JPS61132752A - 高剛性シリンダブロツクおよびその製造方法 - 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〕 本発明は、グイキャストにより製作されるオープンデツ
キ型アルミニウム合金製シリンダブロックおよびその製
造方法の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

内燃機関のシリンダブロックには、大別して、中子の使
用が可能な鋳造形式で製作されるものと、中子の使用が
困難な鋳造形式で製作されるものとがある。これらの従
来形式のもののうち、後者に属するグイキャストにより
製作されるシリンダブロックでは、グイキャストＷを抜
く必要があるため、シリンダ筒上部とアッパーデツキと
を結合することが出来ないオープンデツキ観と呼ばれる
構造になる。したがって、この型式のシリンダブロック
が、ガスケットを介して、シリンダヘッドによって締付
けられる時には、シリンダボアーの半径方向の変形ある
いはシリンダ筒上部の位置ずれ等が生じ、前者ではピス
ト／リングの気密が低下し、潤滑油の消費量の増加や燃
焼ガスの漏れ、後者では位置ずれの方向によってはピス
トンとシリンダ間の摩擦力増加による動力損失が起こる
。ｉた、この型式のシリンダブロックが運転されると、
シリンダ上部には燃焼による圧力変化あるいけピストン
スラップ（打音）、ピストン横推力等によシ、シリンダ
筒上部を衝撃的に振動させる現象が起きる。この場合、
シリンダ上部はガスケットを介して、７りンダヘツドに
よシ容易に動けぬように押付けられているが、この押付
け力はガスケットの圧縮損傷やジャーナル間の芯ずれが
生じないような太き石の荷重に押さえる必要があるため
、シリンダ筒上部の振動を防止するために十分な押付け
力でＨ［付けられていない。

このため、オープンデツキをのものは、シリンダ筒上部
とアッパーデツキ間を固着した型式、例えば中子を使用
して鋳造したものの場合に比べて、シリンダ筒の振動が
大きくなシ、その振動が冷却水、シリンダヘッド、コン
ロット等ヲ介してシリンダブロック外壁に伝わり、エン
ジン騒音が大きくなっている。また、シリンダ筒の振動
が著しく大きい場合にはウォータージャケット内の冷却
水がその急激な振動に追従できず、部分的に気泡（真空
）部分が生じ、その気泡が潰れる時の衝撃圧力によって
生ずると言われるキャビテーションが起ってライナの寿
命が短かくなることもある。

また、オープンデツキ型シリンダブロックにおいては、
シリンダ筒上部とブロックアッパデツキ間を固着したも
のに比ベシリンダライチの振動変形により、ピストンと
の片当りが生じ、局部的な摩耗ひいてけ焼付の可能性が
隔いという問題があった。

さらに、シリンダライナの振動変形により、シリンダラ
イナの真円度に変化を与えピストンリングのオイルシー
ル機能に悪影響ヲ与え、燃焼室内へのオイルの混入によ
り、オイル消費量が増加するという問題があるとともに
、極端な場合は、シリンダライナの振動変形により、７
リンダヘツドとの間に介挿されたガスケットが摩耗し亀
裂が生じ、クォータジャケット内の冷却水が燃焼室内に
混入するおそれがあった。

これらのシリンダ筒上部の支持方法に起因する問題を解
決する九めに、ガスケットも含めたシリンダヘッドから
の押付け力による支持方法を種々検討したが、押付け力
に対して直角方向のシリンダ筒上部の変位をガスケット
のような変形しやすい材料で阻止すること、あるいはボ
アの半径方向の変形を生じさせないようにすることは困
難なことがわかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明に、従来のオープンデツキ型シリンダブロックの
シリンダ筒の振動による欠点を解決するためのもので、
シリンダ筒上部とオープンデツキとの間に補強材を介装
させてシリンダ筒を固定した、剛性の高いシリンダブロ
ックおよびその製造方法を提供せんとするものである。

