(57)【要約】【課題】  合理的にシリンダのボア真円度が確保される内燃機関の締結方法を提供する。【解決手段】  各ヘッドボルト３の頭部を加圧して被締結体４を圧縮して、次に、被締結体４を圧縮した状態で各ヘッドボルト３にナット８が仮締めされて、この状態で被締結体４の圧縮が解除されることにより、各ヘッドボルト３に軸力が作用されて被締結体４が締結される。したがって、各ヘッドボルト３及び各ナット８と被締結体４との摩擦係数のばらつきの影響を受けないため、各ヘッドボルト３に作用される締結軸力が安定して被締結体４の変形が抑制されることで各シリンダのボア真円度が確保される。また、各ヘッドボルト３の締付けトルクを厳密に管理する必要がないため、製造工程並びに品質管理が合理化される。【選択図】  図４
2006200448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドとシリンダブロックとを重ね合わせて被締結体を形成して、該被締結体の各被締結部に各ヘッドボルトを貫通させて、次に、各ヘッドボルトの頭部を所定の加圧力で加圧して前記被締結体を重ね合わせ方向へ圧縮して、この状態で各ヘッドボルトにナットを螺合して各ナットを仮締めした後、前記被締結体の圧縮を解除して各ヘッドボルトに軸力を作用させることにより前記被締結体を締結させることを特徴とする内燃機関の締結方法。
【請求項２】
各ヘッドボルトの頭部を、前記被締結体の圧縮解除後に各ヘッドボルトに少なくとも必要最低軸力が確保される加圧力で加圧することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の締結方法。
【請求項３】
各ナットが、前記被締結体の座面に接触する程度に締付けられて仮締めされることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の締結構造。
【請求項４】
シリンダヘッドとシリンダブロックとクランクケースとを重ね合わせて被締結体を形成して、該被締結体を重ね合わせ方向に加圧して圧縮して、この状態で各ヘッドボルトを仮締めした後、前記被締結体の圧縮を解除して各ヘッドボルトに軸力を作用させることにより前記被締結体を締結させることを特徴とする内燃機関の締結方法。
【請求項５】
前記被締結体を、該被締結体の圧縮解除後に各ヘッドボルトに少なくとも必要最低軸力が確保される加圧力で加圧することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の締結方法。
【請求項６】
各ヘッドボルトが、前記被締結体の座面に接触する程度に締付けられて仮締めされることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の締結方法に関して、特に、複数本のヘッドボルトによってシリンダヘッドとシリンダブロックとを締結させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レシプロエンジンでは、複数本のヘッドボルトによってシリンダヘッドとシリンダブロックとが締結される。そして、従来、各ヘッドボルトの締付けトルクを管理して各ヘッドボルトに作用させる軸力、即ち各被締結部における締結力を均一化させることが行われる。しかしながら、従来の締結構造では、各ヘッドボルトとシリンダヘッドの各座面との摩擦係数がばらついているために、各ヘッドボルトに作用する軸力、即ち被締結体（ここでは、シリンダヘッド及びシリンダブロック。）の各被締結部における締結力にばらつきが生じる。例えば、本出願人の測定によれば、シリンダブロック及びシリンダヘッドがアルミニウム合金製である場合、上記摩擦係数のばらつきが0.11〜0.16になり、各ヘッドボルトの最終的な軸力のばらつきが約２倍になる。そして、各ヘッドボルトの軸力のばらつきを1.8倍に設定した場合の、３気筒エンジンにおけるシリンダブロックのシリンダのボア真円度は、ヘッドボルトの軸力のばらつきによって最大で1.6倍に悪化する。そこで、従来、シリンダヘッドの座面又はヘッドボルトに摩擦安定剤を塗布することが行われたが、工数並びに製造コストの増大が問題となる。
【０００３】
