(57)【要約】【課題】シリンダ壁部の内周面に表面層が設けられたシリンダブロックにおいて、表面層からシリンダ壁部への放熱を高効率で行うこと。【解決手段】シリンダブロック１０には、ブロック基材１１に設けられたシリンダ壁部１２の内周面１２ａに、金属製の第２溶射層１４が形成されており、第２溶射層１４とシリンダ壁部１２との間に、第２溶射層１４およびシリンダ壁部１２よりも大きい熱伝導率を有する第１溶射層１３が設けられている。【選択図】図２
2016217437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック基材に設けられたシリンダ壁部の内周面に、金属製の表面層が形成されたシリンダブロックであって、
前記表面層と前記シリンダ壁部との間には、前記表面層および前記シリンダ壁部よりも大きい熱伝導率を有する中間層が設けられていることを特徴とするシリンダブロック。
【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】
内燃機関用のシリンダブロックでは、シリンダ内でピストンが往復運動するため、ピストンと接触するシリンダの内周面に耐摩耗性や耐焼付性が要求される。このため、従来では、ブロック基材に設けられたシリンダ壁部の内周面に金属製の表面層を設けることが行われており、そのような表面層としては、例えば、シリンダ壁部の内周面に金属材料を溶射することによって形成される溶射層（溶射皮膜）等がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
シリンダブロックは、シリンダ内での燃焼に伴って発生した熱（燃焼熱）によって高温になる。このため、燃焼熱によって高温となる表面層（溶射層）側からシリンダ壁部の外周囲を循環する冷却水への放熱を効率よく行う必要がある。しかしながら、表面層が、例えばアルミニウム等を母材とするブロック基材（シリンダ壁部）よりも熱伝導率が小さい金属材料（例えば、鉄系材料）によって形成される場合、表面層側からシリンダ壁部側への放熱（伝熱）が、表面層によって阻害される可能性がある。このため、シリンダ壁部の外周囲を循環する冷却水への放熱性が悪化し、シリンダブロックが局所的に高温化することが懸念される。特にこのような問題は、例えばシリンダブロックのボア間など、冷却水が循環しにくい部位において懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４００２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、シリンダ壁部の内周面に表面層が設けられたシリンダブロックにおいて、表面層からシリンダ壁部への放熱を高効率で行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、ブロック基材に設けられたシリンダ壁部の内周面に、金属製の表面層が形成されたシリンダブロックであって、前記表面層と前記シリンダ壁部との間には、前記表面層および前記シリンダ壁部よりも大きい熱伝導率を有する中間層が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、中間層が表面層およびシリンダ壁部よりも大きい熱伝導率を有しているので、表面層からシリンダ壁部（ブロック基材）への放熱（伝熱）を高効率で行うことが可能になる。これにより、燃焼熱によって高温となる表面層から、中間層およびシリンダ壁部を介して、シリンダ壁部の外周囲を循環する冷却水への放熱が高効率で行われるようになり、シリンダブロックが局所的（例えばボア間など）に高温化することを抑制できる。
【０００８】
本発明において、前記中間層は、前記シリンダ壁部の内周面に形成された第１溶射層であり、前記表面層は、前記第１溶射層の内周面に形成された第２溶射層であってもよい。
【０００９】
この場合、シリンダ壁部の内周面への第１溶射層（中間層）の密着性を向上させることができ、シリンダ壁部と第１溶射層との界面に発生する空隙をほぼ無くすことができる。同様に、第１溶射層の内周面への第２溶射層（表面層）の密着性を向上させることができ、第１溶射層と第２溶射層との界面に発生する空隙をほぼ無くすことができる。これにより、そのような空隙に起因する伝熱ロスを最小限に抑えることができ、燃焼熱によって高温となる第２溶射層からシリンダ壁部への放熱を高効率で行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシリンダブロックによれば、表面層からシリンダ壁部への放熱を高効率で行うことが可能になるので、シリンダブロックが局所的（例えばボア間など）に高温化することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るシリンダブロックの概略構成を示す図である。
