(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に用いられるシリンダブロックであって、
シリンダボアが形成されたシリンダブロック本体と、
前記シリンダボアの内部に配置され、ピストンを案内するシリンダライナと、
前記シリンダボアの内周面と前記シリンダライナの外周面との間に設けられたコーティング部を備え、
前記コーティング部の材料の熱伝導率は、
前記内燃機関の冷間時においては前記シリンダライナの材料の熱伝導率よりも低く、前記内燃機関の暖機後においては前記シリンダライナの材料の熱伝導率よりも高い、シリンダブロック。
【請求項２】
前記コーティング部の少なくとも一部は、前記シリンダライナの上端と、当該上端から前記シリンダライナの軸方向に所定距離下方の位置と、の間に配置されている、請求項１に記載のシリンダブロック。
【請求項３】
前記シリンダライナの材料は、鋳鉄であり、
前記コーティング部の材料は、白金ロジウムである、請求項１又は２に記載のシリンダブロック。
【請求項４】
前記シリンダライナの材料は、アルミ合金であり、
前記コーティング部の材料は、黄銅である、請求項１又は２に記載のシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されたシリンダブロックが知られている。特許文献１に記載されたシリンダブロックでは、シリンダブロックに形成されたシリンダの内周面とシリンダライナの外周面との間に断熱コーティング層が設けられている。断熱コーティング層の材料はシリンダライナの材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有し、燃焼室の遮熱が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３１７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、前述のように、断熱コーティング層の材料はシリンダライナの材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有している。そのため、内燃機関の暖機後においても燃焼室が遮熱されてしまう場合があり、この場合には、シリンダライナにおける油膜が薄くなり潤滑性能が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、冷間時における燃焼室の遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立できるシリンダブロックを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るシリンダブロックは、内燃機関に用いられるシリンダブロックであって、シリンダボアが形成されたシリンダブロック本体と、シリンダボアの内部に配置され、ピストンを案内するシリンダライナと、シリンダボアの内周面とシリンダライナの外周面との間に設けられたコーティング部を備え、コーティング部の材料の熱伝導率は、内燃機関の冷間時においてはシリンダライナの材料の熱伝導率よりも低く、内燃機関の暖機後においてはシリンダライナの材料の熱伝導率よりも高い。
【０００７】
このシリンダブロックでは、冷間時において、燃焼により発生した熱（燃焼熱）のシリンダブロックへの伝達がコーティング部により抑制される。よって、冷間時における燃焼室の遮熱が実現される。一方、暖機後においては、コーティング部により燃焼室を大きく遮熱することがなくなり、燃焼熱のシリンダブロックへの伝達がコーティング部において妨げられにくい。よって、シリンダライナの温度が高くなり過ぎてシリンダライナにおける油膜が薄くなることが抑制され、暖機後における潤滑性能の低下抑制が実現される。従って、冷間時における燃焼室の遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立することが可能となる。
【０００８】
本発明に係るシリンダブロックにおいて、コーティング部の少なくとも一部は、シリンダライナの上端と、当該上端からシリンダライナの軸方向に所定距離下方の位置と、の間に配置されていてもよい。燃料が着火して一定程度燃焼するまでの間においては、シリンダライナの上端と、当該上端からシリンダライナの軸方向に所定距離下方の位置と、の間におけるシリンダライナの温度が特に上昇しやすい。そのため、当該範囲にコーティング部の少なくとも一部を設けることにより、燃焼室を効果的に遮熱することが可能となる。
【０００９】
