JP6579171B2 - engine - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンに関するものである。 The present invention relates to an engine.
エンジンの軽量化のため、近年、エンジン本体の一部、例えば燃焼室周囲のエンジン外壁の一部を樹脂化することが考えられている。その場合、エンジンの耐久性を確保するには、金属に比べて耐熱温度が低い樹脂への熱伝達、すなわち燃焼室からエンジン外壁の樹脂部分への熱伝達を抑制することが重要となる。対策の一つとしては、燃焼室を高断熱性材料で構成し、燃焼室内に出来るだけ熱を止めて樹脂部分への熱伝達を抑制することが考えられる。しかし、この場合には、燃焼室内に熱が止まることで、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼を誘発し易くなるおそれがある。 In order to reduce the weight of the engine, in recent years, it has been considered that a part of the engine body, for example, a part of the outer wall of the engine around the combustion chamber is made resin. In that case, in order to ensure the durability of the engine, it is important to suppress the heat transfer to the resin having a lower heat-resistant temperature than the metal, that is, the heat transfer from the combustion chamber to the resin portion of the engine outer wall. As one of the countermeasures, it can be considered that the combustion chamber is made of a highly heat-insulating material and heat is stopped as much as possible in the combustion chamber to suppress heat transfer to the resin portion. However, in this case, there is a possibility that abnormal combustion such as knocking or pre-ignition is likely to be induced by stopping the heat in the combustion chamber.
なお、出願人は、気筒(シリンダ)の軸方向への熱伝達率が径方向への熱伝達率よりも大きい熱伝導異方性を有する材料でシリンダボア壁(シリンダライナ)を形成し、燃焼室で発生する熱を主に気筒軸方向に輸送しつつ燃焼室の一端でエンジン冷却水に伝達させる(回収する)エンジンの構造を開発している(特許文献1)。この構造によれば、燃焼室からエンジン外壁の樹脂部分への熱伝達が抑制され、また、ノッキング等の異常燃焼についてもこれを回避することが期待できる。 The applicant forms a cylinder bore wall (cylinder liner) with a material having a thermal conductivity anisotropy greater in the axial direction of the cylinder (cylinder) than in the radial direction, and forms a combustion chamber. Has developed a structure of an engine that transfers (recovers) heat to the engine cooling water at one end of the combustion chamber while transporting mainly heat generated in the cylinder axis direction (Patent Document 1). According to this structure, heat transfer from the combustion chamber to the resin portion of the engine outer wall is suppressed, and it can be expected to avoid abnormal combustion such as knocking.
しかし、特許文献1のエンジン構造では、シリンダボア壁における径方向の熱伝導率が比較的小さいため、燃焼ガスからシリンダボア壁への入熱自体が必ずしも円滑とは言えなかった。そのため、この点に改善の余地がある。
However, in the engine structure of
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃焼室で発生する熱をより効率良く燃焼室の軸方向に輸送しつつ回収できるエンジンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an engine that can recover heat generated in the combustion chamber while transporting it in the axial direction of the combustion chamber more efficiently.
上記の課題を解決するために、本発明は、円筒状のシリンダボア壁を有するシリンダブロックを備えたエンジンであって、前記シリンダボア壁における軸方向の一方側の端部を第1端部、他方側の端部を第2端部と定義したときに、前記第1、第2端部の少なくとも一方に対応する位置に、燃焼室で発生する熱を回収するための熱回収部を備え、前記シリンダボア壁は、軸方向の熱伝導率が径方向の熱伝導率よりも大きい熱伝導異方性を有する外周部と、この外周部の内側に隣接して前記燃焼室に臨み、径方向の熱伝導率が前記外周部の径方向の熱伝導率よりも大きい内周部とを含み、前記外周部は、熱伝導性を有する繊維からなる円筒体であって前記繊維が当該円筒体の軸方向と平行となるように方向性が持たされた円筒体に金属が含浸されたものであり、前記内周部は、前記金属が含浸された前記円筒体の内周面に前記金属のみの層が一体に形成されたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is an engine including a cylinder block having a cylindrical cylinder bore wall, wherein one end in the axial direction of the cylinder bore wall is defined as a first end and the other side. A heat recovery part for recovering heat generated in the combustion chamber at a position corresponding to at least one of the first and second ends when the end of the cylinder is defined as the second end, The wall faces the combustion chamber adjacent to the inner periphery of the outer peripheral portion having thermal conductivity anisotropy in which the thermal conductivity in the axial direction is larger than the thermal conductivity in the radial direction. the rate is seen containing an inner circumferential portion greater than the thermal conductivity in the radial direction of the outer peripheral portion, said peripheral portion, the axial direction of the fiber the cylindrical body a cylindrical body made of fibers having a thermal conductivity Metal is impregnated into a cylindrical body that is oriented so that it is parallel to Are as hereinbefore, the inner peripheral portion, a layer of only the metal on the inner peripheral surface of the cylindrical body in which the metal is impregnated is one formed integrally.
