JPH10122033A - エンジンのボア間構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ボア間のシ−ル幅を確保でき、しかも高温時必
要な対面圧及び壁剛性を確保でき、さらに従来の設備・
工法で機械加工により製造が可能である。 【解決手段】シリンダブロック３に複数のボア３ａを有
し、このボア３ａ間に冷却通路５０を形成したエンジン
のボア間構造において、シリンダブロック３のシリンダ
ヘッド装着側の端部３ｂからスリット５１を形成し、こ
のスリット５１の開口端部に異種材５２を接合して冷却
通路５０を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、エンジンのボア
間構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、エンジンには、複数のボアを有
するシリンダブロックに、シリンダヘッドを装着して燃
焼室を形成し、さらにシリンダブロックのボア間に冷却
通路を形成したものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シリンダブ
ロックのボア間が極端に狭いものについては、スリット
を形成して覆い部材を圧入したり、あるいはドリル孔を
形成して冷却通路を形成することが考えられるが、スリ
ット式ではシリンダヘッドとの間に介在されるガスケッ
トのシ−ル幅もしくはビ−ドラインの設定が困難であ
る。また、圧入すると隣接するボア間隔壁の剛性が下が
り、ボアが変形するおそれがある。

【０００４】一方、ドリル方式では、スリット方式の問
題はないが、加工が困難である。また、アルミニウムに
よりシリンダブロックを形成したものでは、ガスケット
のビ−ド部にアルミニウムの陥没が発生するおそれがあ
る。

【０００５】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、ボア間のシ−ル幅を確保でき、しかも高温時必要
な対面圧及び壁剛性を確保でき、さらに従来の設備・工
法で機械加工により製造が可能であるエンジンのボア間
構造を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ
目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シリン
ダブロックに複数のボアを有し、このボア間に冷却通路
を形成したエンジンのボア間構造において、前記シリン
ダブロックのシリンダヘッド装着側の端部からスリット
を形成し、このスリットの開口端部に異種材を接合して
冷却通路を形成したことを特徴としている。シリンダブ
ロックのスリットの開口端部に母材と異なる異種材料を
接合することで、ボア間のシール幅を確保できる。ま
た、異種材料を接合することで、ボア間に高温時必要な
対面圧及び壁剛性を確保でき、さらに従来の設備・工法
で機械加工により製造が可能である。

【０００７】請求項２記載の発明は、前記スリットの開
口端部に、表面が金属皮膜によって覆われた焼結合金製
円環体からなる異種材を重ね、その後、この異種材を前
記開口端部に圧接させ、次いで、前記シリンダブロック
と異種材との接触部を電気抵抗により発熱させて接合す
ることを特徴としている。シリンダブロックのスリット
の開口端部に母材と異なる異種材料を電気抵抗により発
熱させ、薄いボア間を変形することなく強固に接合する
ことができ、剛性が一層向上する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明のエンジンのボア
間構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は
エンジンの一部を破断して示す図、図２はエンジンのシ
リンダブロックの平面図、図３は図２のIII-III線に沿
う断面図、図４は図２のIV-IV線に沿う断面図、図５は
エンジンのボア間に異種材を接合する説明図である。

【０００９】エンジン１のクランクケース２には、シリ
ンダブロック３が載置され、シリンダブロック３にはシ
リンダヘッド４を装着して内部に燃焼室５が形成されて
いる。シリンダヘッド４には、点火プラグ６が燃焼室５
に臨むように設けられている。シリンダブロック３に形
成されるボア３ａ内には、ピストン７が往復動可能に設
けられている。このピストン７はコンロッド８を介して
クランク軸９に連結され、ピストン７の往復動によりク
ランク軸９が回転する。シリンダヘッド４にはヘッドカ
バー１２が取り付けられている。

