JP6526523B2 - Cylinder block - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダブロックに関する。 The present invention relates to a cylinder block.
従来、例えば特許文献1に記載されたシリンダブロックが知られている。特許文献1に記載されたシリンダブロックでは、シリンダブロックに形成されたシリンダの内周面とシリンダライナの外周面との間に断熱コーティング層が設けられている。断熱コーティング層の材料はシリンダライナの材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有し、燃焼室の遮熱が図られている。 Conventionally, for example, a cylinder block described in Patent Document 1 is known. In the cylinder block described in Patent Document 1, a heat insulating coating layer is provided between the inner peripheral surface of the cylinder formed in the cylinder block and the outer peripheral surface of the cylinder liner. The material of the thermal barrier coating layer has a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the material of the cylinder liner, and the thermal insulation of the combustion chamber is achieved.
上記従来技術では、前述のように、断熱コーティング層の材料はシリンダライナの材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有している。そのため、内燃機関の暖機後においても燃焼室が遮熱されてしまう場合があり、この場合には、シリンダライナにおける油膜が薄くなり潤滑性能が低下してしまうおそれがある。 In the above prior art, as described above, the material of the thermal barrier coating layer has a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the material of the cylinder liner. Therefore, the combustion chamber may be thermally insulated even after warm-up of the internal combustion engine, and in this case, the oil film in the cylinder liner may become thin and the lubricating performance may be reduced.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、冷間時における燃焼室の遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立できるシリンダブロックを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a cylinder block which can achieve both heat insulation of a combustion chamber in cold condition and reduction in lubrication performance after warm-up.
本発明に係るシリンダブロックは、内燃機関に用いられるシリンダブロックであって、シリンダボアが形成されたシリンダブロック本体と、シリンダボアの内部に配置され、ピストンを案内するシリンダライナと、シリンダボアの内周面とシリンダライナの外周面との間に設けられたコーティング部を備え、コーティング部の材料の熱伝導率は、内燃機関の冷間時においてはシリンダライナの材料の熱伝導率よりも低く、内燃機関の暖機後においてはシリンダライナの材料の熱伝導率よりも高い。 The cylinder block according to the present invention is a cylinder block used in an internal combustion engine, and includes a cylinder block body in which a cylinder bore is formed, a cylinder liner disposed inside the cylinder bore and guiding a piston, and an inner circumferential surface of the cylinder bore. The thermal conductivity of the material of the coating portion is lower than the thermal conductivity of the material of the cylinder liner when the internal combustion engine is cold. After warm-up, the thermal conductivity of the material of the cylinder liner is higher.
このシリンダブロックでは、冷間時において、燃焼により発生した熱(燃焼熱)のシリンダブロックへの伝達がコーティング部により抑制される。よって、冷間時における燃焼室の遮熱が実現される。一方、暖機後においては、コーティング部により燃焼室を大きく遮熱することがなくなり、燃焼熱のシリンダブロックへの伝達がコーティング部において妨げられにくい。よって、シリンダライナの温度が高くなり過ぎてシリンダライナにおける油膜が薄くなることが抑制され、暖機後における潤滑性能の低下抑制が実現される。従って、冷間時における燃焼室の遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立することが可能となる。 In the cylinder block, the transfer of heat (combustion heat) generated by the combustion to the cylinder block is suppressed by the coating portion when cold. Therefore, the heat shield of the combustion chamber at the cold time is realized. On the other hand, after warm-up, the coating does not significantly shield the combustion chamber from heat, and the transfer of the combustion heat to the cylinder block is less likely to be impeded in the coating. Therefore, it is suppressed that the temperature of a cylinder liner becomes high too much and the oil film in a cylinder liner becomes thin, and suppression of the fall of the lubricating performance after warm-up is realized. Therefore, it is possible to achieve both the heat insulation of the combustion chamber in the cold state and the suppression of the decrease in the lubricating performance after the warm-up.
本発明に係るシリンダブロックにおいて、コーティング部の少なくとも一部は、シリンダライナの上端と、当該上端からシリンダライナの軸方向に所定距離下方の位置と、の間に配置されていてもよい。燃料が着火して一定程度燃焼するまでの間においては、シリンダライナの上端と、当該上端からシリンダライナの軸方向に所定距離下方の位置と、の間におけるシリンダライナの温度が特に上昇しやすい。そのため、当該範囲にコーティング部の少なくとも一部を設けることにより、燃焼室を効果的に遮熱することが可能となる。 In the cylinder block according to the present invention, at least a part of the coating portion may be disposed between the upper end of the cylinder liner and a position below the upper end in the axial direction of the cylinder liner by a predetermined distance. The temperature of the cylinder liner is particularly likely to rise between the upper end of the cylinder liner and a position lower than the upper end in the axial direction of the cylinder liner by a predetermined distance until the fuel is ignited and burned to a certain extent. Therefore, by providing at least a part of the coating portion in the range, it is possible to effectively shield the combustion chamber from heat.