本発明に係るシリンダブロックにおいて、シリンダライナの材料は、鋳鉄であり、コーティング部の材料は、白金ロジウムである場合がある。この構成によれば、上記作用効果が好適に奏される。
【００１０】
本発明に係るシリンダブロックにおいて、シリンダライナの材料は、アルミ合金であり、コーティング部の材料は、黄銅である場合がある。この構成によれば、上記作用効果が好適に奏される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷間時における燃焼室の遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立できるシリンダブロックを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るシリンダブロックを示す断面図である。
【図２】図１のシリンダライナを示す部分断面図である。
【図３】熱伝導率の温度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。なお、「上」、「下」の方向は、内燃機関におけるピストンの往復方向に対応する。また、「上」の語はピストンの上死点側に対応し、「下」の語はピストンの下死点側に対応する。
【００１４】
図１に示されるように、本実施形態に係るシリンダブロック１は、例えば車両に搭載されたディーゼルエンジンなどの内燃機関に用いられる。図１に示されるように、シリンダブロック１は、シリンダブロック本体１ａと、シリンダライナ２と、を備える。なお、シリンダライナはシリンダブロックの一部として構成される場合もあるが、本実施形態では別体として構成されている場合を例に説明する。
【００１５】
シリンダブロック本体１ａは、内燃機関本体を構成するブロック体である。シリンダブロック本体１ａの材質としては、例えば鋳鉄（ねずみ鋳鉄、ＣＶ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄等）やアルミニウム合金等が用いられる。シリンダブロック本体１ａには、複数のシリンダボアＢが形成されている。シリンダボアＢは、中心軸Ｃに沿って延在する貫通孔であり、断面円形を呈している。シリンダブロック本体１ａは、冷却水が流通する冷却水流路をシリンダボアＢの周囲に有している（不図示）。シリンダボアＢには、シリンダライナ２が挿入されている。
【００１６】
シリンダライナ２は、ピストン３との気密性を保ちつつピストン３を案内する円筒状の部品である。シリンダライナ２の材料としては、例えば鋳鉄又はアルミ合金等が採用される（詳しくは、後述）。ピストン３は、矢印Ａの方向に沿ってシリンダライナ２の内部を往復運動する。ピストン３は、コンロッド５を介してクランクシャフト（不図示）と接続されている。ピストン３には、ピストンリング３ａが嵌め込まれている。ピストンリング３ａは、シリンダライナ２の内周面２ａに接している。シリンダライナ２の内周面２ａには、ピストン３が摺動する際の潤滑のために、潤滑油（例えばエンジンオイル）が供給される。
【００１７】
シリンダライナ２の外周面２ｂは、シリンダボアＢの内周面１ｃと対向しており、その一部又は全部がシリンダボアＢの内周面１ｃに当接している。シリンダライナ２の上端側には、径方向外側に突出するフランジ２ｃが形成されている。このフランジ２ｃの下面は、シリンダブロック本体１ａの上面１ｂにおけるシリンダボアＢの辺縁部に当接している。
【００１８】
シリンダブロック本体１ａ及びシリンダライナ２の上面には、ヘッドガスケット４が配置されており、その上にシリンダヘッド（不図示）が取り付けられる。ヘッドガスケット４は、シリンダブロック本体１ａとシリンダヘッドとの間で気密性を確保するための部品である。シリンダライナ２、ピストン３、及びシリンダヘッドは、燃焼室Ｅを画成する。燃焼室Ｅでは、インジェクタ（不図示）から噴射された燃料が燃焼される。
【００１９】
ここで、図２に示されるように、シリンダライナ２には、シリンダライナ２の外周面２ｂを覆うようにコーティング部Ｍが設けられている。コーティング部Ｍは、シリンダライナ２と同軸の筒状を有する。コーティング部Ｍは、シリンダボアＢの内周面１ｃとシリンダライナ２の外周面２ｂとの間に設けられている。コーティング部Ｍの上端部Ｍａは、シリンダライナ２のフランジ２ｃの下面に連なるように配置されている。コーティング部Ｍの下端部Ｍｂは、上端２ｄから所定距離ＬＡ１０を越えた下方の位置に達している。コーティング部Ｍは、燃焼室Ｅからシリンダライナ２を経由してシリンダブロック本体１ａの冷却水流路へ至る熱の伝達経路上に介在される。
【００２０】
