、鋳造用金属で作られており、鋳造後に機械加工されまたは成形された形状部分を含む。

クランクケースを機械加工する公知の方法は、鋳造物を機械加工装置に配置するために使用する機械加工のデータムまたは鋳造形状部分を鋳込むことを含む。機械加工装置上での鋳造物の適切に配置・位置によって、クランクケースの機械加工による様々な形状部分の形成する際の、位置的な寸法許容差が得られる。

典型的な機械加工データムは、クランクケースの金属に鋳造され且つ機械加工装置の”テーブル”における開口にフィットする”こぶ”あるいは突起である。これらのこぶは、典型的には、クランクケースの配置の他では何らの目的でも機能せず、通常、最終的に機械加工される表面上に配置され、したがって、こぶは削除される。こぶを削除する理由は、主として、機械加工され仕上げられたクランクケースの重量を減少するためであり、形状、外観を向上させ且つエンジンに同じようにフィットさせるためでもある。

既存の機械加工データム形態や鋳造金属製のクランクケースのこぶにおける一つの不利点は、典型的には方形であるその形状により、鋳造品の２自由度以上の調整が許容されないことである。そのうえ、仕上げ製品で削除される既存のデータム形態では、各機械加工操作のクォリティのための寸法チェックができない。

よって、機械加工に適した鋳造品の２自由度以上の位置を許容し、且つ、仕上げ製品において各機械加工作業のクォリティのための寸法チェックを許容する、改良された機械加工データムデザイン形態のニーズが存在している。

内燃機関エンジンのコンポーネントは、コンポーネントに形成された複数の鋳放しの形状部分と、機械加工された複数の形状部分とを含む。内燃機関エンジンのコンポーネントは、また、少なくとも一つの基準マークを含み、基準マークは、第１側面と、第１傾斜面と、第２傾斜面と、谷面とによって囲まれたキャビティを含む。少なくとも一つの基準マークは、鋳造工程中に形成され、固定対象におけるコンポーネントの配置にもちいられる。機械加工された複数の形状部分は、少なくとも一つの基準マークの領域にはない。第１傾斜面及び第２傾斜面は、相互に角度をなしている。

本発明による、基準マークである機械加工データムを有するエンジンクランクケースの概略図である。 本発明に従う基準マークである機械加工データムの詳細図である。 本発明に従う基準マークおよび位置決め部の異なる位置を示す図である。 本発明に従う基準マークおよび位置決め部の異なる位置を示す図である。 本発明に従う内燃機関エンジンのクランクケースの機械加工方法についてのフローチャートである。 シリンダヘッド接合面とクランク中子部との関係を確認するための基準マークである機械加工データムを有するエンジンクランクケースの断面図である。 本発明に従うクランクケースの寸法決定の仕組みを示す図である。

以下、本発明に従う、機械加工に適した２自由度以上の鋳造品の位置を許容し、且つ、仕上げ製品において各機械加工作業のクォリティのための寸法チェックを許容する、データムの創作あるいはマークの機械加工のための方法および装置について説明する。ここで記載するデータムは、より早い機械加工作業のための”基準”としても機能し、機械加工ののちクランクケースが完成された際に削除されないため、”基準マーク”としても表現される。

図１に、エンジン用クランクケース１００の概略を示す。図示のクランクケース１００は、Ｖ型８気筒エンジン用クランクケースである。それぞれが４つのシリンダ１０４を有する二つのバンク１０２が、クランクケースの全長に沿って対向しクランクケースの両側に配置されている。シリンダバンク１０２は、クランクケース１００の中央部の谷構造部１０６に連結されている。一方のバンク１０２で、シリンダヘッド１０８がクランクケース１００に取り付けられている状態が図示されている。シリンダヘッド１０８は、追加のエンジン構成要素（図示せず）、例えば燃料噴射器、給排気弁、オーバーヘッドカムシャフト等を含む。クランクケース１００は、また、いくつかの異なる一体的通路および／またはキャビティを含んでいる。例えば、冷却通路１１０、ターボチャージャーオイル供給路１１２、タイミングチェーン室１１６、その他等がクランクケース１００に形成されている。

中央オイル供給路１１８は、クランクケース１００の谷構造部１０６の全長にわたってドリル加工されている。俗に”ガンドリル加工”と称される作業が、供給路１１８を形成するのに用いられ、クランクケース１００の金属ボディにわたって長い開口があけられている。供給路１１８は、オイルあるいはその他流体をクランクケース１００の一端から他端へと搬送するのに用いられる。供給路１１８内のオイルは、エンジン運転中、例えば、様々なエンジン構成要素の潤滑、燃料噴射器の作動、オーバーヘッドカムシャフト構造の潤滑および／または作動など、様々な目的に使用される。供給路１１８からのオイルは他の通路に分配されるのが典型的である。