本発明に係るシリンダブロックにおいて、シリンダライナの材料は、鋳鉄であり、コーティング部の材料は、白金ロジウムである場合がある。この構成によれば、上記作用効果が好適に奏される。 In the cylinder block according to the present invention, the material of the cylinder liner may be cast iron, and the material of the coating portion may be platinum rhodium. According to this configuration, the above-described effects are suitably exhibited.
本発明に係るシリンダブロックにおいて、シリンダライナの材料は、アルミ合金であり、コーティング部の材料は、黄銅である場合がある。この構成によれば、上記作用効果が好適に奏される。 In the cylinder block according to the present invention, the material of the cylinder liner may be an aluminum alloy, and the material of the coating portion may be brass. According to this configuration, the above-described effects are suitably exhibited.
本発明によれば、冷間時における燃焼室の遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立できるシリンダブロックを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a cylinder block capable of achieving both heat insulation of the combustion chamber in the cold state and suppression of deterioration of the lubricating performance after the warm-up.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。なお、「上」、「下」の方向は、内燃機関におけるピストンの往復方向に対応する。また、「上」の語はピストンの上死点側に対応し、「下」の語はピストンの下死点側に対応する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted. The directions of "upper" and "lower" correspond to the reciprocating direction of the piston in the internal combustion engine. Also, the term "upper" corresponds to the top dead center side of the piston, and the term "lower" corresponds to the bottom dead center side of the piston.
図1に示されるように、本実施形態に係るシリンダブロック1は、例えば車両に搭載されたディーゼルエンジンなどの内燃機関に用いられる。図1に示されるように、シリンダブロック1は、シリンダブロック本体1aと、シリンダライナ2と、を備える。なお、シリンダライナはシリンダブロックの一部として構成される場合もあるが、本実施形態では別体として構成されている場合を例に説明する。
As shown in FIG. 1, a cylinder block 1 according to the present embodiment is used, for example, in an internal combustion engine such as a diesel engine mounted on a vehicle. As shown in FIG. 1, the cylinder block 1 includes a
シリンダブロック本体1aは、内燃機関本体を構成するブロック体である。シリンダブロック本体1aの材質としては、例えば鋳鉄(ねずみ鋳鉄、CV鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄等)やアルミニウム合金等が用いられる。シリンダブロック本体1aには、複数のシリンダボアBが形成されている。シリンダボアBは、中心軸Cに沿って延在する貫通孔であり、断面円形を呈している。シリンダブロック本体1aは、冷却水が流通する冷却水流路をシリンダボアBの周囲に有している(不図示)。シリンダボアBには、シリンダライナ2が挿入されている。
The cylinder block
シリンダライナ2は、ピストン3との気密性を保ちつつピストン3を案内する円筒状の部品である。シリンダライナ2の材料としては、例えば鋳鉄又はアルミ合金等が採用される(詳しくは、後述)。ピストン3は、矢印Aの方向に沿ってシリンダライナ2の内部を往復運動する。ピストン3は、コンロッド5を介してクランクシャフト(不図示)と接続されている。ピストン3には、ピストンリング3aが嵌め込まれている。ピストンリング3aは、シリンダライナ2の内周面2aに接している。シリンダライナ2の内周面2aには、ピストン3が摺動する際の潤滑のために、潤滑油(例えばエンジンオイル)が供給される。
The
シリンダライナ2の外周面2bは、シリンダボアBの内周面1cと対向しており、その一部又は全部がシリンダボアBの内周面1cに当接している。シリンダライナ2の上端側には、径方向外側に突出するフランジ2cが形成されている。このフランジ2cの下面は、シリンダブロック本体1aの上面1bにおけるシリンダボアBの辺縁部に当接している。
The outer
シリンダブロック本体1a及びシリンダライナ2の上面には、ヘッドガスケット4が配置されており、その上にシリンダヘッド(不図示)が取り付けられる。ヘッドガスケット4は、シリンダブロック本体1aとシリンダヘッドとの間で気密性を確保するための部品である。シリンダライナ2、ピストン3、及びシリンダヘッドは、燃焼室Eを画成する。燃焼室Eでは、インジェクタ(不図示)から噴射された燃料が燃焼される。
A
ここで、図2に示されるように、シリンダライナ2には、シリンダライナ2の外周面2bを覆うようにコーティング部Mが設けられている。コーティング部Mは、シリンダライナ2と同軸の筒状を有する。コーティング部Mは、シリンダボアBの内周面1cとシリンダライナ2の外周面2bとの間に設けられている。コーティング部Mの上端部Maは、シリンダライナ2のフランジ2cの下面に連なるように配置されている。コーティング部Mの下端部Mbは、上端2dから所定距離LA10を越えた下方の位置に達している。コーティング部Mは、燃焼室Eからシリンダライナ2を経由してシリンダブロック本体1aの冷却水流路へ至る熱の伝達経路上に介在される。
