JPH0342164A - シリンダボディの製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明はシリンダボディの鋳造応力を解消してシリン
ダライナの真円を保持するシリンダボディの製造方法に
関する。

こ従来の技術］ アルミニウム製シリンダボディにおいては＆ｇ未鋳込技
術の困井さからウェットライナが使用されている。

しかし、近年では、シリンダボディの剛性を向上させて
エンジンの振動を減少し、騒音を減少させること、生産
工程の簡略化を推進して低コストのシリンダボディを生
産することが強く要求されるに至った。自動車用シリン
ダボディにおいては、この要求の他、広い乗車スペース
とエンジンルムのクラッシャプルゾーンを得るためによ
り小形のシリンダボディが要求されている。

シリンダボアの容積を一定に固定してシリンダボディを
小形寸法に形成するためには、シリンダボア間の寸法を
短縮することが有効である。シリンダボア間の寸法は、
第１１図に示すように、シリンダライナａと、シリンダ
ライナａ、ａ間を構成するシリンダボディｂの隔壁Ｃと
によって決定される。したがってシリンダライナａｔた
は隔壁Ｃのいずれか一方、または両方の肉厚を減少する
手段のいずれかを講じることによってシリンダボディｂ
の小形化は達成されるように交る。

ところでアルミニウム製のシリンタボデイＣにｎ鉄製の
シリンダライナａを功込んで一体化すると、アルミニウ
ム母材の冷却期間において、熱収縮率の差に起因してシ
リンダライナａ周囲のシリンダボディｂに円周方向の引
張り応力が作用し、相対的にシリンダライナａに圧縮応
力が作用して力学的平衡を保つようになる。また、シリ
ンダライナａに対するシリンダボディｂの肉厚が不均一
であったり、アルミニウム母材の凝固速度（冷却速度）
か変移するような場合にもシリンダライナａを突張りと
してシリンダボディｂがクリープ変形し、同時にシリン
ダライナａが変形（は平）することで力学的平衡を保つ
ようになる。このシリンダライナやシリンダボディの変
形は、ピストンのオイル上がりや出力低下（カスの吹抜
け、ボンピンクロス等）の原因となるため、一般にシリ
ンダボディのｎ遣後、機械（切削）加工を施して対処し
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、シリンダボディを熱膨張率の高い金属材
料で形成し、シリンダライナをシリンダボディの構成材
料よりも小さな熱膨張率の金属材料で形成する場合にお
いて、上記隔壁の寸法を短縮し、シリンダボディの小形
化を図ろうとする場合には、次のような問題の解決が求
められている。

（■）エンジンを高速・高負荷で運転してエンジンを高
温状態にすると、隔壁とシリンダライナとの熱膨張率の
差によって隔壁に高い引張り応力（シリンダライナの列
方向と直交方向の引張り応力を指す）が作用し、隔壁が
クリープ変形してシリンダライナの変形（偏平）が発生
する。つまり、上述のようにＲ械加工によってシリンダ
ライナの変形をなくしてもシリンダライナ間の隔壁の肉
厚を薄くすることにより■隔壁の断面の強度が低下する
、■高温によって隔壁の降伏点が低下する、■他の部分
に対する肉厚差が大きくなることによって応力が集中す
る、等の要因によってシリンダライナ間の隔壁がシリン
ダライナの列方向と直交方向に引伸ばされる、いわゆる
クリープ変形が発生する。

（Ｉｔ）鋳造後の冷却の過程でシリンダボディとシリン
ダライナとの熱収縮率の差によって、シリンダライナに
対してシリンダボディが相対的に引張り応力を受け、そ
の引張り応力によって隔壁が引伸ばされてクラックを生
じる。

（ＩＩ［）軽量化に好適なアルミニウムは、熱的、応力
的にクリープ変形を起こしやすい金属材料であるため、
その薄肉化は、シリンダブロックの軽量化、小形化の上
で障害となっている。