この構成では、燃焼室内で発生する燃焼ガスの熱は、内周部を介してシリンダボア壁に入熱し、外周部において主に軸方向に伝わり熱回収部で回収される。この場合、内周部は、径方向の熱伝導率が外周部の径方向の熱伝導率よりも高いため、当該内周部が存在しない構成に比べて燃焼ガスからシリンダボア壁への入熱が円滑となる。また、燃焼ガスの熱は内周部に蓄熱されつつ外周部に入熱するため、内周部から外周部への熱伝達も円滑に行われる。よって、この構成によれば、燃焼室で発生する熱をより効率良く燃焼室の軸方向(気筒軸方向)に輸送しつつ熱回収部において回収することが可能となる。 In this configuration, the heat of the combustion gas generated in the combustion chamber enters the cylinder bore wall through the inner peripheral portion, is transmitted mainly in the axial direction at the outer peripheral portion, and is recovered by the heat recovery portion. In this case, the inner peripheral portion has a higher thermal conductivity in the radial direction than the radial thermal conductivity of the outer peripheral portion, so that the heat input from the combustion gas to the cylinder bore wall is smaller than in the configuration in which the inner peripheral portion does not exist. Smooth. Further, since the heat of the combustion gas is stored in the inner peripheral portion and enters the outer peripheral portion, heat transfer from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion is also performed smoothly. Therefore, according to this configuration, it is possible to recover the heat generated in the combustion chamber in the heat recovery section while transporting the heat in the axial direction (cylinder axial direction) of the combustion chamber more efficiently.
上記エンジンにおいて、前記シリンダブロックは、前記シリンダボア壁の第1端部の位置から延びる第1外壁部を含み、前記熱回収部は、前記第1端部よりも前記第2端部側の位置に備えられ、前記第1外壁部は、非金属材料で形成されている。また、上記エンジンにおいて、前記シリンダブロックは、前記熱回収部の反燃焼室側に位置する第2外壁部を含み、前記第2外壁部は、非金属材料で形成されている。 In the engine, the cylinder block includes a first outer wall portion extending from a position of a first end portion of the cylinder bore wall, and the heat recovery portion is located at a position closer to the second end portion than the first end portion. The first outer wall portion is formed of a non-metallic material. Further, in the engine, the cylinder block includes a second outer wall portion located on the anti-combustion chamber side of the heat recovery portion, and the second outer wall portion is formed of a nonmetallic material.
これらの構成によれば、シリンダブロックの一部(第1、第2外壁部)が非金属材料で形成されるため、エンジンの軽量化を図ることが可能となる。この場合、前者の構成によれば、第1端部よりも第2端部側の位置に熱回収部が備えられており、また、後者の構成によれば、第2外壁部が熱回収部の反燃焼室側に設けられているので、シリンダボア壁の熱が第1外壁部や第2外壁部に伝わり難くい。よって、第1、第2外壁部が熱的な影響を受けることを抑制しながらエンジンの軽量化を図ることが可能となる。 According to these structures, since a part (1st, 2nd outer wall part) of a cylinder block is formed with a nonmetallic material, it becomes possible to achieve weight reduction of an engine. In this case, according to the former configuration, the heat recovery portion is provided at a position closer to the second end portion than the first end portion, and according to the latter configuration, the second outer wall portion is the heat recovery portion. Therefore, it is difficult for the heat of the cylinder bore wall to be transmitted to the first outer wall portion and the second outer wall portion. Therefore, it is possible to reduce the weight of the engine while suppressing the first and second outer wall portions from being thermally affected.
上記エンジンにおいて、前記内周部は、前記外周部よりも径方向の厚みが薄いのが好適である。 In the engine, it is preferable that the inner peripheral portion has a smaller radial thickness than the outer peripheral portion.
この構成によれば、内周部の熱容量が大きくなり過ぎることによる弊害、例えばエンジンの冷間始動時に燃焼室内の温度上昇が妨げられ、これに起因してエミッションが悪化するなどの弊害を抑制することが可能となる。 According to this configuration, adverse effects such as an excessive increase in the heat capacity of the inner peripheral portion, for example, an increase in the temperature in the combustion chamber during cold start of the engine is prevented, and the adverse effects such as deterioration of emissions due to this are suppressed. It becomes possible.
上記エンジンにおいて、前記外周部のうち、前記熱回収部に近接部分では、前記複数の繊維は、それらの長手方向が前記熱回収部を向いて配置されているのが好適である。 In the engine, it is preferable that the plurality of fibers are arranged with their longitudinal directions facing the heat recovery portion in a portion of the outer peripheral portion adjacent to the heat recovery portion.
