(57)【要約】【課題】エンジンのシリンダヘッドにおいて、シリンダブロックへの取付状態において、カムシャフトベアリングの軸受面の真直度及び同軸度を高める。【解決手段】シリンダヘッド１０を加熱し（Ａ）、シリンダブロック９との結合面である下部１０Ａを急速に冷却する（Ｂ）。これにより、残留応力が生じて、シリンダヘッド１０は、上に凸の形状に変形する（Ｃ）。この状態で、シリンダヘッド１０に機械加工を施す（Ｄ）。機械加工に伴なって残留応力が解放されて、シリンダヘッド１０は、下に凸の仕上げ形状となる（Ｅ）。シリンダヘッド１０をシリンダブロック９に取付けたとき、シリンダブロック９への取付によって生じる上に凸の変形と、シリンダヘッド１０の下に凸の仕上げ形状とが相殺されるので、シリンダブロック９への取付状態において、カムシャフトベアリングの真直度及び同軸度を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドを熱処理する際、冷却速度を制御することにより、残留応力を生じさせてシリンダヘッドを上に凸の形状に変形させ、その後、シリンダヘッドを機械加工し、機械加工に伴なう残留応力の解放により、下に凸の仕上形状を得ることを特徴とするシリンダヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムシャフトを有するレシプロエンジンのシリンダヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自動車等に搭載されるオーバーヘッドカムシャフト形式のレシプロエンジン１では、例えば図６に概略的に示すように、複数のシリンダボアが直列に配置されたシリンダブロック２（Ｖ型エンジンの片バンクを含む）のデッキ面にシリンダヘッドガスケット３を介してシリンダヘッド４が複数のシリンダヘッドボルト５によって取付けられている。シリンダヘッド４には、動弁機構を構成する少なくとも１つカムシャフト６（１つのみ図示する）が設けられている。カムシャフト６は、直列に配置された複数のシリンダボアに沿って配置され、シリンダヘッド４に設けられた複数のカムシャフトベアリングに挿通されて回転可能に支持されている。
【０００３】
ところで、このような構造のエンジンでは、次のような問題がある。シリンダヘッドガスケット３は、シリンダボアの周囲にシム７を設けて、シリンダブロック２とシリンダヘッド４との結合部の面圧を高めることにより。シリンダ内の高圧の燃焼ガスを確実にシールするようにしている。このため、シリンダヘッド４は、シリンダヘッドボルト５によってシリンダブロック２に取付けられた状態で、シム７が設けられた中央部が僅かに上に凸の撓み（上反り）が生じる傾向がある。シリンダヘッドにこのような撓みが生じると、複数のカムシャフトベアリングの軸受面の真直度及び同軸度が損なわれることになり、カムシャフト６のジャーナル部のフリクションが増大する。
【０００４】
そこで、従来、シリンダヘッドの撓みによるカムシャフトベアリングの真直度及び同軸度の低下を抑制すべく種々の対策が講じられている。例えば特許文献１には、予めシリンダブロックへの取付時のシリンダヘッドの撓みを見込んで、シリンダヘッドに荷重をかけた状態でカムシャフトベアリングの軸受面を機械加工することにより、シリンダヘッドがシリンダブロックに取付けられたとき、カムシャフトベアリングの軸受面に適切な真直度及び同軸度が得られるようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１０４３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載されているように、機械加工によってシリンダヘッドのシリンダブロックへの取付時の撓みに対応する技術では、機械加工設備を大幅に変更する必要であり、大幅な設備コストの増大が避けられない場合が多く、問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、大幅な設備コストの増大を招くことなく、シリンダブロックへの取付状態において、カムシャフトベアリングの軸受面の真直度及び同軸度を高めることができるシリンダヘッド及びシリンダヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係るシリンダヘッドの製造方法は、シリンダヘッドを熱処理する際、冷却速度を制御することにより、残留応力を生じさせてシリンダヘッドを上に凸の形状に変形させ、その後、シリンダヘッドを機械加工し、機械加工に伴なう残留応力の解放により、下に凸の仕上形状を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