また、特許文献１に記載のエンジンのシリンダヘッド締結方法では、今回のヘッドボルト締付け位置と次回のヘッドボルト締付け位置とを結ぶ仮想締付け順序ラインがシリンダボアを横切らないように、各ヘッドボルトに対するヘッドボルト締付け量を少なくとも数回に分けて複数のヘッドボルトをシリンダボア周りに順次締付けることにより、ウエットライナ（シリンダボア）の変形を低減させている。しかしながら、特許文献１に記載の締結方法では、各ヘッドボルトに対するヘッドボルト締付け量が数回（特許文献１では、締付け量を１０等分する。）に分けて締付けられるため、生産効率が悪い。また、一般に、多気筒エンジンのシリンダブロックにおいては、シリンダ配列方向両側の圧縮剛性がシリンダ配列方向中央の圧縮剛性と比較して低い。このため、各シリンダのボア真円度を確保するには、シリンダブロックの各部位の圧縮剛性に応じて、各ヘッドボルトの軸力を設定する必要がある。したがって、各ヘッドボルト毎に締付けトルク狙い値が発生して、当該締付けトルクの管理が煩雑になる。
【特許文献１】特開平６−２４９０５８号公報（段落番号００１１〜００１８、図３及び図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、合理的にシリンダのボア真円度が確保される内燃機関の締結方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の内燃機関の締結方法は、シリンダヘッドとシリンダブロックとを重ね合わせて被締結体を形成して、該被締結体の各被締結部に各ヘッドボルトを貫通させて、次に、各ヘッドボルトの頭部を所定の加圧力で加圧して被締結体を重ね合わせ方向へ圧縮して、この状態で各ヘッドボルトにナットを螺合して各ナットを仮締めした後、被締結体の圧縮を解除して各ヘッドボルトに軸力を作用させることにより被締結体を締結させることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の締結方法において、各ヘッドボルトの頭部を、被締結体の圧縮解除後に各ヘッドボルトに少なくとも必要最低軸力が確保される加圧力で加圧することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の締結方法において、各ナットが、被締結体の座面に接触する程度に締付けられて仮締めされることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の内燃機関の締結方法は、シリンダヘッドとシリンダブロックとクランクケースとを重ね合わせて被締結体を形成して、該被締結体を重ね合わせ方向に加圧して圧縮して、この状態で各ヘッドボルトを仮締めした後、被締結体の圧縮を解除して各ヘッドボルトに軸力を作用させることにより被締結体を締結させることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の締結方法において、被締結体を、該被締結体の圧縮解除後に各ヘッドボルトに少なくとも必要最低軸力が確保される加圧力で加圧することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の内燃機関の締結方法において、各ヘッドボルトが、被締結体の座面に接触する程度に締付けられて仮締めされることを特徴とする。
【０００６】
したがって、請求項１に記載の発明では、各ヘッドボルトの頭部が加圧されて被締結体が圧縮されて、該被締結体の圧縮が解除されて各ヘッドボルトに軸力が作用されることにより被締結体が締結される。
請求項２に記載の発明では、被締結体の圧縮が解除された後、各ヘッドボルトには少なくとも必要最小軸力が作用される。
請求項３に記載の発明では、各ヘッドボルトに作用される軸力が、各ヘッドボルトと座面との摩擦係数の影響を受けない。
請求項４に記載の発明では、被締結体が加圧されて圧縮されて、該被締結体の圧縮が解除されることにより各ヘッドボルトに軸力が作用されて被締結体が締結される。
請求項５に記載の発明では、被締結体の圧縮が解除された後、各ヘッドボルトには少なくとも必要最小軸力が作用される。
請求項６に記載の発明では、各ヘッドボルトに作用される軸力が、各ヘッドボルトと座面との摩擦係数の影響を受けない。
【発明の効果】
【０００７】