なお、この種の関連技術には「シリンダブロックの矯正
方法及び矯正装置」　（特開昭６２−１８７５６４号公
報）の提案があるが、この提案はシリンダボディ間の隔
壁を薄く形成した場合に適用できるものではなく、また
、根本的に鋳造応力の解消を試みるものではなかった。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記課題を解決することを目的とし、シリン
ダライナをこれまり熱膨張率の大きな金属母材に！ｉ＾
込んでシリンダボティを８遺し、このシリンタボデイの
冷却の途中又はこれを再加慈した高温状態で、上記ライ
ナの内周面に円周方向に沿って均等に変形荷重を加えて
上記ライナ周りの上記ボディを塑性変形させ、その状態
で冷却させるようにしたものである。

［作用］ シリンダライナ周囲のシリンダボディの温度を高温にし
上記ライナの内周面に円周方向に沿って均等に変形荷重
を加える。すると、シリンダライナ周囲のシリンダボデ
ィは、その変形荷重で円周方向に引張り荷重を受は均等
に塑性変形する。この後、変形荷重を維持した状態で冷
却すると、冷却の途上におけるシリンダボディ及びシリ
ンダライナの収縮が拘束される。この結果、シリンタボ
デイの塑性変形量に相当する引張り応力が大巾に減少し
、シリンダライナに対するシリンダボディのｇＪ造応力
が解消され、徐冷後のシリンダライナは、真円になる。

また、上述のように一定の温度以上で鋳造応力を解消す
ると、その温度ではシリンダライナ間のシリンダボディ
にクリープ変形が発生しない、つまり、上述の塑性変形
処理温度を、エンジン運転時のシリンダライナ最高温度
以上に設定することは、既にこの温度での鋳造応力が解
消されているから、運転時にシリンダボディがクリープ
変形することがない。

［実施例］ 以下に、この発明の好適一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図に示すようにシリンダボディ１には、互いに同心
円状に嵌合された１組のシリンダライナ２が鋳込まれて
いる。実施例にあってシリンダボディ１はアルミニウム
で、シリンダライナ２は鋳鉄で形成される。

さて、この発明は、鋳造後や、エンジンとして高負荷運
転においてシリンダライナ２間の隔壁３の引蒙り応力を
大巾に軽減し隔壁３のクリープ変形とシリンダライナ２
の変形を防止することにある。

そこでこの実施例にあっては、鋳造後において、まず、
シリンダライナ２内に加熱バーナ４を設置し、この加熱
バーナ４を使用してシリンダライナ２の内周面５を加熱
し、シリンダライナ２の周囲のシリンダボディ１の温度
を、エンジンの高負荷に相当する温度（約１２０°〜２
００’　）に昇温させ、シリンダボディ１の降伏点を低
下させる。

次いで、第２図、又は第８図、第１０図に示ず拡開手段
６をシリンダライナ２内に設置し、その拡開手段６を使
用してシリンダライナ２を拡開させる。

この拡開は、基本的にシリンダライナ２の内周面５に対
して円周方向に均等な変形荷重を掛けるようにし、その
変形荷重によってシリンダライナ２を半径方向に均等に
拡開させ、その結果としてシリンダライナ２周りのシリ
ンダボディ１を均等に塑性変形させるようにする。なお
、シリンダボディ１の半径方向の塑性変形量は、上記隔
壁３の肉厚および隔壁３を構成するアルミニウム材料の
抗張力によって一義的に決定する。この後、拡開手段６
をその状態に維持しつつシリンダボディ１およびシリン
ダライナ２を常温まで徐冷し、徐冷後、拡開手段６によ
る変形荷重を解除する。

