JP5446099B2 - エンジン用シリンダの加工方法と加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックに開設されたシリンダボアを加工する方法と装置に関する。

一般に、シリンダボアは、自動車のエンジンを組み立てる際の、シリンダブロックとシリンダヘッドとをボルト締結するときの締付力や、エンジンを実動させたときに熱的影響により変形する。

このような変形は、極力防止し、円滑にピストンが摺動するシリンダボアとすることが好ましい。したがって、最近では、シリンダボアを成形するに当って、予めシリンダボアを変形させてホーニング加工し、実際の運転時のシリンダボアの状態が極力真円状態になるようにしている。

例えば、下記特許文献１には、シリンダヘッドに相当するダミーヘッドを使用し、このダミーヘッドとシリンダブロックとをガスケットを介してボルト締めすることにより予めシリンダボアを変形させると共に、シリンダボア内に加熱手段を挿入してシリンダボアを予め加熱変形させ、この状態でホーニング加工することにより、ボルト締結時やエンジン運転時のボア変形部分を取り除き、組み立て後のシリンダボアの真円度を向上させるという方法が開示されている。

しかし、この方法は、ダミーヘッドをシリンダブロックに締結するとき、ガスケットあるいは面圧調整用シム等の介在物を使用すると共に、ダミーヘッドのシリンダブロック当接面に突起を形成して締結するので、介在物の劣化や突起の「へたり」により面圧変動が生じ、各ワークのシリンダボアでの真円度が変動し、均一な精度が得られない虞がある。

また、ダミーヘッドをシリンダブロックに締結した状態でホーニング加工を行うので、生産加工ラインでの締結工数が増大し、作業性が低下し、生産コストが増大する。

さらに、加熱手段によるシリンダボアの加熱は、加熱手段をシリンダボア内に挿入するので、実際のエンジン運転状態のボア温度のように、シリンダボア上部の温度をシリンダボア下部よりも高めに調節することが困難となり、しかも、加熱後に加熱手段をホーニング装置に入れ替えてホーニング加工することになるので、ボア温度が低下し、加工後のシリンダボアの真円度がエンジン運転状態を十分再現することができない虞もある。

加えて、シリンダボアの加熱手段として専用の加熱装置が必要となり、設備コストが増大するという不具合もある。
特開昭６２-２８７９６５号公報（特許請求の範囲、及び第２図〜第５図など参照）

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、ダミーヘッドなどのような付帯設備を使用することなく、押圧手段によりシリンダブロックを直接押圧することにより実際のエンジンの状態と同等の状態を簡単に生じさせることができ、生産コスト的にも生産作業性の面でも有利な、実動時のシリンダボアの精度（真円度）を高めることができるエンジン用シリンダの加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、エンジンのシリンダブロックに設けられたシリンダボアを加工する場合に、前記シリンダブロックにシリンダヘッドをボルト締め締結することによる前記シリンダボアの変形状態を予め模擬的に生じさせるように、前記シリンダブロックを押圧手段により直接押圧し、前記変形状態のシリンダボアをホーニング加工する、エンジン用シリンダの加工方法と加工装置である。本発明においてシリンダブロックを押圧手段により直接押圧する際には、シリンダブロックのシリンダヘッド取付面を押圧すると共にシリンダブロックに形成されたウォータージャケット部の内壁部分をシリンダボアの内方に向って押圧することを特徴としている。

本発明によれば、シリンダブロックにシリンダヘッドをボルトにより締結した実際のエンジンの状態と同等の状態を、押圧手段によりシリンダブロックのシリンダヘッド取付面を直接押圧することにより生じさせ、シリンダボアをホーニング加工するので、ダミーヘッドや面圧調整用シムなどを使用せず、実際のエンジンと同等の状態を簡単に生じさせることができ、生産コスト的にも生産作業性の面でも有利となり、しかも、実動時のシリンダボアの精度（真円度）を高めることができる。また、押圧手段によりウォータージャケットの内壁部分をシリンダボアの内方に向って押圧すれば、ウォータージャケットの冷却水が流通する通路乃至空間に邪魔されることなくボアの変形状態が得られ、簡単でかつ確実に、実動時のシリンダボアの精度（真円度）を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明に係るエンジン用シリンダの加工する加工装置の一例示す側面図、図２は同加工装置の要部を示す分解断面図である。

