(57)【要約】【課題】内燃機関の稼動時においても、内燃機関のシリンダボアの真円度の低下を抑制するようなシリンダボアを製造することを課題とする。【解決手段】内燃機関のシリンダブロックの加工方法において、シリンダブロックを所定温度まで加熱した後にシリンダボアのホーニング加工を行うことを特徴とする内燃機関のシリンダブロックの加工方法である。シリンダブロックが熱膨張した状態でシリンダボアの真円度が確保されるため、実際に内燃機関の稼動時におけるシリンダボアの真円度が格段に向上する。【選択図】　図２
2004036511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダブロックの加工方法において、シリンダブロックを所定温度まで加熱した後にシリンダボアのホーニング加工を行うことを特徴とする内燃機関のシリンダブロックの加工方法。
【請求項２】
前項における所定温度は、温度に対するシリンダボアの長辺と短辺の比の変化率が小さくなり始める温度であることを特徴とする前２項の内燃機関のシリンダブロックの加工方法。
【請求項３】
前２項の加工方法を用いて製造されたシリンダブロック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の製造方法であって、シリンダブロックにシリンダボアを形成するために用いられる加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
内燃機関のシリンダブロックには、ピストンが挿入され摺動するためのシリンダボア（気筒）が形成されている。このシリンダボアに挿入されるピストンの大きな役割は爆発圧力を受け、その力をコネクティングロッドを介してクランクシャフトに伝えることである。斯かる役割を効果的に果たすため、ピストンにはシリンダボア内壁とピストン側面の間から前記爆発圧力が逃げないようにシールするためのピストンリングが装着されている。
【０００３】
そしてピストン及びピストンリングは真円に近い形状で形成されるので、ピストンリングとシリンダボアのシール機能を満足するためにはシリンダボアの形状についても真円であることが要求される。
【０００４】
しかし、仮に、シリンダボアを真円に加工しても、加工後に、シリンダブロックとシリンダヘッドをヘッドボルトで組付けた場合、ヘッドボルトの締付荷重によってシリンダヘッドやシリンダブロックに変形が起こり、シリンダボアの真円度が悪化することになり、前記シール機能を満足させることができない。
【０００５】
そこで、従来は、シリンダブロックのシリンダボアを加工する際には、シリンダブロックのデッキ面にダミーのシリンダヘッドをヘッドボルトで組付けて加工を行っていた（特開平０６−３３９８５２）。
【０００６】
つまり、実際にシリンダヘッドを組付けた後のシリンダブロックに懸かる荷重と略同一にした状態で真円加工することによって、実際のシリンダヘッドの組付け後においてもシリンダボアの真円度を保つようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シリンダボアの真円度が要求されるときは、シリンダヘッドの組付け直後ではなく、実際に内燃機関が稼動しているときである。
【０００８】
この内燃機関の稼動時には、シリンダヘッド、シリンダブロックに囲まれた燃焼室で燃焼が行なわれるため、組付け時よりシリンダブロック等の温度が大幅に上昇している。
【０００９】
シリンダブロックやシリンダヘッドは、この温度上昇によって熱膨張が起こり、真円度が低下する場合がある。
【００１０】
そこで、本発明は内燃機関の稼動時においても、シリンダボアの真円度の低下を抑制するようなシリンダボアを製造することを課題とする。
【００１１】
【解決手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、内燃機関のシリンダブロックの加工方法において、シリンダブロックを所定温度まで加熱した後にシリンダボアのホーニング加工を行うことを特徴とする内燃機関のシリンダブロックの加工方法である。
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、シリンダブロックが熱膨張した状態でシリンダボアの真円度が確保されるため、実際に内燃機関の稼動時におけるシリンダボアの真円度が格段に向上する。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の所定温度が、温度に対するシリンダボアの長辺と短辺の比の変化率が小さくなり始める温度であることを特徴とする前２項の内燃機関のシリンダブロックの加工方法である。