【００１０】シリンダヘッド４には、３個の吸気通路１
３と２個の排気通路１４が形成され、それぞれ燃焼室５
に開口している。図１では端部の吸気通路１３を示して
いる。吸気通路１３の開口部１３ａは吸気弁１５で開閉
され、排気通路１４の開口部１４ａは排気弁１６で開閉
され、開口部１３ａ，１４ａにはバルブシ−ト７０，７
１が設けられている。吸気弁１５及び排気弁１６はバル
ブガイド７２，７３を介してシリンダヘッド４に移動可
能に支持され、動弁機構１７を構成するカム軸１８，１
９に設けたカム２０，２１により作動する。カム軸１
８，１９にはカムスプロケット２２，２３が設けられ、
一方クランク軸９には駆動スプロケット２４が設けら
れ、カムスプロケット２２，２３と駆動スプロケット２
４とにカムチェーン２５が掛け渡されている。カム軸１
８，１９はカムチェーン２５を介してクランク軸９と連
動して回転し、所定のタイミングでそれぞれのカム２
０，２１が吸気弁１５及び排気弁１６を開閉する。

【００１１】吸気通路１３には、吸気管３０が接続さ
れ、この吸気管３０にはスロットル弁３１が設けられ、
スロットル弁３１の開閉により吸入空気量を制御する。
スロットル弁３１の下流側には、インジェクタ３３が設
けられ、このインジェクタ３３から燃料を噴射して希薄
燃焼を行う。排気通路１４には、排気管４０が接続され
ている。

【００１２】シリンダブロック３は、アルミニウムで形
成され、複数のボア３ａを有している。このボア３ａ間
には冷却通路５０が形成され、この冷却通路５０により
ボア３ａの両側に形成されたウォータジャケット６０，
６１が連通される。

【００１３】冷却通路５０は、シリンダブロック３のシ
リンダヘッド装着側の端部３ｂからスリット５１を形成
し、このスリット５１の開口端部５１ａに異種材５２を
接合して形成される。シリンダブロック３のスリット５
１の開口端部５１ａに母材と異種材料５２、例えば三角
柱状の鉄を接合することで、ボア間のシ−ル幅Ｄを確保
できる。また、異種材料５２を接合することで、ボア間
に高温時必要な対面圧及び壁剛性を確保でき、さらに従
来の設備・工法で機械加工により製造が可能である。

【００１４】スリット５１の開口端部５１ａに、表面が
金属皮膜によって覆われた焼結合金製円環体からなる異
種材５２を重ね（図５（ａ）、その後、この異種材５２
を開口端部５１ａに圧接させ、次いで、シリンダブロッ
ク３と異種材５２との接触部を電気抵抗により発熱させ
て接合する。

【００１５】このように通電されると電気抵抗が大きく
なってこの接触部が発熱するようになる。この熱は異種
材５２とシリンダブロックとの接触界面の全体に伝導
し、接触界面の温度が上昇すると、固相状態で互いに圧
接し合う材料金属（銅皮膜５３の銅およびシリンダブロ
ック３のアルミニウム合金）の原子が活発に運動するよ
うになり、これらの原子どうしが相互に拡散するように
なる。

【００１６】上述したように原子の相互拡散が起こるこ
とにより、界面付近の組成は、銅皮膜５３を構成する銅
と、シリンダブロック３のアルミニウム合金との共晶合
金になり、純銅より低い温度で固相から液層に変わるこ
とができる状態になる。このときの界面付近の状態を図
５（ｂ）に模式的に示す。図５（ｂ）においては、原子
の相互拡散が起こり前記共晶合金層が生成されている部
位を符号Ａで示す。

【００１７】界面付近の温度がさらに上昇し、共晶合金
層の一部が液相に変化するようになると原子の拡散現象
は一層活発となり、この共晶合金層が成長してこれに伴
なって固相と液相との界面が拡大する。この共晶合金層
の液相化が進行する一方、共晶合金層に隣接するシリン
ダヘッドブロック３のアルミニウム合金は、異種材５２
が押し付けられていることと抵抗熱により昇温されてい
ることとによって、塑性流動（塑性変形）を起こす。

【００１８】この塑性流動は最初の接触部を中心にして
図５（ｂ）において上下方向に略対称となるように生じ
るため、液相化した共晶合金は前記塑性流動に乗じて図
５（ｃ）に示すように接触部の外に排除される。図５
（ｃ）において共晶合金の排除された部分を符号Ｂで示
す。また、このときには、異種材５２の銅皮膜５３の一
部が共晶合金化されて接触部から排除されることによ
り、円環体５４の一部がアルミニウム合金に触れるよう
になってこれらの間でも原子の拡散現象が起こる。この
拡散硯象が生じている部位を図５（ｃ）中に符号Ｃで示
す。

