JPH03141847A - 内燃機関のシリンダブロック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、特に軽量化、コンパクト化された内燃機関
のシリンダブロックに関する。

（従来の技術） シリンダブロックの軽量化手段として、マグネシウム合
金を素材として用いる方法があり、このようなマグネシ
ウム合金製のシリンダブロックとしては、例えば、４６
ｔｈ　　Ａｎｎｕａｌ　Ｗｏｒｌｄ　　Ｍａｇｎｅｓｌ
ｕｍ　　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍａｙｌ　６−１９　
、　１９８９　ｆｌｇｕｒｅｌ　３に記載されているも
のがある。この従来例では、マグネシウム合金自体の摺
動性不良をカバーするために、摺動特性の良好な別材料
のウェット方式のライナを、マグネシウム合金のシリン
ダブロックに取付けている。

ところで、このようなウェットライナ方式では、ライナ
とシリンダブロックとの間からの水漏れ防止のためのシ
ール構造が必要になるなど、ドライライナ方式に比べて
シリンダブロックの全長が長くなる傾向があり、エンジ
ンコンパクト化のためのシリンダブロック全長短縮には
、ドライライナ方式が有利である。

（発明が解決しようとする課題） ドライ方式のライナの配設方法には一般に、シリンダブ
ロックの鋳造時にライナを鋳込む方法と、シリンダブロ
ックの機械加工後にライナ穴に圧入する方法があるが、
シリンダブロックがマグネシウム合金の場合では次のよ
うな問題がある。

（ａ）鋳込み方式の場合 シリンダライナがアルミニウム合金のものでは、シリン
ダブロックのマグネシウム合金と融点が接近しているの
で、鋳込みの際、相互に溶融して材料特性および熱処理
上、不都合が生じる。

鉄製のシリンダライナでは、鉄に対してマグネシウム合
金の線膨脹係数が約２倍以上となっているために、鋳造
後冷間時および常温時におけるライナとライナ穴との締
め代が過大となってシリンダブロックに大きな残留応力
が発生する。

（ｂ）圧入方式の場合 前記鋳込み方式の場合と同様にマグネシウム合金の大き
な線膨脹係数のため、温度が上昇する（約２００℃前後
）運転時でのライナとライナ穴との適切な締め付は力を
確保するには、冷間時および常温時での締め付は応力が
過大となってシリンダブロックの耐久性の而から不都合
である。

なお、前記鉄製やアルミニウム合金製のライナ以外に、
筒状繊維成形体を軽金属製シリンダブロックに鋳込むこ
とが特開昭６２−２６１６４８号、特開昭６２−２６１
６４９号として知られているが、この公知例では次の問
題がある。

シリンダブロックがマグネシウム合金の場合、筒状繊維
成形体中のマグネシウム合金が軽合金マトリックスとし
て摺動面に存在するので、摺動特性はあまり良くなく、
また繊維質が摺動面に露出した場合、ピストンおよびピ
ストンリングを損傷する危険がある。

そこで、上記筒状繊維成形体のさらに内側に摺動特性の
良好な材料のライナを圧入することが考えられるが、繊
維成形体が単に円筒形状のものでは、直径方向の熱膨張
はある程度抑制できるものの、シリンダ軸線方向の熱膨
張抑制効果は小さく、シリンダライナからやや離れたト
ップデツキ部がライナ部よりシリンダヘッド側に伸びて
、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に隙間が生
じ燃焼室からのガス漏れが発生しやすくなる。

この発明は、前記従来の問題点に着目してなされたもの
で、マグネシウム合金のシリンダブロックとシリンダラ
イナとの線膨脹係数差に基づく前記問題を解消して軽量
でコンパクトな内燃機関のシリンダブロックを提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記課題を解決するためにこの発明は、マグネシウム合
金からなるシリンダブロックのシリンダライナ穴に、マ
グネシウム合金より線膨脹係数の小さい材料からなるシ
リンダライナを圧入して設け、このシリンダライナ近傍
に、トップデツキ部付近に膨大部を備えた筒状繊維成形
体を、トップデツキ部付近からシリンダライナに沿って
ロアデツキ側に向って延長して設ける構成とした。

（作用） 機関運転に伴い、マグネシウム合金製のシリンダブロッ
クのシリンダライナ穴は、マグネシウム合金より線膨脹
係数の小さい、例えば鋳鉄製のシリンダライナよりも径
方向でより大きく熱膨張しようとするが、シリンダライ
ナ穴の表面近傍に鋳込まれている筒状繊維成形体は、そ
の繊維のために殆んど熱膨張しないので、筒状繊維成形
体の内側に位置しているシリンダライナ穴の前記熱膨張
はこの筒状繊維成形体によって抑えられる結果。

