WO2015159696A1 - シリンダブロック - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a cylinder block, and more particularly to a cylinder block in which low carbon steel is coated by plasma spraying on the inner periphery of a cylinder side wall forming a cylinder bore.
- Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-240680 discloses a cylinder block manufactured by casting.
- a cylinder side wall forming a cylinder bore, a cylindrical bottomed water jacket along the outer periphery of the cylinder side wall, an outer wall outside the water jacket, a part of the water jacket bottom from the outer wall toward the cylinder side wall A rib penetrating through.
- the molten aluminum alloy filling the space of the outer wall portion flows into the space forming the cylinder side wall portion through the space forming the rib during casting.
- an object of the present invention is to provide a cylinder block that can achieve both a good flow of molten aluminum alloy and a good flow of cooling water.
- a cylinder block according to an aspect of the present invention is a cylinder block manufactured by casting, and includes a cylindrical cylinder side wall portion having a low carbon steel coating layer on an inner periphery forming a cylinder bore, and the cylinder side wall portion.
- a rib that penetrates a part of the bottom of the water jacket from the outer wall portion toward the cylinder side wall portion is provided, and the width of the rib is equal to or greater than the thickness of the cylinder side wall portion.
- FIG. 1 is a plan view of a cylinder block according to the present embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA including the cylinder bore central axis in the lower bank in FIG.
- FIG. 3 is a perspective view of a comparative water jacket mold for forming a water jacket.
- FIG. 4A is a front view of a water jacket simulating the flow of cooling water around the ribs.
- FIG. 4B is a front view of a water jacket simulating the flow of cooling water around the ribs.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the rear side portion of the mold according to this embodiment used for casting the cylinder block.
- FIG. 6 is a perspective view of a water jacket mold according to the present embodiment for molding a water jacket.
- FIG. 7A is a modified view of the cylinder bore at the rearmost side.
- FIG. 7B is a modified view of the cylinder bore at the rearmost side.
- FIG. 7C is a modified view of the cylinder bore at the rearmost side.
- FIG. 7D is a modified view of the cylinder bore at the rearmost side.
- FIG. 8A is a modification of the rib of this embodiment.
- FIG. 8B is a modification of the rib of this embodiment.
- FIG. 8C is a modification of the rib of this embodiment.
- FIG. 8D is a modification of the rib of the present embodiment.
- FIG. 1 is a plan view of a cylinder block 1 of the present embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA including the central axis of the cylinder bore 3 in the bank 2B on the lower side in FIG.
- the cylinder block 1 is used for a V-type 6-cylinder engine having two banks 2A and 2B. 1 and 2, the right side is the front side, and the left side is the rear side.
- the cylinder block 1 made of aluminum alloy is cast using a casting mold (not shown).
- a V-type engine will be described as an example, but an in-line engine may be used.
- each bank 2A, 2B is the same.
- the inner peripheries of the cylinder side walls 7A, 7B, 7C forming the cylinder bores 3A, 3B, 3C of the banks 2A, 2B are coated with low carbon steel by plasma spraying.
- the cast iron liner is not cast. This is in order to avoid this because the heat conductivity is not good when a cast iron liner is cast. That is, in the present embodiment, the cast iron liner is omitted by providing a low carbon steel coating layer on the inner periphery forming each cylinder bore 3A, 3B, 3C.
- the temperature of the cylinder upper part is reduced by making the whole cylinder block 1 into an aluminum alloy.
- a problem that arises when the cast iron liner is removed is a void generated on the inner periphery of the cylinder side wall portions 7A, 7B, 7C forming the cylinder bores 3A, 3B, 3C. If there is a void, the combustion gas leaks or a scratch is formed by sliding with the piston. Therefore, in order not to generate a void on the inner periphery of the cylinder side wall portions 7A, 7B, 7C, the aluminum alloy must be cast so that the flow of the hot water of the aluminum alloy is smooth and the surface of the casting surface is smooth (smooth). .