【図２】図１のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】図２のシリンダブロックの温度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用したシリンダブロックの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
まず、実施形態に係るシリンダブロックの概略構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、シリンダブロック１０は、例えば、直列４気筒エンジンのシリンダブロックであって、アルミニウムを母材とするブロック基材１１を備えている。ブロック基材１１には、４つのシリンダボアが一列に並んで設けられている。シリンダボアは、ブロック基材１１に設けられたシリンダ壁部１２によって形成されており、シリンダボアには、図示しないピストンが収容される。
【００１４】
シリンダ壁部１２の内周面（内壁面）１２ａには、後述する第１溶射層１３および第２溶射層１４（図２参照）が形成されている。シリンダ壁部１２の外周囲には、ウォータジャケット１５が形成されている。ブロック基材１１は、シリンダ壁部１２内にシリンダライナを備えていない所謂ライナレスのシリンダブロックとして構成されている。
【００１５】
ブロック基材１１の上面には、図示しないシリンダヘッドガスケットを介してシリンダヘッドが締結されるようになっている。また、ブロック基材１１の下面には、図示しないクランクシャフトを収容するとともにエンジンオイルを貯留するオイルパンが締結されるようになっている。なお、シリンダブロック１０は、ブロック基材１１に少なくとも１つのシリンダボアが備えられていればよく、直列４気筒エンジン以外のエンジンを構成するものであってもよい。
【００１６】
次に、実施形態に係るシリンダブロック１０について、図２を参照して説明する。図２は、図１のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【００１７】
図２に示すように、ブロック基材１１に設けられたシリンダ壁部１２の内周面１２ａには、中間層としての第１溶射層１３と、表面層としての第２溶射層１４が形成されている。具体的には、ブロック基材１１のシリンダ壁部１２の内周面１２ａには、第１溶射層１３が形成されている。第１溶射層１３の内周面１３ａには、第２溶射層１４が形成されている。第１溶射層１３および第２溶射層１４は、所定の層厚（径方向の幅）に形成されている。この実施形態では、第２溶射層１４の内周面１４ａによってシリンダボアが形成されており、第２溶射層１４の内周面１４ａがシリンダボア面となっている。
【００１８】
ブロック基材１１に設けられたシリンダ壁部１２は、上述したように、アルミニウムによって形成されている。第２溶射層１４は、鉄系金属によって形成されている。第１溶射層１３は、シリンダ壁部１２（ブロック基材１１）および第２溶射層１４よりも大きい熱伝導率を有する材質によって形成されており、この実施形態では、銅によって第１溶射層１３が形成されている。
【００１９】
第１溶射層１３および第２溶射層１４は、図示しない溶射装置によって形成される。溶射装置は、例えば、プラズマ溶射等を行うものであり、金属材料を溶射する溶射ガン、溶射ガンをシリンダボアの中心軸線を中心に回転させる回転手段、溶射ガンをシリンダボアの軸線方向に移動させる移動手段等を備えた構成となっている。
【００２０】
溶射ガンは、先端にノズルを備えており、このノズルに溶射用の金属材料（鉄系材料や、銅）からなるワイヤが供給される。そして、溶射ガンのノズルに供給されたワイヤの先端がアーク熱によって溶融され、溶融したワイヤがノズルからシリンダ内面に向けて吹き付けられる。この吹き付けの際、溶射ガンは、回転手段によってシリンダボアの中心軸線を中心に回転させられるとともに、移動手段によってシリンダボアの軸線方向に移動させられる。そして、溶射層が所定の層厚になるように、移動手段によって、溶射ガンがシリンダボアの略全長にわたる領域を軸線方向に複数回、往復移動させられる。なお、上述した溶射装置の構成は一例であって、他の構成の溶射装置を用いて溶射処理を行ってもよい。
