(57)【要約】【課題】シリンダライナを鋳包んだシリンダブロックにおいて、エンジン運転状態におけるシリンダボアの真円度を高める。【解決手段】アルミニウム合金製のシリンダブロック本体２に鋳鉄製のシリンダライナ３を鋳包む。シリンダライナ３のシリンダボア４を機械加工によって真円に仕上る。その後、各シリンダライナ３を鋳包むシリンダ壁５の外周部のシリンダヘッドボルト穴７に臨む４箇所を平坦に切削、除去して除去加工部９を形成する。これにより、シリンダブロック１の成型時にシリンダブロック本体２とシリンダライナ３との熱膨張差によって生じた残留応力の一部が解放されて、シリンダボア４のシリンダヘッドボルト穴７に臨む部位が外側に変形する。この変形により、エンジン運転状態におけるシリンダボアの４次変形が相殺されるので、エンジン運転状態におけるシリンダボア４の真円度を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロック本体にシリンダライナが鋳包まれ、前記シリンダブロック本体の前記シリンダライナを鋳包むシリンダ壁の周囲にウォータジャケットが形成されたシリンダブロックにおいて、
前記シリンダライナのシリンダボアを真円となるように機械加工した後、前記シリンダ壁の外周部の一部を機械加工によって除去加工して前記シリンダボアを変形させることにより、当該シリンダブロックが組込まれたエンジンの運転状態における前記シリンダボアの真円度を調整することを特徴とするシリンダブロック。
【請求項２】
前記シリンダブロック本体の熱膨張率は、前記シリンダライナの熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロック。
【請求項３】
前記シリンダブロック本体は、アルミニウム合金製であり、前記シリンダライナは、鋳鉄製であることを特徴とする請求項２に記載のシリンダブロック。
【請求項４】
前記シリンダブロック本体の前記ウォータジャケットの周囲に複数のシリンダヘッドボルト穴が配置され、前記シリンダ壁の外周部の前記シリンダヘッドボルト穴に臨む部位を除去加工するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリンダブロック。
【請求項５】
シリンダブロック本体にシリンダライナを鋳包み、前記シリンダブロック本体の前記シリンダライナを鋳包んだシリンダ壁の周囲にウォータジャケットを形成し、前記シリンダライナのシリンダボアを真円となるように機械加工した後、前記シリンダ壁の外周部の一部を機械加工によって除去加工して前記シリンダボアを変形させることにより、当該シリンダブロックが組込まれたエンジンの運転状態における前記シリンダボアの真円度を調整することを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【請求項６】
前記シリンダブロック本体の熱膨張率は、前記シリンダライナの熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載のシリンダブロックの製造方法。
【請求項７】
前記シリンダブロック本体は、アルミニウム合金製であり、前記シリンダライナは、鋳鉄製であることを特徴とする請求項６に記載のシリンダブロックの製造方法。
【請求項８】
前記シリンダブロック本体の前記ウォータジャケットの周囲には複数のシリンダヘッドボルト穴が配置され、前記シリンダ壁の外周部の前記シリンダヘッドボルト穴に臨む部位を除去加工することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の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、シリンダブロック本体にシリンダライナが鋳包まれたシリンブロック及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
自動車等のレシプロエンジンのシリンダブロックには、例えば図７に示すシリンダブロック１のように、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体２に鋳鉄製のシリンダライナ３を鋳包んでシリンダボア４を形成するものがある。シリンダブロック１は、各シリンダライナ３を鋳包むシリンダ壁５どうしが互いに連結されて一体化されたサイアミーズ型であり、一体化されたシリンダ壁５の周囲にウォータジャケット６が形成されている。また、各シリンダボア４の周囲には、ウォータジャケット６の外側に４つのシリンダヘッドボルト穴７が等間隔で配置されており、これらのシリンダヘッドボルト穴７にシリンダヘッドボルトを螺着して、シリンダブロック１のデッキ面８にガスケット（図示せず）を介してシリンダヘッド（図示せず）が締結される。
【０００３】