- Three cylindrical cylinder side wall portions 7A, 7B, 7C having a predetermined thickness are arranged in series in each bank 2A, 2B, and the cylinder side wall portions 7A, 7B, 7C adjacent to each other are two continuous portions 11A, 11B.
- the periphery of the three cylinder side wall portions 7A, 7B, 7C including the continuous portions 11A, 11B is surrounded.
- the bottomed water jacket 9 is formed.
- three cylinder side wall portions 7A, 7B including two continuous portions 11A, 11B are provided between the three cylinder side wall portions 7A, 7B, 7C including the two continuous portions 11A, 11B and the outer wall portion 13 outside thereof.
- 7C is provided with a bottomed water jacket 9 along the circumferential direction.
- the shape of the rib will be described in the order of the comparative example and the present embodiment.
- the “comparative example” is an example for comparison with the present embodiment, and the rib shape is different from the present embodiment.
- the rib of the comparative example is referred to as “rib 15”
- the rib of the present embodiment is referred to as “rib 16”.
- FIG. 3 shows a water jacket mold 17 of a comparative example for molding the water jacket 9.
- the water jacket mold 17 is provided with a notch 17a corresponding to the rib 15 penetrating a part of the bottom of the water jacket 9 at the tip (lower end in FIG. 3). That is, with respect to the bottom surface 9a of the water jacket 9 corresponding to the front end surface 17b of the water jacket mold 17, only the portion corresponding to the notch 17a is provided with a rib 15 protruding upward in FIG. In the water jacket 9, the depth of the portion corresponding to the rib 15 is shallower than the other portions. At the time of casting, the water jacket mold 17 shown in FIG. 3 is also used upside down.
- the flow direction of the molten metal in a casting mold is from the front side (right side in FIG. 1) to the rear side (left side in FIG. 1) of the cylinder block 1.
- the rib 15 is provided on the downstream side in the molten metal flow direction during casting. That is, a melt supply port for supplying a melt is provided at the front end of the cylinder block 1, and a discharge port for gas generated in the cavity is provided at the rear end of the cylinder block 1.
- FIG. 4A is a front view of the water jacket 9 simulating the flow of cooling water around the ribs 16 formed by the water jacket mold 18 of the present embodiment.
- FIG. 4B is a front view of the water jacket 9 that simulates the flow of cooling water around the rib 15 formed by the water jacket mold 17 of the comparative example.
- the flow direction of the cooling water in the water jacket 9 clarified by the simulation is indicated by an arrow.
- the cross section of the rib 15 parallel to the cylinder bore axis has a long bar shape in the vertical direction. That is, the width (length in the left-right direction in FIG. 4B) W1 of the rib 15 having a rod-like cross section is relatively narrow, and the height (length in the vertical direction in FIG. 4B) H1 of the rib 15 is relatively high. It has become. For this reason, such a rib 15 exists where the cooling water flows in the water jacket 9 in the horizontal direction from left to right.
- the flow of the cooling water flowing along the bottom surface 9a of the water jacket collides with the rib 15 and is largely changed, and the flow of the cooling water before and after the rib 15 is disturbed. That is, according to the rib 15 formed by the water jacket mold 17 of the comparative example, the flow of the cooling water before and after the rib 15 in the water jacket 9 is disturbed, so that the flow resistance is large. It has become.
- the cooling water flows through the water jacket 9 without stagnation heat is efficiently removed from the object to be cooled, and the cooling effect is increased. Therefore, if the flow resistance is large like the rib 15 formed by the water jacket mold 17 of the comparative example, the cooling effect is reduced.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the rear side portion of the mold according to this embodiment used for casting the cylinder block 1.
- FIG. 6 shows a water jacket mold 18 of the present embodiment for molding the water jacket 9.
- the water jacket mold 18 of the present embodiment is basically the same as the water jacket mold 17 of the comparative example, and the only difference is the shape of the notch 18 a corresponding to the rib 16.