【００１４】
熱膨張量が温度に比例するという金属の特性を考慮すると、シリンダブロックをある程度まで加熱すれば、シリンダボアの変形態様は、上昇温度に対して略相似することになる。よって、熱膨張によるシリンダボア変形後の長辺と短辺の比の上昇温度に対する変化率が小さくなり始めるときに、ホーニング加工を行い真円度を確保すれば、それ以上温度が上昇しても真円度が確保できる。
【００１５】
したがって、請求項２に係る発明によれば、必要最小限の加熱温度でシリンダボアの真円度が確保できる。
【００１６】
【実施例】
図１は、直列４気筒エンジンのシリンダブロック１を斜視により示した図である。シリンダブロック１は、アルミ合金鋳物からなり、鋳型から取出されたシリンダブロック１は、シリンダヘッド（図示しない）の取付け面（シリンダデッキ）２、オイルパン（図示しない）の取付け面３、チェーンカバー（図示しない）等を取付ける前後面４、ヘッドボルトや補機取付けボルト用のネジ穴、潤滑油通路５、クランクシャフト（図示しない）を支持するクランク穴６等が加工される。
【００１７】
図２に加工工程のフローチャートを示す。ステップ１０１では、まず、シリンダデッキ２、オイルパン取付け面３、前後面４などの面削りが行なわれる。斯かる面削りは主にフライス加工によって行なわれる。ステップ１０１が終了すると、ステップ１０３の加工工程に進む。
【００１８】
ステップ１０３では、穴あけ、ネジ立て、油穴あけ加工が行われる。油穴としては、クランクシャフトの軸受部１５やシリンダヘッドの動弁系へ供給される潤滑油通路５がある。
【００１９】
ステップ１０３が終了すると、ステップ１０５に進み、シリンダブロック１は切粉除去などを行うために洗浄される。
【００２０】
ステップ１０５の洗浄工程が終了した後は、ステップ１０９へ進みクランク穴６の加工が行われる。ステップ１０５から１０９へ進む間に、ステップ１０７でベアリングキャップ７（図３）や加工治具が組付けられる。このステップ１０７の説明については後述する。
【００２１】
クランク穴６はクランクシャフトが装着される部位であるため、高度の加工精度が要求される。そのため、粗削りと仕上げ加工に分けられて加工工程が進む。
【００２２】
また、クランク穴６はシリンダ間に形成された隔壁１０に形成され、夫々のクランク穴６にクランクシャフトが装着・支持されるため、穴の精度だけでなく、各クランク穴６の同軸性が要求される。そため、クランク穴加工は、各クランク穴６を同時に加工するラインボーリング加工が行われる場合がある。
【００２３】
クランク穴６にクランクシャフトを支持する軸受が装着されない場合には、クランク穴６にホーニング加工を行い、クランク穴６に軸受の機能を与える場合もある。ホーニング加工については、後に説明する。
【００２４】
ステップ１０９が終了すると、ステップ１１１に進み、シリンダボア９の加工が行われる。シリンダボア９内は図示しないピストンが往復摺動するため、クランク穴６と同様に高度の穴精度が要求される。そのためクランク穴加工と同様に、シリンダボア９の加工も粗削り加工と仕上げ加工を別に行うのが一般的である。
【００２５】
ステップ１１１が終了するとステップ１１５に進み、シリンダボア９のホーニング加工が行なわれる。このステップ１１１からステップ１１５の間にシリンダブロック１を加熱する加熱工程（ステップ１１３）が存在する。この加熱工程については後で詳述する。
【００２６】
このホーニング加工は、シリンダボア９の表面に潤滑油保持用の微少な溝（クロスハッチ）を加工するために行なわれる。このクロスハッチによってピストン側面とシリンダボア９内面との間に潤滑層が形成され、ピストンの滑らかな往復摺動を可能にしている。
【００２７】
かかるホーニング加工は、外周面に砥石１１が取付けられた砥石ホルダ１２に回転運動、上下運動を与えることによってシリンダボア９内壁を加工する（図３）。
【００２８】
ステップ１１５のホーニング加工が終了すると、ステップ１１７に進み、再び、シリンダブロック１を洗浄して、一連の加工工程が終了する。
【００２９】
このように、シリンダボア９の加工が他の加工工程より後に行なわれるのは、シリンダボア９を先に加工して、後から他の加工工程を行うと、他の加工工程中にシリンダブロック１に加工歪みが発生し、シリンダボア９の真円度が悪化するためである。
【００３０】