Here, as shown in FIG. 2, the
所定距離LA10は、クランクシャフトの回転角が上死点後10゜のときの、シリンダライナ2の上端2dからピストン3の上端面3bまでの距離である。クランクシャフトの回転角が上死点から上死点後10゜となるまでの期間は、燃焼室Eに噴射された燃料が着火して一定程度燃焼するまでの期間に相当し、シリンダライナ2の温度が上昇しやすい。そこで、この期間の燃焼室Eを構成するシリンダライナ2の外周面2b部分を覆うべく、コーティング部Mの一部は、シリンダライナ2の上端2dと、当該上端2dからシリンダライナ2の軸方向(上下方向)に所定距離LA10下方の位置と、の間に配置されている。なお、所定距離LA10は限定されるものではなく、上下方向におけるシリンダライナ2の長さLr以下の範囲において、冷間時における燃焼室Eを遮熱(断熱)する効果を考慮して適宜設定することができる。
The predetermined distance LA10 is a distance from the
コーティング部Mは、例えば、めっき、溶射、及びスパッタリング等の金属皮膜処理工程によって形成することができる。コーティング部Mの厚さは、例えば0.3〜1.5mmの範囲で、コーティング部Mの上端部Ma側では略均一の厚さとされ、コーティング部Mの下端部Mb側では徐々に薄くされている。 The coating portion M can be formed by, for example, a metal film treatment process such as plating, thermal spraying, and sputtering. The thickness of the coating portion M is, for example, in the range of 0.3 to 1.5 mm, substantially uniform on the upper end portion Ma side of the coating portion M, and gradually reduced on the lower end portion Mb side of the coating portion M There is.
コーティング部Mは、燃焼室Eを遮熱する。冷間時において、コーティング部Mは、燃焼室Eで噴射された燃料の燃焼熱がシリンダブロック本体1aに伝達することを抑制する。図3は、熱伝導率の温度特性を示すグラフである。図3において、実線Xはシリンダライナ2の材料の熱伝導率Kcの温度特性を示し、破線Yはコーティング部Mの材料の熱伝導率Kmの温度特性を示す。
The coating portion M shields the combustion chamber E from heat. In the cold state, the coating portion M suppresses the transfer of the combustion heat of the fuel injected in the combustion chamber E to the
図3に示されるように、実線Xと破線Yとは、温度T0において交差している。コーティング部Mの材料の熱伝導率Kmは、温度T0よりも低い温度においてはシリンダライナ2の材料の熱伝導率Kcよりも低く、温度T0よりも高い温度においてはシリンダライナ2の材料の熱伝導率Kcよりも高い。温度T0は、シリンダライナ2の内周面2aの温度(以下、単にライナ温度という)と比較した場合、内燃機関の冷間時におけるライナ温度よりも高く、暖機後におけるライナ温度よりも低い。すなわち、コーティング部Mの材料の熱伝導率Kmは、冷間時においてはシリンダライナ2の材料の熱伝導率Kcよりも低く、暖機後においてはシリンダライナ2の材料の熱伝導率Kcよりも高い。このような特性を具備するコーティング部Mの材料として、シリンダライナ2の材料が鋳鉄である場合には白金ロジウムを採用することができ、シリンダライナ2の材料がアルミ合金である場合には黄銅を採用することができる。
As shown in FIG. 3, the solid line X and the broken line Y intersect at the temperature T0. The thermal conductivity Km of the material of the coating portion M is lower than the thermal conductivity Kc of the material of the
暖機後とは、内燃機関の暖機が完了した状態である。暖機後では、例えば燃焼室Eに噴射された燃料が蒸発してシリンダライナ2の内周面2aの表面に液滴として付着しない程度にライナ温度が高い。暖機後としては、例えばシリンダブロック本体1aにおける冷却水の温度TがTw以上の状態が挙げられる。Twとしては、70℃を例示することができる。一般的に、暖機後では、ライナ温度が高くなり過ぎると、シリンダライナ2の内周面2aにおける潤滑油の粘度が低下して内周面2aにおける油膜が薄くなり、潤滑性能が低下してしまうことがある。
After warm-up is a state where warm-up of the internal combustion engine is completed. After the warm-up, for example, the liner temperature is high enough to prevent the fuel injected into the combustion chamber E from evaporating and adhering to the surface of the inner
冷間時とは、内燃機関の暖機が完了していない状態である。冷間時では、暖機後と比較してライナ温度が低い。冷間時としては、例えばシリンダブロック本体1aにおける冷却水の温度がTw未満の状態、内燃機関の始動後からの燃焼回数が所定回数未満の場合、等が挙げられる。一般的に、冷間時では、暖機後と比較して燃焼室Eに噴射された燃料が蒸発しにくく、シリンダライナ2の内周面2aに液滴として付着することがある。そのため、白煙の排出及び失火の発生の可能性が高くなる。
The cold state is a state in which the internal combustion engine has not been completely warmed up. At cold time, the liner temperature is lower than after warm-up. The cold state includes, for example, a state where the temperature of the cooling water in the cylinder block
