JP6224577B2

JP6224577B2 - シリンダブロックの熱処理装置

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Publication number: JP6224577B2
Application number: JP2014265477A
Authority: JP
Inventors: 真一郡山; 雄貴伊藤; 基菅原; 博志北川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: CN105734240B; US10113210B2; CN105734240A; US20160186279A1; JP2016125081A

Description

本発明は、シリンダブロックの熱処理装置及びシリンダブロックの熱処理方法の技術に関する。

シリンダブロックは、エンジンを構成する部品として公知である。シリンダブロックの熱処理装置及び熱処理方法としては、シリンダブロックの焼入れの冷却時において、シリンダブロックの両側面に冷却空気を供給する装置及び方法が開示されている（特許文献１）。

しかし、シリンダブロックは、シリンダとクランクケースとがアルミニウム合金の一体鋳造によって形成されている複雑な構成である。そのため、特許文献１に開示されるシリンダブロックの熱処理装置及び熱処理方法のように単に両側面に冷却空気を供給する構成では、シリンダブロックを効率良く昇温又は降温させることができない。

特開２００８−３０３４３７号公報

本発明の解決しようとする課題は、効率良く熱処理をすることができるシリンダブロックの熱処理装置及びシリンダブロックの熱処理方法を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、供給される気体によってシリンダブロックに熱処理を施すシリンダブロックの熱処理装置であって、前記シリンダブロックのボアの軸線方向の一側又は他側から該ボアに向かうように気体を供給する第一供給部を備えるものである。

請求項２においては、請求項１に記載のシリンダブロックの熱処理装置であって、前記シリンダブロックのボアの軸線方向の一側又は他側から該シリンダブロックのボア配列方向の側面に向かうように気体を供給する第二供給部を備えるものである。

請求項３においては、請求項１又は２に記載のシリンダブロックの熱処理装置であって、前記第一供給部及び前記第二供給部には、それぞれ気体の吹出口となる供給孔が形成され、前記第一供給部及び／又は前記第二供給部の供給孔は、前記シリンダブロックのボア配列方向に沿ったスリット形状に形成されるものである。

請求項４においては、請求項３に記載のシリンダブロックの熱処理装置であって、前記供給孔のボア配列方向の長さは、熱処理が施される前記シリンダブロックのうちで最大のシリンダブロックのボア配列方向の長さよりも長いものとされるものである。

請求項５においては、請求項３又は請求項４に記載のシリンダブロックの熱処理装置であって、前記第二供給孔は、熱処理が施される前記シリンダブロックのうちで最小のシリンダブロックのボア配列方向の両側面よりも短手方向外側であって、熱処理が施される前記シリンダブロックのうちで最大のシリンダブロックのボア配列方向の両側面よりも短手方向内側となる範囲内に位置するように配置されているものである。

請求項６においては、供給される気体によってシリンダブロックに熱処理を施すシリンダブロックの熱処理方法であって、前記シリンダブロックのボアの軸線方向の一側又は他側から該ボアに向けて気体を供給するものである。

本発明のシリンダブロックの熱処理装置及びシリンダブロックの熱処理方法によれば、効率良く熱処理をすることができる。

熱処理装置の構成を示した模式図。供給ユニットの構成を示す模式図。供給ユニットの作用を示した模式図。供給ユニットと複数のサイズのシリンダブロックとの位置関係を示す模式図。熱処理装置の効果を示したグラフ図。熱処理装置の効果を示した別のグラフ図。

図１を用いて、熱処理装置１００の構成について説明する。
なお、図１では、熱処理装置１００の構成を模式的に表している。なお、図１の破線は、電気信号線を表している。また、図１の二点鎖線は、空気の循環方向を表している。さらに、図１では、説明を分かり易くするため、処理室１６等の内部を透過して表している。

熱処理装置１００は、本発明のシリンダブロックの熱処理装置、及び本発明のシリンダブロックの熱処理方法を実施するための熱処理装置に係る実施形態である。本実施形態の熱処理装置１００は、気体としての空気によってシリンダブロックＷに熱処理を施す装置である。また、本実施形態の熱処理装置１００は、シリンダブロックＷを時効処理するために昇温させるものとする。

熱処理装置１００は、供給ユニット１０と、循環ファン収納室１３と、ヒータ収納室１４と、複数の循環ダクト１５・・１５と、処理室１６と、制御手段（以下、コントローラ）５０と、循環ファン５１と、ヒータ５２と、を備えている。