ところで、上述のような構造の従来のシリンダブロック１では、次のような問題がある。シリンダボア４は、機械加工によって高い真円度に仕上られているが、エンジンの運転状態では、シリンダヘッドボルト７の締付けや、高温下における鋳鉄製のシリンダライナ（熱膨張率小）とアルミニウム合金製のシリンダブロック本体（熱膨張率大）との熱膨張差によって生じる応力によって変形することになる。そして、シリンダボア４は、図７中に二点鎖線で示すように、その周囲に配置された４つのシリンダヘッドボルト穴７の近傍が内側に膨出して、略十字形となる４次変形と呼ばれる変形を生じて、その真円度が低下する（図７においては、変形量を誇張して示している）。
【０００４】
このように、シリンダボア４の真円度が低下すると、ピストン（ピストンリング）との密着性が低下して、エンジンの圧縮、燃焼圧力の低下、オイル消費量の増大及びピストンリングの磨耗の原因となる。また、ピストンのシール性を確保するために、ピストンリングの張力を大きくする必要があり、これにより、ピストンの摺動摩擦が増大して、燃料消費率が悪化する。
【０００５】
そこで、従来、例えば特許文献１に記載されたものでは、シリンダヘッドボルトの締付けに対して、シリンダライナの外周面に縦リブを設けてシリンダライナの剛性を高めることにより、シリンダボアの変形を抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２６０２号公報
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたものでは、シリンダライナの構造が複雑であるため、製造コストが高く、また、シリンダライナとシリンダブロック本体との熱膨張差によるシリンダボアの変形については、対策が採られておらず、改善の余地がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、シリンダライナを鋳包んだシリンダブロックにおいて、エンジンの運転状態におけるシリンダボアの真円度を高めるようにしたシリンダブロック及びその製造方法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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、シリンダブロック本体にシリンダライナが鋳包まれ、前記シリンダブロック本体の前記シリンダライナを鋳包むシリンダ壁の周囲にウォータジャケットが形成されたシリンダブロックにおいて、
前記シリンダライナのシリンダボアを真円となるように機械加工した後、前記シリンダ壁の外周部の一部を機械加工によって除去加工して前記シリンダボアを変形させることにより、当該シリンダブロックが組込まれたエンジンの運転状態における前記シリンダボアの真円度を調整することを特徴とする。
【０００９】
（発明の態様）
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）、（２）、（３）、（４）の内容が、それぞれ請求項１及び５、２及び６、３及び７、４及び８に対応する。
【００１０】
（１）シリンダブロック本体にシリンダライナが鋳包まれ、前記シリンダブロック本体の前記シリンダライナを鋳包むシリンダ壁の周囲にウォータジャケットが形成されたシリンダブロックにおいて、
前記シリンダライナのシリンダボアを真円となるように機械加工した後、前記シリンダ壁の外周部の一部を機械加工によって除去加工して前記シリンダボアを変形させることにより、当該シリンダブロックが組込まれたエンジンの運転状態における前記シリンダボアの真円度を調整することを特徴とするシリンダブロック及びその製造方法。
このように構成したことにより、シリンダブロック本体とシリンダライナとの熱膨張差、あるいは、冷却、固化状態等の違いによって生じる残留応力が、シリンダ壁の外周部の除去加工より解放されてシリンダボアが変形するので、エンジンの運転状態におけるシリンダヘッドボルトの締付けや、高温下のシリンダブロック本体とシリンダライナとの熱膨張差等によって生じる応力によるシリンダボアの変形に対して、除去加工を施す部位を適当に設定することにより、エンジンの運転状態におけるシリンダボアの真円度を調整することができ、真円度を高めることができる。
なお、シリンダブロック本体とシリンダライナとの熱膨張率が同じ場合でも、溶湯から冷却、固化するシリンダブロック本体と、これに鋳包まれるシリンダライナとの間では、冷却条件等が異なり、残留応力が生じるので、シリンダ壁の除去加工によって残留応力の一部を解放することにより、シリンダボアを変形させることができる。したがって、シリンダブロック本体とシリンダライナとが同じ材質である場合でも、本発明を適用することが可能である。
（２）（１）の構成において、前記シリンダブロック本体の熱膨張率は、前記シリンダライナの熱膨張率よりも大きいことを特徴とするシリンダブロック及びその製造方法。
このように構成したことにより、シリンダブロック本体とシリンダライナとの熱膨張差によって、シリンダブロックの成型時に残留応力が生じる。
（３）（２）の構成において、前記シリンダブロック本体は、アルミニウム合金製であり、前記シリンダライナは、鋳鉄製であることを特徴とするシリンダブロック及びその製造方法。
このように構成したことにより、アルミニウム合金（熱膨張率大）と鋳鉄（熱膨張率小）との熱膨張差によって、シリンダブロックの成型時に残留応力が生じる。