本発明に係るエンジン用シリンダの加工は、概して、シリンダボアをホーニング加工する前に、シリンダブロックにシリンダヘッドをボルト締め締結したときに生じるシリンダボアの変形状態を、押圧手段によりシリンダブロック上面を直接押圧することにより生じさせ、この状態でホーニング加工するものである。

このような変形状態の形成とホーニング加工とを行なう加工装置は、例えば、図１に示すように、ベース１上に、シリンダブロック２が載置される支持台３と支柱４とを立設し、支柱４の頂部に設けられた頂板５からホーニング部６と、シリンダブロック２の上面２ａを押圧する押圧手段１０を垂下したものである。

支持台３は、ベース１上に昇降可能に設けられ、図２に示すように、載置されたシリンダブロック２を固定保持するクランプ部材７を有している。

押圧手段１０は、頂板５から垂下された４本の油圧シリンダからなる昇降手段１１と、昇降手段１１の下端に取付けられ、中央にホーニング部６が挿通する開口部１２が開設された基板１３と、基板１３の下面に取付けられた押圧部材１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの総称）と、これら押圧部材１５による押圧力に対抗するようにシリンダブロック２を支持する支持部材１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの総称）とを有している。

図３は同加工装置の押圧手段の押圧部材を示す底面図、図４は図２の４−４線に沿う端面図である。

基板１３は、図３に示すように、下面に押圧部材１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが開口部１２を隔てて対向する位置に設けられている。これら取付位置は、例えば、直列エンジンの場合、図４に斜線で示すような、シリンダボア８のフロントＦＲ、リヤＲＲ、スラストＴＨ及びアンチスラストＡＴＨの４位置である。

シリンダブロック２にシリンダヘッドをボルトにより締結した実際の組付け時に生じるシリンダボアの変形状態は、シリンダボア８のフロント、リヤ、スラスト及びアンチスラストの４位置相互間で生じるが、このような変形状態（４次変形）を得るには、シリンダボア８のフロント、リヤ、スラスト及びアンチスラストの４位置を加圧すれば良い。これら４つの位置は、実際にシリンダブロック２にシリンダヘッドを４本のボルトを使用して組付けたときに、シリンダボア８が変形する状態を生じさせる加圧位置に対応しており、これら４位置を加圧することにより実際のシリンダボア８の変形状態を生じさせることができる。

したがって、これら４つの位置を加圧し、シリンダボアの内方に向って変形させた状態で、ホーニング加工すれば、内方変形した部分が除去され、加工後のシリンダボアは、実動時に真円度の高いシリンダボアにすることができる。

特に、本実施形態の押圧手段１０は、シリンダブロック２の上面２ａであるシリンダヘッド取付面を直接４つの押圧部材１５により押圧することによりシリンダボアの内方に向って変形させた状態にすることができる。したがって、実際のエンジンのボア変形状態を、シリンダブロック２のシリンダヘッド取付面２ａを押圧することにより得られるので、作業能率が向上し、生産コスト的に有利となる。

ただし、ウォータージャケット部９を有するエンジンの場合、ウォータージャケット部９の内壁部分９ａをシリンダボア８の内方に向かって押圧すれば、ウォータージャケット部９の冷却水が流通する通路乃至空間に邪魔されることなく、ボアの変形状態が得られ、簡単でかつ確実に、実動時のシリンダボアの精度（真円度）を高めることができる。