熱処理装置１００においては、処理室１６とヒータ収納室１４とが連通され、ヒータ収納室１４と循環ファン収納室１３とが循環ダクト１５を介して連通され、循環ファン収納室１３と処理室１６とが循環ダクト１５を介して連通されることにより、空気の循環路が構成されている。

循環ファン収納室１３には、循環ファン５１が収納されている。循環ファン５１は、コントローラ５０と接続されており、循環ファン５１により前記空気が前記循環路内において循環される。

循環ファン収納室１３の下流側には、循環ダクト１５を介して処理室１６が連通されている。前記循環路内においては、空気は、循環ファン５１により、循環ファン収納室１３→循環ダクト１５→処理室１６→ヒータ収納室１４→循環ダクト１５→循環ファン収納室１３、の順に循環する。

処理室１６には、熱処理の対象物であるシリンダブロックＷが収納されている。処理室１６の下端部、即ち処理室１６における空気の流れ方向の上流側端部には、供給ユニット１０が配置されている。供給ユニット１０の前記上流側には、温度センサー５３が設けられている。温度センサー５３は、コントローラ５０と接続されている。

処理室１６における空気の流れ方向の下流側端部には、ヒータ収納室１４が連通されている。ヒータ収納室１４には、ヒータ５２が収納されている。

コントローラ５０は、処理室１６に所定温度かつ所定風量の空気を送り込むように、循環ファン５１と、ヒータ５２と、を制御するものである。コントローラ５０は、循環ファン５１と、ヒータ５２と、温度センサー５３と、に接続されている。

コントローラ５０は、温度センサー５３によって処理室１６に送り込む空気の温度を検知する機能を有している。また、コントローラ５０は、所定温度かつ所定風量の空気を処理室１６に送り込むように、循環ファン５１と、ヒータ５２と、を制御する機能を有している。

なお、本実施形態の熱処理装置１００では、例えば２００℃の温度の空気を２０ｍ／ｓの風量で供給ユニット１０を通じて処理室１６に送り込むように、循環ファン５１と、ヒータ５２と、を制御するものの、本発明はこれに限定されるものではない。

図２を用いて、供給ユニット１０の構成について説明する。
なお、図２では、供給ユニット１０の構成を斜視にて模式的に表している。また、以下では、図２に示す長手方向（処理室１６内に設置されるシリンダブロックＷのボアＢの配列方向）及び短手方向に従って説明するものとする。さらに、図２では、説明を分かり易くするため、シリンダブロックＷを透過して二点鎖線で表している。

処理室１６内に設置されたシリンダブロックＷの上部には、ボアＢ・Ｂ・・・が形成されている。また、シリンダブロックＷの下部には、ボアＢ・Ｂ・・・に連続してクランク室Ｃ・Ｃ・・・が形成されている（図３及び図４参照）。

つまり、ボアＢ・Ｂ・・・及びクランク室Ｃ・Ｃ・・・は、ボアＢ・Ｂ・・・の軸線方向となる上下方向に連続して形成されており、ボアＢ・Ｂ・・・とクランク室Ｃ・Ｃ・・・とで、シリンダブロックＷを上下方向に貫通している。

また、シリンダブロックＷに複数形成されるボアＢ・Ｂ・・・は、ボアＢ・Ｂ・・・の軸線方向と直交する方向（図２における長手方向）に配列されている。なお、本実施形態のシリンダブロックＷは、アルミ合金で形成されているものとする。

供給ユニット１０は、後述する第一供給部１１・１１及び第二供給部１２・１２を通じて処理室１６に循環空気を送り込むことにより、シリンダブロックＷに対して循環空気を供給するものである。供給ユニット１０は、処理室１６内に設置されたシリンダブロックＷの下方に配置されている。

言い換えれば、供給ユニット１０は、シリンダブロックＷのボアＢの軸線方向におけるクランク室Ｃ側に配置されている。供給ユニット１０は、第一供給部１１・１１と、第二供給部１２・１２と、を備えている。

第一供給部１１・１１は、供給ユニット１０の短手方向の略中央部にて長手方向に沿って互いに平行に隣接して形成されている。第一供給部１１は、短手方向の断面視（第一供給部１１を短手方向に切断した場合の断面形状）が略台形形状となるように形成されている。