この構成によれば、外周部のうち、熱回収部に近接する部分以外の部分では、軸方向に円滑に熱が伝達され、熱回収部に近接する部分では熱回収部に向かって円滑に熱が伝達される。そのため、外周部に入熱した熱をより円滑に熱回収部に輸送することが可能となる。 According to this configuration, heat is smoothly transmitted in the axial direction in the portion other than the portion close to the heat recovery portion in the outer peripheral portion, and heat is smoothly transferred toward the heat recovery portion in the portion close to the heat recovery portion. Is transmitted. Therefore, the heat input to the outer peripheral portion can be more smoothly transported to the heat recovery portion.
上記エンジンにおいて、前記熱回収部は、前記シリンダボア壁の外周に形成された冷却水通路である。 In the engine, the heat recovery part is a cooling water passage formed on an outer periphery of the cylinder bore wall.
この構成によれば、燃焼ガスの熱を円滑にエンジンの冷却水によって回収することがで
きる。そのため、例えばエンジンの冷間始動時には、冷却水によって回収した熱を暖房装
置等で速やかに活用することが可能となる。
なお、上記エンジンにおいて、前記シリンダブロックは、前記シリンダボア壁の外周に設けられる非金属材料かなる外壁部を含み、前記外壁部は、前記外周部の外側に、前記繊維に前記非金属材料が一部含浸する状態で前記円筒体と一体に形成されているものであってもよい。
According to this configuration, the heat of the combustion gas can be recovered smoothly by the engine coolant. Therefore, for example, when the engine is cold started, the heat recovered by the cooling water can be quickly utilized by the heating device or the like.
In the engine, the cylinder block includes an outer wall portion made of a nonmetallic material provided on an outer periphery of the cylinder bore wall. It may be formed integrally with the cylindrical body in a state of being partly impregnated.
以上説明したように、本発明のエンジンによれば、燃焼室で発生する熱をより効率良く燃焼室の軸方向に輸送しつつ回収することが可能となる。 As described above, according to the engine of the present invention, the heat generated in the combustion chamber can be recovered while being transported more efficiently in the axial direction of the combustion chamber.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[エンジンの全体構造]
図1は、本発明に係るエンジン1を断面図で示している。このエンジン1は、自動車等の車両用エンジンであり、図1の紙面に垂直な方向に4つの気筒(シリンダ)が配置された直列4気筒のガソリンエンジンである。
[Entire engine structure]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an
エンジン1は、エンジン本体2と、これに組付けられた図外の吸排気マニホールドおよび各種ポンプ等の補機とを含む。
The
エンジン本体2は、上下に連結されるカムキャップ3、シリンダヘッド4、シリンダブロック5、クランクケース(図示省略)及びオイルパン(図示省略)を含む。
The engine body 2 includes a
シリンダブロック5は、4つのシリンダ(シリンダボア)7を有しており、各シリンダ7内にそれぞれピストン8が摺動可能に収容されている。これらピストン8、シリンダ7、シリンダヘッド4および後記吸排気弁14、15によって燃焼室10が形成されている。なお、各ピストン8は、コネクティングロッド9を介して、クランクケースに回転自在に支持されたクランク軸(図示省略)に連結されている。
The