次に作用を説明する。

シリンダライナ２の周囲のシリンダボディ１を昇温し上
記ライナ２の内周面５に円周方向に沿って均等に変形（
引張り）荷重を加える。すると、シリンダライナ２周囲
のシリンダボディ１は、その変形荷重に応じ円周方向に
沿って均等に塑性変形する。この後、変形荷重を維持し
た状態で徐冷すると、冷却の途上におけるシリンダボデ
ィｌ及びシリンダライナ２の収縮が強制的に拘束されか
ら、結果的に、シリンダライナ２間の隔壁３の鋳造応力
を解除してシリンダライナ２を真円とすることができる
。そしてエンジンとしてシリンダボディ１が高温化され
ても、既にこの温度でシリンダボディ１を塑性変形、す
なわち隔壁３を強制的にクリープさせであるから、この
際にあってもシリンダボディ１には、シリンダライナ２
を締め込むような過大な引張り応力が発生することがな
い。

つまり、塑性変形処理の温度を、エンジンとして稼動し
ている際のシリンダライナ２の最高温度以上に設定する
とシリンダボディ２のクリープ変形が阻止されシリンダ
ライナ２の面子か阻止される。

次に、本発明に使用する上記拡開装置を説明する。

第２図に示すように、シリンダライナ２の列方向に沿う
キャリア７には、各シリンダライナ２内に設置されてこ
れらシリンダライナ２を拡開する拡開手段６が取付けら
れている。キャリア７には、その列方向の一：４Ａ側に
、キャリア７をシリンダライナ２の軸方向に昇降させる
モータ（ステップモータ、直流モータ等）８のスクリュ
ー軸９が螺合されている。モータ８はコントローラ１０
で回転角度を制御されるように成っている。

以下、拡開手段６の構成を説明する。

第２図に示すように、有底筒体状のシリンダ１１は、益
体１２でその間口１３を密閉され、その内部に油圧室１
４が形成される。油圧室１４内にはピストン１５が往復
動自在に収容される。ピストン１５は、その軸心位置に
、蓋体１２明の線面にピストン１５の軸心状に延びて益
体１２を貫通する軸部１６を一体に有すると共に、益体
１２と反対側の端面に、上記軸部１６と反射的に延乙（
てシリンダ１１の底部１７を貫通するピストンロラド１
８を一体に有して形成される。ピストンロッド１８の貫
通側軸部には２つのテーパーコーン１９．１９が嵌装さ
れている。ピストンロッド１８の貴通測軸端にはナツト
部材２０か螺合される。各テーパーコーン１９．１９は
第２図及び第３図に示すように、端面相互間に円周方向
に沿って断面ｖ形の係合溝２１を形成するように上記ピ
ストンロッド１８に嵌装される。係合溝２１には、円周
方向に複数に分割形成されたテーパブロック２２か係合
されて設けられる。テーパブロック２２は、テーパブロ
ック２２の係合面の反対１則に上記シリンダライナ２の
内周面５と係合する曲率面２３を有し、その曲率面２３
の上・下端に円周方向に沿うｆＩ２４を有して形成され
る。これら溝２４のそれぞれには無端状コイルスプリン
グ２５か巻き掛けられる。

ところで軸部１６内には、第２図に示すようにその先端
から開口されて軸内を通り上記油圧室１４に開口する油
圧通路２６が形成されており、その油圧通路２６に第４
図に示すような油圧回路２７を接続されて上記油圧室１
４内へ作動油を供給し、上記ピストン１５を動作するよ
うになっている。この油圧回路２７は、閉口路２８と、
この閉回路２８に順次介設された油圧タンク２つ、フィ
ードポンプ３０．三方切換弁３１から主に構成される。

