(57)【要約】【課題】エンジンの実働時に生じるライナの熱４次歪を、効果的に低減する。【解決手段】端気筒のボアピン２０Ｂよりも早いタイミングで、中気筒のボアピン２０Ａの冷却を開始することにより、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却を促進する。中気筒に係る溶湯の凝固の後、端気筒に係る溶湯を含むアルミシリンダブロック１０全体の溶湯の凝固を促進し、アルミシリンダブロック１０全体の凝固を完了する。中気筒に係る溶湯の凝固の際に、端気筒のアルミ収縮の影響を受けることが無くなることから、ボア間の凹みの発生を防止し、エンジン実働時における中気筒の熱４次歪を効果的に減少させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するアルミシリンダブロックの製造方法であって、
前記ライナの鋳包み工程に際して、金型キャビティ内に溶湯を充填した後、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対するよりも早いタイミングで、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却の促進を開始することを特徴とするアルミシリンダブロックの製造方法。
【請求項２】
前記ライナの鋳包み工程に際して、金型の、前記端気筒のライナをセットしたボアピンよりも早いタイミングで、前記中気筒のライナをセットしたボアピンの冷却を開始することを特徴とする請求項１記載のアルミシリンダブロックの製造方法。
【請求項３】
前記ライナの鋳包み工程に際して、前記端気筒のライナにのみ予熱を施し、金型の各ボアピンにライナをセットして鋳造を行うことを特徴とする請求項１記載のアルミシリンダブロックの製造方法。
【請求項４】
前記端気筒のライナをセットしたボアピンよりも早いタイミングで、前記中気筒のライナをセットしたボアピンの冷却を開始することを特徴とする請求項３記載のアルミシリンダブロックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミシリンダブロックの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの小型化の要請から、図５に示されるような、隣接するシリンダ１２のボア間が連結されたサイアミズ構造を有するアルミシリンダブロック１０が広く用いられている。このアルミシリンダブロック１０は、シリンダボア１６に鉄系材料からなるライナ１４（以下、本説明では単に「ライナ」という）が鋳包まれており、図６に示されるような手順により製造されるものである。その手順は、ダイカスト金型のボアピンにライナ１４をセットする工程（図６（ａ））、ライナ１４をアルミで鋳包む工程（図６（ｂ））、ライナ１４にボーリング加工、ホーニング加工を施す工程（図６（ｃ））を含むものである。なお、図５、図６に符号１５で示される部分は、シリンダヘッドボルトの取り付け穴又はそれに相当する部位を示している。又、図５の符号１８は、エンジンの冷却水が循環するウォータジャケットである。
【０００３】
ところで、上記図６（ａ）〜（ｃ）の手順で製造された、サイアミズ構造のアルミシリンダブロック１０を備えるエンジンは、実働時において、ライナ１４に熱４次歪が生じることが指摘されている。具体的には、図７（ａ）に示されるアルミシリンダブロック単体の状態では、ライナ１４は所定の真円度に形成されているが、エンジンとして組み上げられた状態では、取り付け穴１５に螺合するヘッドボルトの軸力の影響を受ける部分が図７（ｂ）に示されるように変形し、更にエンジン実働時には、ヘッドボルトの軸力に拘束されない部分が図７（ｃ）に示されるように大きく膨張し、ボア真円度、特に４次成分が悪化するものである。
【０００４】
このような熱４次歪の発生メカニズムは、次の通りである。まず、断面真円状に形成されたライナ１４（図６（ａ））は、鋳包み時（図６（ｂ））のアルミブロック１６のアルミ収縮の影響を受け、ライナ１４に残留歪が生じる。その後、ライナにはボーリング加工等の仕上げ加工が施され必要な寸法精度が確保されるが（図６（ｃ））、エンジン完成品となって実働に供する際に、温度上昇に伴いライナ１４の残留歪が開放される（図６（ｄ））ことによるものである。特に、サイアミズ構造を有するアルミシリンダブロック１０は、ライナ鋳包み後のアルミ冷却時に、直列に並ぶ複数の気筒のうち、端気筒のボアが中気筒のボアよりも強く収縮して、ボア間（隣接する気筒の双方のシリンダ壁を構成する部位）が凹むことにより、上記の如く熱４次歪が顕著に生じることとなる。