第一供給部１１の先端側（循環空気の流れ方向の下流側）には、空気の吹出口となる第一供給孔１１Ａが開口されている。第一供給孔１１Ａは、スリット（細長孔）形状に形成されている。

第一供給部１１・１１は、シリンダブロックＷのクランク室Ｃの下方（循環空気の流れ方向の上流側）に配置され（図３参照）、第一供給孔１１Ａ・１１Ａから処理室１６内のシリンダブロックＷのボアＢに向かうように循環空気が供給される。

ここで、第一供給部１１の長手方向の長さをＬとする。また、短手方向における第一供給孔１１Ａ・１１Ａ間の長さを間隔Ｄ１とする。

第二供給部１２・１２は、供給ユニット１０の短手方向における第一供給部１１・１１の両外側にて長手方向に沿って互いに平行に形成されている。第二供給部１２は、短手方向の断面視（第二供給部１２を短手方向に切断した場合の断面形状）が略台形形状となるように形成されている。

第二供給部１２の先端側（循環空気の流れ方向の下流側）には、空気の吹出口となる第二供給孔１２Ａが開口されている。第二供給孔１２Ａは、スリット（細長孔）形状に形成されている。

第二供給部１２・１２は、シリンダブロックＷの長手方向の両側面（両側の外側面）の下方（循環空気の流れ方向の上流側）に配置され、第二供給孔１２Ａ・１２Ａから処理室１６内のシリンダブロックＷの長手方向の両側面に向かうように循環空気が供給される。

ここで、第二供給部１２の長手方向の長さは、第一供給部１１の長手方向の長さと同一（長さＬ）である。また、短手方向における第二供給孔１２Ａ・１２Ａ間の長さを間隔Ｄ２とする。

図３を用いて、供給ユニット１０の作用について説明する。
なお、図３では、供給ユニット１０の作用を短手方向の断面視にて模式的に表している。また、図３の矢印は、空気の流れを表している。

第一供給孔１１Ａから処理室１６内に供給された空気は、シリンダブロックＷのクランク室Ｃの下方からボアＢに向かうように供給される。そのため、空気は、コアンダ効果によってシリンダブロックＷのクランク室Ｃ及びボアＢが形成される部分の内周面（受熱面）に沿って流れ、シリンダブロックＷのクランク室Ｃ及びボアＢが形成される部分と効率良く熱伝達される。

また、第二供給孔１２Ａから処理室１６内に供給された空気は、シリンダブロックＷの下方からシリンダブロックＷの長手方向の両側面に向かうように供給される。そのため、空気は、コアンダ効果によってシリンダブロックＷの長手方向の両側面（受熱面）に沿って流れ、シリンダブロックＷの長手方向の両側面と効率良く熱伝達される。

このようにして、シリンダブロックＷの表面のうちで比較的面積の大きい、長手方向の受熱面であるクランク室Ｃ及びボアＢが形成される部分の内周面、並びに、長手方向の両側面に沿うように空気を供給することによって、シリンダブロックＷは、効率良く熱伝達され、例えばシリンダブロックＷに対して熱風を供給した場合には、効率良く短時間で昇温させることができる。

なお、コアンダ効果とは、流れの中に物体を置いたとき、その物体に沿って流れようとする流体の性質である。

図４を用いて、供給ユニット１０と複数のサイズのシリンダブロックＷａ・Ｗｂとの位置関係について説明する。
なお、図４（Ａ）では、供給ユニット１０とシリンダブロックＷａとの位置関係を底面図にて模式的に表している。一方、図４（Ｂ）では、供給ユニット１０とシリンダブロックＷｂとの位置関係を底面図にて模式的に表している。

熱処理装置１００では、複数のサイズのシリンダブロックＷに熱処理が施されるものとする。ここで、熱処理装置１００で熱処理が施されるシリンダブロックＷのうちで最小のシリンダブロックＷをシリンダブロックＷａとし、最大のシリンダブロックＷをシリンダブロックＷｂとする。

図４（Ａ）に示すように、シリンダブロックＷａが供給ユニット１０（図示略）の上方に配置されている。ここで、シリンダブロックＷａの長手方向の長さをＬａとし、短手方向の長さを幅Ｄａとする。また、シリンダブロックＷａのボアＢの径を径Ｄｂａとする。