図５は各押圧部材を例示するもので、（Ａ）はバネ式、（Ｂ）は油圧式を示し、図６は図３の６−６線に沿う断面図である。

各押圧部材１５の押圧は、精度よく加えられることが好ましいので、本実施形態では、例えば、図５Ａに示すように、昇降手段１１により後退不能に支持された状態の基板１３にピン１６を中心に回動可能に設けられたＬ字状の押圧片１７と、基板１３との間にバネ１８を介装し、このバネ圧により押圧片１７の押圧面部１７ａがシリンダブロック２の上面２ａを加圧するようにしている。なお、図中の符号「１９」はストッパである。

また、図５Ｂに示すように、基板１３に小型のシリンダ１９を設け、シリンダ１９内のピストン２０に押圧片１７を取付け、ピストン２０とシリンダ１９との間にリターンバネ２０を介装し、小型のシリンダ１９に外部から油圧（白抜き矢印）を掛け、ピストン２０によりシリンダブロック２の上面２ａを加圧するようにしてもよい。なお、図中、「２１」は油圧供給管路、「２２」はＯリングである。

押圧手段１０の押圧部材１５を、バネ又は流体圧により作動させると、付加荷重が安定し、均一な押圧力をシリンダブロックに加えることができ、シリンダボアの精度（真円度）を高めることができる。

ただし、押圧手段１０による押圧が、シリンダブロック２のスカート部を変形させることは好ましくないので、本実施形態では、図２に示すように、シリンダブロック２にボルトを螺合するボルト孔２３（図４参照）の延長線上に支持部材１６（１６ａ，１６ｂなど）を配置し、支持部材１６によって押圧手段１０の押圧力に対抗させるようにしている。このようにすれば、押圧手段１０による押圧力を支持部材１６が支持するので、シリンダブロック２が不必要に変形せず、実動時のシリンダボアの精度（真円度）を高めることができる。

さらに、本実施形態の押圧手段１０は、基板１１の押圧部材１５に隣接して加熱手段２２が配置されている。加熱手段２２は、エンジン運転状態のシリンダボア８の温度分布状態を再現するためのもので、図６に示すように、基盤１３に、電気的ジュール熱により加熱されるヒータ部２３と、セラミックなどからなる当接部２４が取り付けられている。

このように本実施形態の加熱手段２２は、直接シリンダブロック２の上面２ａに接するようにしているので、シリンダブロック２の上面２ａから加熱することができ、これによりシリンダヘッド取付面側と、反取付面側との間で温度差（例えば、１５℃程度）を生じさせ、エンジン運転状態のシリンダボア８の温度分布状態を再現することができる。この結果、加熱手段２２によりシリンダブロック２を加熱し、シリンダヘッド取付面側と反取付面側との間で温度差を生じさせた状態でホーニング加工を行えば、実際のエンジン運転状態と同様に、シリンダブロックのシリンダヘッド取付面側の温度が高く、反取付面側の温度が低く設定でき、実動時のシリンダボアの精度（真円度、真直度）を高めることができる。

次に、加工方法について説明する。

図７は、本発明に係るシリンダボアの押圧時の状態を示すもので、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿うシリンダボアの端面図、（Ｂ）は（Ａ）のスラスト−アンチスラスト面の端面図である。

まず、ボルト締結によるシリンダボアの変形状態を再現する４次変形の場合について説明する。シリンダブロック２を支持台３上に載置し、クランプ部材７により固定保持する。次に、押圧手段１０を下降し、シリンダブロック２の上面２ａであるシリンダヘッド取付面に基板１３をセットし、図外の制御部において、４つの押圧部材１５がシリンダブロック２の上面２ａが所定の押圧力で押圧していることを確認する。

この押圧は、シリンダボア８のフロントＦＲ、リヤＲＲ、スラストＴＨ及びアンチスラストＡＴＨの４つの位置で行なう。これによりシリンダボア８は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ボア８の上端から所定長下方の、フロントＦＲ、リヤＲＲ、スラストＴＨ及びアンチスラストＡＴＨの各位置相互間の部分が内方に膨出し、ボルト締め締結したときに生じるシリンダボアの４次変形状態が再現できる。

