(57)【要約】【課題】オイルパンとシリンダーブロックとの間の熱膨張差を抑えることができるエンジンの製造方法、シリンダーブロックとオイルパンとの締結構造、および、オイルパンを提供する。【解決手段】鋳鉄製のシリンダーブロック１１にガスケット１３を介して締結されるオイルパン１２は、アルミニウム合金製のベース部材２６と、ベース部材２６の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し、ベース部材２６のフランジ面２９ａに当接する第１当接面２７ａとガスケット１３が当接する第２当接面２７ｂとを有するフランジ部材２７とを備え、ベース部材２６とフランジ部材２７とが摩擦撹拌接合により形成される接合部３２によって全周にわたって接合されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄製のシリンダーブロックにガスケットを介してオイルパンが締結されるエンジンの製造方法であって、
前記オイルパンは、
アルミニウム合金製のベース部材と、
前記ベース部材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し、前記ベース部材のフランジ面に当接する第１当接面と前記ガスケットが当接する第２当接面とを有する金属製のフランジ部材とを備え、
前記ベース部材と前記フランジ部材とを全周にわたって摩擦撹拌接合により接合する
エンジンの製造方法。
【請求項２】
前記ベース部材の外周部分と前記フランジ部材の外周部分とを接合する
請求項１に記載のエンジンの製造方法。
【請求項３】
前記ベース部材には、前記シリンダーブロックと前記オイルパンとを締結する締結部材が挿通される第１挿通孔が形成され、
前記フランジ部材には、前記締結部材が挿通される第２挿通孔であって前記第１挿通孔よりも大きな孔径を有する前記第２挿通孔が形成される
請求項１または２に記載のエンジンの製造方法。
【請求項４】
鋳鉄製のシリンダーブロックと、
オイルパンと、
前記シリンダーブロックと前記オイルパンとに挟持されるガスケットと、
前記シリンダーブロックに対して前記オイルパンを締結する締結部材とを備えたシリンダーブロックとオイルパンとの締結構造であって、
前記オイルパンは、
アルミニウム合金製のベース部材と、
前記ベース部材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し、前記ベース部材のフランジ面に当接する第１当接面と前記ガスケットが当接する第２当接面とを有する金属製のフランジ部材とを備え、
前記ベース部材と前記フランジ部材とが異種金属接合部により全周にわたって接合されている
シリンダーブロックとオイルパンとの締結構造。
【請求項５】
鋳鉄製のシリンダーブロックに対してガスケットを介して締結されるオイルパンであって、
アルミニウム合金製のベース部材と、
前記ベース部材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し、前記ベース部材のフランジ面に当接する第１当接面と前記ガスケットが当接する第２当接面とを有する金属製のフランジ部材とを備え、
前記ベース部材と前記フランジ部材とが異種金属接合部により全周にわたって接合されている
オイルパン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの製造方法、シリンダーブロックとオイルパンとの締結構造、および、オイルパンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べて燃焼圧が高いため、シリンダーブロックやシリンダーヘッドには機械的強度の高い鋳鉄が用いられている。鋳鉄は、金属材料のなかでも比較的比重が大きい。そのため、エンジンオイルを貯留するオイルパンのようにシリンダーブロックほどの機械的強度が必要とされない部位には、例えば特許文献１のように鋳鉄よりも比重が小さいアルミニウム合金が用いられている。これら鋳鉄製のシリンダーブロックとアルミニウム合金製のオイルパンとは、エンジンオイルが漏出しないようにガスケットを挟持した状態で締結される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０９６２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、アルミニウム合金は、鋳鉄よりも熱膨張率が大きい。そのため、エンジンの駆動にともなって温度が上昇すると、オイルパンとシリンダーブロックとの間に熱膨張差が生じる。こうした熱膨張差が生じるたびにガスケットには機械的な負荷が作用することになるため、ガスケットの劣化を抑えるうえでオイルパンとシリンダーブロックとの間の熱膨張差を小さくすることが望まれている。
【０００５】
本発明は、オイルパンとシリンダーブロックとの間の熱膨張差を抑えることができるエンジンの製造方法、シリンダーブロックとオイルパンとの締結構造、および、オイルパン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】
【０００６】