なお、シリンダボアの変形を抑制するための対応策として、例えば、外周面に、強度を向上させるための縦リブを形成したライナを使用する手法が、従来から考えられている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のごとき従来のシリンダボアの変形を抑制する手法では、ライナ自体の製造コストや、ライナの縦リブの位置決めを正確に行うための金型構造の工夫が必要となり、設備コストの増大を来たすものとなる。又、ライナの縦リブが、かえってエンジンの実働時に生じるライナの熱４次歪の発生を助長することも懸念される。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サイアミズ構造を有するアルミシリンダブロックを備えるエンジンの、実働時に生じるライナの熱４次歪を、効果的に低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のアルミシリンダブロックの製造方法は、シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するアルミシリンダブロックの製造方法であって、前記ライナの鋳包み工程中の、溶湯の冷却の際に、中気筒のライナを端気筒のライナに対し低温に調整し、端気筒のボアよりも中気筒のボアの凝固を促進あるいは完了してしまうことで、中気筒に係る溶湯の凝固の際に、端気筒のアルミ収縮の影響を受けることを回避するものである。
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００８】
（１）シリンダボアにライナが鋳包まれ、かつ、隣接するシリンダボア間が連結されたサイアミズ構造を有するアルミシリンダブロックの製造方法であって、前記ライナの鋳包み工程に際して、金型キャビティ内に溶湯を充填した後、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対するよりも早いタイミングで、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却の促進を開始するアルミシリンダブロックの製造方法（請求項１）。
【０００９】
本項に記載のアルミシリンダブロックの製造方法は、前記ライナの鋳包み工程に際して、金型キャビティ内に溶湯を充填した後、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対するよりも早いタイミングで、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却の促進を開始することで、中気筒のボアの凝固を端気筒に対し先行させるものである。そして、中気筒に係る溶湯の凝固に遅れて、端気筒に係る溶湯を含むアルミシリンダブロック全体の溶湯の凝固を完了することとしたものである。かかる手順によれば、中気筒に係る溶湯の凝固の際に、端気筒のアルミ収縮の影響を受けることが無くなり、ボア間の凹みの発生を防止し、エンジン実働時における中気筒の熱４次歪を減少させることとなる。
【００１０】
（２）上記（１）項において、前記ライナの鋳包み工程に際して、金型の、前記端気筒のライナをセットしたボアピンよりも早いタイミングで、前記中気筒のライナをセットしたボアピンの冷却を開始するアルミシリンダブロックの製造方法（請求項２）。
【００１１】
本項に記載のアルミシリンダブロックの製造方法は、ライナの鋳包み工程に際して、金型の、端気筒のライナをセットしたボアピンよりも早いタイミングで、中気筒のライナをセットしたボアピンの冷却を開始することにより、中気筒のライナを端気筒のライナに対し低温に調整する。そして、金型キャビティ内に充填された、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対するよりも早いタイミングで、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却の促進を開始する。このように、中気筒のボアの凝固を端気筒に対し先行させ、中気筒に係る溶湯の凝固に遅れて、端気筒に係る溶湯を含むアルミシリンダブロック全体の溶湯の凝固を完了することとしたものである。かかる手順によれば、中気筒に係る溶湯の凝固の際に、端気筒のアルミ収縮の影響を受けることが無くなり、ボア間の凹みの発生を防止し、エンジン実働時における中気筒の熱４次歪を減少させることとなる。