そして、その三方切換弁３１と上記油圧通路２６とを油
圧ホース３４で接続し、三方切換弁３１の切換えによっ
て作動油を供給するようにしている。

次に本装置の作動を説明する。

第４図に示すように、コントローラ１０が作動されると
、コントローラ１０は、三方切換弁３１を切換作動する
切換弁駆動装置３３に上記閉回路２８と上記油圧通路２
６を連通させる切換信号を与える。この切換信号は、一
定時間ごとに間欠的に与えられる。すると、第２図に示
す油圧室１４内の作動油量は、一定時間をおいて間欠的
に増加する。ピストン１５は、その作動油の供給量に応
じて上記蓋体１２ｒｐＪへ段階的に移動する。このピス
トン１５の移動によって、テーパーコーン１９゜１つと
係合溝２１の面に、デーパ−ブロック２２を半径方向外
方へ移動させる分力が発生する。この分力によってテー
パーブロック２２は、半径方向外方へ段階的に移動する
。この結果、テーパーブロック２２の曲率面２３がシリ
ンダライナ２の内周面５を段１９！的に、がっ、衝撃的
に押圧してシリンダライナ２周囲のシリンダボディ１を
円周方向に段階的に塑性変形させる。このように、段階
的に塑性変形させてひずみ速度を調整すると、鋳造応力
が降伏点近傍のシリンダボディ１、すなわち上記隔壁３
Ｂ：に無理な変形荷重を加えることがなく、隔を３等に
クラックを生じさせることがない。シリンダボディ１の
鋳造応力が降伏点近傍にあるような虞の高い部分（例え
ばシリンダヘッド醐の隔を３）については上述のように
、シリンダライナ２周囲のシリンタボデイ１の温度を昇
温した後、ピストン１５を作動する。また、上記コント
ローラ１０は、塑性変形処理を行った後、油圧室１１の
油圧を保持して、シリンタボデイ１及びシリンダライナ
２を徐冷する。この結果、シリンダボディ１の鋳造応力
が解消される。

次にコントローラ１１は、上記三方弁３１を切換えて、
油圧室１１内の作動油を上記油圧タンク２９内へ戻し、
シンダライナ２に対する荷重を解除する。そして、この
後、上記モータ８を制御して、ブロック７の軸方向の位
置を変更し、その変更位置に見合った変形荷重を上記テ
ーパーブロック２２によって内周面５に与え塑性変形さ
せる。

つまり、第５図乃至第７図に示すように、エンジンとし
ての稼動中において、シリンダライナ２の変形量はシリ
ンダヘッド測（第５図）の変形量が最も大きく、シリン
ダヘッド測とクランク軸との中間で変形量が減少しく第
６図）、そしてクランク軸で変形がほぼ“Ｏ”　（第７
図）になるがら、この変形に応じて上記油圧室１４への
最終供給量を決定する。なお、各位置における油圧室１
４の最終供給量と、その位置での加熱温度は、実験によ
りｕ　”Ａ　ｒｉａ求めるようにする。

次に拡開手段の他の実施例を説明する。

第８図、第９図に示す拡開手段６は、上記テバーコーン
１９と上記テーパーブロック２２を変更したものである
。つまり、円周方向に分割されたブロック３５の背面に
上記シリンダライナ２の軸と接線方向に回動自在に２つ
のレバ３６，３６を枢支し、これらレバ３６の自由端を
上記ピストンロッドに嵌装された錘体状の可動体３７．
３７に枢支して、上記レバ３６，３６の回動量を変えて
ブロック３５の半径方向の移動位置を変更するように構
成したものである。

また、第１０図に示す拡開手段６は、上述のピストン１
５の動作方向を逆にしてピストンを圧縮方向に作動させ
高い拡開力を得るように構成し、かつ、拡開手段自体を
回転させて、円周方向に均等な塑性変形を行わせるよう
にしたものである。