特に、近年軽量化の目的で多用式れているアルミニウム
合金親シリンダブロックの場合Ｋに、アルミニウムが溶
接困難な材料であることから、補強材による補強がむづ
かしいとされていたのを、本発明は解決せんとするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の高剛性シリンダブロックは、ダイキャスト後型
を抜いた半製品のオープンデツキ型アルミニウム合金製
シリンダブロックのシリンダ筒上部とアッパーデツキ間
に、アルミニウム系材料よりなる補強材を固着せしめた
ことを特徴とする。

本発明の上記シリンダブロックの製造方法は、上記補強
材を固着させるにあたり、補強材の少なくともろう付け
する部分にペンタフルオｏフルミニウム酸カリウム（Ｋ
＊　Ａ　Ｉ　Ｆｇ　）を主成分とする化成処理層を形成
し、該補強材をシリンダ筒上部とアッパーデツキとの間
に介挿し、少なくともろう付け部を加熱して接合するこ
とｔ−特徴とする。

〔作用〕

本発明で“形成されるフラックスとしての化成処理層は
、上記したように処理面に強固に付着した被膜として形
成されるため、補強材を所定の位置に機械的手段によっ
て出入嵌合しても落剥することがなく、所期のろう付効
果が得られる。また、この化成処理層は安定な化合物で
あるため、空気中の水分は勿論、水と接しても腐食の原
因とならない。更に、本発明では、補強材の少なくとも
ろう付け面を、例えばろう材として使用できるＡＩ、−
８ｉ共晶合金とすることによって、接合部にろう材を供
給することなく単に加熱するだけで接合できる。

〔発明の効果〕

本発明は、補強材によシリンダヘッドとアッパーデツキ
間を固着したため、このような構造のシリンダブロック
を有するエンジンを運転したとき、シリンダ筒上部に作
用する燃焼による圧力変化、あるいはピストン横方向推
力、ピストンスラップ等は接合した補強材を通じてアッ
パーデツキひいてはブロック外壁に伝わることとなる。

見方をかえれば１．シリンダ筒上部はシリンダヘッドの
みならずシリンダブロック全体の剛性によっても支持さ
れることになシ、シリンダ筒の振動低減、ひいてはシリ
ンダブロックから放射される騒音を低減することができ
る。

さらに、補強材によってブロック上部の剛性をアップし
て、ボアの振動・変形を拘束することにより、ピストン
・シリンダ間の片当シによる異常曜粍あるいは焼付を防
止するとともに、オイルおよび冷却水の燃焼室への混入
を防止して、オイル消費量を低減させるという利点を有
する。

また、Ａｔ補強材の７ラツクスとしての化成処理層は強
固に付着しているので、嵌合等の製造王権においてもス
ラックスは脱落しないため、健全なろう付け結合部を得
ることが出来るのみならず、グイキャストの大量生産性
を損なうこともない、など多くの優れた効果を奏する。

〔実施態様〕

本発明において、アルミニウム合金製シリンダブロック
（以下Ｍシリンダブロックと記す）は、特に限定される
ことなく、従来シリンダグロックの鋳造に用いられてい
たアルミニウム合金によって作ることができる。しかし
ながら、補強材とのろう付けＫあたシ、ろう付けが良好
に行なわれる材質よりなるものが好ましい。

補強材としてのアルミニウム系材料ｕ、フルミニラム（
Ａｔ）ｔたはアルミニウム合金（Ａｔ合金）からなる材
料のはか、少なくともろう付け面にＡｔ層を有するアル
ミナイズド鋼材、鋼材またげ異なるＡｔ系材料を芯材と
するアルミニウムクラツド材などの複合材も使用できる
。しかしながら、補強材はウォータージャケット内に配
置されることから、全表面がＭまたｕＡｔ合金であるも
のが好ま゛しい。