シリンダヘッド4には、各シリンダ7に対応した凹部4aが設けられている。この凹部4aにより燃焼室10の天井面が形成されている。当例では、凹部4aによりペントルーフ型の天井面が形成されている。シリンダヘッド4には、各凹部4aの位置で燃焼室10に開口する吸気ポート12及び排気ポート13が設けられ、吸気ポート12及び排気ポート13をそれぞれ開閉する吸気弁14及び排気弁15が、各ポート12,13にそれぞれ装備されている。
The
吸気弁14及び排気弁15は、それぞれリターンスプリング16、17により各ポート12、13を閉止する方向(図1の上方向)に付勢されており、カムシャフト18、19の外周に設けられたカム部18a、19aによって押下されることで、各ポート12、13を開くように構成されている。詳しくは、カムシャフト18、19の回転に伴い、スイングアーム20、21の中央部に設けられたカムフォロア20a、21aをカム部18a、19aが押下することで、スイングアーム20、21がそれらの一端側に設けられた油圧式のラッシュアジャスタ24、25のピボット機構の頂部を支点として揺動し、この揺動に伴い、スイングアーム20、21の他端部がリターンスプリング16、17の付勢力に抗して吸気弁14及び排気弁15を押下する。これにより各ポート12、13が開く。
The
図1中の符号27〜29は、シリンダヘッド4に形成されたウォータジャケットである。具体的には、燃焼室10の吸気側(図1では右側)であって吸気ポート12の下側の位置と、燃焼室10の排気側(図1では左側)であって排気ポート13の下側の位置と、燃焼室10の直ぐ上方であって両ポート12,13の間の位置に、各々、ウォータジャケット27〜29が設けられている。これらのウォータジャケット27〜29は、シリンダブロック5のシリンダ7の周囲に形成される後記ウォータジャケット65と連通しており、図外のウォータポンプの駆動により、冷却水(エンジン冷却水)が図外のラジエータとの間を循環しながら、各ウォータジャケット27〜29、65を所定の順序で流通するようになっている。
なお、図1中の符号31、32は、シリンダブロック5及びシリンダヘッド4に形成されたオイルギャラリ(オイル通路)である。これらオイルギャラリは、図外のオイルポンプに繋がっており、これらオイルギャラリ31、32を通じて、上記油圧ラッシュアジャスタ24、25などの油圧作動装置に作動用の油圧が供給されるとともに、潤滑用および冷却用のオイルがエンジン本体2の各部に供給される。
[シリンダブロックの構造]
図2は、エンジン本体2のシリンダブロック5を示す要部断面図である。図1及び図2に示すように、シリンダブロック5は、ブロック本体50と、シリンダライナ51(本発明の円筒状のシリンダボア壁に相当)と、ジャケットスペーサ52とにより構成されている。
[Cylinder block structure]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part showing the
シリンダライナ51は、前記シリンダ7を構成するものであり、当例では、4つのシリンダライナ51が気筒列方向(図1の紙面に直交する方向)に等間隔で配置されている。
The
ブロック本体50は、これらシリンダライナ51を外側から覆ってシリンダブロック5の外壁部を構成するものである。ブロック本体50は、シリンダライナ51を覆うシリンダ部54と、その上端部に設けられてブロック本体50の上面部分を形成する補強部55と、シリンダ部54の下端部から下方に延びてクランク室を形成するスカート部56と、このスカート部56の内側に形成された、クランク軸の軸受部57とを含む。
The
シリンダ部54は、ピストン8が下死点(BDC)に位置するときの当該ピストン8の冠面8aの位置(基準位置Rpと称す)を基準として、この基準位置Rpよりも上側を構成する上壁部58と、下側を構成する下壁部59とで構成されている。これら上下の壁部58、59は異なる材料で形成されている。当例では、下壁部59は、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属で形成され、上壁部58(本発明の第2外壁部に相当する)は、炭素繊維複合フェノール樹脂等の樹脂材料で形成されている。
The
シリンダ部54のうち、下壁部59は、シリンダライナ51の外周面に密接する状態で当該シリンダライナ51を覆っているが、上壁部58は、シリンダライナ51の外周面との間に隙間を隔てた状態でシリンダライナ51を覆っている。これにより、4つのシリンダ7を包囲するように、前記基準位置Rpを溝底とする溝部50aがブロック本体50に形成されている。
Of the
溝部50aには前記ジャケットスペーサ52が配置され、これにより、4つのシリンダ7を包囲するウォータジャケット65がシリンダブロック5に形成されている。
The
詳しく説明すると、ジャケットスペーサ52は、4つのシリンダヘッド4を包囲するように、気筒軸方向視において無端状に形成されている。ジャケットスペーサ52の内周面および外周面には、各々、周方向に延びる無端状の凹部が形成されており、これにより、ジャケットスペーサ52の内側の凹部とシリンダライナ51の外周面とより形成される内周側ジャケット66aと、ジャケットスペーサ52の外側の凹部と上壁部58の内周面とより形成される外周側ジャケット66bとを有する前記ウォータジャケット65がシリンダブロック5に形成されている。このウォータジャケット65(本発明の熱回収部/冷却水通路に相当する)は、シリンダライナ51(シリンダ7)の上端部(本発明の第2端部に相当する)の外周に設けられており、当例では、シリンダライナ51の上端から略四分の一程度の範囲内に設けられている。