【００２１】
この実施形態では、まず、ブロック基材１１のシリンダ壁部１２の内周面１２ａに対し、溶射装置によって銅からなる第１溶射層１３が形成される。次に、第１溶射層１３の内周面１３ａに対し、溶射装置によって鉄系金属からなる第２溶射層１４が形成される。なお、シリンダ壁部１２の内周面１２ａへの第１溶射層１３の密着性を向上させるために、第１溶射層１３の溶射処理を行う前に、シリンダ壁部１２の内周面１２ａに微小な凹凸を形成する前処理を行ってもよい。また、第１溶射層１３の内周面１３ａへの第２溶射層１４の密着性を向上させるために、第２溶射層１４の溶射処理を行う前に、第１溶射層１３の内周面１３ａに微小な凹凸を形成する前処理を行ってもよい。これらの前処理は、例えば、ショットブラスト法等によって行うことが可能である。
【００２２】
この実施形態によれば、中間層である第１溶射層１３は、シリンダ壁部１２（ブロック基材１１）および第２溶射層１４よりも大きい熱伝導率を有する材質によって形成されているので、第２溶射層１４からシリンダ壁部１２への放熱（伝熱）を高効率で行うことが可能になる。この点について、図３を参照して説明する。
【００２３】
シリンダブロック１０では、燃焼熱によって高温となる高温側（第２溶射層１４の内周面１４ａ側）から、ウォータジャケット１５の冷却水によって冷却される低温側（シリンダ壁部１２の外周面１２ｂ側）に向かって熱が伝達され、例えば、高温側から低温側に向かうほど、図３に示すように温度が低下する。図３では、この実施形態に係るシリンダブロック１０、具体的には、シリンダ壁部１２に第１溶射層１３および第２溶射層１４が設けられたシリンダブロック１０における温度変化を実線Ｌ１で示している。また、比較例として、シリンダ壁部１２に第１溶射層が設けられておらず、第２溶射層のみが設けられた場合（比較例１とする）の温度変化を１点鎖線Ｌ２で示し、シリンダ壁部１２に第１溶射層および第２溶射層が設けられていない場合（比較例２とする）の温度変化を破線Ｌ３で示している。なお、比較例１の第２溶射層の径方向の幅は、この実施形態の第１溶射層１３の径方向の幅Ｒ１および第２溶射層１４の径方向の幅Ｒ２の合計と一致するものとする。また、比較例２のシリンダ壁部１２の径方向の幅は、この実施形態のシリンダ壁部１２の径方向の幅Ｒ０、第１溶射層１３の径方向の幅Ｒ１、および第２溶射層１４の径方向の幅Ｒ２の合計と一致するものとする。
【００２４】
この実施形態では、上述したように、第１溶射層１３の熱伝導率は、ブロック基材１１に設けられたシリンダ壁部１２の熱伝導率および第２溶射層１４の熱伝導率よりも大きくなっている。このため、実線Ｌ１で示すように、シリンダブロック１０の第１溶射層１３における温度変化（温度低下）の傾きは、シリンダ壁部１２における温度変化（温度低下）の傾き、および、第２溶射層１４における温度変化（温度低下）の傾きよりも大きくなっている。
【００２５】
比較例１の場合、１点鎖線Ｌ２で示すように、シリンダブロック１０の第２溶射層における温度変化（温度低下）の傾きは、シリンダ壁部１２における温度変化（温度低下）の傾きよりも小さくなっている。そして、比較例１の場合、シリンダ壁部１２の内周面での温度が、この実施形態の場合よりも高くなっている。つまり、この実施形態の場合、シリンダ壁部１２および第２溶射層１４よりも大きい熱伝導率を有する第１溶射層１３が設けられているため、シリンダ壁部１２の内周面１２ａでの温度が、比較例１の場合よりも低くなっている。これに伴い、この実施形態の場合、シリンダ壁部１２の外周面１２ｂでの温度Ｔａが、比較例１の場合の温度Ｔｂよりも低くなっている。このように、この実施形態では、比較例１の場合に比べて、高温側（第２溶射層１４の内周面１４ａ側）から低温側（シリンダ壁部１２の外周面１２ｂ側）への放熱を高効率で行うことができる。
【００２６】