るシリンダヘッドの製造方法によれば、シリンダブロックへの取付によって生じる上に凸の変形と、シリンダヘッドの下に凸の仕上げ形状とが相殺されるので、シリンダヘッドをシリンダブロックに取付けた状態で、カムシャフトを支持する複数のカムシャフトベアリングの真直度及び同軸度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリンダヘッドの製造方法の工程図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るシリンダヘッドをシリンダブロックに取付けた状態を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態のシリンダヘッドの冷却工程において、シリンダヘッドの変形量の制御方法を示す工程図である。
【図４】本発明の他の実施形態におけるシリンダヘッドの冷却工程を示す工程図である。
【図５】本発明の更に他の実施形態におけるシリンダヘッドの冷却工程を示す工程図である。
【図６】従来のシリンダヘッドをシリンダブロックに取付けた状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係るエンジン８のシリンダブロック９及びシリンダヘッド１０をを概略的に示している。エンジン８は、オーバヘッドカムシャフト形式の直列又はＶ型等の多気筒レシプロエンジンであって、シリンダブロック９（Ｖ型エンジンの片バンクを含む）に複数のシリンダボアが直列に配置され、シリンダヘッド１０に動弁機構を構成する少なくとも１本のカムシャフト１１が設けられている。シリンダヘッド１０は、ガスケット１２を介して複数のシリンダヘッドボルト１３によってシリンダブロック９のデッキ面に取付けられている。
【００１２】
シリンダブロック９は、適宜、シリンダライナ、ウォータジャケット、オイルギャラリ等が設けられ、オープンデッキ、クローズドデッキ、いずれの形式でもよく、また、鋳鉄、アルミニウム合金等のいずれの材質でもよい。
【００１３】
シリンダヘッド１０は、シリンダブロック９のシリンダボアに対向する燃焼室、燃焼室に連通する吸排気ポート等が形成され、吸排気ポートを開閉する吸排気バルブ及びこれらを駆動する動弁機構が組込まれるようになっている。シリンダヘッド１０には、複数のカムシャフトベアリングを一体に形成したカムシャフトハウジング１４がボルト等によって取付けられている。カムシャフト１１は、カムシャフトハウジング１４に形成された複数のカムシャフトベアリングに挿通されて、カムシャフト１１のジャーナル面がカムシャフトベアリングの軸受面によって所定のクリアランスをもって回転可能に支持されている。カムシャフト１１は、複数のシリンダボアに沿って配置され、動弁機構の形式に応じて、ＳＯＨＣ（シングルオーバーヘッドカムシャフト）形式の場合は１本、ＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）形式の場合は２本設けられる。
【００１４】
シリンダヘッド１０は、アルミニウム合金等で鋳造され、熱処理によって強度を高めた後、シリンダブロック及びシリンダヘッドカバーの結合面、吸気及び排気マニホールドの結合面、カムシャフトハウジング１４の取付部、動弁機構の各部品の取付部等の必要部位が所定の寸法精度で機械加工される。
【００１５】
シリンダヘッドガスケット１２は、メタル層とシール層とを備えた積層構造で、シリンダボアの周囲にシム１５が設けられ、このシム１５によってシリンダブロック９とシリンダヘッド１０の結合部の面圧を高めることにより、シリンダ内の高圧の燃焼ガスに対するシール性を高めている。
【００１６】
そして、シリンダヘッド１０は、後述のように本発明に係る製造方法によって、僅かに中央部が下に凸の所定の仕上げ形状となるように製造されている。そして、シリンダヘッド１０は、シリンダヘッドボルト１３によってシリンダブロック９に結合されて、シリンダヘッドガスケット１２のシム１５によって、中央部が上に凸となるように撓んだとき、下に凸の仕上げ形状と上に凸の撓みが相殺されて、所望の形状が得られるようになっている。これにより、シリンダヘッド１０がシリンダブロック９に結合された状態で、シリンダヘッド１０に取付けられたカムシャフトハウジング１４の変形が抑制され、複数のカムシャフトベアリングの真直度及び同軸度が改善される。
【００１７】
次に、本発明に係るシリンダヘッドの製造方法について、図１を参照して説明する。