More specifically, the
内周側ジャケット66aと外周側ジャケット66bとは、これらを仕切る仕切壁64に形成された連通孔64aを介して連通している。連通孔64aは、仕切壁64の周方向における複数の位置に設けられており、よって、内周側ジャケット66aと外周側ジャケット66bとは周方向の複数の位置で相互に連通している。
The inner
ブロック本体50の前記上壁部58の外側面には、図外のウォータポンプが組付けられ、このウォータポンプの作動により、図2中に白抜き矢印で示すように、上壁部58に形成された供給口58bを通じてウォータジャケット65に冷却水が供給される。なお、冷却水は、供給口58bを通じて外周側ジャケット66bに導入され、この外周側ジャケット66bから前記連通孔64aを通じて内周側ジャケット66aに導入される。このように、仕切壁64を通じて内周側ジャケット66aに冷却水を導入することで、シリンダライナ51の外周面に対して略垂直方向から冷却水を衝突させ、これによりシリンダライナ51から冷却水への熱移動を促進させるように工夫されている。
A water pump (not shown) is assembled to the outer surface of the
前記補強部55は、シリンダ部54の下壁部59と同様のアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属で形成されたプレート状の部材であり、ブロック本体50の上壁部58に形成されたフランジ部58a上に積層されている。フランジ部58aは、シリンダヘッド4に対してシリンダブロック5を固定する部分であり、このように樹脂で形成されたフランジ部58aに金属製の補強部55が積層されることで当該フランジ部58aが補強されている。
The reinforcing
なお、補強部55、ジャケットスペーサ52及びシリンダライナ51の上端面は面一とされており、図外のガスケットを介してシリンダブロック5とシリンダヘッド4とが互いに固定されている。
The upper end surfaces of the reinforcing
クランク室を形成する前記スカート部56(本発明の第1外壁部に相当する)と、このスカート部56の内側に形成された前記軸受部57は、シリンダ部54の上壁部58と同様の炭素繊維複合フェノール樹脂等の樹脂材料で形成されている。このように、当該エンジン本体2においては、シリンダブロック5を構成する多くの部分が樹脂材料で形成されており、これによりエンジン1の軽量化が図られている。
The skirt portion 56 (corresponding to the first outer wall portion of the present invention) forming the crank chamber and the bearing
前記シリンダライナ51は、燃焼室10を形成する内周部60とその外側の外周部61とを備えた二重構造を有している。
The
外周部61は、熱伝導異方性を有する金属又は樹脂により構成されている。当例では、外周部61は、アルミニウム合金を基材とする炭素繊維強化複合材料により形成されており、ウォータジャケット65に隣接する一部分を除き、軸方向の熱伝導率が径方向(厚み方向)の熱伝導率よりも大きい熱伝導特性を有している。このような熱伝導特性は、外周部61を構成する炭素繊維の長手方向が当該外周部61(シリンダライナ51)の軸方向を向いて配置される、すなわち外周部61の中心線と炭素繊維とが平行に並ぶように当該炭素繊維に方向性を持たせることにより得られている。
The outer
外周部61のうち、ウォータジャケット65(内周側ジャケット66a)に臨む部分には、他の部分よりも径方向外側に突出する突出部61aが形成されている。この突出部61aに対応する部分は、径方向の熱伝導率が軸方向の熱伝導率よりも大きい熱伝導特性を有している。すなわち、図3に示すように、外周部61は、その大部分を形成する第1構成部610と、突出部61aの部分を形成する第2構成部611とで構成されており、第1構成部610では、炭素繊維の長手方向が外周部61の軸方向に向くように当該炭素繊維に方向性が持たせられる一方、第2構成部611では、炭素繊維の長手方向が外周部61の径方向に向くように、すなわちウォータジャケット65に向くように当該炭素繊維に方向性が持たせられている。これにより、第1構成部610は、軸方向の熱伝導率が径方向(厚み方向)の熱伝導率よりも大きい熱伝導特性を有し、第2構成部611は、径方向の熱伝導率が軸方向の熱伝導率よりも大きい熱伝導特性を有している。
In the outer
なお、第2構成部611は、その内周部分の断面が径方向外側から内側に向かって先細りとなる断面ホームベース型の形状であり、当該内周部分を第1構成部610の外周面に形成された環状のV溝に嵌合させた状態で当該第1構成部610に接合されている。これにより、第1構成部610と第2構成部611とは、互いに、外周部61の中心線に対して傾斜した接合面612を介して接合されている。
The