比較例２の場合、破線Ｌ３で示すように、シリンダ壁部１２における温度変化（温度低下）の傾きは、高温側から低温側まで同じになっている。そして、比較例２の場合、シリンダ壁部１２の外周面１２ｂでの温度Ｔｃが、この実施形態の場合の温度Ｔａと同じになっている。つまり、この実施形態の場合、第２溶射層１４の熱伝導率がシリンダ壁部１２の熱伝導率よりも小さいため、第１溶射層１３の内周面１３ａでの温度は、比較例２の場合（シリンダ壁部１２の内周面から第２溶射層１４の径方向の幅Ｒ２の分だけ外方の位置での温度）よりも高くなっている。
【００２７】
しかし、この実施形態の場合、第１溶射層１３の熱伝導率がシリンダ壁部１２の熱伝導率よりも大きいため、シリンダ壁部１２の内周面１２ａでの温度は、比較例２の場合（シリンダ壁部１２の内周面から第２溶射層１４の径方向の幅Ｒ２および第１溶射層１３の径方向の幅Ｒ１の合計分だけ外方の位置での温度）と同じになっている。そして、この実施形態の場合、シリンダ壁部１２の外周面１２ｂでの温度Ｔａが、比較例２の場合の温度Ｔｃと同じになっている。このように、この実施形態では、比較例２の場合に比べて、熱伝導率が比較的低い鉄系材料で形成された第２溶射層１４において伝熱ロス（伝熱阻害）が発生するが、この伝熱ロスを第１溶射層１３によって解消（相殺）することができる。また、この実施形態では、第１溶射層１３および第２溶射層１４の層厚比を変更することによって、詳細には、第１溶射層１３の層厚を大きくし、第２溶射層１４の層厚を小さくすることによって、シリンダ壁部１２の外周面１２ｂでの温度Ｔａを、比較例２の場合の温度Ｔｃよりも低くすることができる。
【００２８】
以上のように、この実施形態によれば、銅等の熱伝導率が比較的高い材質で形成された第１溶射層１３を、シリンダ壁部１２と第２溶射層１４との間に挟むことによって、鉄等の熱伝導率が比較的低い材質で第２溶射層１４が形成されることに起因する伝熱ロスを解消（相殺）することができる。そして、第２溶射層１４からシリンダ壁部１２への放熱（伝熱）を高効率で行うことができる。これにより、燃焼熱によって高温となる第２溶射層１４から、第１溶射層１３およびシリンダ壁部１２を介して、シリンダ壁部１２の外周囲のウォータジャケット１５を循環する冷却水への放熱が効率的に行われるようになり、シリンダブロック１０が局所的（例えばボア間など）に高温化することを抑制できる。その結果、高温化に起因するシリンダブロック１０の強度低下を抑制することができ、アルミ熱成長や、ボア変形等を抑制することができ、また、ブローバイガスの増加や、オイル消費の増加を抑制することができる。
【００２９】
また、第１溶射層１３および第２溶射層１４は、溶射によって形成されるので、ライニングや圧入によって金属層を形成する場合に比べて、伝熱ロスを低減することができる。すなわち、ライニングや圧入によって金属層をシリンダ壁部に形成する場合、シリンダ壁部と金属層との界面に空隙が発生し、これに起因する伝熱ロスが懸念される。しかし、この実施形態によれば、シリンダ壁部１２の内周面１２ａへの第１溶射層１３の密着性を向上させることができ、シリンダ壁部１２と第１溶射層１３との界面に発生する空隙をほぼ無くすことができる。同様に、第１溶射層１３の内周面１３ａへの第２溶射層１４の密着性を向上させることができ、第１溶射層１３と第２溶射層１４との界面に発生する空隙をほぼ無くすことができる。これにより、そのような空隙に起因する伝熱ロスを最小限に抑えることができ、燃焼熱によって高温となる第２溶射層１４からシリンダ壁部１２への放熱を高効率で行うことができる。
【００３０】
なお、上述した中間層としての第１溶射層１３や、表面層としての第２溶射層１４は一例であって、中間層の熱伝導率が、表面層およびシリンダ壁部１２（ブロック基材１１）の熱伝導率よりも大きければ、中間層や、表面層として他の金属層を用いてもよい。
【００３１】
今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、シリンダ壁部の内周面に金属製の表面層が設けられたシリンダブロックに利用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    シリンダブロック
１１    ブロック基材
１２    シリンダ壁部
１２ａ    内周面
１３    第１溶射層（中間層）
１３ａ    内周面
１４    第２溶射層（表面層）
【図１】
2016217437.tif 000003
【図２】
2016217437.tif 000004
【図３】
2016217437.tif 000005