冷間時においては、コーティング部Mの材料の熱伝導率Kmがシリンダライナ2の材料の熱伝導率Kcよりも低い。よって、シリンダボアBの内周面1cとシリンダライナ2の外周面2bとの間のコーティング部Mが設けられた部分においては、燃焼熱がシリンダライナ2及びシリンダブロック本体1aを介してシリンダブロック本体1aの冷却水流路の冷却水に伝達することが抑制される。そのため、コーティング部Mが設けられていない場合と比較して、ライナ温度が高くなる。すなわち、コーティング部Mによって燃焼室Eの遮熱が実現される。その結果、コーティング部Mが設けられていない場合と比較して、燃焼室Eに噴射された燃料が蒸発し易くなり、燃料がシリンダライナ2の内周面2aに液滴として付着することが低減され、白煙の排出及び失火の発生の可能性が低減される。
When cold, the thermal conductivity Km of the material of the coating portion M is lower than the thermal conductivity Kc of the material of the
暖機後においては、コーティング部Mの材料の熱伝導率Kmがシリンダライナ2の材料の熱伝導率Kcよりも高い。よって、コーティング部Mが設けられていない場合と比較して、燃焼熱のシリンダブロック本体1aへの伝達がコーティング部Mにおいて妨げられにくい。換言すると、燃焼室Eの遮熱効果は、シリンダライナ2の材料(ライナ母材)の熱伝導率Kcに強く影響され、コーティング部Mの材料の熱伝導率Kmに影響される程度が小さい。そのため、ライナ温度は、コーティング部Mが設けられていない場合と略同等となる。その結果、シリンダライナ2の高温化が抑制され、ライナ温度が高くなることによるシリンダライナ2の内周面2aにおける潤滑油の粘度低下が抑制される。すなわち、暖機後における潤滑性能の低下抑制が実現される。
After the warm-up, the thermal conductivity Km of the material of the coating portion M is higher than the thermal conductivity Kc of the material of the
以上のように構成されたシリンダブロック1では、コーティング部Mにより、冷間時における燃焼室Eの遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立できる。具体的には、冷間時において、燃焼熱がシリンダライナ2を介してシリンダブロック本体1aに伝達して冷却水に伝達することが抑制され、コーティング部Mが設けられていない場合と比較して、ライナ温度が高くなる。すなわち、コーティング部Mによって、冷間時における燃焼室Eの遮熱が実現される。また、燃焼室Eの遮熱によって排気損失が増えて排気温度が上昇し、後処理装置の早期な活性化を見込むことができる。一方、暖機後においては、コーティング部Mにより燃焼室Eを大きく遮熱することがなくなり、燃焼熱のシリンダブロック本体1aへの伝達がコーティング部Mにおいて妨げられにくい。そのため、ライナ温度は、コーティング部Mが設けられていない場合と略同等となる。その結果、シリンダライナ2の温度が高くなり過ぎてシリンダライナ2における油膜が薄くなることを抑制できる。すなわち、暖機後における潤滑性能の低下抑制が実現される。従って、冷間時における燃焼室Eの遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立することが可能となる。
In the cylinder block 1 configured as described above, the coating portion M can achieve both the heat shielding of the combustion chamber E in the cold state and the suppression of the decrease in the lubricating performance after the warm-up. Specifically, it is suppressed that the heat of combustion is transmitted to the
本発明に係るシリンダブロック1において、コーティング部Mの少なくとも一部は、シリンダライナ2の上端2dと、当該上端2dからシリンダライナ2の軸方向に所定距離LA10下方の位置と、の間に配置されている。燃焼室Eに噴射された燃料が着火して一定程度燃焼するまでの間においては、上端2dと、当該上端2dからシリンダライナ2の軸方向に所定距離LA10下方の位置との範囲において、シリンダライナ2の温度が上昇しやすい。そのため、当該範囲にコーティング部Mの少なくとも一部を設けることにより、燃焼室Eを効果的に遮熱することが可能となる。
In the cylinder block 1 according to the present invention, at least a part of the coating portion M is disposed between the
以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。例えば、上記実施形態では、内燃機関の一例としてディーゼルエンジンを用いて説明したが、ガソリンエンジン等の内燃機関でもよい。 As mentioned above, although the suitable embodiment concerning the present invention was described, the present invention is not restricted to the above-mentioned embodiment, it changes in the range which does not change the gist described in each claim, or it applies to other things You may For example, in the above-mentioned embodiment, although explained using a diesel engine as an example of an internal combustion engine, internal combustion engines, such as a gasoline engine, may be used.