外周部61は、熱伝導特性の異なる第1、第2構成部610、611から構成されているが、その大部分は第1構成部610で形成されている。よって、外周部61は、全体として見れば軸方向の熱伝導率が径方向の熱伝導率よりも大きい熱伝導特性を有していると言える。
The outer
内周部60は、径方向の熱伝導率が外周部61(正確には第1構成部610)の径方向の熱伝導率よりも大きい金属材料により形成されている。当例では、外周部61は、例えば外周部61の内周面上に形成された均一な厚みを有するアルミニウム合金の溶射膜で構成されている。内周部60の厚みt2(径方向の厚み)は、外周部61の厚みt1(正確には第1構成部610の径方向の厚み)よりも小さく、当例では、例えば外周部61の厚みt1は6mmとされ、内周部60の厚みt2は2mmとされている。
The inner
[作用効果]
上記エンジン1によれば、シリンダブロック5のうち、シリンダ部54の上壁部58、クランク室を形成する前記スカート部56及びこのスカート部56の内側に形成された軸受部57が樹脂材料で形成されているため、シリンダブロックの全体が鋳鉄やアルミニウム合金等の金属のみで構成されている場合に比べてエンジン1(エンジン本体2)の軽量化を図ることが可能となる。
[Function and effect]
According to the
しかも、上記エンジン1によれば、シリンダ7を構成するシリンダライナ51が、軸方向の熱伝導率が径方向の熱伝導率よりも大きい熱伝導異方性を有する外周部61と、この外周部61の内側に隣接して燃焼室10に臨み、径方向の熱伝導率が外周部61(第1構成部610)の径方向の熱伝導率よりも大きい内周部60とを備えて構成されている。そのため、燃焼室10で発生する熱をより効率良くシリンダ7の軸方向(気筒軸方向)に輸送しつつ、当該シリンダ7の上端部外周に設けられたウォータジャケット65内の冷却水に伝達することができる。すなわち、上記エンジン1によると、燃焼室10で発生する燃焼ガスの熱は、内周部60を介してシリンダライナ51に入熱し、温度の低いウォータジャケット65側に向かって軸方向に熱伝達されて冷却水で回収される。この際、内周部60は、径方向の熱伝導率が外周部61の径方向の熱伝導率よりも大きいため、当該内周部60が存在しない構成に比べてシリンダライナ51への入熱が円滑に行われる。また、燃焼ガスの熱が内周部60に蓄熱されつつ外周部61に入熱するため、内周部60から外周部61への熱伝導も円滑となる。そのため、燃焼室10で発生する熱を非常に効率良くシリンダライナ51の軸方向に輸送しつつ冷却水に伝達することができる。
Moreover, according to the
特に、シリンダライナ51の外周部61のうち、ウォータジャケット65に対応する第2構成部611(突出部61a)については、炭素繊維がウォータジャケット65に向かって配置されている、すなわち炭素繊維の軸方向がウォータジャケット65に向かうように当該炭素繊維が配置され、これにより径方向の熱伝導率が軸方向の熱伝導率よりも大きい熱伝導特性を有した構造となっている。そして、外周部61のうち、この第2構成部611とそれ以外の部分(第1構成部610)とは、互いに、外周部61の中心線に対して傾斜した接合面612を介して一体に接合されている。このような構造によれば、外周部61に伝達された熱は、図3の破線矢印に示すように、軸方向に伝達されつつウォータジャケット65に対応する位置で径方向外側に向かって伝達される。そのため、外周部61の熱を効率良くウォータジャケット65の冷却水に伝達することができる。
In particular, in the outer
さらに、ブロック本体50の樹脂材料で形成される部分のうち、スカート部56や軸受部57は、シリンダライナ51の軸方向においてウォータジャケット65とは反対側に位置しており、また、上壁部58は、ウォータジャケット65の反燃焼室側に位置する。そのため、これら上壁部58等にはシリンダブロック5の熱が伝わり難く、よって当該城壁部58等が熱的な影響を受け難い。
Further, of the portion formed of the resin material of the
従って、上記エンジン1によれば、燃焼室10からエンジン外壁の樹脂部分、すなわちシリンダブロック5の上壁部58などへの熱伝達を抑制しつつ、さらにノッキング等の異常燃焼についてもこれを回避することが可能となる。
Therefore, according to the
また、上記エンジン1によれば、シリンダライナ51の内周部60の厚みt2が外周部61の厚みt1よりも薄く設定されている。そのため、シリンダライナ51が上記内周部60を備えることによる弊害を抑制できるという利点もある。すなわち、例えば内周部60の厚みt2が外周部61の厚みt1よりも大きく熱容量が大き過ぎると、燃焼室10から冷却水の熱移動が過剰になり易く、冷間始動時には、燃焼室10内の温度上昇が妨げられ、燃焼性の悪化、ひいてはエミッションの悪化を招くおそれがある。しかし、上記実施形態の構成によれば、燃焼室10から冷却水への熱移動が過剰になり難く、上記のような弊害を抑制することが可能となる。
Further, according to the
[変形例等]
上述したエンジン1は、本発明にかかるエンジンの好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば以下のような構成を採用することもできる。
[Modifications, etc.]