第１０図に示すように、有底筒体状に形成されたシリン
ダ４０の開口４１を蓋体４２で密閉してその内部に油圧
室４３を形成し、その油圧室４３内にピストン４４を往
復動自在に収容する。ピストン４４は、上記蓋体４２と
反対側の端面の軸心位置に上記シリンダ４０の底部４５
を貫通するピストンロッド４６を一体的に有する。シリ
ンダ４０の底部４５には、円筒状の軸支持箱４７か一体
に、かつ同軸状に取付けられる。具体的には、上記シリ
ンダ４０の底部４５に円周方向に沿っフランジ４８を形
成し、軸支持箱４７の−ｆＪ　劇にそのフランジ４８と
接合するフランジ４つを形成し、そしてこれらフランジ
４８．４９相互をボルト結合する。そして軸支持箱４７
の他端に円周方向に沿って半径方向内方へ突出された鍔
部５０を一体的に形成し、その鍔部５０内に軸支部５１
を区画形成する。この軸支部５１内には上記鍔部５０お
よび上記軸支箱４７の内周面に対して回転自在に係合さ
れる軸基部５２を一体に有した筒状のエキスパンダ５３
が取付けられる。エキスパンダ５３は、円周方向に間隔
をおいてその先端間から後方に軸方向に沿うスリット５
４を有し、先端側の内周面を軸方向に沿って半径方向に
順次縮径させることによって形成したテーパ状の押圧面
５５を有する。また、エキスパンダ５３は、上記ピスト
ン４４側の外周面にキー５６によって一体化されたプー
リ５７を有し、そのプーリ５７とモータ（ステップモー
タ等）５８の駆動プーリ５９とにエンドレスベルト６０
を巻き掛け、モータ５８によってエキスパンダ５３を回
転するようになっている。

さらに上記ピストンロッド４６の先端には上記押圧面５
５と係合するテーパ形状に形成されたブツシャ６１が一
体的に取付けられる。

従って、第１図に示すように、シリンダライナ２内に、
その軸心上に上記エキスパンダ５３を収容し、上記油圧
室４３内に供給する作動流体の量を調整すると、その作
動流体の供給量に応じてピストン４４及びピストンロッ
ドｔｌ　６が動作し、ブツシャ６１が、エキスパンダ５
３を半径方向外方へ拡開させる。この結果、エキスパン
ダ５３は、半径方向に拡開し、対面するシリンダライナ
２の内周面５に円周方向に対して均等の変形荷重を負荷
し、シリンダライナ２周囲のシリンダボディ１を円周方
向に均等に塑性変形させる。この場合、上記作動流体の
供給量を徐マに、がつ間欠的に増量する。また、上記モ
ータ２６の回転角を変更し、円周方向に対する塑性変形
量を均等化する。

なお、この実施例にあっては塑性変形処理時の温度を加
熱によって得るようにしたが、この温度が、鋳造後の徐
冷中の温度であっても横わない。

また、塑性変形処理時の温度は、シリンダボディとして
の常温、すなわちエンジンとしての使用最高温度（１２
０〜２００°）であればよい。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らがなようにこの発明によれば
次の如き優れた効果を発揮する。

シリンダライナをこれより熟膨張率の大きな金属母材に
鋪込んでシリンダボディを鋳遺し、シリンダボディの冷
却の途中又はこれを再加熱した高温状態で、上記ライナ
の内周面に円周方向に沿って均等に変形荷重を加えて上
記ライナ層りの上記ボディを塑性変形させ、その状態で
冷却させると、シリンダライナ周囲のシリンダボディに
発生ずる鋪造応力を解消し、シリンダボディのクリープ
変形をなくしてシリンダライナを真円に保持できろ。

４

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るシリンダボディの断面図、第２
図は拡開手段の詳４［１］［ｔｌｉ面図、第３図は第２
図の要部を示ずネ゛］視図、第４図は第２図の拡開手段
を動作するための制御系を示す概略図、第５図乃至第７
図はシリンダボアの変形状態を示す図、第８図は他の拡
開手段を示す要部詳細斜視図、第９図は第８図のＩＸ　
−ＩＸ線断面図、第１０図は曲の拡開手段を示す断面図
、第１１図は従来例を示す断面図である。 図中、１はシリンダボディ、２はシリンダライナ、３は
隔壁、４は加熱バーナ、５はシリンダライナの内周面、
６は拡開手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリンダライナをこれより熱膨張率の大きな金属母
   材に鋳込んでシリンダボディを鋳造し、該ボディの冷却
   中又はこれを再加熱した高温状態で、上記ライナの内周
   面に円周方向に沿って均等に変形荷重を加えて上記ライ
   ナ周りの上記ボディを塑性変形させ、その状態で冷却し
   たシリンダボディの製造方法。