上記課題を解決するエンジンの製造方法は、鋳鉄製のシリンダーブロックにガスケットを介してオイルパンが締結されるエンジンの製造方法であって、前記オイルパンは、アルミニウム合金製のベース部材と、前記ベース部材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し、前記ベース部材のフランジ面に当接する第１当接面と前記ガスケットが当接する第２当接面とを有する金属製のフランジ部材とを備え、前記ベース部材と前記フランジ部材とを全周にわたって摩擦撹拌接合により接合する。
【０００７】
上記構成によれば、ベース部材とフランジ部材とが摩擦撹拌接合によって全周にわたって接合されている。そして、ガスケットは、シリンダーブロックと、ベース部材よりも低い熱膨張率を有するフランジ部材とによって挟持されている。これにより、シリンダーブロックとオイルパンとにおいてガスケットを挟持している部分の間に生じる熱膨張差が抑えられることから、シリンダーブロックとオイルパンとの熱膨張差に起因するガスケットの劣化を抑えることができる。また、ベース部材とフランジ部材とが摩擦撹拌接合により接合されていることから、接合部においては、一般的な金属溶融による接合時に比べ、熱の影響が少ないだけでなく、組織の微細化も図られる。そのため、接合部には高い気密性が付与されることから、接合部を通じたエンジンオイルの漏出を抑えることができる。
【０００８】
上記構成において、前記ベース部材の外周部分と前記フランジ部材の外周部分とを接合することが好ましい。
上記構成によれば、例えばベース部材の内周部分とフランジ部材の内周部分とが摩擦撹拌接合される場合に比べて、ベース部材とフランジ部材との摩擦撹拌接合を容易に行なうことができる。
【０００９】
上記構成において、前記ベース部材には、前記シリンダーブロックと前記オイルパンとを締結する締結部材が挿通される第１挿通孔が形成され、前記フランジ部材には、前記締結部材が挿通される第２挿通孔であって前記第１挿通孔よりも大きな孔径を有する前記第２挿通孔が形成されることが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、第１挿通孔よりも第２挿通孔の孔径が大きいことから、ベース部材とブロック部材との熱膨張差によって第１挿通孔と第２挿通孔との相対位置が変化したとしても、第１挿通孔の一部がフランジ部材で覆われることが抑えられる。また、シリンダーブロックとベース部材との熱膨張差に起因して締結部材が傾いたとしてもフランジ部材と締結部材との干渉を抑えることができる。
【００１１】
上記課題を解決するシリンダーブロックとオイルパンとの締結構造は、鋳鉄製のシリンダーブロックと、オイルパンと、前記シリンダーブロックと前記オイルパンとに挟持されるガスケットと、前記シリンダーブロックに対して前記オイルパンを締結する締結部材とを備えたシリンダーブロックとオイルパンとの締結構造であって、前記オイルパンは、アルミニウム合金製のベース部材と、前記ベース部材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し、前記ベース部材のフランジ面に当接する第１当接面と前記ガスケットが当接する第２当接面とを有する金属製のフランジ部材とを備え、前記ベース部材と前記フランジ部材とが異種金属接合部により全周にわたって接合されている。
【００１２】
上記課題を解決するオイルパンは、鋳鉄製のシリンダーブロックに対してガスケットを介して締結されるオイルパンであって、アルミニウム合金製のベース部材と、前記ベース部材の熱膨張率よりも低い熱膨張率を有し、前記ベース部材のフランジ面に当接する第１当接面と前記ガスケットが当接する第２当接面とを有する金属製のフランジ部材とを備え、前記ベース部材と前記フランジ部材とが異種金属接合部により全周にわたって接合されている。
【００１３】
上記構成によれば、ベース部材とフランジ部材とが異種金属接合部によって全周にわたって接合されており、シリンダーブロックとベース部材よりも低い熱膨張率を有するフランジ部材とによってガスケットが挟持される。これにより、シリンダーブロックとオイルパンとにおいてガスケットを挟持している部分の間に生じる熱膨張差が抑えられることから、シリンダーブロックとオイルパンとの熱膨張差に起因するガスケットの劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】シリンダーブロックとオイルパンとの締結構造の一実施形態の概略構成を示す分解斜視図。
【図２】シリンダーブロックとオイルパンとの締結部分における断面図。
【図３】治具に対してベース部材とフランジ部材とを固定した状態を示す模式図。
【図４】摩擦撹拌接合を開始する直前の接合対象と撹拌ロッドとの位置関係を示す模式図。
【図５】摩擦撹拌接合においてベース部材の一部が塑性流動状態に変移した状態を示す模式図。
【図６】接合対象に対する撹拌ロッドの回転方向と進行方向との関係を示す模式図。