The
(1)上記実施形態では、シリンダライナ51の外周部61は、アルミニウム合金を基材とする炭素繊維強化複合材料により形成されているが、熱伝導性を有する繊維を含むその他の複合材料で形成されていてもよい。例えば樹脂を基材とする炭素繊維強化樹脂複合材料により形成されていてもよい。また、上記実施形態では、シリンダライナ51の内周部60は、アルミニウム合金で形成されているが、径方向の熱伝導率が外周部61(第1構成部610)の径方向の熱伝導率よりも大きい材料であれば、アルミニウム合金以外の材料で形成されていてもよい。この場合、内周部60は、アルミニウム合金のような熱伝導異方性を有さないもの(熱伝導特性が等方なもの)でもよいし、熱伝導異方性を有するものでもよい。
(1) In the above embodiment, the outer
(2)上記実施形態では、シリンダライナ51の内周部60は、外周部61の内周面に形成されたアルミニウム合金の溶射膜で構成されているが、内周部60は溶射膜によって構成されるものに限らない。例えば、内周部60は、外周部61とは別体に成型された円筒体が外周部61の内側に内嵌されることにより構成されたものであってもよい。但し、上記実施形態のように溶射膜により内周部60が構成される場合には、外周部61の表面粗さに関係なく外周部61に対して高い密着性が得られるため、内周部60から外周部61への熱伝導性能を高める上で望ましい。
(2) In the above-described embodiment, the inner
(3)上記実施形態では、シリンダライナ51の外周部61は、軸方向の熱伝導率が径方向(厚み方向)の熱伝導率よりも大きい熱伝導特性を有する第1構成部610の途中部分に、径方向の熱伝導率が軸方向の熱伝導率よりも大きい熱伝導特性を有する第2構成部611を接合した構成である。しかし、外周部61は、第1構成部610に相当する部分の炭素繊維とそれ以外の部分の炭素繊維とが連続した、全体として一体的に構成されたものであってもよい。なお、図4中の破線は炭素繊維を示している。
(3) In the above-described embodiment, the outer
(4)上記実施形態では、本発明の熱回収部としてシリンダライナ51(シリンダ7)の上端部の外周にウォータジャケット65が設けられているが、当該熱回収部として、例えばシリンダライナ51の下端部(本発明の第1端部に相当する)の近傍にオイルギャラリを設け、燃焼ガスで発生する熱を、当該オイルギャラリを流通するオイルに伝達させるように構成してもよい。
(4) In the above embodiment, the
(5)上記実施形態では、シリンダブロック5は、アルミニウム合金等の金属材料からなる部分(シリンダ部54の下壁部59等)と炭素繊維複合フェノール樹脂等の樹脂材料からなる部分(シリンダ部54の上壁部58等)とを含む。しかし、シリンダブロック5は、シリンダライナ51の内周部60を除き、その全体が樹脂材料によって構成されたものであってもよい。このような構成とすることで、エンジン本体2のより一層の軽量化が可能となる。なお、このようなエンジン本体2は、概略的には、図5に示すような製造方法に基づき製造することが可能である。
(5) In the above embodiment, the
図5は、シリンダブロック5の製造方法を説明する工程図である。当該製造方法は、以下のような工程を含む。なお、同図では、気筒軸方向(シリンダライナ51の軸方向)と直交する断面でシリンダブロック5が製造される工程を示している。
FIG. 5 is a process diagram illustrating a method for manufacturing the
[a]プリフォーム成形工程(図5(a))
高熱伝導性を有する繊維(ここでは、炭素繊維とする)を円筒状に成形したもの、すなわちシリンダライナ51に対応する多孔質なプリフォームPFを制作する。この場合、シリンダライナ51の軸方向と平行に炭素繊維が並ぶように、当該プリフォームPFにおいて炭素繊維に方向性を持たせる。
[A] Preform molding process (FIG. 5A)
A porous preform PF corresponding to the
[b]シリンダライナ形成工程(図5(b))
プリフォームPFの内周側から、当該プリフォームPFに対してアルミニウム合金を含浸させることによりシリンダライナ51を形成する。詳しくは、プリフォームPFに対してその内周面から所定厚みだけアルミニウム合金を含浸させた層(外周層)を形成するとともに(図5(b)中の破線で示す部分)、プリフォームPFの内周側にアルミニウム合金の単独層、すなわち炭素繊維を含まない層(内周層)を形成する(図5(b)中にハッチングで示す部分)。これにより、プリフォームPFの内周面を境界とする内周層を前記内周部60とし、外周層を前記外周部61とするシリンダライナ51を形成する。
[B] Cylinder liner forming step (FIG. 5B)
The
[c]外壁部(ブロック本体)形成工程(図5(c))
シリンダライナ51を形成したプリフォームPFをインサート部品として、金型を用いて外壁部(ブロック本体50)をインサート成形する。これにより、プリフォームPFに対してその外周側から樹脂材料を含浸させるとともに、プリフォームPFの外周側に樹脂材料の単独層を形成する。これにより、シリンダライナ51を外側から覆うブロック本体50を形成する。
[C] Outer wall portion (block body) forming step (FIG. 5C)
Using the preform PF on which the
このような製造方法によれば、シリンダライナ51の内周部60を除き、その全体が樹脂材料から構成されたシリンダブロック5を良好かつ効率良く製造することができる。特に、この製造方法により製造されたシリンダブロック5によれば、プリフォームPFに樹脂材料が含浸した状態でブロック本体50が形成されているので、シリンダライナ51とブロック本体50との密着力が強い。そのため、耐久性の高いシリンダブロック5を提供することができるという利点がある。
According to such a manufacturing method, the
1 エンジン
2 エンジン本体
4 シリンダヘッド
5 シリンダブロック
10 燃焼室
26〜29 ウォータジャケット
50 ブロック本体
51 シリンダライナ(シリンダボア壁)
60 内周部
61 外周部
65 ウォータジャケット(冷却水通路/熱回収部)
DESCRIPTION OF
60
Claims (7)
前記シリンダボア壁における軸方向の一方側の端部を第1端部、他方側の端部を第2端部と定義したときに、
前記第1、第2端部の少なくとも一方に対応する位置に、燃焼室で発生する熱を回収するための熱回収部を備え、
前記シリンダボア壁は、軸方向の熱伝導率が径方向の熱伝導率よりも大きい熱伝導異方性を有する外周部と、この外周部の内側に隣接して前記燃焼室に臨み、径方向の熱伝導率が前記外周部の径方向の熱伝導率よりも大きい内周部とを含み、
前記外周部は、熱伝導性を有する繊維からなる円筒体であって前記繊維が当該円筒体の軸方向と平行となるように方向性が持たされた円筒体に金属が含浸されたものであり、
前記内周部は、前記金属が含浸された前記円筒体の内周面に前記金属のみの層が一体に形成されたものである、ことを特徴とするエンジン。 An engine comprising a cylinder block having a cylindrical cylinder bore wall,