【００１２】
（３）上記（１）項において、前記ライナの鋳包み工程に際して、前記端気筒のライナにのみ予熱を施し、金型の各ボアピンにライナをセットして鋳造を行うことを特徴とするアルミシリンダブロックの製造方法（請求項３）。
【００１３】
本項に記載のアルミシリンダブロックの製造方法は、ライナの鋳包み工程に際して、端気筒のライナにのみ予熱を施し、金型の各ボアピンにライナをセットして鋳造を行うことにより、中気筒のライナを端気筒のライナに対し低温に調整する。そして、金型キャビティ内に充填された、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対するよりも早いタイミングで、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却の促進を開始する。このように、中気筒のボアの成形完了を端気筒に対し先行させ、中気筒に係る溶湯の凝固に遅れて、端気筒に係る溶湯を含むアルミシリンダブロック全体の溶湯の凝固を完了することとしたものである。かかる手順によれば、中気筒に係る溶湯の凝固の際に、端気筒のアルミ収縮の影響を受けることが無くなり、ボア間の凹みの発生を防止し、エンジン実働時における中気筒の熱４次歪を減少させることとなる。
【００１４】
（４）上記（３）項において、前記端気筒のライナをセットしたボアピンよりも早いタイミングで、前記中気筒のライナをセットしたボアピンの冷却を開始することを特徴とするアルミシリンダブロックの製造方法（請求項４）。
【００１５】
本項に記載のアルミシリンダブロックの製造方法は、ライナの鋳包み工程に際して、端気筒のライナにのみ予熱を施し、金型の各ボアピンにライナをセットして鋳造を行うことにより、中気筒のライナを端気筒のライナに対し低温に調整する。これと共に、金型の、端気筒のライナをセットしたボアピンよりも早いタイミングで、中気筒のライナをセットしたボアピンの冷却を開始することにより、中気筒のライナを端気筒のライナに対し低温に調整する。そして、金型キャビティ内に充填された、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対するよりも早いタイミングで、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却の促進を開始する。このように、中気筒のボアの成形完了を端気筒に対し先行させ、中気筒に係る溶湯の凝固に遅れて、端気筒に係る溶湯を含むアルミシリンダブロック全体の溶湯の凝固を完了することとしたものである。かかる手順によれば、中気筒に係る溶湯の凝固の際に、端気筒のアルミ収縮の影響を受けることが無くなり、ボア間の凹みの発生を防止し、エンジン実働時における中気筒の熱４次歪を減少させることとなる。
【００１６】
（５）上記（３）、（４）項において、ライナを予熱する手法として、端気筒のライナのみ高温炉に投入し、又は、ライナ内周側若しくは外周側に電熱コイルを設置して誘電加熱を行い、少なくとも金型の端気筒のボアピンに対しては、鋳包む直前に、予熱されたライナをセットして、ライナの鋳包み工程を実施することとする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明はこのように構成したので、サイアミズ構造を有するシリンダブロックを備えるエンジンの、実働時に生じるライナの熱４次歪を、効果的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
図１に示された本発明の第１の実施の形態に係るアルミシリンダブロック１０の製造方法に用いられる金型は、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、ボアピン２０を擁する主型２２と、アルミシリンダブロック１０の外壁を成形する外壁型２４、２６と、ウォータジャケット成形用突部２８を擁するＷ/Ｊ型３０とによって、キャビティ３２が形成されるものである。又、これらの各型２２、２４、２６、３０は各々冷却水回路を有し、冷却水回路を循環する冷却水によって、任意のタイミングにおいて積極的に冷却を促進させることが可能である。
しかも、少なくとも中気筒の成形に係るボアピン２０Ａの冷却水回路については、端気筒の成形に係るボアピン２０Ｂを含む金型の他の部位とは独立して冷却水を供給することが可能な構成を具備している。なお、図２（図３）には、供給される冷却水を、模式的に符号Ｗで示している。又、図２（図３）には直列３気筒のアルミシリンダブロック１０を例示しているが、本実施の形態（後述する第２の実施の形態も含む）は、サイアミズ構造を有し気筒数の異なるシリンダブロックにも、同様に適用可能である。