次に加工治具の取付け工程について説明する。ここでの加工治具とは、ダミーのシリンダヘッド（以下ダミーヘッドという。）をいう。図３にダミーヘッド１３をシリンダヘッド１に組付けた状態を示している。このダミーヘッド１３は、最終的にシリンダブロック１とシリンダヘッドを組付けた際の荷重状態を想定して加工を行うための治具である。かかる治具を用いれば、最終的にシリンダヘッドを組付けた際に、その組付け荷重によって変形したシリンダブロック１のシリンダボア９が真円となる。
【００３１】
このダミーヘッド１３とシリンダブロック１との間には、最終的に組付けられる図示しないシリンダガスケットか、またはそれに類似するダミーのガスケットが介挿される。これは、シリンダガスケットはシリンダブロック１やシリンダヘッドに応じたビード形状や、ストッパーが設計され、これらの形状によってもシリンダブロック１に加わる荷重状態が変化するので、前記シリンダガスケットを装着してなるべく実機に近い荷重状態を再現するためである。
【００３２】
ダミーヘッド１３の取付け工程は、ベアリングキャップ７の取付け時と同時期（ステップ１０７）に取付けるのが望ましい。なぜなら、クランク穴６についても高度の穴精度が要求されているため、クランク穴６加工時にダミーヘッド１３が取付けられていれば、シリンダヘッドの組付け後にクランク穴６精度の悪化を抑止することができるからである。
【００３３】
次に加熱工程について説明する。シリンダブロック１を加熱する目的は、シリンダブロック１を加熱して加工することにより、エンジンが熱膨張しても、シリンダボア９の真円度をある程度確保するためである。
【００３４】
この加熱工程は、シリンダボア９のホーニング加工直前（ステップ１１３）に行われる。つまり、ホーニング加工によってシリンダボア９の熱膨張後の真円度を決定付けることになる。シリンダブロック１の熱膨張や、ヘッドボルト１４の締付荷重によってシリンダボア９の長径と短径の差は数十ミクロン程度になるが、かかる程度の差であればホーニング加工で修正は可能である。
【００３５】
また、ボーリング加工時にシリンダブロック１を加熱して加工しても、ホーニング加工時に温度が低下していれば、結局、低温度の状態でシリンダボア９の真円度が確保されることになり、内燃機関が稼動して温度が上昇した状態のシリンダボア９の真円度が確保されなくなる。ボーリング工時とホーニング加工時の両方で加熱することも考えられるが、加工時の温度が上昇すると、シリンダブロック１の硬度が低下し、加工性が悪化したり、刃具の寿命が短縮したりする問題も生じてくる。したがって、本実施例のようにシリンダブロック１を加熱して加工を行う工程はなるべく限定する方がよい。
【００３６】
ただし、加工性や刃具寿命の問題が解決されるのであれば、シリンダブロックを加熱して中ぐり加工行っても特に問題はない。
【００３７】
図４（ａ）は、エンジン稼動時のシリンダボア９周辺の温度分布をシリンダデッキ側から見た図である。図４（ａ）中の破線が温度分布を示し、シリンダボア９の中心から破線までの距離長いほど温度が高くなっていることを表わしている。
【００３８】
図４（ａ）からも判るように、シリンダボア９の配列方向に温度が高くなっている。これはシリンダボア間１９はシリンダボア９Ａ、９Ｂに挟まれる位置関係にあり、シリンダボア９Ａ内での爆発による熱とシリンダボア９Ｂ内での爆発による熱を交互に受けるためである。一方、部位１８はシリンダボア９Ｂ内での爆発による熱については受熱しやすい位置にあるが、シリンダボア９Ａ内での爆発による熱は受熱し難い位置にあるため、シリンダボア間１９より温度が低くなっている。
【００３９】
また、図４（ｂ）はシリンダボア９の軸方向の温度分布を示す。図４（ｂ）からも判るようにクランク室側よりデッキ側の温度が高く、クランク室側に向かって温度が低くなっている。したがって、加熱部位としては、シリンダボア間の部分を中心に、デッキ近傍を加熱すればよい。図４（ａ）中１６は、シリンダブロック１を加熱するヒータを示し、上記の通り、シリンダボア間を効率良く加熱できる位置に配置される。
【００４０】
図５（ａ）は従来の加工方法によって加工されたシリンダブロックにダミーヘッドを取付け加熱した場合のシリンダボアの長径ｒ１と短径ｒ２の比（ｒ１／ｒ２）の温度に対する変化量を示したグラフである。
【００４１】
図５（ｂ）は、従来の加工方法によって加工されたシリンダブロックを加熱した際のボアの変形状態を示したものであり、前記長辺ｒ１と前記短辺ｒ２が示されている。
【００４２】
金属の熱膨張量は、金属の上昇温度に比例するため、ある程度熱膨張が進むとそれ以上シリンダブロック１を加熱しても、シリンダボア９の長径ｒ１と短径ｒ２の比ｒ１／ｒ２に大きな変化が見られなくなる場合がある。したがって、斯かる変化が見られない場合には、シリンダブロック１の温度に対するｒ１／ｒ２の変化率が小さくなり始める温度で真円を確保すれば、それ以上温度が上昇しても、ｒ１／ｒ２が大きく変化しないため、シリンダボア９の真円度が確保されることになる。