When defining one end in the axial direction of the cylinder bore wall as a first end and the other end as a second end,
A heat recovery portion for recovering heat generated in the combustion chamber at a position corresponding to at least one of the first and second end portions;
The cylinder bore wall faces the combustion chamber adjacent to the inner periphery of the outer peripheral portion having thermal conductivity anisotropy having an axial thermal conductivity larger than the radial thermal conductivity, and in the radial direction. the inner peripheral portion is larger than the thermal conductivity of the thermal conductivity in the radial direction of the outer peripheral portion seen including,
The outer peripheral portion is a cylindrical body made of a fiber having thermal conductivity, and a cylindrical body having a directivity so that the fiber is parallel to the axial direction of the cylindrical body is impregnated with metal. ,
The engine is characterized in that the inner peripheral portion is formed by integrally forming a layer made of only the metal on an inner peripheral surface of the cylindrical body impregnated with the metal .
前記シリンダブロックは、前記シリンダボア壁の第1端部の位置から延びる第1外壁部を含み、
前記熱回収部は、前記第1端部よりも前記第2端部側の位置に備えられ、
前記第1外壁部は、非金属材料で形成されている、ことを特徴とするエンジン。 The engine according to claim 1,
The cylinder block includes a first outer wall extending from a position of a first end of the cylinder bore wall;
The heat recovery part is provided at a position closer to the second end than the first end,
The engine, wherein the first outer wall portion is made of a non-metallic material.
前記シリンダブロックは、前記熱回収部の反燃焼室側に位置する第2外壁部を含み、
前記第2外壁部は、非金属材料で形成されている、ことを特徴とするエンジン。 The engine according to claim 1 or 2,
The cylinder block includes a second outer wall portion located on the anti-combustion chamber side of the heat recovery portion,
The engine, wherein the second outer wall portion is made of a non-metallic material.
前記内周部は、前記外周部よりも径方向の厚みが薄い、ことを特徴とするエンジン。 The engine according to any one of claims 1 to 3,
The engine characterized in that the inner peripheral portion has a smaller radial thickness than the outer peripheral portion.
前記外周部のうち、前記熱回収部の近接部分では、前記複数の繊維は、それらの長手方向が前記熱回収部を向いて配置されている、ことを特徴とするエンジン。 The engine according to claim 4 ,
Among the outer peripheral portions, in the vicinity of the heat recovery portion, the plurality of fibers are arranged with their longitudinal directions facing the heat recovery portion.
前記熱回収部は、前記シリンダボア壁の外周に形成された冷却水通路である、ことを特徴とするエンジン。 The engine according to any one of claims 1 to 5 ,
The engine according to claim 1, wherein the heat recovery part is a cooling water passage formed on an outer periphery of the cylinder bore wall.
前記シリンダブロックは、前記シリンダボア壁の外周に設けられる非金属材料かなる外壁部を含み、The cylinder block includes an outer wall portion made of a nonmetallic material provided on an outer periphery of the cylinder bore wall,
前記外壁部は、前記外周部の外側に、前記繊維に前記非金属材料が一部含浸する状態で前記円筒体と一体に形成されている、ことを特徴とするエンジン。The engine is characterized in that the outer wall portion is integrally formed with the cylindrical body outside the outer peripheral portion in a state where the non-metallic material is partially impregnated into the fiber.
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