所定距離ＬＡ１０は、クランクシャフトの回転角が上死点後１０゜のときの、シリンダライナ２の上端２ｄからピストン３の上端面３ｂまでの距離である。クランクシャフトの回転角が上死点から上死点後１０゜となるまでの期間は、燃焼室Ｅに噴射された燃料が着火して一定程度燃焼するまでの期間に相当し、シリンダライナ２の温度が上昇しやすい。そこで、この期間の燃焼室Ｅを構成するシリンダライナ２の外周面２ｂ部分を覆うべく、コーティング部Ｍの一部は、シリンダライナ２の上端２ｄと、当該上端２ｄからシリンダライナ２の軸方向（上下方向）に所定距離ＬＡ１０下方の位置と、の間に配置されている。なお、所定距離ＬＡ１０は限定されるものではなく、上下方向におけるシリンダライナ２の長さＬｒ以下の範囲において、冷間時における燃焼室Ｅを遮熱（断熱）する効果を考慮して適宜設定することができる。
【００２１】
コーティング部Ｍは、例えば、めっき、溶射、及びスパッタリング等の金属皮膜処理工程によって形成することができる。コーティング部Ｍの厚さは、例えば０．３〜１．５ｍｍの範囲で、コーティング部Ｍの上端部Ｍａ側では略均一の厚さとされ、コーティング部Ｍの下端部Ｍｂ側では徐々に薄くされている。
【００２２】
コーティング部Ｍは、燃焼室Ｅを遮熱する。冷間時において、コーティング部Ｍは、燃焼室Ｅで噴射された燃料の燃焼熱がシリンダブロック本体１ａに伝達することを抑制する。図３は、熱伝導率の温度特性を示すグラフである。図３において、実線Ｘはシリンダライナ２の材料の熱伝導率Ｋｃの温度特性を示し、破線Ｙはコーティング部Ｍの材料の熱伝導率Ｋｍの温度特性を示す。
【００２３】
図３に示されるように、実線Ｘと破線Ｙとは、温度Ｔ０において交差している。コーティング部Ｍの材料の熱伝導率Ｋｍは、温度Ｔ０よりも低い温度においてはシリンダライナ２の材料の熱伝導率Ｋｃよりも低く、温度Ｔ０よりも高い温度においてはシリンダライナ２の材料の熱伝導率Ｋｃよりも高い。温度Ｔ０は、シリンダライナ２の内周面２ａの温度（以下、単にライナ温度という）と比較した場合、内燃機関の冷間時におけるライナ温度よりも高く、暖機後におけるライナ温度よりも低い。すなわち、コーティング部Ｍの材料の熱伝導率Ｋｍは、冷間時においてはシリンダライナ２の材料の熱伝導率Ｋｃよりも低く、暖機後においてはシリンダライナ２の材料の熱伝導率Ｋｃよりも高い。このような特性を具備するコーティング部Ｍの材料として、シリンダライナ２の材料が鋳鉄である場合には白金ロジウムを採用することができ、シリンダライナ２の材料がアルミ合金である場合には黄銅を採用することができる。
【００２４】
暖機後とは、内燃機関の暖機が完了した状態である。暖機後では、例えば燃焼室Ｅに噴射された燃料が蒸発してシリンダライナ２の内周面２ａの表面に液滴として付着しない程度にライナ温度が高い。暖機後としては、例えばシリンダブロック本体１ａにおける冷却水の温度ＴがＴｗ以上の状態が挙げられる。Ｔｗとしては、７０℃を例示することができる。一般的に、暖機後では、ライナ温度が高くなり過ぎると、シリンダライナ２の内周面２ａにおける潤滑油の粘度が低下して内周面２ａにおける油膜が薄くなり、潤滑性能が低下してしまうことがある。
【００２５】
冷間時とは、内燃機関の暖機が完了していない状態である。冷間時では、暖機後と比較してライナ温度が低い。冷間時としては、例えばシリンダブロック本体１ａにおける冷却水の温度がＴｗ未満の状態、内燃機関の始動後からの燃焼回数が所定回数未満の場合、等が挙げられる。一般的に、冷間時では、暖機後と比較して燃焼室Ｅに噴射された燃料が蒸発しにくく、シリンダライナ２の内周面２ａに液滴として付着することがある。そのため、白煙の排出及び失火の発生の可能性が高くなる。
【００２６】
冷間時においては、コーティング部Ｍの材料の熱伝導率Ｋｍがシリンダライナ２の材料の熱伝導率Ｋｃよりも低い。よって、シリンダボアＢの内周面１ｃとシリンダライナ２の外周面２ｂとの間のコーティング部Ｍが設けられた部分においては、燃焼熱がシリンダライナ２及びシリンダブロック本体１ａを介してシリンダブロック本体１ａの冷却水流路の冷却水に伝達することが抑制される。そのため、コーティング部Ｍが設けられていない場合と比較して、ライナ温度が高くなる。すなわち、コーティング部Ｍによって燃焼室Ｅの遮熱が実現される。その結果、コーティング部Ｍが設けられていない場合と比較して、燃焼室Ｅに噴射された燃料が蒸発し易くなり、燃料がシリンダライナ２の内周面２ａに液滴として付着することが低減され、白煙の排出及び失火の発生の可能性が低減される。
【００２７】