このとき、第一供給孔１１Ａ及び第二供給孔１２Ａの長手方向の長さＬは、シリンダブロックＷａの長手方向の長さＬａよりも十分大きいものとする。また、第二供給孔１２Ａ・１２Ａ間の間隔Ｄ２は、シリンダブロックＷａの短手方向の幅Ｄａと等しい、或いは、幅Ｄａよりも大きいものとする。さらに、第一供給孔１１Ａ・１１Ａの間隔Ｄ１は、シリンダブロックＷａのボアＢの径Ｄｂａと等しい、或いは、径Ｄｂａよりも小さいものとする。

図４（Ｂ）に示すように、シリンダブロックＷｂが供給ユニット１０の上方に配置されている。ここで、シリンダブロックＷｂの長手方向の長さをＬｂとし、短手方向の長さを幅Ｄｂとする。また、シリンダブロックＷｂのボアＢの径を径Ｄｂｂとする。

このとき、第一供給孔１１Ａ及び第二供給孔１２Ａの長手方向の長さＬは、シリンダブロックＷｂの長手方向の長さＬｂよりも若干大きいものとする。また、第二供給孔１２Ａ・１２Ａ間の間隔Ｄ２は、シリンダブロックＷｂの短手方向の幅Ｄｂと等しい、或いは、幅Ｄｂよりも小さいものとする。さらに、第一供給孔１１Ａ・１１Ａの間隔Ｄ１は、シリンダブロックＷＢのボアＢの径Ｄｂｂと等しい、或いは、径Ｄｂｂよりも小さいものとする。

言い換えれば、第一供給孔１１Ａ・１１Ａは、シリンダブロックＷａ及びシリンダブロックＷｂのボアＢの下方に配置されている。

また、第二供給孔１２Ａ・１２Ａの間隔Ｄ２は、シリンダブロックＷａの幅Ｄａ以上であってシリンダブロックＷｂの幅Ｄｂ以下に設定されている。つまり、第二供給孔１２Ａ・１２Ａは、シリンダブロックＷａの長手方向の両側面よりも短手方向外側であって、シリンダブロックＷｂの長手方向の両側面よりも短手方向内側となる範囲内に位置するように配置されている。

図５及び図６を用いて、熱処理装置１００の効果について説明する。
なお、図５及び図６では、供給ユニット１０を用いた場合の熱処理装置１００の効果を、板材の全体にわたって均一に貫通孔を形成したパンチング形状の供給ユニット（以下、標準供給ユニット）を用いた場合との比較によるグラフ図によって表している。

図５では、縦軸にシリンダブロックＷの昇温時間を表しており、標準供給ユニットを用いた場合のシリンダブロックＷａの昇温時間を１としている。図５には、標準供給ユニットを用いた場合のシリンダブロックＷａの昇温時間と、供給ユニット１０を用いた場合のシリンダブロックＷａの昇温時間及びシリンダブロックＷｂの昇温時間とが表わされている。

また、図６では、横軸をシリンダブロックＷの昇温時間とし、縦軸を熱処理装置に使用されるエネルギー（循環ファン５１、ヒータ５２等で使用されるエネルギー）として、それぞれの数値を無次元化して表している。

熱処理装置１００によれば、シリンダブロックＷを効率良く昇温することができる。すなわち、熱処理装置１００によれば、シリンダブロックＷの長手方向の受熱面であるクランク室Ｃ及びボアＢが形成された部分の内周面に沿うように空気を供給することによって、シリンダブロックＷが効率良く熱伝達され、シリンダブロックＷの熱処理を効率良く短時間で行うことができる。

また、熱処理装置１００によれば、クランク室Ｃ及びボアＢが形成された部分の内周面に加えて、シリンダブロックＷの長手方向の両側面に沿うように空気を供給するように構成しているので、シリンダブロックＷの熱伝達をより促進することができ、シリンダブロックＷの熱処理をさらに効率良く短時間で行うことが可能となる。

特に、第一供給孔１１Ａ・１１Ａはスリット形状に形成されているので、第一供給孔１１Ａ・１１Ａから吹き出す空気を、シリンダブロックＷのクランク室Ｃ及びボアＢが形成された部分の内周面に集中的に供給することができ、シリンダブロックＷの熱処理の効率化を図ることが可能となっている。