また、押圧手段１０の下降に伴い加熱手段２２も直接シリンダブロック２の上面２ａに接触する。これにより、シリンダブロック２のシリンダヘッド取付面側と、反取付面側との間で温度差が生じ、エンジン運転状態のシリンダボア８の温度分布状態を再現することができる。この温度分布状態の再現は、押圧手段１０を下降するのみで、シリンダボアを上端から加熱することができるので、作業性が向上する。

そして、この状態でホーニング部６を下降し、ホーニング加工する。

図８は、ホーニング完了時のシリンダボアの状態を示すもので、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿うシリンダボアの端面図、（Ｂ）は（Ａ）のスラスト−アンチスラスト面の端面図である。図８Ａに示すように、ホーニング加工が完了すれば、４次変形により内方に膨出した部分がホーニング砥石により除去され、成形後のシリンダボア８は、真円状態になる。

したがって、このシリンダブロック２をシリンダヘッドに取付けると、常温時でのシリンダボア８は、熱収縮し、図８Ｂに破線部分で示すように、シリンダボアの上端部分が縮径状態となるが、運転時には実線で示すように、正常な真円状態になる。この結果、シリンダボア８は、実質的にその真円度が向上し、また、図８Ｂより明らかなように、ボア上面から下面まで直状となり、真直度も向上することになる。

次に、シリンダボア８が熱変形を受けた場合の変形状態である、スラスト方向とアンチスラスト方向を変形させる場合について説明する。

直列エンジンでは、他のシリンダに挟まれたフロント位置とリヤ位置の部分で温度が高温になり、フロントとリヤの方向に長軸を有する楕円形状となる。なお、ウォータージャケット部９を有するエンジンの場合には、ウォータージャケット部９により冷却されるので、この楕円形状が多少円形に近いものとなる。

したがって、このような熱的影響を防止するには、フロントとリヤの方向に対応してスラストとアンチスラストの方向の長さを大きくすれば、真円度を確保することができることになるので、本実施形態では、スラスト位置とアンチスラスト位置の２つの位置を押圧手段１０により押圧し、スラスト位置とアンチスラスト位置の部分を内方に膨出させ、ホーニング加工によりこの内方変形部分を除去する。

具体的には、上述の４次変形の場合と同様、シリンダブロック２を支持台３上に載置し、クランプ部材７により固定保持する。次に、スラスト方向とアンチスラスト方向の２つの押圧手段１０を下降し、シリンダブロック２の上面２ａであるシリンダヘッド取付面にセットし、２つの押圧部材１５によりシリンダブロック２の上面２ａにおけるスラスト位置ＴＨとアンチスラスト位置ＡＴＨとを所定の押圧力で押圧する。ウォータージャケット部９を有するエンジンの場合は、ウォータージャケット部９の内壁部分９ａをシリンダボア８の内方に向かって所定の圧力で押圧する。

この押圧によりシリンダボア８は、スラスト位置ＴＨとアンチスラスト位置ＡＴＨの部分が内方に変形する。

この場合も、押圧手段１０に設けられている加熱手段２２を直接シリンダブロック２の上面２ａに接触させて加熱すると、シリンダブロック２のシリンダヘッド取付面側と、反取付面側との間で温度差を生じさせることができる。

この状態でホーニング部６を下降し、ホーニング加工すると、スラスト位置ＴＨとアンチスラスト位置ＡＴＨの部分が切除される。この結果、エンジン運転時の熱的影響を受けたときに、フロントとリヤの方向の長さに対応してスラストとアンチスラストの方向の長さを大きくなり、熱変形による楕円の修正ができ、エンジン暖機状態でのシリンダボア真円度、エンジン運転状態のシリンダボア８の真円度を向上させることができ、また、真直度も向上する。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、上述した実施形態では、ベース１上の支持台３にシリンダブロック２を載置し、上方から押圧手段１０が加工して加圧するものであるが、これのみに限定されるものではなく、押圧手段によりシリンダブロック上面を直接押圧することによりシリンダボアの変形状態を生じさせるものであれば、どのような装置を使用してもよい。