補強材に使用されるＭまたはＡｔ合金としては、その組
成については特に限定でれることなく、通常のアルミニ
ウム合金に含まれる珪素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、−ｒｙ
ガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタｙ（Ｔｉ）、クロム
（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ
）等の添加元素を１種または２種以上含んでいてよく、
その含有量についても特別限定されない。具体的ＫＦｉ
、ＪＩＳ−５００５，１０５０，７０５２等のＭ合金材
料がめけられる。り２ツド材などの複合材を用いるとき
には、表面のＡｔ材として芯材よりも融点が１０〜１０
０℃低い合金、例えば８ｉを７〜１２チ（重量、以下同
じ）含有したＡＡ−８ｉ共晶合金を貼シ合せまたは被覆
したものを用いてもよい。具体的には、例えばＪＩＳ−
ｓｏｏｓ材の表面に４３４３材をクラッドしたもの（Ｂ
Ａ１２ＰＣなど）があけられる＠本発明において補強材
は、シリンダブロックのシリンダ筒とアッパーデツキと
の間の全面を覆う形状、すなわちシリンダ筒数たけシリ
ンダ筒が嵌入できる大きさの円孔を有する板状体であっ
てもよいが、通常にシリンダ筒上部と７ツパーデツキと
の間の必要部位に嵌入できる大きさの板状体として用い
られる。

補強材をシリンダ筒上部とアッパーデツキとの間の空隙
に嵌合するときの位置決めや嵌合全確実にするために、
シリンダ筒上部外周壁とアッパーデツキ側壁面に段部を
設けるか、または該外周壁またｔａｒ側壁のいずれか一
方または両方が下方に行くにしたがって両壁の間隔が狭
くなるように傾斜し友形状として本よい。

補強材はろう付けして固着するために、少くともろう付
け面にに４ＡｔＦ、′ｔ−主成分とする化成処理層を７
ラツクスとして形成する。

化成処理層の形成工程は、本発明者らができに特願昭５
８−１９１３１１号にて提案した方法によって行なわれ
る。

本発明の化成処理層の形成工程において使用される化成
処理液は、種々の方法によって調製でちるが、例えば次
の方法により調製される。

そのひとつは、フッ化水素カリウム（ＫＨＦ、　）を水
に溶解する方法である。フッ化水素カリウムの溶解量は
、水１を当９１〜８０ｇとしたものがペンタフルオロア
ルミニウム酸カリウムを生成するのに適当である。他の
調製方法としては、７フ化カリウム（ＫＦ）と７フ化水
素（ＨＦ）とを水に溶解して混合水溶液としてもよい。

また、水酸化カリウム（ＫＯＨ）とフッ化水素とｔ−溶
解したものでもよい。これらの水浴液は、フッ素とカリ
ウムのモル比が１〜１０であって、かつカリウムがα５
〜４０　ｇ／ｌ含有している本のがよい。

補強材の少なくともろう付けされる部位（接合部位）と
上記化成処理液とを接触させる方法としては、浸漬、塗
布、吹き付けなどの方法が挙げられるが、その接触時間
け、化成処理液中のカリウムおよびフッ素の濃度、該処
理液の温度などによって一概には決まらないが、たとえ
ば１５秒〜２０分程度の範囲がよい。該接触によって、
アルミニウム系材料の接合部位表面に存在する酸化物被
膜が破壊され、アルミニウムとカリウムとフッ素が化学
反応し、Ｋ、ｈｔＦｓが生成する。この化合物の生成は
、温度によって変化する。当然、常温でも充分に化学反
応が進行する。しかし、接合部位の温度で例えば４０〜
７０℃に上昇せしめると、特に酸化被膜の除去が完゛全
に、しかも急速に行なわれる。その結果、Ｋｓ　ＡＩＦ
ｓ化成処理層の皮膜がアルミニウム系材料の接合部位表
面に強固に形成される。この皮膜は強固に付着している
ため、補強材をシリンダブロックに嵌合する際に、出入
するとか機械的手段で叩き込むなどの手段によっても落
ちることにない。それ故、ろう付けが完全に行なわれる
。