- the water jacket mold 18 of the present embodiment includes a notch 18 a corresponding to the rib 16 penetrating a part of the bottom of the water jacket 9 at the tip (lower end in FIG. 6). . That is, only the portion corresponding to the notch 18a is provided with the rib 16 protruding upward in FIG. 2 with respect to the bottom surface 9a of the water jacket 9 corresponding to the tip surface 18b of the water jacket mold 18.
- the depth of the portion corresponding to the rib 16 is shallower than the other portions. Since the water jacket mold 18 shown in FIG. 6 is used upside down as shown in FIG. 5 during casting, the notch 18a is visible.
- the molten metal that fills the outer wall 13 on the rearmost side passes through the space of the notch 18 a corresponding to the rib 16, and the cylinder on the cylinder side wall 7 ⁇ / b> C on the rearmost side. Flow into the space.
- the outer wall portion on the most rear side is abbreviated as “the rearmost outer wall portion”.
- the cylinder side wall portion on the most rear side is abbreviated as “the rearmost cylinder side wall portion”.
- the rib 16 is at least as wide as the wall thickness of the rearmost cylinder side wall 7C, the molten metal flows through the space of the rib 16 at the same speed as that of the space of the rearmost cylinder side wall 7C. Conceivable.
- the width of the rib 16 at least equal to the thickness of the rearmost cylinder side wall portion 7C, the molten metal is not squeezed in the space of the rib 16, so that the rearmost side outer wall portion 13 and the rearmost cylinder The molten aluminum alloy can be poured into the space of the side wall portion 7C without delay.
- the width of the rib 16 is made larger than the thickness of the rearmost cylinder side wall portion 7C. Therefore, as shown in FIG. 4A, in the rib 16 formed by the water jacket mold 18 of the present embodiment, the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis has a wide shape. That is, the width (W2) of the rib 16 having a wide cross section is wider than the width W1 of the rib 15 in the comparative example shown in FIG.
- the width of the rib 16 is at least equal to the thickness of the rearmost cylinder side wall 7C, the width of the rib 16 is the maximum if the flow of cooling water around the rib 16 can be improved at the same time. It may be at least equivalent to the thickness of the rear cylinder side wall 7C. Actually, it is preferable to make the width of the rib 16 larger than the thickness of the rearmost cylinder side wall 7C.
- the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis is widened, and the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis is substantially trapezoidal or trapezoidal.
- the reason why the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis is substantially trapezoidal is to prevent the cooling water flowing along the bottom surface 9a of the water jacket from colliding with the rib 16 and being bent at a steep angle. Because. That is, as shown in FIG. 4A, a flat portion 16a is provided above the rib 16, and the upper flat portion 16a and the bottom surface 9a of the water jacket 9 are connected (connected) with a smooth curve extending downward.
- the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis is substantially trapezoidal.
- the upper flat portion 16a and the bottom surface 9a of the water jacket 9 may be connected by a straight line extending downward, and the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis may be trapezoidal.
- the flow of cooling water before and after the rib 16 in the water jacket 9 is not disturbed and flows smoothly. Yes. Since the flow direction of the cooling water in the water jacket 9 is not greatly changed by the rib 16, the cooling effect is relatively increased because the resistance of the cooling water flow is smaller than in the comparative example shown in FIG. 4B. .
- the cooling water flows in a concentrated manner above the water jacket 9. For this reason, during the actual operation of the engine, the upper part of the cylinder bore 3C where the combustion heat is generated can be efficiently cooled.
- the width of the rib 16 may be the width W2 of the flat portion 16a above the rib 16.
- the width W2 of the flat portion 16a above the rib 16 corresponds to the length of the upper base, and the base width W3 of the rib 15 is lower. Corresponds to the bottom length.
- the flow of the cooling water in the water jacket 9 is smoother when the height of the rib 16 is relatively lower than the width of the rib 16. It turns out that it becomes.