本発明は、実際のエンジン運転時において、シリンダボアの真円度の高いシリンダブロックを容易に製造できる。

本発明に係るエンジン用シリンダの加工装置の一例示す側面図である。 同加工装置の要部を示す分解断面図である。 同加工装置の押圧手段の押圧部材を示す底面図である。 図２の４−４線に沿う端面図である。 各押圧部材を例示するもので、（Ａ）はバネ式、（Ｂ）は油圧式を示す断面図である。 図３の６−６線に沿う断面図である。 本発明に係るシリンダボアの押圧時の状態を示すもので、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿うシリンダボアの端面図、（Ｂ）は（Ａ）のスラスト−アンチスラスト面の端面図である。 本発明に係るシリンダボアのホーニング完了時の状態を示すもので、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿うシリンダボアの端面図、（Ｂ）は（Ａ）のスラスト−アンチスラスト面の端面図である。

符号の説明

２…シリンダブロック、
２ａ…シリンダヘッド取付面、
６…ホーニング部、
８…シリンダボア、
９…ウォータージャケット部、
９ａ…内壁部分、
１０…押圧手段、
１５…押圧部材、
１６…支持部材、
１８…バネ、
２１…油圧通路、
２３…ボルト孔、
ＦＲ…シリンダボアのフロント位置、
ＲＲ…シリンダボアのリヤ位置、
ＴＨ…シリンダボアのスラスト位置、
ＡＴＨ…シリンダボアのアンチスラスト位置。

Claims (6)

1. エンジンのシリンダブロックに設けられたシリンダボアを加工する方法であって、
   前記シリンダブロックにシリンダヘッドをボルト締め締結することによる前記シリンダボアの変形状態を予め模擬的に生じさせるように、前記シリンダブロックを押圧手段により直接押圧する加圧変形工程と、
   前記変形状態のシリンダボアをホーニング加工する工程と、
   を有し、
   前記加圧変形工程は、前記シリンダブロックのシリンダヘッド取付面を押圧すると共に前記シリンダブロックに形成されたウォータージャケット部の内壁部分を前記シリンダボアの内方に向って押圧することを特徴とするエンジン用シリンダの加工方法。
2. 前記加圧変形工程は、前記シリンダブロックの押圧位置を、前記シリンダヘッド取付面における前記シリンダボアのフロント、リヤ、スラスト及びアンチスラストの４位置、又は、スラストとアンチスラストの２位置としたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン用シリンダの加工方法。
3. 前記押圧手段は、前記シリンダブロックを押圧する押圧部材を、バネ又は流体圧により作動させることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン用シリンダの加工方法。
4. 前記押圧手段は、前記シリンダブロックにボルトを螺合するボルト孔の延長線上に配置した支持部材により前記押圧部材による押圧力に対抗するように前記シリンダブロックを支持することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン用シリンダの加工方法。
5. 前記押圧手段は、前記シリンダブロックを押圧する前記押圧部材と、当該押圧部材に隣接して配置された加熱手段とを有し、当該加熱手段により前記シリンダブロックを加熱し、前記シリンダヘッド取付面側と反取付面側との間で温度差を生じさせた状態で、前記押圧部材により押圧することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエンジン用シリンダの加工方法。
6. エンジンのシリンダブロックに設けられたシリンダボアの加工装置であって、
   前記シリンダブロックにシリンダヘッドをボルト締め締結することによる前記シリンダボアの変形状態を予め模擬的に生じさせるように前記シリンダブロックを直接押圧する押圧手段と、
   前記変形状態のシリンダボアをホーニング加工するホーニング部と、
   を有し、
   前記押圧手段は、前記シリンダブロックのシリンダヘッド取付面を押圧すると共に前記シリンダブロックに形成されたウォータージャケット部の内壁部分を前記シリンダボアの内方に向って押圧するエンジン用シリンダの加工装置。

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