（４）（１）乃至（３）のいずれかの構成において、前記シリンダブロック本体の前記ウォータジャケットの周囲に複数のシリンダヘッドボルト穴が配置され、前記シリンダ壁の外周部の前記シリンダヘッドボルト穴に臨む部位を除去加工するようにしたことを特徴とするシリンダブロック及びその製造方法。
このように構成したことにより、シリンダ壁の外周部を除去加工することよって、シリンダボアの対応する部位が外側に変形するので、エンジンの運転状態において、シリンダヘッドボルトの締付け等によってシリンダボアが内側に変形することにより、真円度を調整することができ、真円度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エンジンの運転状態におけるシリンダボアの真円度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図７に示すものに対して、同様の部分には、同一の符号を付して説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るシリンダブロック１は、Ｖ型６気筒エンジン用のシリンダブロックであって、Ｖ字型に配置された各バンクに、それぞれ３つのシリンダボアが直列に配置されているが、片側のバンクのみを図示する。
【００１３】
シリンダブロック１は、アルミニウム合金鋳物であるシリンダブロック本体２の各バンクに、直列に配置された３つの鋳鉄製のシリンダライナ３が鋳包まれている。シリンダブロック１は、各シリンダライナ３を鋳包むシリンダ壁５が互いに連結されて一体化されたサイアミーズ型であり、一体化されたシリンダ壁５の周囲にウォータジャケット６が形成されている。また、シリンダブロック１は、オープンデッキ構造であり、ウオータジャケット６は、シリンダヘッド本体３のシリンダヘッド結合面であるデッキ面８上に開口されている。
【００１４】
シリンダブロック本体２のシリンダボア４の周囲には、ウオータジャケット６の外側に複数のシリンダヘッドボルト穴７（ねじ穴）が設けられており、デッキ面８にガスケットを介して結合されたシリンダヘッドの上部から、シリンダヘッドボルトを挿通してシリンダヘッドボルト穴７に螺合して締付けることにより、シリンダヘッドがシリンダブロック１のデッキ面８に締結される。シリンダヘッドボルト穴７は、各シリンダボア４の周囲に略等間隔（９０°間隔）で４つずつ配置されるように設けられており、図示の片バンクには合計８個のシリンダボルト穴７が設けられている。
【００１５】
各シリンダ壁５の外周部には、４つのシリンダヘッドボルト穴７に臨む４箇所が平坦に切削加工（除去加工）されて除去加工部９が形成されている。除去加工部９は、シリンダブロック本体２にシリンダライナ３を鋳包んでダイカスト法等によってシリンダブロック１を成型し、シリンダボア４をボーリング、ホーニング等によって真円になるように機械加工した後、例えばエンドミルのような切削工具をウォータジャケット６内に挿入して、シリンダ壁５の外周部の所定部位を切削加工することによって形成する。
【００１６】
ここで、シリンダブロック１は、アルミニウム合金鋳物であるシリンダブロック本体２（熱膨張率大）に鋳鉄製のシリンダライナ３（熱膨張率小）を鋳包んだものであるため、ダイカスト等による成型時に、アルミニウム合金の溶湯が冷却、固化する際、これらの熱膨張差、冷却条件の相違等により、図３に示すように、熱膨張率の小さい鋳鉄製のシリンダライナ３には、圧縮応力が生じ（矢印Ａ参照）、熱膨張率の大きいアルミニウム合金製のシリンダブロック本体２のシリンダ壁５には引張応力が生じることになり（矢印Ｂ参照）、これらが残留応力となる。この状態で、シリンダライナ３の内周面、すなわち、シリンダボア４がボーリング、ホーニング等の機械加工によって真円になるように仕上られる。
【００１７】
その後、シリンダライナ３を鋳包んだシリンダ壁５の外周部の適当な部位を切削加工して除去加工部９を形成すると、その部分の残留応力が解放されて、残留応力のバランスが変化することにより、シリンダボア４が変形する。このとき、図４（Ａ）に示すように、シリンダヘッドボルト穴７に臨む４箇所に除去加工部９を切削加工することにより、図４（Ｂ）に示すように、シリンダボア４の除去加工部９に対応する４箇所が外側に膨出して、シリンダボア４が略矩形に変形することになる（図においては、変形量を誇張して示している。）。
【００１８】
この状態で、シリンダヘッドボルトによってデッキ面８にシリンダヘッドを締結し、組立てられたエンジンを運転すると、シリンダヘッドボルトの締付力及び高温下の熱膨張によって、シリンダボア４は、図７中に二点鎖線で示すものと同様、略十字形に変形しようとする。このとき、上述のように、除去加工部９によってシリンダボア４は、予め、図４（Ｂ）に示すように略矩形に変形しているので、これらの変形が組み合わされることにより、シリンダボア４の変形による凹凸が相殺され、その結果、エンジンの運転状態におけるシリンダボア４がほぼ真円となる。
【００１９】