【００１９】電流値を上述したように元の値まで上昇さ
せた後、所定時間に達してから所定時間に達するまでの
間に徐々に低下させて０とする。電流が流れている間は
勿論、通電が断たれた後も反応不能温度まで温度が低下
するまでは反応が進行し、共晶合金層の生成→液層化→
塑性流動に伴なう排除、という現象と、鉄系焼結合金と
アルミニウム合金との原子相互拡散という現象が同時に
起こりながら異種材５２が沈み込み続け、図５（ｄ）に
示すようにその外周面の略全域がシリンダブロック３内
に埋没するようになる。そして、最後に、上部を切削し
て平面にする（図５（ｄ））。シリンダブロック３のス
リット５１の開口端部５１ａに母材と異なる異種材料５
２を電気抵抗により発熱させることで、薄いボア間を変
形することなく強固に接合することができ、剛性が一層
向上する。なお、異種材５２の接合は、強力な接着剤等
によって行うこともできる。

【００２０】エンジン１の吸気弁１５及び排気弁１６
は、バルブガイド７２，７３によりガイドされている
が、このバルブガイド７２，７３は、従来焼結合金、鋳
鉄等による別部品をシリンダヘッド４に圧入して形成さ
れている。

【００２１】次に、このバルブガイドの他の実施の形態
について説明する。バルブガイドは、吸気側と排気側は
同様に構成されるから、吸気側について説明し、排気側
は省略する。図６は従来のバルブガイドを示す断面図、
図７はこの実施の形態のバルブガイドを示す断面図であ
る。

【００２２】従来図６に示すように、アルミニウムのシ
リンダヘッド４にガイド圧入孔４ａを加工し、バルブガ
イド７５を圧入し、バルブガイド７５とバルブシ−ト７
６とを同時に同軸加工するが非常に手間がかかる。ま
た、バルブガイド７５の外周や吸気通路１３内へのオイ
ルリ−クも起こり得る。

【００２３】このため、図７に示すように、シリンダヘ
ッド４にガイド孔４ｂを形成し、このガイド孔４ｂに直
接Ｎｉ系メッキすることでバルブガイド７７を形成す
る。バルブガイド７７をＮｉ系メッキにより形成するこ
とで、従来のバルブガイドの圧入時の剛性を考慮しなく
てよいため、排気通路１３内への突出部４ｃを二点鎖線
で示す位置から実線で示す位置にして突出量を軽減する
ことができる。また、冷却通路７８を二点鎖線で示す位
置から実線で示す位置にして容量を拡大することができ
る。

【００２４】さらに、従来圧入していたバルブガイドが
不要になり、また熱伝導率が向上し吸気弁からシリンダ
ヘッド４への熱の逃げが良くなる。また、多孔性ポ−ラ
スメッキ等を用いればオイル保持性が向上する。また、
バルブガイド７７だけでなく、リフタ、ボア、カム軸受
等も同時にメッキすれば耐摩耗性が向上する。

【００２５】さらに、バルブガイドの他の実施の形態に
ついて説明する。

【００２６】従来、例えば焼結材のバルブガイドは、一
種類の材料によって構成されている。図８に示すように
バルブガイド８０は、耐久後の内径の形状が、ラッパ状
に摩耗している。このため、図９に示すようにバルブガ
イド８１の端部に、耐摩耗性の優れた材料８１ａ，８１
ｂを入れ、中間部８１ｃに廉価材を入れる。バルブガイ
ド８１は、耐摩耗性の優れた材料８１ａ，８１ｂにより
ラッパ状摩耗が少なくなり、バルブガイド８１のガタガ
タが少なくなるため、バルブシ−ト摩耗、バルブフェ−
ス摩耗、バルブステム摩耗等各部の摩耗を低減すること
ができる。