総合的な熱膨脹量はアルミニウム合金程度となってシリ
ンダライナ穴とシリンダライナ間の締め代は、常温時に
対して機関運転中も殆んど変らない。

しかも、筒状繊維成形体は、シリンダライナ穴の表面の
近傍に鋳込まれていてこの表面から露出していないので
、その繊維質のためにピストンおよびピストンリングが
損傷することはなく、またシリンダライナ穴の機械加工
性が低下する恐れもない。

筒状繊維成形体は、トップデツキ部付近に膨大部を備え
ているので、トップデツキ部がシリンダライナよりもシ
リンダヘッド側に伸びることは抑制されて、シリンダブ
ロックとシリンダヘッドとの間に隙間が現われることに
よる燃焼室からのガス漏れが防止される。

（実施例） 次にこの発明の実施例を図に基づいて説明する。第１図
に縦断面図で示したこの発明の第１実施例によるシリン
ダブロック１は、マグネシウム合金で作られており、シ
リンダライナ穴３には、マグネシウム合金よりも摺動特
性に優れている鋳鉄からなるドライライナ方式のシリン
ダライナ５が圧入されている。このシリンダライナ５の
近傍であってウォータジャケット６とシリンダライナ５
との間には、シリンダブロック１のトップデツキ部７か
らシリンダライナ５に沿ってロアデツキ１９側に向って
、つば付の筒状繊維成形体９を、その膨大部であるづば
部１１の上面がトップデツキ部７の上面とばぼ而−とな
り、かつ、つば部１１および円筒部１３がシリンダライ
ナ穴３との間に薄肉部１５をシリンダブロック１に残す
ように鋳込んでいる。

筒状繊維成形体９は、第２図に正面図を、第３図に第２
図の平面図を示すように、例えばカーボンからなる長い
繊維１７で形成され、つば部１１はシリンダ軸線方向に
繊維１７が配列される一方、円筒部１３では繊維１７は
縦と横の格子状に配列されている。そして、この繊維１
７間には適当な空間があり、従って、鋳造（低圧鋳造又
は圧力鋳造）時にこの空間はマグネシウム合金で満たさ
れることになる。

なお、前記円筒部１３における繊維１７によって形成さ
れる格子形状は、上下左右方向でなくて、上下左右方向
に対してそれぞれ傾斜していてもよい。

次に、上記構成からなる実施例の作用を説明する。

機関運転に伴う温度上昇によってシリンダライナ穴３お
よびシリンダライナ５は、それぞれ熱膨脹する。シリン
ダブロック１はマグネシウム合金製であるため鋳鉄製の
シリンダライナ５よりもシリンダライナ穴３径の方向の
熱膨脹量ははるかに大きいのであるが、シリンダライナ
穴３の近傍に鋳込まれている筒状繊維成形体９を構成す
るカーボン繊維１７は昇温しでもほとんど熱膨脹しない
。

このため、シリンダライナ穴３およびその外周側の薄肉
部１５の外方への熱膨脹はこの筒状繊維成形体９によっ
て抑制されてシリンダライナ穴３としての見かけの熱膨
脹量はアルミニウム合金程度となり、シリンダライナ穴
３と鋳鉄製のシリンダライナ５との間の締め代は、常温
時に対し機関運転中もほとんど変化せず、マグネシウム
合金の残留応力発生は防止される。

一方、筒状繊維成形体９の円筒部１３では、繊維１７は
格子状に織り込まれているので、シリンダ軸心方向への
膨脂も抑制される。

また、温度が比較的に高くなるトップデツキ部７の近傍
では、シリンダ軸線方向に繊維が織り込まれているつば
部１１によりトップデツキ部７のシリンダ軸線方向への
熱膨脹が抑制される。このため、シリンダライナ５より
もトップデツキ部７がシリンダ軸線方向へ大きく熱膨脹
することは抑制され、シリンダブロック１とシリンダヘ
ッドとの間に隙間が現われてここから燃焼室ガスが漏れ
るというトラブルは防止される。・ 繊維成形体９は、シリンダライナ穴３の表面の近傍に鋳
込まれていてこの表面から露出していないので、ピスト
ンおよびピストンリングが損傷することはなく、またシ
リンダライナ穴３の機械加工の際に工具が損傷するなど
、加工性が悪化することもない。

第４図に縦断面図で示した第２実施例のシリンダブロッ
ク２１は、シリンダライナ２５をアルミニウム合金製と
し、筒状繊維成形体２つは、その円筒部２３をシリンダ
ブロック２１のトップデツキ部７付近からシリンダ全長
の上位部のみに鋳込むようにしたものである。