【００４３】
よって、シリンダブロック１の加熱温度は、予め図５（ａ）のような温度に対するｒ１／ｒ２のグラフを得て、温度に対するシリンダボアのｒ１／ｒ２の変化率が小さくなり始める温度を把握して、その温度まで加熱すればよい。
【００４４】
このように、シリンダボアのｒ１／ｒ２の温度に対する変化率から加熱温度を決定すれば、加熱温度を抑制することができ、加工時の加工性の悪化を防ぎ、また、砥石１１などの刃具の寿命を延ばすことができる。
【００４５】
更に、加熱時間を短縮することができることに加え、加熱エネルギーを最小限に抑えることができる。
【００４６】
例えば、図５（ａ）中のＸ度が内燃機関の稼動温度であるとする。しかし、加熱工程ではＸ度まで加熱しなくても、Ｙ度まで加熱すれば、Ｘ度での真円度もある程度確保されることがｒ１／ｒ２の変化率から判る。
【００４７】
また、内燃機関の稼動時の温度を測定して、該温度までシリンダブロックを加熱して加工するこも可能である。この場合、自動車の内燃機関であれば、内燃機関の回転数が２０００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの範囲にあるときの温度に加熱することが望ましい。内燃機関はかかる回転数範囲で使用される場合が最も多いからである。
【００４８】
一般に、シリンダブロックは、各加工工程を自動搬送装置によって搬送されるので、加熱装置はホーニング加工前に設けられる。
【００４９】
加熱装置に搬送されたシリンダブロック１は、図４（ａ）に示すようにシリンダボア９内にヒータ１６が挿入され所定温度になるまで加熱される。シリンダブロックがオープンデッキタイプのウォータジャケット（Ｗ／Ｊ）１７構造であれば、ヒータ１６をＷ／Ｊ１７に挿入することもできる（図３）。
【００５０】
このオープンデッキタイプのＷ／Ｊ１７構造であれば、ダミーシリンダヘッドにヒータ１６を組み込んで、ヒータ１６がシリンダブロックのＷ／Ｊ１７に挿入される構造を採用することもできる。このような加熱構造を採用すると、ホーニング加工時においてもシリンダブロック１の加熱が可能であるため、より真円度の高いシリンダボア９を形成することができる。
【００５１】
以上の実施例は、シリンダボア９をシリンダブロック１に直接加工した場合の例であるが、ライナを鋳込んだシリンダブロックであっても、ライナを圧入したシリンダブロックでも適用できる。この場合、試験などによって、加熱温度や加熱箇所などを新たに調べる必要がある。
【００５２】
また、鉄系のシリンダライナを用いれば、ヒータとしてＩＨヒータを用いることができる。つまり、電磁誘導加熱も可能である。
【００５３】
また、上記実施例のほか、全ての工程においてシリンダブロックを稼動状態時の温度まで加熱してもよい。この場合、全ての加工穴、加工面の精度が向上する。このほか、精度が要求される加工工程において、シリンダブロックを加熱することも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、シリンダブロックが熱膨張した状態でシリンダボアの真円度が確保されるため、実際に内燃機関の稼動時におけるシリンダボアの真円度が向上する。
【００５５】
また、請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加え、必要最小限の加熱温度でシリンダボアの真円度が確保できる。これにより、シリンダボアの加工性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリンダブロックの斜視図である。
【図２】シリンダブロックの加工工程のフローチャートを示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図４】シリンダブロックの温度分布を示す図である。
【図５】シリンダボアの温度に対する変形度合いを示す図である。
【符号の説明】
１…シリンダブロック
２…シリンダデッキ
６…クランク穴
７…ベアリングキャップ
９…シリンダボア
１１…砥石
１２…ホルダ
１３…ダミーヘッド
１４…ヘッドボルト
１６…ヒータ
１７…ウォータジャケット
【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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