【００２７】また、バルブガイド８１の先端からフェ−
ス面までの距離を長くすることができるため、図９に示
すようにポ−ト角度θを立てることができ、吸入流速が
早くなり吸入率効果が向上し、高性能化につながる。

【００２８】また、バルブガイド長さＬを短くすること
ができるため、シリンダヘッド高さは低くなりコンパク
トなエンジンとなる。さらに、バルブガイド８１の中間
部８１ｃに廉価材を用いることができ、廉価材が多くな
るためト−タルコストが安くなる。

【００２９】さらに、バルブガイドの他の実施の形態に
ついて説明する。図１０はシリンダヘッドにバルブガイ
ドを設ける工程図である。アルミニウムのシリンダヘッ
ド９０には吸気通路９１とウォータジャケット９２が形
成されており（図１０（ａ））、このシリンダヘッド９
０の所定位置に上下の接合穴９３，９４を加工し（図１
０（ｂ））、上下の接合穴９３，９４に鉄系の金属で形
成したバルブガイド９５，９６を圧入あるいは焼きばめ
により接合する（図１０（ｃ））。その後に、バルブス
テム孔９７をバルブガイド９５，９６とシリンダヘッド
９０とに貫通して加工する（図１０ｄ）。

【００３０】この実施の形態では、ウォ−タジャケット
９２とバルブステム間の介在物がシリンダヘッド母材
（アルミニウム）のみとなり、肉厚も薄くできるため吸
気弁の放熱性が良くなる。また、通常バルブガイドは図
８に示すように内径の上下部分がラッパ状に摩耗する
が、その摩耗し安い部分には鉄系（例えば燒結性）のバ
ルブガイド９５，９６を用いるため、耐摩耗性は現状レ
ベルを維持できる。また、バルブステム保持のうち、熱
間時にはアルミニウム部分の方が鉄部分よりもより膨張
し、そこにオイルを抱え込むことでバルブステムの摩耗
を抑えられる。さらに、上下のバルブガイド９５，９６
は鉄製のため、バルブステムのクリアランス及びバルブ
コック量は現状レベルを維持できる。

【００３１】

【発明の効果】前記したように、請求項１記載の発明で
は、シリンダブロックのスリットの開口端部に母材と異
なる異種材料を接合したから、ボア間のシ−ル幅を確保
できる。また、異種材料を接合することで、ボア間に高
温時必要な対面圧及び壁剛性を確保でき、さらに従来の
設備・工法で機械加工により製造が可能である。

【００３２】請求項２記載の発明では、シリンダブロッ
クのスリットの開口端部に母材と異なる異種材料を電気
抵抗により発熱させ、薄いボア間を変形することなく強
固に接合することができ、剛性が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジンの一部を破断して示す図である。

【図２】エンジンのシリンダブロックの平面図である。

【図３】図２のIII-III線に沿う断面図である。

【図４】図２のIV-IV線に沿う断面図である。

【図５】エンジンのボア間に異種材を接合する説明図で
ある。

【図６】従来のバルブガイドを示す断面図である。

【図７】この実施の形態のバルブガイドを示す断面図で
ある。

【図８】バルブガイドの摩耗を説明する図である。

【図９】バルブガイドの他の実施の形態を示す断面図で
ある。

【図１０】シリンダヘッドにバルブガイドを設ける工程
図である。

【符号の説明】

１ エンジン ３ シリンダブロック ３ａ ボア ３ｂ シリンダヘッド装着側の端部 ５０ 冷却通路 ５１ スリット ５２ 異種材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダブロックに複数のボアを有し、こ
   のボア間に冷却通路を形成したエンジンのボア間構造に
   おいて、前記シリンダブロックのシリンダヘッド装着側
   の端部からスリットを形成し、このスリットの開口端部
   に異種材を接合して冷却通路を形成したことを特徴とす
   るエンジンのボア間構造。
2. 【請求項２】前記スリットの開口端部に、表面が金属皮
   膜によって覆われた焼結合金製円環体からなる異種材を
   重ね、その後、この異種材を前記開口端部に圧接させ、
   次いで、前記シリンダブロックと異種材との接触部を電
   気抵抗により発熱させて接合することを特徴とする請求
   項１記載のエンジンのボア間構造。