このように、エンジンの運転状態において予想されるシリンダボア４の変形に対して、この変形を打消すように、シリンダ壁５の外周部の適当な部位に除去加工部９を設けてシリンダボア４を予め変形させることにより、エンジンの運転状態において、シリンダボア４をほぼ真円に調整することができる。図５は、エンジンの運転状態におけるシリンダボア４の変形を３次元的に表したものである。図５に示されるように、シリンダボア４の下部、すなわち、ウォータジャケット６の底部付近において、シリンダボア４の変形が大きくなることから、除去加工部９は、図２に示すように、ウォータジャケット６の底部付近に配置されている。
【００２０】
エンジンの運転状態におけるシリンダボア４の変形は、実験やＣＡＥ（Cｏｍｐｕｔｅｒ  Aided  Engineering）によって解析することができ、これにより、除去加工部９を設ける適当な部位及び範囲を決定することができ、エンジンの運転状態におけるシリンダボア４の真円度を調整することができる。
【００２１】
このとき、エンジンの運転状態におけるシリンダボア４の変形が縦方向内側あるいは横方向外側への変形のみの２次変形である場合、図６に示すように、シリンダ壁５の縦方向の両側に除去加工部９を設けて、図６中二点鎖線で示すように、シリンダボア４を縦方向外側に予め変形させることにより、エンジンの運転状態においてシリンダボア４をほぼ真円に調整することができる。
【００２２】
このようにして、エンジンの運転状態におけるシリンダボア４の真円度を高めることにより、シリンダボア４とピストンとの密着性を高めて、エンジンの圧縮、燃焼圧力の低下、オイル消費量の増大及びピストンリングの磨耗を防止することができる。また、ピストンのシール性が高まるので、ピストンリングの張力を小さくすることができ、これにより、ピストンの摺動摩擦を低減して、燃料消費率を向上させることができる。
【００２３】
なお、シリンダ壁５の外周部は、成型時の鋳肌の状態では、除去加工部９を機械加工するための基準となる寸法精度を安定的に確保することが困難である場合には、シリンダボア４を機械加工する前に、シリンダ壁５の外周部を機械加工して基準となる寸法が得られるようにしてもよい。また、シリンダブロック１に熱処理を施すことにより、残留応力を安定化することができるので、シリンダボア４を機械加工する前に、シリンダブロック１を熱処理することにより、除去加工部９を切削したときのシリンダボア４の変形量を安定化することができる。さらに、この熱処理により、エンジンの運転状態における経時変化によって生じるアルミニウム合金の永久成長歪によるシリンダボア４の変形を抑制することができる。この場合、シリンダブロック１の残留応力が熱処理によってある程度解放されるので、除去加工部９を切削したときに生じるシリンダボア４の変形量が小さくなる。
【００２４】
上記実施形態では、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体に鋳鉄製のシリンダライナが鋳包まれたシリンダブロックについて説明しているが、本発明は、これらの材質に限らず、シリンダブロック本体にシリンダライナを鋳包むことにより、熱膨張率差、冷却条件の相違等によって残留応力が生じるものであれば、他の材質のもの、あるいは、シリンダブロック本体とシリンダライナとが同材質のものにも適用することができる。本発明は、シリンダライナを鋳包んでシリンダボアを形成するシリンダブロックであれば、直列、Ｖ型等の多気筒エンジン又は単気筒エンジンのシリンダブロックに適用することができる。また、隣接するシリンダ壁が互いに結合されて一体化されたサイアミーズ型のもののほか、各シリンダ壁５の間に隙間（ウオータジャケット）が形成されたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリンダライナを鋳包んだＶ型エンジンのシリンダブロックの片バンクを示す平面図である。
【図２】図１に示すシリンダブロックの片バンクの一部を破断して示す斜視図である。
【図３】図１に示すシリンダブロックにおいて、シリンダライナ及びこれを鋳包んだシリンダ壁に生じる応力を表す説明図である。
【図４】図３に示すシリンダライナ及びシリンダ壁において、シリンダボアの４次変形に対して、シリンダ壁の外周部に除去加工部を切削した場合のシリンダボアの変形を表す説明図である。
【図５】エンジンの運転状態におけるシリンダボアの変形状態を表すシリンダボアの斜視図である。
【図６】図３に示すシリンダライナ及びシリンダ壁において、シリンダボアの２次変形に対して、シリンダ壁の外周部の縦方向両側に除去加工部を切削する場合のシリンダボアの変形を表す説明図である。
【図７】従来のシリンダライナを鋳包んだシリンダブロックの平面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  シリンダブロック、２  シリンダブロック本体、３  シリンダライナ、４  シリンダボア、５  シリンダ壁、６  ウォータジャケット、９  除去加工部
【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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