同様に、第二供給孔１２Ａ・１２Ａはスリット形状に形成されているので、第二供給孔１２Ａ・１２Ａから吹き出す空気を、シリンダブロックＷの長手方向の両側面に集中的に供給することができ、シリンダブロックＷの熱処理の効率化を図ることが可能となっている。

また、熱処理装置１００によれば、第一供給孔１１Ａ・１１ＡをシリンダブロックＷａ及びシリンダブロックＷｂのボアＢの下方（空気の流れ方向の上流側）に配置して、その長手方向の長さを、シリンダブロックＷｂの長手方向の長さよりも長くしているので、最小のシリンダブロックＷａから最大のシリンダブロックＷｂまでの種々の大きさのシリンダブロックＷに対して、上述の効果を奏することができ、汎用性の向上を図ることができる。

同様に、第二供給孔１２Ａ・１２Ａを、シリンダブロックＷａの長手方向の両側面よりも短手方向外側であって、シリンダブロックＷｂの長手方向の両側面よりも短手方向内側となる範囲内に位置するように配置しているので、最小のシリンダブロックＷａから最大のシリンダブロックＷｂまでの種々の大きさのシリンダブロックＷに対して、上述の効果を奏することができ、汎用性の向上を図ることができる。

図５に示すように、標準供給ユニットの昇温時間を１とした場合には、熱処理装置１００によるシリンダブロックＷａ及びシリンダブロックＷｂの昇温時間は、略１／４程度まで低減できる。

図６に示すように、供給ユニット１０を用いた熱処理装置１００に使用されるエネルギー（図６中の実線）は、標準供給ユニットを用いた熱処理装置に使用されるエネルギー（図６中の二点鎖線）と比較して昇温時間にかかわらず低減されている。つまり、熱処理装置１００によれば、シリンダブロックＷを効率良く加熱することができ、省エネルギーを実現できる。

なお、本実施形態の供給ユニット１０は、シリンダブロックＷを時効処理するために昇温させる熱処理装置１００に使用されるものとしたが、これに限定されない。例えば、シリンダブロックＷを降温（冷却）させる熱処理装置１００に使用されるものであっても良い。

なお、本実施形態の熱処理装置１００では、供給ユニット１０を、シリンダブロックＷの下方に配置する構成としたが、これに限定されない。例えば、空気の循環方向を本実施形態とは逆方向にする場合は供給ユニット１０を、シリンダブロックＷの上方に配置して空気を処理室１６内に供給する構成としても良い。

つまり、供給ユニット１０は、処理室１６内に設置されるシリンダブロックＷにおけるボアＢの軸線方向の一側又は他側であって、空気の流れ方向の上流側となる側に配置すればよい。

１０供給ユニット
１１第一供給部
１１Ａ第一供給孔
１２第二供給部
１２Ａ第二供給孔
１００熱処理装置
Ｂボア
Ｃクランク室
Ｗシリンダブロック

Claims

供給される気体によってシリンダブロックに熱処理を施すシリンダブロックの熱処理装置であって、
前記シリンダブロックのボアの軸線方向の一側又は他側から該ボアに向かうように気体を供給する第一供給部と、
前記シリンダブロックのボアの軸線方向の一側又は他側から該シリンダブロックのボア配列方向の側面に向かうように気体を供給する第二供給部と、を備え、
前記第一供給部及び前記第二供給部には、それぞれ気体の吹出口となる供給孔が形成され、
前記第一供給部及び／又は前記第二供給部の供給孔は、前記シリンダブロックのボア配列方向に沿ったスリット形状に形成される、
シリンダブロックの熱処理装置。
請求項１に記載のシリンダブロックの熱処理装置であって、
前記供給孔のボア配列方向の長さは、熱処理が施される前記シリンダブロックのうちで最大のシリンダブロックのボア配列方向の長さよりも長いものとされる、
シリンダブロックの熱処理装置。
請求項１又は請求項２に記載のシリンダブロックの熱処理装置であって、
前記第二供給部における前記供給孔は、熱処理が施される前記シリンダブロックのうちで最小のシリンダブロックのボア配列方向の両側面よりも短手方向外側であって、熱処理が施される前記シリンダブロックのうちで最大のシリンダブロックのボア配列方向の両側面よりも短手方向内側となる範囲内に位置するように配置されている、
シリンダブロックの熱処理装置。