鋳造されたシリンダヘッド１０を加熱処理する（図１（Ａ）参照）。そして、その下部１０Ａすなわちシリンダブロック９との結合面側を冷却槽１８に満たした冷却水によって急速に冷却処理する（図１（Ｂ）参照）。これにより、燃焼室が形成された下部１０Ａ側の強度が高められる。このとき、シリンダヘッド１０は、下部１０Ａ側が急速冷却されることにより、残留応力が生じて中央部が上に凸となる変形（上反り）を生じる（図１（Ｃ）参照）。この状態で、シリンダヘッド１０の各部に切削等の機械加工を施す（図１（Ｄ）参照）。このとき、機械加工の進行に伴なって残留応力が解放されることにより、凸の変形が徐々に解消され、加工工具との接触圧力が変化する。その結果、機械加工後の仕上げ形状は、残留応力による上に凸の形状とは反対の僅かに下に凸の形状（下反り）となる（図１（Ｅ）参照）。
【００１８】
このように僅かに下に凸の仕上げ形状のシリンダヘッド１０をシリンダヘッドボルト１３によってシリンダヘッドガスケット１２を介してシリンダブロック９に結合すると、シリンダヘッド１０は、下に凸の仕上げ形状とシリンダヘッドガスケット１２のシム１５による上に凸の変形とが相殺されて、所期の形状及び寸法精度が得られることになる（図１（Ｆ）参照）。その結果、シリンダヘッド１０に取付けられたカムシャフトハウジング１４の変形が抑制され、複数のカムシャフトベアリングの真直度及び同軸度の低下が改善される。
【００１９】
なお、本実施形態では、カムシャフトベアリングをシリンダヘッド１０の本体とは別体のカムシャフトベアリングに形成した場合について説明しているが、図６に示す従来例のように、カムシャフトベアリングをシリンダヘッドと一体に形成した場合でも、本発明の製造方法を適用することにより、シリンダブロックに結合した状態でシリンダヘッドの変形を抑制してカムシャフトベアリングの真直度及び同軸度を改善することができる。
【００２０】
次に、図１（Ｂ）に示す急速冷却の際、残留応力によるシリンダヘッド１０の変形量を最適に制御する方法について、図３を参照して説明する。
【００２１】
図３（Ａ）に示すように、変位計１６を用いて、冷却中のシリンダヘッド１０の所定部位の変形量（変位量）を検出する。このとき、変位計１６による測定部位をシリンダヘッド１０に配置されるカムシャフトベアリングの軸受面の位置とする。例えば、エンジン８が直列４気筒の場合、４つのシリンダに対応して設けられる５つのカムシャフトベアリングの位置の変位量を４つの変位計によって測定する。Ｖ型６気筒の場合、図３の例のように、片バンクの３つのシリンダに対応して設けられる４つのカムシャフトベアリングの位置を３つの変位計によって測定する。また、Ｖ型８気筒の場合、片バンクの４つのシリンダに対応して設けられる５つのカムシャフトベアリングの位置を５つの変位計１６によって測定する。変位計１６としては、例えばレーザ変位計を用いることができ、これにより、シリンダヘッド１０に非接触状態でそのカムシャフトベアリングの軸受面に対応する部位の変位量を正確に測定することができる。
【００２２】
そして、図３（Ｂ）に示すように、冷却中のシリンダヘッド１０の各カムシャフトベアリングの軸受面に対応する部位の変位量をモニタリングし、変位量が所望の残留応力に対応する値に達したとき、冷却を終了する。これにより、シリンダヘッド１０の変形すなわち残留応力を制御することができ、所望の変形状態を得ることができる。
【００２３】
次に、図１（Ｂ）に示すシリンダヘッド１０の冷却処理工程の他の実施形態について図４及び図５を参照して説明する。
【００２４】
図４に示す実施形態では、２つのシリンダヘッド１０をその上部を互いに当接させた状態でタイボルト１７等によって固定し（図４（Ａ）参照）、冷却槽１８に満たした冷却水に浸して冷却を行なう（図４（Ｂ）参照）。これにより、２つのシリンダヘッド１０は、互いに当接した上部よりも冷却水に直接接触する両端側の下部１０Ａの冷却が促進されるので、下部１０Ａを急速に冷却することができ、上に凸の所望の変形（残留応力）を得ることができる（図４（Ｃ）参照）。
【００２５】
図５に示す実施形態では、複数のシリンダヘッド１０をその上部を互いに当接させた状態で並べて冷却槽１８に満たした冷却水に浸し、アクチュエータ等を用いて保持具１９で押圧して保持する（図５（Ａ）参照）。これにより、２つのシリンダヘッド１０は、互いに当接した上部よりも冷却水に直接接触する両端側の下部１０Ａの冷却が促進されるので、下部１０Ａを急速に冷却することができ、上に凸の所望の変形（残留応力）を得ることができる（図５（Ｂ）参照）。
【符号の説明】
【００２６】
１０  シリンダヘッド、下部１０Ａ
【図１】
2010179410.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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