クランクケース１００は、様々な異なる機械加工による形状部分を含む。例えば、俗に”フレームデッキ”と称される、バンク１０２それぞれの頂部の表面１２０が、クランクケース１００とシリンダヘッド１０８との間の接合部分となる。クランクケース１００の谷に配置された谷表面１２２は、他のエンジン構成要素との接合部分として機能し、後部表面１２４は、トランスミッション（図示せず）を取付けるために用いられるリアハウジング（図示せず）の取付け用の接合部分として機能する。シリンダ１０４のボアは、機械加工がなされピストン（図示せず）を収容するための円筒側面１２６を有する。クランクケース１００に形成される、これらの全ての側面、およびその他の側面の多くは、正確な位置的な寸法許容差を必要としており、かかる許容差は、クランクケースの様々な機械加工作業で達成されるべきものである。

クランクケース１００は、これに形成された複数の基準マーク１２８を備えているが有利である。基準マーク１２８のそれぞれは、クランクケース１００の異なる領域に配置され、機械加工作業のための機械加工データムとして機能する。このような機械加工作業は、様々な構成要素との接合のためにクランクケース１００に要求される多くの形状部分を創作するために、鋳造後に実施される。機械加工データムは、公知なように、鋳造品に様々な形状部分を形成する加工刃やドリル等を案内するためのリファレンスポイントを配置するのを助ける形状部分を有する。

機械加工作業では、クランクケース１００の座標系を確定するための基準マーク１２８を使用し、その座標系は、後に、刃、ドリル、エンドミル等を作動させ、鋳造品を切削し、そこに様々な形状部分を形成するコンピュータ制御装置において使用される。設定されたそのような座標系は、機械加工され仕上げられたクランクケースの機能、形態およびフィッティング上より重要となるクランクケース１００の配置に基づいているのが有利である。

図２に、基準マーク１２８を拡大して断面で示す。基準マーク１２８は、鋳造工程で形成され、局部的なキャビティすなわちは窪み２０２を含む。窪み２０２は、第１側面２０４、第１傾斜面２０８、第２傾斜面２１０および谷面２１２によって囲まれている。第１傾斜面２０８は、第２傾斜面２１０に対して角度αで配向され、以下に示すように、複数軸方向への位置決めを容易にしている。基準マーク１２８は、縁部２１４に近接して配置されており、したがって、窪み２０２を囲む第２側面（図示せず）は有していない。しかしながら、縁部２１４から離れて配置された基準マークならば、第２側面を有するである。その第２側面は、窪み２０２の周囲にあって第１側面２０４と反対側にある。

図３に、装置３００に対するクランクケース１００の位置決め工程の詳細を示す。部分的に示される装置３００は、一または二以上の基準マーク１２８に対応して配列された複数の位置決め部３０２（一つのみ図示）を含む。位置決め部３０２はそれぞれ、各基準マーク１２８内にフィットするように構成され、装置３００へのクランクケース１００の配置を助ける。位置決め部３０２はそれぞれ、シャンク部３０４、第１面取り面３０６、第２面取り面３０８およびその先端部に配置された頂部３１０を含む。この工程の間、クランクケース１００は、基準マーク１２８が位置決め部３０２に係合するまで、方向３１２に沿って移動する。

図４に、基準マーク１２８に係合された位置決め部３０２の詳細を示す。位置決め部３０２が基準マーク１２８に係合している間、第１面取り面３０６は、第１傾斜面２０８と平らに整列して接触し、第２面取り面３０８は、第２傾斜面２１０と平らに整列して接触し、頂部３１０は谷面２１２と接触せず、これにより、両者の間に隙間４０２が形成されているのが有利である。

各基準マーク１２８と各位置決め部３０２との接続は、装置３００に対するクランクケース１００の３自由度の配置を可能とするのが有利である。座標系４０４は、装置３００とクランクケース１００との間の距離をあらわすように定義されるＸ軸と、装置３００とクランクケース１００との間の相対位置のアライメントをあらわす第２軸であるＹ軸と、モーメントＭ（Ｚ）は、ＸＹ各軸に直交するＺ軸まわりの、装置３００に対するクランクケース１００の相対回転をあらわすものである”モーメント”Ｍ（Ｚ）をもって定義されるモーメントＭ（Ｚ）とによって規定される。基準マーク１２８との位置決め部３０２の係合は、Ｘ軸方向動作、Ｙ軸方向動作及び軸Ｚまわりの回転に関して、装置３００上でのクランクケース１００の位置を定めると共に制限する。