【図７】撹拌ロッドの移動経路を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図７を参照して、エンジンの製造方法、シリンダーブロックとオイルパンとの締結構造、および、オイルパンの一実施形態について説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、混合気が燃焼するシリンダー等が形成されたシリンダーブロック１１とエンジンオイルを貯留するオイルパン１２とを備えている。これらシリンダーブロック１１とオイルパン１２とは、環状のガスケット１３を挟持した状態で複数の締結部材１４によって締結されている。
【００１６】
シリンダーブロック１１は、鋳鉄製であり、締結部材１４が締結されるブロックフランジ部２１には各締結部材１４がねじ込まれる雌ねじ部２２が形成されている。オイルパン１２は、鋳鉄よりも熱膨張率の大きいアルミニウム合金製のベース部材２６と、ベース部材２６に対して異種金属接合である摩擦撹拌接合により接合されるフランジ部材２７とによって構成されている。ガスケット１３は、例えばグラファイトからなり、シリンダーブロック１１とオイルパン１２とが締結されることにより、これらシリンダーブロック１１とオイルパン１２との間の隙間からエンジンオイルが漏出することを抑える。
【００１７】
図２に示すように、ベース部材２６は、エンジンオイルを貯留する貯留部２８と、締結部材１４が挿通されるベースフランジ２９とを有している。ベースフランジ２９には、締結部材１４が挿通される第１挿通孔３０が形成されている。
【００１８】
フランジ部材２７は、ベース部材２６よりも硬い金属材料であるとともに、アルミニウム合金製のベース部材２６よりも熱膨張率が小さい金属材料で形成されている。フランジ部材２７は、たとえば冷間圧延鋼板で形成することができる。フランジ部材２７は、その外周形状がベース部材２６の外周形状と略等しい板状の形状を有している。フランジ部材２７は、ベースフランジ２９のフランジ面２９ａに当接する第１当接面２７ａと、第１当接面２７ａの反対側の面としてガスケット１３が当接する第２当接面２７ｂとを有している。フランジ部材２７は、第１挿通孔３０に対応する位置に第１挿通孔３０よりも大きな孔径を有する第２挿通孔３１を有している。
【００１９】
ベース部材２６とフランジ部材２７とは、ベースフランジ２９の外周部分とフランジ部材２７の外周部分とにおいて摩擦撹拌接合により全周にわたって接合されている。これにより、ベース部材２６の外周部分とフランジ部材２７の外周部分との境界には、摩擦撹拌接合による接合部３２が全周にわたって形成されている。
【００２０】
図３〜図７を参照して、上述したオイルパンの製造方法について説明する。
図３に示すように、まず、接合対象であるベース部材２６とフランジ部材２７とを治具３５に固定する。この際、ベース部材２６のフランジ面２９ａとフランジ部材２７の第１当接面２７ａと当接させ、かつ、第１および第２挿通孔３０，３１の中心軸線を一致させた状態で第１および第２挿通孔３０，３１を通じて締結部材３６を治具３５に締結する。
【００２１】
次に、図４に示すように、撹拌ロッド４０のピン４１をベース部材２６の外周部分とフランジ部材２７の外周部分との境界付近に配置する。撹拌ロッド４０は、ベース部材２６およびフランジ部材２７よりも機械的強度が高いＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金で形成されており、円柱形状を有するピン４１とピン４１よりも大きな径の円柱形状を有するショルダー４２とを有している。撹拌ロッド４０のピン４１は、大部分が軟質材料であるベース部材２６に重畳し、残りが硬質材料であるフランジ部材２７に重畳する位置に配置される。この際、フランジ部材２７に対する最大重畳長さｘは、約０〜０．３５ｍｍであることが好ましい。そして、撹拌ロッド４０を進行方向に対して正転方向に回転させながら、ベース部材２６にショルダー４２が当接するまで撹拌ロッド４０のピン４１をベース部材２６およびフランジ部材２７に食い込ませる。なお、正転方向については後述する。
【００２２】
これにより、図５に示すように、硬質材料であるフランジ部材２７の一部が削られるとともに、軟質材料であるベース部材２６の一部が塑性流動状態４５へと変移する。そして、撹拌ロッド４０に荷重Ｆを作用させて、ショルダー４２がベース部材２６に当接し、かつ、最大重畳長さｘが維持された状態のままで撹拌ロッド４０をフランジ部材２７の第１当接面２７ａとベース部材２６のフランジ面２９ａとの境界に沿って移動させる。
【００２３】
図６に示すように、正転方向に回転しながら進行する撹拌ロッド４０は、進行方向の前側では、ベース部材２６のフランジ面２９ａとフランジ部材２７の第１当接面２７ａとの境界を硬質材料であるフランジ部材２７から軟質材料であるベース部材２６へとピン４１の側面を移動させながら進行する。また、撹拌ロッド４０は、進行方向の後側では、ベース部材２６のフランジ面２９ａとフランジ部材２７の第１当接面２７ａとの境界を軟質材料であるベース部材２６から硬質材料であるフランジ部材２７へとピン４１の側面を移動させながら進行する。これにより、フランジ部材２７には、ピン４１によって削られることにより新生面２７ｃが形成される。そして、塑性流動状態へと変移したベース部材２６がピン４１によってピン４１の側面とフランジ部材２７の新生面２７ｃとの間の間隙４７に案内され、該間隙４７に圧入されることでフランジ部材２７にベース部材２６が接合される。