上記実施形態では、シリンダライナ2の外周面にコーティング部Mが設けたが、シリンダライナ2の外周面に代えてシリンダボアBの内周面1cにコーティング部Mが設けてもよい。要は、コーティング部Mは、シリンダボアBの内周面1cとシリンダライナ2の外周面との間に設けられていればよい。また、シリンダブロック本体1aとシリンダライナ2とが別体としたが、シリンダブロック本体1aとシリンダライナ2とを一体としてもよいし、シリンダボアBにおいて内周面1cを含む内壁部をシリンダライナ(シリンダライナー部)として構成してもよい。
Although the coating M is provided on the outer circumferential surface of the
上記実施形態では、コーティング部Mの上端部Maを、シリンダライナ2のフランジ2cの下面に当接するように設けたが、フランジ2cの形状に沿って設けてもよい。例えばシリンダブロック本体1aにおいて冷却水流路がフランジ2cの側方に存在する場合、コーティング部Mをフランジ2cの下面及び側面に沿って設けることで、燃焼熱がフランジ2cを介してシリンダブロック本体1a及びシリンダブロック本体の冷却水流路の冷却水に伝達することを、効果的に抑制できる。上記実施形態では、コーティング部Mを単一の領域として連続的に設けたが、複数の領域に分けて(断続的に)設けてもよい。
In the above embodiment, the upper end portion Ma of the coating portion M is provided to abut on the lower surface of the
1…シリンダブロック、1a…シリンダブロック本体、1c…内周面、2…シリンダライナ、2b…外周面、2d…上端、3…ピストン、B…シリンダボア、E…燃焼室、M…コーティング部、Mb…下端部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder block, 1a ... Cylinder block main body, 1c ... Inner peripheral surface, 2 ... Cylinder liner, 2b ... Outer peripheral surface, 2d ... Upper end, 3 ... Piston, B ... Cylinder bore, E ... Combustion chamber, M ... Coating part, Mb ... lower end.
Claims (4)
シリンダボアが形成されたシリンダブロック本体と、
前記シリンダボアの内部に配置され、ピストンを案内するシリンダライナと、
前記シリンダボアの内周面と前記シリンダライナの外周面との間に設けられたコーティング部を備え、
前記コーティング部の材料の熱伝導率は、
前記内燃機関の冷間時においては前記シリンダライナの材料の熱伝導率よりも低く、前記内燃機関の暖機後においては前記シリンダライナの材料の熱伝導率よりも高い、シリンダブロック。 A cylinder block used in an internal combustion engine, comprising:
A cylinder block body in which a cylinder bore is formed,
A cylinder liner disposed inside the cylinder bore and guiding a piston;
A coating portion provided between an inner peripheral surface of the cylinder bore and an outer peripheral surface of the cylinder liner,
The thermal conductivity of the material of the coating is
A cylinder block which is lower than the thermal conductivity of the material of the cylinder liner when the internal combustion engine is cold and higher than the thermal conductivity of the material of the cylinder liner after the internal combustion engine is warmed up.
前記コーティング部の材料は、白金ロジウムである、請求項1又は2に記載のシリンダブロック。 The material of the cylinder liner is cast iron,
The cylinder block according to claim 1, wherein a material of the coating portion is platinum rhodium.
前記コーティング部の材料は、黄銅である、請求項1又は2に記載のシリンダブロック。 The material of the cylinder liner is an aluminum alloy,
The cylinder block according to claim 1, wherein a material of the coating portion is brass.
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