Ｘ軸方向動作、Ｙ軸方向動作及び軸Ｚまわりの回転に対する制限は、互いに角度αをなす傾斜面２０８、２１０と面取り面３０６、３０８との間の接触ならびに移動抵抗及び回転抵抗によって達成されるのが有利である。角度αは、任意の鋭角に選定されており、直交座標系での拘束が望まれるときには、好ましくは、約９０度の挟角が選定される。互いに９０度に指向された少なくとも三つの基準マークの使用によって、その一つが、装置３００に対しクランクケース１００を位置決めし完全に拘束することができるのが有利である。

図５に、鋳造コンポーネントの機械加工方法に関するフローチャートを示す。コンポーネントは、先の鋳造工程で形成されており、基準マークの形状部分あるいはそこに形成されている開口を含む。ステップ５０２において、コンポーネントは、装置あるいは固定治具のすぐ近くに配置される。ステップ５０４において、鋳造コンポーネントにおける基準マークの全てあるいは幾つかは、装置に設置された前記幾つかあるいはそれ以上の位置決め部に隣接させて配置される。ステップ５０６において、各基準マークが対応する位置決め部のそれぞれと係合するように、コンポーネントが装置上に配置される。ステップ５０８において、各基準マークは、コンポーネントを装置に対して３自由度で拘束するのが有利である。ステップ５１０において、装置は、コンポーネントに対し、例えば、平削り、研削、穴あけ、研磨等の様々な機械加工作業を実施する。ステップ５１２において、機械加工工程が完了したならば、コンポーネントは、それまでと同じあるいは別の位置決め部と係合する同じあるいは別の基準マークを使用して装置に対して任意的に再配置される。

図６の断面図には、クランク中子部開口６０２の配置及び配向を設定することができるクランクケース６００用完成データム形状部分の一実施の形態が示されてる。クランクケース６００は、シリンダバンク６０６の頂部に表面６０４を有する。シリンダバンク６０６を構成する複数のシリンダボア開口６０８は、クランクケース６００を形成する鋳造工程中に作られるのが典型的である。穴または開口６０８は、通常、クランク中子の周りに金属を流した際に作られる。表面６０４と各シリンダボア開口６０８との適切なアライメントやセンタリングを確保することは、クランクケース６００の構造において有利である。

クランクケース６００に関する表面６０４の配置は、上述したような複数の基準マーク６１０（三つのうちの一つのみ図示）の使用によって確立される。第２の複数の中子基準マーク６１２を使用することによって、表面６０４によって画定される平面と、クランク中子、間接的には各シリンダボア開口６０８との関係が確立されるのが有利である。中子基準マーク６１２は、クランクケース６００を鋳造する工程中に、クランクケース６００内のクランク中子の近くに形成される。中子基準マーク６１２のそれぞれは、クランクケース６００の谷部６１４に配置され、二つのバンク（ここでは一つのバンク６０６のみ図示）の位置の基準に用いられるのが有利である。

中子基準マーク６１２のそれぞれは、クランクケース６００の谷部６１４の谷面６１８に平行となるべき底面６１６を含む方形形状を有し、且つ、シリンダボア開口６０８が適切に整列したときに表面６０４と所定の距離及び角度にあるのが好ましい。左側のバンク６０６上の表面６０４、右側のバンク（図示せず）の対応する面、及び、全体的にみたときの中子基準マーク６１２によって定義されるラインあるいは個別的にみたときのポイントを位置決めすることによって、鋳造過程での中子配置と共に、クランクケース６００の全ての鋳造上及び機械加工上の形状部分が得られるのが有利である。

図７には、クランクケース７００に適用した寸法決定の仕組みをあらわす図が示されている。クランクケース７００は、各シリンダヘッド接合面と一致するように定義された一組の平面または表面Ａ，Ｂを有する。表面Ａ，Ｂは、上述したように基準マークで定義される。公知であるが、クランクシャフトセンターラインから表面Ａ，Ｂまでの距離Ｄ、及び、表面Ａ，Ｂの間の角度は、クランクケース７００の適合、形成および機能において重要である。クランクケース７００を機械加工するためのセットアップや検査を容易にすべく、上述したように、二つのバンクの間の中子基準マークによって確立される高さＣに基づいて、高さｄが決定される。したがって、高さＣを確立する中子基準マークと同様、表面Ａ，Ｂを確立する基準マークは、クランクケース７００の重要な寸法パラメータを的確に定義するのが有利である。

本発明は、本質的な特徴や思想から逸脱することなく他の具体的な形態として実施される。記載した実施の形態においては、どの事項も、あくまでも説明例にすぎず、限定されるべきものではない。本発明の範囲は、したがって、前述の説明よりも添付の請求の範囲によって示される。請求の範囲の均等の範囲や意味するところに入る全ての変更は、本発明の範囲に含まれる。

Claims (10)