【００２４】
そして、図７に示すように、オイルパン１２においては、上述した摩擦撹拌接合がベース部材２６およびフランジ部材２７の全周にわたって行なわれる。こうしたベース部材２６とフランジ部材２７とが接合されたオイルパン１２は、治具３５から取り外したとしてもベース部材２６とフランジ部材２７とが接合した状態が保持される。
【００２５】
上述したエンジン１０の組み立ては、シリンダーブロック１１、オイルパン１２、および、ガスケット１３の位置合わせが行われたのち、ガスケット１３をシリンダーブロック１１とオイルパン１２とで挟持させる。そして、第１および第２挿通孔３０，３１に通じて雌ねじ部２２に締結部材１４の各々が締結されることにより組み立てられる。
【００２６】
上記実施形態によれば、以下に列挙する作用効果が得られる。
（１）ガスケット１３は、シリンダーブロック１１と、ベース部材２６よりも熱膨張率が低いフランジ部材２７とによって挟持されている。これにより、エンジンの駆動にともなってシリンダーブロック１１およびオイルパン１２の温度が上昇したとしても、ベース部材２６の熱膨張がガスケット１３に直接作用することがない。また、シリンダーブロック１１とオイルパン１２とにおいてガスケット１３を挟持している部分の間に生じる熱膨張差が小さくなる。その結果、ガスケット１３の劣化を抑えることができる。
【００２７】
（２）摩擦撹拌接合においては、塑性流動状態となった軟質材料のベース部材２６の一部をフランジ部材２７の新生面２７ｃとピン４１の側面との間の間隙４７に圧入させることにより、ベース部材２６とフランジ部材２７とが接合される。そのため、接合部３２においては、熱影響や熱歪みが少なく、また、ベース部材２６の一部が塑性流動状態となることで組織の微細化が図られることから、高い気密性とベース部材２６よりも大きい機械的強度とを付与することができる。そのため、ベース部材２６とフランジ部材２７との熱膨張差に起因して接合部３２に機械的な負荷が作用したとしても亀裂等が生じにくいことから、接合部３２を通じたエンジンオイルの漏出を抑えることができる。
【００２８】
（３）オイルパン１２においては、オイルパン１２の一部がフランジ部材２７に置き換わった分の重量増加だけでシリンダーブロック１１とオイルパン１２との熱膨張差を低減することができる。
【００２９】
（４）ベース部材２６の外周部分とフランジ部材２７の外周部分とが摩擦撹拌接合により接合されている。そのため、ベース部材２６の内周部分とフランジ部材２７の内周部分とが摩擦撹拌接合により接合される場合に比べて、撹拌ロッド４０の形状や接合作業における撹拌ロッド４０の配置に関する自由度が高くなる。その結果、ベース部材２６とフランジ部材２７との摩擦撹拌接合を容易に行なうことができる。
【００３０】
（５）第２挿通孔３１の孔径が第１挿通孔３０の孔径よりも大きいことから、シリンダーブロック１１とオイルパン１２との熱膨張差によって締結部材１４が傾いたとしてもフランジ部材２７と締結部材１４との干渉を抑えることができる。また、ベース部材２６とフランジ部材２７との熱膨張差によって、第１挿通孔３０と第２挿通孔３１との相対位置がずれたとしても第１挿通孔３０の一部がフランジ部材２７で覆われることを抑えることができる。また、ベース部材２６に対するフランジ部材２７の位置合わせを容易に行なうこともできる。
【００３１】
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第１挿通孔３０よりも第２挿通孔３１の孔径が小さくてもよいし、第１および第２挿通孔３０，３１の孔径が同じであってもよい。
【００３２】
・ベース部材２６とフランジ部材２７とを接合する接合部３２は、ベース部材２６およびフランジ部材２７の内周部分に形成されていてもよいし、外周部分および内周部分の双方に形成されていてもよい。内周部分において接合部が形成される場合、フランジ部材２７は、ベース部材２６の内周形状と略等しい内周形状を有する。
【００３３】
・フランジ部材２７は、摩擦撹拌接合によりベース部材２６に接合可能であり、かつ、熱膨張率がベース部材２６よりも小さい金属材料によって形成されていればよい。また、フランジ部材２７の熱膨張率は、鋳鉄の熱膨張率に近いほど好ましい。
【符号の説明】
【００３４】
１０…エンジン、１１…シリンダーブロック、１２…オイルパン、１３…ガスケット、１４…締結部材、２１…ブロックフランジ部、２２…雌ねじ部、２６…ベース部材、２７…フランジ部材、２７ａ…第１当接面、２７ｂ…第２当接面、２７ｃ…新生面、２８…貯留部、２９…ベースフランジ、２９ａ…フランジ面、３０…第１挿通孔、３１…第２挿通孔、３２…接合部、３５…治具、３６…締結部材、４０…撹拌ロッド、４１…ピン、４２…ショルダー、４５…塑性流動状態、４７…間隙。
【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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