暖機後においては、コーティング部Ｍの材料の熱伝導率Ｋｍがシリンダライナ２の材料の熱伝導率Ｋｃよりも高い。よって、コーティング部Ｍが設けられていない場合と比較して、燃焼熱のシリンダブロック本体１ａへの伝達がコーティング部Ｍにおいて妨げられにくい。換言すると、燃焼室Ｅの遮熱効果は、シリンダライナ２の材料（ライナ母材）の熱伝導率Ｋｃに強く影響され、コーティング部Ｍの材料の熱伝導率Ｋｍに影響される程度が小さい。そのため、ライナ温度は、コーティング部Ｍが設けられていない場合と略同等となる。その結果、シリンダライナ２の高温化が抑制され、ライナ温度が高くなることによるシリンダライナ２の内周面２ａにおける潤滑油の粘度低下が抑制される。すなわち、暖機後における潤滑性能の低下抑制が実現される。
【００２８】
以上のように構成されたシリンダブロック１では、コーティング部Ｍにより、冷間時における燃焼室Ｅの遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立できる。具体的には、冷間時において、燃焼熱がシリンダライナ２を介してシリンダブロック本体１ａに伝達して冷却水に伝達することが抑制され、コーティング部Ｍが設けられていない場合と比較して、ライナ温度が高くなる。すなわち、コーティング部Ｍによって、冷間時における燃焼室Ｅの遮熱が実現される。また、燃焼室Ｅの遮熱によって排気損失が増えて排気温度が上昇し、後処理装置の早期な活性化を見込むことができる。一方、暖機後においては、コーティング部Ｍにより燃焼室Ｅを大きく遮熱することがなくなり、燃焼熱のシリンダブロック本体１ａへの伝達がコーティング部Ｍにおいて妨げられにくい。そのため、ライナ温度は、コーティング部Ｍが設けられていない場合と略同等となる。その結果、シリンダライナ２の温度が高くなり過ぎてシリンダライナ２における油膜が薄くなることを抑制できる。すなわち、暖機後における潤滑性能の低下抑制が実現される。従って、冷間時における燃焼室Ｅの遮熱と暖機後における潤滑性能の低下抑制とを両立することが可能となる。
【００２９】
本発明に係るシリンダブロック１において、コーティング部Ｍの少なくとも一部は、シリンダライナ２の上端２ｄと、当該上端２ｄからシリンダライナ２の軸方向に所定距離ＬＡ１０下方の位置と、の間に配置されている。燃焼室Ｅに噴射された燃料が着火して一定程度燃焼するまでの間においては、上端２ｄと、当該上端２ｄからシリンダライナ２の軸方向に所定距離ＬＡ１０下方の位置との範囲において、シリンダライナ２の温度が上昇しやすい。そのため、当該範囲にコーティング部Ｍの少なくとも一部を設けることにより、燃焼室Ｅを効果的に遮熱することが可能となる。
【００３０】
以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。例えば、上記実施形態では、内燃機関の一例としてディーゼルエンジンを用いて説明したが、ガソリンエンジン等の内燃機関でもよい。
【００３１】
上記実施形態では、シリンダライナ２の外周面にコーティング部Ｍが設けたが、シリンダライナ２の外周面に代えてシリンダボアＢの内周面１ｃにコーティング部Ｍが設けてもよい。要は、コーティング部Ｍは、シリンダボアＢの内周面１ｃとシリンダライナ２の外周面との間に設けられていればよい。また、シリンダブロック本体１ａとシリンダライナ２とが別体としたが、シリンダブロック本体１ａとシリンダライナ２とを一体としてもよいし、シリンダボアＢにおいて内周面１ｃを含む内壁部をシリンダライナ（シリンダライナー部）として構成してもよい。
【００３２】
上記実施形態では、コーティング部Ｍの上端部Ｍａを、シリンダライナ２のフランジ２ｃの下面に当接するように設けたが、フランジ２ｃの形状に沿って設けてもよい。例えばシリンダブロック本体１ａにおいて冷却水流路がフランジ２ｃの側方に存在する場合、コーティング部Ｍをフランジ２ｃの下面及び側面に沿って設けることで、燃焼熱がフランジ２ｃを介してシリンダブロック本体１ａ及びシリンダブロック本体の冷却水流路の冷却水に伝達することを、効果的に抑制できる。上記実施形態では、コーティング部Ｍを単一の領域として連続的に設けたが、複数の領域に分けて（断続的に）設けてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…シリンダブロック、１ａ…シリンダブロック本体、１ｃ…内周面、２…シリンダライナ、２ｂ…外周面、２ｄ…上端、３…ピストン、Ｂ…シリンダボア、Ｅ…燃焼室、Ｍ…コーティング部、Ｍｂ…下端部。
【図１】
0006526523.tif 000002
【図２】
0006526523.tif 000003
【図３】
0006526523.tif 000004