1. 内燃機関エンジンのコンポーネントであって、
   そのコンポーネントに形成された複数の鋳放し形状部分と、
   機械加工された複数の形状部分と、
   少なくとも一つの基準マークとを備え、
   前記基準マークは、
   第１側面と、第１傾斜面と、第２傾斜面と、谷面とによって囲まれたキャビティを有し、
   前記少なくとも一つの基準マークは、鋳造工程中に形成され、
   前記基準マークは、固定対象にコンポーネントを配置するために用いられ、
   前記機械加工された複数の形状部分は、前記少なくとも一つの基準マークの領域に設けられず、
   前記第１傾斜面及び第２傾斜面は、交差している、
   ことを特徴とする内燃機関エンジンのコンポーネント。
2. 前記第１傾斜面及び第２傾斜面の間の角度は、約９０度である、
   請求項１に記載のコンポーネント。
3. 前記少なくとも一つの基準マークは、固定対象に設けられた位置決め部と係合するように配置され、
   前記位置決め部は、第１面取り面、第２面取り面及び頂部を含み、
   前記第１面取り面及び第２面取り面は、前記コンポーネントが固定対象に配置されたときに、前記第１傾斜面及び第２傾斜面と接触する、
   請求項１に記載のコンポーネント。
4. 前記コンポーネントは、内燃機関エンジンのクランクケースであり、
   前記機械加工された複数の形状部分には、平坦なシリンダヘッド接合面が含まれている、
   請求項１に記載のコンポーネント。
5. 第２基準マーク及び第３基準マークをさらに備え、
   前記少なくとも一つの基準マークと、前記第２基準マークと、前記第３基準マークとは、前記シリンダヘッド接合面の縁部に隣接されて配置されており、
   前記少なくとも一つの基準マークと、前記第２基準マークと、前記第３基準マークは、それぞれが、他と異なる配向に配置されている、
   請求項４に記載のコンポーネント。
6. コンポーネントに形成された複数の鋳放しの形状部分の少なくとも幾つかは、鋳造工程のための中子を用いて形成され、
   コンポーネントはさらに、鋳造工程中に中子によって形成された複数の中子基準マークを備えている、
   請求項１に記載のコンポーネント。
7. 内燃機関エンジン用クランクケースであって、
   該クランクケースに形成された複数の鋳放し形状部分と、
   機械加工された第１シリンダヘッド接合面を一端に有する第１バンクに配置された複数のシリンダボアと、
   前記第１シリンダヘッド接合面の端部に隣接し遠位部に配置された第１基準マーク及び第２基準マークと、
   前記第１シリンダヘッド接合面の縁部に隣接して配置され、前記第１基準マーク及び第２基準マークに対して回転されている第３基準マークとを備え、
   前記第１基準マークと、前記第２基準マークと、前記第３基準マークのそれぞれは鋳造工程中に形成され、
   第１側面と、第１傾斜面と、前記第１傾斜面と内角をなすように配置された第２傾斜面と、谷面とによって四方が囲まれたキャビティを有し、
   前記第１基準マークと、前記第２基準マーク、前記第３基準マークのそれぞれは、固定対象上で、クランクケースを、第１軸方向、第２軸方向及び第１回転方向に関して拘束することが可能であり、
   前記第１シリンダヘッド接合面は前記第１ないし第３の基準マークの領域に設けられていない、
   ことを特徴とする内燃機関エンジン用クランクケース。
8. 前記内角は、９０度であり、
   前記第１軸方向は、前記第２軸方向と直交し、
   前記第１回転方向は、前記第１軸方向および第２軸方向と直交する第３軸を軸心まわりである、
   請求項７に記載のクランクケース。
9. 前記第１バンクに対し所定角を有し、機械加工された第２シリンダヘッド接合面を一端に有する第２バンクと、
   前記第２シリンダヘッド接合面の端部に隣接し遠位部に配置された追加第１基準マーク及び追加第２基準マークと、
   前記第２シリンダヘッド接合面の縁部に隣接して配置され、前記追加第１基準マークと前記追加第２基準マークに対して回転されている追加第３基準マークと、をさらに備え、
   前記第２シリンダヘッド接合面は前記追加第１ないし追加第３基準マークの領域に設けられておらず、
   前記追加第１基準マークと、前記追加第２基準マークと前記追加第３基準マークのそれぞれは、
   追加第１側面と、
   追加第１傾斜面と、
   前記追加第１傾斜面と鋭角をなすように配置された追加第２傾斜面と、
   追加谷面と、によって四方が囲まれており、
   前記追加第１基準マークと、前記追加第２基準マークと、前記追加第３基準マークのそれぞれは、固定対象上で、クランクケースを、追加第１軸方向、追加第２軸方向及び追加第１回転方向に関して拘束することができる、
   請求項７に記載のクランクケース。
10. 鋳造工程で複数のシリンダボアを形成するクランク中子によって形成された複数の中子基準マークをさらに備えた、
    請求項７に記載のクランクケース。

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