合理的にシリンダのボア真円度が確保される内燃機関の締結方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の一実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。なお、図１及び図２に示されるように、本内燃機関の締結方法（以下、単に本締結方法と称する。）では、直列３気筒のレシプロエンジンにおけるシリンダヘッド１とシリンダブロック２とが、８本のヘッドボルト３によって締結される場合を説明する。図２に示されるように、本締結方法では、シリンダヘッド１がシリンダブロック２に対して適正に重ね合わされて、該重ね合わされたシリンダヘッド１とシリンダブロック２との各被締結部７（本実施の形態では８箇所、図１参照。）を貫通する各ボルト挿通孔１０に、各ヘッドボルト３が挿通される（以下、適正に重ね合わされた状態のシリンダヘッド１とシリンダブロック２とを被締結体４と称する。）。そして、図３に示されるように、各ヘッドボルト３が挿通された被締結体４がプレス装置の固定盤５にセットされて、該プレス装置の可動盤６によって各ヘッドボルト３の頭部が所定の加圧力で加圧されることにより、被締結体４がボルト軸心方向（図３における紙面視上下方向）へ所定の変形量だけ圧縮（弾性変形）される。
【０００９】
次に、図４に示されるように、上記被締結体４が圧縮された状態で、各ヘッドボルト３にナット８が螺合されて各ナットランナ９によって各ナット８が仮締めされる。この状態で上記被締結体４の圧縮が解除されることにより、該被締結体４の圧縮変位が減少されると共に、各ヘッドボルト３が軸心方向へ引張られて伸長される。そして、本締結方法では、被締結体４の圧縮変位に対する反力（被締結体４が圧縮された時に各締結部に作用される復元力。）と各ヘッドボルト３に作用される軸力の総和とが平衡な状態で、被締結体４が締結される。また、本締結方法では、各ヘッドボルト３に作用される軸力が自己調整されて、各ヘッドボルト３に、各被締結部７の圧縮剛性に応じた軸力が作用される構造になっている。
【００１０】
次に、本締結方法の作用を説明する。ここでは、各ヘッドボルト３（ねじの呼び：Ｍ１２）と被締結体４（ガスケットを含む）との圧縮剛性の比率を２：１、また、ヘッドボルト３の１本当りに作用させる必要最小軸力を５０ｋＮに設定する。この場合、図６に示されるように、可動盤６によって各ヘッドボルト３の頭部を加圧するに際して、ヘッドボルト３の１本当りに作用させる加圧力が７５ｋＮになる。まず、可動盤６を前進させて、被締結体４を貫通させた各ヘッドボルト３の頭部に当該ヘッドボルト３の１本当り７５ｋＮの加圧力を作用させることにより被締結体４を圧縮する。この状態で、各ヘッドボルト３にナット８を仮締めする。なお、本締結方法では、各ナット８が、シリンダブロック２の各座面に接触される程度の小さい締付けトルクで仮締めされる。次に、可動盤６を後退させて、被締結体４の圧縮を解除する。これにより、被締結体４の圧縮変位が減少されると共に各ヘッドボルト３が軸心方向へ引張られて伸長される。そして、各ヘッドボルト３に作用される軸力と被締結体４の圧縮変位に対する反力とが平衡な状態で、被締結体４が締結される。
【００１１】
ここで、図７に示されるように、各ヘッドボルト３をＡ〜Ｈの符号で区別した場合の、各ヘッドボルトＡ〜Ｈに作用される軸力を図８に示す。この図に示されるように、本締結方法では、圧縮剛性が比較的低い被締結体４のシリンダ配列方向両側に配置された各ヘッドボルトＡ,Ｂ,Ｇ,Ｈには、比較的小さい軸力が作用されて、また、圧縮剛性が比較的高い被締結体４のシリンダ配列方向中央に配置された各ヘッドボルトＣ,Ｄ,Ｅ,Ｆには、比較的大きい軸力が作用される。このように、本締結方法では、各被締結部７の圧縮剛性に応じて各ヘッドボルトＡ〜Ｈに作用される軸力が自己調整される。そして、図９に示されるように、本締結方法によって締結された被締結体４のシリンダのボア真円度と、シリンダブロック２単体におけるシリンダのボア真円度とが略同一の曲線（横軸：締結面からの距離）を描くことから、本締結方法では、各ヘッドボルトＡ〜Ｈに作用される軸力が自己調整されることにより、被締結体４が各ヘッドボルトＡ〜Ｈによって締結された際に、当該被締結体４に生じる歪み（以下、締結後歪みと称する。）が抑制されることがわかる。
【００１２】
また、図１０は、本締結方法によって被締結体４が締結された場合の被締結部７の圧縮変形量と、各ヘッドボルトＡ〜Ｈに均等に軸力を作用させて被締結体４を締結させた場合（従来の締結方法）の被締結部７の圧縮変形量とを、各ヘッドボルトＡ〜Ｈに作用させる軸力の総和が同一になるようにして比較したものである。この図に示されるように、本締結方法では、各ヘッドボルトＡ〜Ｈに作用される軸力が自己調整されることにより、被締結体４における圧縮剛性が低い部位の圧縮変形量T1と圧縮剛性が高い部位の圧縮変形量T2との圧縮変形量の差（T1−T2）が、各ヘッドボルトＡ〜Ｈに均等に軸力を作用させて被締結体４を締結させた場合の、圧縮剛性が高い部位の圧縮変形量T3と圧縮剛性が低い部位の圧縮変形量T4との圧縮変形量の差（T3−T4）と比較して小さくなる（（T1−T2）＜（T3−T4））。このことからも、本締結方法では、締結後歪みが抑制されることがわかる。