上記化成処理層の形成に、補強材に主として行なうが、
これに限定されることなく、シリンダブロック側に施し
て本よい。すなわち、シリンダ筒の上部外周とか、アッ
パーデツキ側壁面にも形成してよい。

〔実施例」 以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

実施例１ 第１図に、Ａｔダイキャストによって得られた半製品状
態の４気筒直列型のオープンデツキ型シリンダブロック
の上面図を示し、第２図は第１図のＡ−Ａ’線断面図を
示す。図中、１はシリンダブロック、２はヘッドボルト
位置、３は下部接合部、４けシリンダ筒、５はボルト孔
、６１６軸受、７Ｕウオータージヤケツトを示す。

本実施例では、上記の如きオープンデツキ型シリンダブ
ロックに、第３図に示す配置で補強材を吹り付けた。第
３図に示す補強材叡付部９゜１０．１１に、予じめ準備
したクリアランスα１■程度の嵌め合いに製作し、ろう
付け接合面にｔｄＫ！ＡｔＦｆ）フラックスを化成処理
したＡｔ補強材９４１Ｇ’、　１１’をそれぞれ嵌合し
、補強材を中心にバーナで加熱してろう付けを行なつた
。

補強材の峨付部に、シリンダ筒の直列方向に対して左右
方向となる、ピストン横方向力を支える部位１１．１１
・−・・−の８個所と、それらと直角方向で隣シ合った
シリンダ筒あるいはその延長線上でブロックとを結ぶ、
エンジン長手方向の部位９．１０の５個所からなる合計
１３個所である。

補強材の大きさに、厚さが８〜１０閣（仕上げ代約３〜
５ｍを含み、完成品厚さ１６５　ｍｎとされる）、ピス
トン横方向力を支える部位１１゜１１・・・・・・の補
強材１１′、１１′−・・の幅はシリンダ筒４のボア径
の約半分の４０１ＨＲとし、その他の部位の補強材９′
、１０′の幅は１０陽とした。取付部位１１の補強材１
１′の幅が４０順と大きいのは、アッパーデツキ８へ伝
わる力の分散を考慮したためである。

補強材Ｓのろう付け位置を簡単に決められるように、第
５図に示すように所定の深さＤが５瓢になる位置にＩＩ
Ｌ１〜［Ｌ５１＋１１の段付き部を設け、補強材を嵌合
できるようにした。補強材の仕上は代を３〜５麿とした
のは、ろう付け時の急激な局部加熱を補強材中心に行な
うため、後で熱損傷部を除くための取り代である。補強
材Ｓげ仕上げ研削されて、第６図に示すようにアラ−く
一デツキ８、シリンダ筒４の上面と同一平面とされる。

第４図は、補強材１１′を固着させた後のシリンダブロ
ックの断面図を示す。

このように、シリンダ筒４とアップく−デツキ８を補強
材で固着し、剛性を高くしたシリンダブロックを用いた
場合のエンジン騒音は、従来型のものに比ベア００〜５
５００Ｉｒ、ｐｍの全運転速度域において１〜２ｄＢ低
下した。また、エンジンの組立時におけるシリンダヘッ
ドの組付圧による組付不良もなく、このほかエンジンの
耐久性の向上も認められた。また、従来のオープンデツ
キのシリンダブロックに対して、ピストンとシリンダ間
の片当シの跡も認められなくなるとともに、オイル消費
量も１／２以下に減少した。

なお、補強材Ｓのシリンダ筒４とアッパーデツキ８との
間への表金時の位置決めを容易にするため、更に第７図
に示すように、補強材Ｓおよびアッパーデツキ８、シリ
ンダ筒４のいずれか一つないしは全部の側壁にテーパー
を付して所定の位置で止るようにしてもよく、また第８
図に示すように補強材Ｓに段部を設けてもよい。