【００１９】
ここで、本発明の実施の形態に係るアルミシリンダブロックの製造手順（１１０）〜（２００）を、図１から図３を参照しながら以下に説明する。
（１１０）主型２２、外壁型２４、２６及びＷ/Ｊ型３０を、型開き状態とする。
（１２０）各金型のキャビティ３２を構成する面に離型剤を塗布する。
（１３０）主型２２ボアピン２０にライナ１４をセットする。
（１４０）主型２２、外壁型２４、２６及びＷ/Ｊ型３０の型締めを行う。
（１５０）アルミ溶湯を金型のキャビティ３２に射出する。
（１６０）主型２２の、中気筒の成形に係るボアピン２０Ａの冷却水回路に冷却水を供給し、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却を促進する。
（１７０）主型２２の、端気筒の成形に係るボアピン２０Ｂの冷却水回路に冷却水を供給し、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却を促進する。
（１８０）Ｗ/Ｊ型３０の冷却水回路に冷却水を供給し、ウォータジャケットとなる部分の溶湯に対する冷却を促進する。
（１９０）外壁型２４、２６の冷却水回路に冷却水を供給し、外壁となる部分の溶湯に対する冷却を促進する。
（２００）アルミシリンダブロック全体の凝固が完了する。
【００２０】
なお、上記各工程において、少なくともステップ１６０（中気筒の成形に係るボアピン２０Ａの冷却）がステップ１７０（中気筒の成形に係るボアピン２０Ａの冷却）よりも早いタイミングで実施されれば良く、ステップ１８０（Ｗ/Ｊ型３０の冷却）、ステップ１９０（外壁型２４、２６の冷却）については、アルミ溶湯の凝固の進行状況を考慮して、ステップ１７０と同時若しくは適切な異なるタイミングで実施されることとする。
又、ステップ１６０の実施後にステップ１７０へと移行するタイミングについては、中気筒に係る溶湯の凝固完了の後、若しくは、少なくとも中気筒に係る溶湯の凝固の際に端気筒のアルミ収縮の影響を受けることが無い程度まで、中気筒に係る溶湯の凝固が進行した時点とする。
【００２１】
さて、上記構成をなす、本発明の第１の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、ライナの鋳包み工程に際して、金型キャビティ３２内に溶湯を充填した後（ステップ１５０）、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対するよりも早いタイミングで、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却の促進を開始することで（ステップ１６０）、中気筒のボアの凝固を端気筒に対し先行させるものである。
【００２２】
より具体的には、金型キャビティ３２に充填されたアルミ溶湯は、充填された時点から、温度低下によって図３（ａ）に、模式的に矢印で示される収縮を始めるものであるが、本発明の第１の実施の形態では、端気筒のライナをセットしたボアピン２０Ｂ（ステップ１７０）よりも早いタイミングで、中気筒のライナをセットしたボアピン２０Ａの冷却を開始することにより（ステップ１６０）、中気筒のライナを端気筒のライナに対し低温に調整するものである。そして、金型キャビティ３２内に充填された、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対するよりも早いタイミングで、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却の促進を開始することで、中気筒のボアの凝固を端気筒に対し先行させ、図３（ｂ）に示されるように、中気筒のボアにおけるアルミ収縮を鈍化ないしは止めてしまう。そして、中気筒に係る溶湯の凝固の後、端気筒に係る溶湯を含むアルミシリンダブロック１０全体の溶湯の凝固を促進し（ステップ１７０〜１９０）、図３（ｃ）に示されるように、アルミシリンダブロック１０全体の凝固を完了する（ステップ２００）ものである。
以上の手順によれば、中気筒に係る溶湯の凝固の際に、端気筒のアルミ収縮の影響を受けることが無くなることから、ボア間の凹みの発生を防止し、その結果としてエンジン実働時における中気筒の熱４次歪を効果的に減少させることができる。
【００２３】