即ち、アルミニウム合金は、前記第１図の第１実施例の
鋳鉄よりもその線膨脂係数がマグネシウム合金に近いた
め、シリンダライナ２５の温度が高いライチ上部のみの
熱膨脹量を抑制するように前記円筒部２３の長さを、シ
リンダ全長の上位部のみとしたのである。また、トップ
デツキ部７では、筒状繊維成形体２９のつば部３１を、
シリンダブロック２１のシリンダヘッド接合面から、や
や離して鋳込み、これによってトップデツキ部７上面の
加工を容易にしている。

この第２実施例のシリンダブロック２１も、第１実施例
のシリンダブロックエの場合と同等な前述した熱膨脂抑
制効果などが得られる。

第５図は、筒状繊維成形体３つの他の実施例を示す正面
図である。この筒状繊維成形体３９は、例えば第１図の
シリンダブロック１におけるトップデツキ部７の付近に
位置することになる上位の膨大部である円筒部４１と、
ロアデツキ部１９の付近に位置することになる下位の円
筒部４３と、これらの中間に位置することになる中間の
円筒部４５とから構成されている。そして、これら各円
筒部４１，４３．４５の肉厚を、上位の円筒部４１は最
も厚く、下位の円筒部４３は最も薄くなるよう形成した
ものである。具体的には繊維１７の巻数を変えることに
より、これらの厚さに形成し、温度の高いトップデツキ
部７がら温度の低いロアデツキ部１つにかけて巻数を次
第に少なくしている。

このように構成された筒状繊維成形体３つを使用すれば
、運転中の温度が最も高くなるシリンダブロック１のト
ップデツキ部７の大きい熱膨脂量を、最も巻数の多い上
位の円筒部４１が効果的に抑制し、温度の最も低いロア
デツキ部１つでは小さい熱膨脂量に見合って巻数の小さ
い下位の円筒部４３がこれに対応する。これによりシリ
ンダライナ穴とシリンダライナとの締め代は、運転時で
も、シリンダ全長にわたって、常温時に近い均等なもの
となるほか、第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。

なお、筒状繊維成形体は、第５図のように段付状でなく
、滑らかなテーパ状としてもよい。

［発明の効果コ 以上によって明らかなようにこの発明の構成によれば、
シリンダライナ穴は、その表面近傍に鋳込まれた筒状繊
維成形体によって熱膨脂が抑制されるので、マグネシウ
ム合金製のシリンダブロックのシリンダライナ穴の総合
的な熱膨脂量はアルミニウム合金製と同程度になって、
鉄製またはアルミニウム合金製のシリンダライナを使用
しても、高温となる機関運転中でのシリンダライナ穴と
シリンダライナとの締め代は冷間時および常温時に対し
てほとんど変化せず、従って冷間時および常温時にマグ
ネシウム合金に大きな残留応力が発生するようなことも
なくなる。

しかも、筒状繊維成形体は、シリンダライナ穴の表面の
近傍に鋳込まれていてこの表面から露出していないので
、その繊維質のためにピストンおよびピストンリングが
損傷することが防止され、またシリンダライナ穴の機械
加工性の低下も防止される。

また、筒状繊維成形体は、トップデツキ部付近に膨大部
を備えているので、トップデツキ部がシリンダライナよ
りもシリンダヘッド側に伸びることが抑制されてシリン
ダブロックとの間に隙間が現れることによる燃焼室から
のガス漏れが防止される。

このように、マグネシウム合金使用によるシリンダブロ
ックの軽量化が実現され、シリンダブロックの全長もド
ライライナ方式とすることで短縮可能となり、しかも、
鉄、アルミニウム合金のシリンダライナが使用できて摺
動性能１強度、　ｉｔ久性に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例におけるシリンダブロッ
クの縦断面図、第２図は第１図の筒状繊維成形体の正面
図、第３図は第２図の平面図、第４図は第２実施例にお
けるシリンダブロックの縦断面図、第５図は筒状繊維成
形体の他の実施例を示す正面図である。 １．２１・・・シリンダブロック ３・・・シリンダライナ穴 ５．２５・・・シリンダライナ ７・・・トップデツキ部 ９．２９．３９・・・筒状繊維成形体 １１．３１・・・つば部（膨大部） １９・・・ロアデツキ部 ４１・・・上位の円筒部（膨大部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　マグネシウム合金からなるシリンダブロックのシリン
   ダライナ穴に、マグネシウム合金より線膨脹係数の小さ
   い材料からなるシリンダライナを圧入して設け、このシ
   リンダライナ近傍に、トップデッキ部付近に膨大部を備
   えた筒状繊維成形体を、トップデッキ部付近からシリン
   ダライナに沿ってロアデッキ側に向って延長して設けた
   ことを特徴とする内燃機関のシリンダブロック。