第７図およびＷ２Ｂ図のいずれの場合も、固着後補強材
は第６図に示すように上部の凸出部は研削除去される。

実施例２ 本例は補強材の更に別な取付方法を示す例で、第１図に
示したＭダイキャスト後の半製品状態のオープンデツキ
梨シリンダブロックに、第２図に示す補強材取付け部１
２，１５，１４，１５にそれぞれ補強材１２’、　１３
’、　１４’、　１５’を固着させる。

補強材の固着は、予じめクリアランスα０２〜［ＬＯ５
簡程度の嵌め合いに製作し、ろう付け接合面にけに４ｈ
ｔＦ、金主成分とする）２ツクスを化成処理したＡｔ補
強材を前記各取付け部に嵌合し、補強材を中心にバーナ
で加熱し、ろう付けすることによって行った。

ピストン横方向力を支える補強材は、アッパーデツキ８
！ｌＩｌの剛性の高いヘッドボルト位置２とシリンダ筒
４間の部位１３．１４とし、エンジン長手方向の部位１
２．１５と合せて合計２１個所に補強材１１付けた。

補強材の大きさは、厚さが８〜１０瓢（仕上げ代３〜ｓ
ｍｍ、完成品厚さ５　ｔｒａｎ　）、補強材の幅は１０
〜１５閣である。補強材１３′、１４′は、ボア中心か
らはｙヘッドボルト孔５へ向う方向へ取シ付けた。その
位置決めには、ダイカスト時にシリンダ筒４、アッパー
デツキ８の両方に補強材１３’、１４’の幅とはｙ同じ
幅の溝部を設けた。深さ方向の位置決めは前記第５図と
同様に　一段部を設けた。補強材の仕上げ代ｔ−５〜５
ＩＩＩＩ＋としたのも実施例１に記載したのと全く−じ
理由からである。第１０図は補強材固着後のシリンダブ
ロックの断面図を示す。

このようにしてシリンダ筒とアツベ−デツキとを補強材
で固着し、剛性を高くしたシリンダブロックを用いたエ
ンジンの騒音は、従来型のものに比べて全運転速度域（
７００〜５５０００ｒｐｍ）において、２〜５ｄＢ低下
した。騒音レベルの低下は、特に高速運転時に顕著でめ
った。また、実施例１の場合と同様に本例のシリンダブ
ロックによるエンジンはシリンダブロック全体の剛性ア
ップによ）耐久性に優れておシ、従来のオープンデツキ
型のものに比べて極めて良好な結果を示した。また、ピ
ストン、シリンダ間の片ａｂ的な摩擦、摩耗の跡は全く
認められず、焼付の心配が無くなり、オイル消費量も１
７２〜ＩＡ以下に減少嘔せることができた。

なお、上記実施例１および２において、シリンダブロッ
クは、Ａｔ合金（ＡＣ４Ｂ）を素材とするものでアリ、
ボア径６８■、シリンダ筒長１３５１、ストローク８５
ｍのものである。

また補強材は材質ＪＩＳ３００３材の表面に４３４５材
をクラッドしたＡｔ合金を用、いた。

実施例３ 本例はＡｔ板（３００３）の片面にろう材（４５４５）
をクラッドした板材（Ｂｌ［’Ｃ）からプレス加工によ
り製作した補強材を用いた取付方法を示す。

補強材のシリンダ筒４とブロック１間を結ぶ断面形状は
第１１図および第１２図に示すように成形し、補強材Ｓ
の図に示す底の部分のクリアランスけα０２〜（ＬＯ５
■　程夏の嵌め合い代を設ける。図中、補強材Ｓの上下
の部分は若干広がり気味のテーバを持たせ、ろう付け接
合面をスプリングバックの効果で密層させる。このろう
付け接合面にはに！ＡｔＦ’、金主成分とする７ラツク
スが予め化既処理されている。また、補強材Ｓをシリン
ダ筒４上部およびブロックアッパデツキ８より外にはみ
出させたシ（第１１図）、あるいはシリンダ筒４および
ブロック１を覆うようにして取付け（第１２図）、ろう
付け時の・く−ナーによる急激な局部加熱に補強材を中
心に行なう。こうすることにより、少ない熱容量でろう
接部を効果的に固着することが出来る。また、この時の
急激な局部加熱による熱損傷部は補強材のシリンダ筒お
よびブロックからはみ出した部分であり、ブロック加工
時に研削除去される。なお、図中Ａ！＃″ｔＡｔ板、Ａ
、ばろう材を示す。