続いて、図４を参照しながら、本発明の第２の実施の形態を説明する。ここで、従来技術又は本発明の第１の実施の形態と同一部分、若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
本発明の第２の実施の形態は、ライナの鋳包み工程に際して、中気筒のライナ１４Ａには予熱を施さず、端気筒のライナ１４Ｂにのみ予熱を施し、金型の各ボアピン２０Ａ、２０Ｂにライナ１４をセットして、鋳造を行うものである。
ライナ１４を予熱する手法としては、例えば、端気筒のライナ１４Ｂのみ高温炉に投入し、又は、端気筒のライナ１４Ｂの内周側若しくは外周側に電熱コイルを設置して誘電加熱することにより行うことが可能である。そして、少なくとも金型の端気筒のボアピン２０Ｂに対しては、鋳包む直前に予熱されたライナ１４Ｂをセットして、ライナの鋳包み工程を実施することとする。
【００２４】
上記構成をなす、本発明の第２の実施の形態によれば、ライナの鋳包み工程に際して、端気筒のライナ１４Ｂにのみ予熱を施し、金型の各ボアピン２０にライナをセットして鋳造を行うことにより、中気筒のライナ１４Ａを端気筒のライナ１４Ｂに対し低温に調整するものである。そして、金型キャビティ３２内に充填された、端気筒のボアとなる部分の溶湯に対するよりも早いタイミングで、中気筒のボアとなる部分の溶湯に対する冷却の促進を開始するものである。このように、中気筒のボアの成形完了を端気筒に対し先行させ、中気筒に係る溶湯の凝固に遅れて、端気筒に係る溶湯を含むアルミシリンダブロック１０全体の溶湯の凝固を完了するようにする。
従って、本発明の第２の実施の形態によれば、中気筒に係る溶湯の凝固の際に、端気筒のアルミ収縮の影響を受けることが無くなることから、ボア間の凹みの発生を防止し、エンジン実働時における中気筒の熱４次歪を効果的に減少させることができる。
【００２５】
なお、本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同時に実施することも可能であり、この場合には、図１のステップ１３０（ボアピンに対するライナのセット）の前までに、端気筒のライナ１４Ｂにのみ予熱を施すこととする。そして、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを同時に実施することで、ライナの鋳包み工程に際して、中気筒のライナの温度調整、すなわち、中気筒のライナを端気筒のライナに対し低温に調整する効果を、より充分に発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアルミシリンダブロックの製造方法のフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るアルミシリンダブロックの製造方法に用いられる金型の模式図であり、（ａ）は金型と共にアルミシリンダブロックを示した平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るアルミシリンダブロックの製造方法における、アルミ溶湯の凝固の進行の様子を示す説明図であり、（ａ）は、金型キャビティにアルミ溶湯が充填された直後の状態を、（ｂ）は中気筒のライナをセットしたボアピンに冷却水が供給された状態を、（ｃ）ブロック全体に係る溶湯の凝固が完了した状態を示すものである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るアルミシリンダブロックの製造方法の説明図である。
【図５】従来の、ボア間が連結されたサイアミズ構造を有するシリンダブロックを部分的に示した平面図である。
【図６】エンジンの実働時に、ライナに熱４次歪が生じるメカニズムを、サイアミズ構造を有するシリンダブロックの一般的な製造手順と併せて示した説明図である。
【図７】従来の、サイアミズ構造のアルミシリンダブロックを備えるエンジンの実働時において、ライナに熱４次歪が生じる様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：シリンダブロック、１２：シリンダ、  １４、１４Ａ、１４Ｂ：ライナ、１６：アルミブロック、１８：ウォータジャケット、  ２０、２０Ａ、２０Ｂ：ボアピン、２２：主型、  ２４、２６：外壁型、２８：ウォータジャケット成形用突部、３０：Ｗ/Ｊ型、３２：キャビティ
【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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