【００１３】
この実施の形態では以下の効果を奏する。
本締結方法では、各ヘッドボルト３の頭部が加圧されるため、可動盤の加圧力が被締結体４の各被締結部７に効率的に作用されて被締結体４が圧縮される。次に、被締結体４が圧縮された状態で各ヘッドボルト３にナット８が仮締めされて、この状態で被締結体４の圧縮が解除されることにより、各ヘッドボルト３に軸力が作用されて被締結体４が締結される。
したがって、本締結方法では、各ナット８が被締結体４の各座面に接触される程度の締付けトルクで締付けられて、被締結体４の締結時に各ヘッドボルト３に作用される軸力（以下、締結軸力と称する。）が、各ヘッドボルト３及び各ナット８と被締結体４との摩擦係数のばらつきの影響を受けないため、各ヘッドボルト３に作用される締結軸力が安定する。これにより、被締結体４の変形が抑制されて各シリンダ（♯１〜♯３）のボア真円度が確保される。
また、本締結方法では、被締結体４の圧縮が解除されることにより、各ヘッドボルト３に作用される締結軸力が各被締結部７の圧縮剛性に応じて自己調節されるため、被締結体４の変形が抑制されて各シリンダ（♯１〜♯３）のボア真円度が確保される。さらに、本締結方法では、従来の締結方法のように、各ヘッドボルト３の締付けトルクを厳密に管理する必要がないため、製造工程並びに品質管理が合理化される。
【００１４】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施の形態では、被締結体４に配設された各ヘッドボルト３の頭部が加圧されて被締結体４が圧縮されるが、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とクランクケースとを重ね合わせて形成された被締結体４を圧縮して、この状態で、各ヘッドボルト３をクランクケースの締結面に配設された各ねじに螺合させて仮締めした後、被締結体４の圧縮を解除して、各ヘッドボルト３に締結軸力を作用させて被締結体４を締結させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】シリンダブロックの平面図である。
【図２】本実施の形態の説明図であって、各ヘッドボルトの頭部が加圧される前の状態を示す図である。
【図３】図２に示される状態から可動盤が前進されて、該可動盤によって各ヘッドボルトの頭部が加圧された状態を示す図である。
【図４】図３に示される状態で各ヘッドボルトにナットが仮締めされる状態を示す図である。
【図５】図４に示される状態で各ナットの仮締めが完了した後、可動盤が後退されて被締結体の圧縮が解除された状態を示す図である。
【図６】本実施の形態の説明図であって、各ヘッドボルトの頭部を加圧するに際してヘッドボルトの１本当りに作用させる加圧力を、ヘッドボルトと被締結体との圧縮剛性の比率とヘッドボルトの１本当りに作用させる必要最低軸力とに基づいて導出するための図である。
【図７】本実施の形態の説明図であって、便宜上、各ヘッドボルトを区別して示した図である。
【図８】本実施の形態の説明図であって、各ヘッドボルトに作用される締結軸力を示した図である。
【図９】本実施の形態の説明図であって、本締結方法によって締結された被締結体のシリンダのボア真円度と、シリンダブロック単体におけるシリンダのボア真円度とを比較した図である。
【図１０】本実施の形態の説明図であって、本締結方法によって被締結体が締結された場合の被締結部の圧縮変形量と、各ヘッドボルトに均等に軸力を作用させて被締結体を締結させた場合の被締結部の圧縮変形量とを、各ヘッドボルトに作用させる軸力の総和が同一になるようにして比較した図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  シリンダヘッド、２  シリンダブロック、３  ヘッドボルト、４  被締結体、８  ナット、１０  被締結部
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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