このような補強材の取付け方法を用いた場合も、実施例
１、実施例２の場合と同様な効果、すなわち、オープン
デツキ型ブロックに比ベエンジン騒音の低減、オイル消
費の低減ピストン・シリンダ間の片当りに類する異常摩
耗防止等の効果が得られた。

実施例４ 本例に、ろう何部の加熱をスポット溶接によシ行なう方
法を示す。この場合の補強材Ｓの取付け方法は実施例１
第７図で示したようにシリンダ筒４とアッパーデツキ８
との間への嵌合時の位置決めを容易にするために付ける
テーパ方式が、優れた固着効果を示した。すなわち、ス
ポット溶接では溶接チップで加圧、通電し、補強材をシ
リンダ筒、アッパーデツキ間の接触抵抗によプ発熱接合
することになるが、その時の固着させたい部分の接触面
積を大きく取ること、加圧した時の反力を得るのにはテ
ーパ一方式が最も簡便であった。

補強材の取付方法を第５図のようにした場合、段付き部
の面積が溶接チップでの加圧に耐えうる必要があり、特
に通電、発熱時の強度低下時に耐えうるには役付の深さ
を１Ｗ１近く取る必要がある。また、シリンダ筒４、ア
ッパデツキ８の側面での固着のためには、′嵌め合い代
α０１ｍｍ程度以上設けるとよいことが分かった。

このように、スポット溶接による加熱接合の場合も、オ
ープンデツキをブロックを用いた場合に比べ、エンジン
騒音、オイル消費の低減、ピストンシリンダ間の片当シ
に類する異常摩耗の防止等の効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイキャスト後のオープンデツキ製シリンダブ
ロックの上面図、 第２図は第１図のＡ　−Ａ’線断面図、第３図は本発明
シリンダブロックの一実施例を示す上面図、 第４図は第３図のＢ　−Ｂ’線断面図、第５図および第
６図は補強材の嵌合状態の一例を示す断面図、 第７図および第８図は補強材の嵌合状態のそれぞれ他の
例を示す断面図、 ゛　第９図は本発明シリンダブロックの他の実施例を示
す上面図、 第１０図は第９図のｃ　−ｃ’線断面図、第１１図およ
び第１２図は補強材の他の例を示す断面図でめる。 図中、 １・・・シリンダブロック　４・・・シリンダ筒７・・
・ウォータージャケット　　８・−・アツノ（−デツキ
９．１０，１１，１２，１３，１４．１５−、補強材取
付部Ｓ、９’、１０’、１１’、１２’、１５”、１４
’、１５’・・・補強材特許出願人　　株式会社　豊田
中央研究所箱１する 第２図　　　　　　第３図 第４図 第５図　　　　第６図 第７図　　　　　第８図 第９図 第１０図 第１１図 ｑ 第１２図 旦 −３２′／

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）オープンデッキ型アルミニウム合金製シリンダブ
   ロックのシリンダ筒上部とアッパーデッキ間にアルミニ
   ウム系材料よりなる補強材を固着せしめたことを特徴と
   する高剛性シリンダブロック。
2. （２）オープンデッキ型アルミニウム合金製シリンダブ
   ロックのシリンダ筒上部とアッパーデッキ間に、少なく
   ともろう付けに必要な接合部分の表面にペンタフルオロ
   アルミニウム酸カリウムを主成分とする化成処理層を形
   成させたアルミニウム系材料よりなる補強材を介挿し、
   少なくともろう付け部を加熱することにより、該シリン
   ダ筒上部とアッパーデッキとの間に補強材を固着させる
   ことを特徴とする高剛性シリンダブロックの製造方法。