- the height of the rib 16 is relatively high with respect to the width of the rib 16. Therefore, it is necessary to form the rib 16 so that a good flow of cooling water and a good flow of molten metal are compatible. From this viewpoint, the condition that the height H2 of the rib 16 is smaller than the distance L between the mounting holes 21 of the two head bolts 19 adjacent in the crankshaft direction is determined.
- each bank 2A, 2B has a total of eight head bolt mounting holes 21 formed in the outer wall portion 13 at equal intervals in the crankshaft direction (left-right direction in FIG. 1). Yes.
- FIG. 4A the attachment positions of two head bolts 19 adjacent in the crankshaft direction are shown by being overlapped by broken lines.
- the distance L between the mounting holes 21 of the two head bolts 19 adjacent in the crankshaft direction is from one end to the other end of the two head bolt mounting holes 21 adjacent in the crankshaft direction as shown in the lower part of FIG. 4A. Is the distance between.
- the distance L between the mounting holes 21 of the two head bolts 19 adjacent to each other in the crankshaft direction is the maximum that can be defined as the width of the rib 16.
- the cylinder block 1 manufactured by casting, Comprising: Cylindrical cylinder side wall part 7A, 7B, 7C, The cylindrical bottomed water jacket 9, The outer side of the water jacket 9 And an outer wall portion 13.
- the cylinder side wall portions 7A, 7B, 7C have a coating layer of low carbon steel on the inner periphery forming the cylinder bores 3A, 3B, 3C.
- the cylindrical bottomed water jacket 9 extends along the outer periphery of the cylinder side wall portions 7A, 7B, and 7C.
- a rib 16 is provided that penetrates a part of the bottom of the water jacket from the outer wall 13 toward the rearmost cylinder side wall 7C (cylinder side wall), and the width of the rib 16 is the rearmost cylinder side wall. It is 7C or more thick.
- the height of the rib 16 is smaller than the distance L between the two head bolt mounting holes 21 adjacent in the crankshaft direction. Also by doing in this way, since the width of the rib 16 is wider than in the comparative example, it is possible to achieve both a good flow of molten metal and a good flow of cooling water.
- the cooling water in the water jacket 9 flows using the flat portion 16a as a guide. That is, the flow of the cooling water in the water jacket 9 is rectified, and thereby a good flow of the cooling water can be obtained.
- the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis connects the upper flat portion 16a and the bottom surface 9a of the water jacket 9 with a smooth curve extending downward. That is, the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis has a substantially trapezoidal shape having an upper base and a lower base. Thereby, since the flow of the cooling water in the water jacket 9 flowing through the bottom surface 9a of the water jacket 9 is guided and flows by the substantially trapezoidal rib 16, a good flow of the cooling water can be obtained.
- the width of the rib 16 is the length of the upper base.
- the length of the shortest upper base is defined as the width of the rib, whereby the rib 16 is wider than in the comparative example. It becomes. From this, a good flow of cooling water can be obtained.
- the length (W3) of the lower base is longer than the height H2 of the rib 16.
- FIGS. 7C and 7D are modified views of the cylinder bore 3C located on the most rear side by the rib 16 in the present embodiment.
- the two views shown in FIGS. 7C and 7D are modified views of the cylinder bore 3C on the most rear side by the rib 15 in the comparative example.
- the cylinder bore at the rearmost side is abbreviated as “the rearmost cylinder bore”.
- the deformation of the rearmost cylinder bore 3C in a horizontal section near the height H2 of the rib 16 is shown. Further, in the case of the comparative example, the deformation of the rearmost cylinder bore 3C in a horizontal section near the height H1 of the rib 15 is shown. Since the rearmost cylinder bore is formed by the rearmost cylinder side wall 7C, in other words, the “rearmost cylinder bore” is the inner periphery of the rearmost cylinder side wall 7C. The deformation of the rearmost cylinder bore 3C in a horizontal cross section near the height of each rib 15, 16 shows the deformation of the rearmost cylinder side wall 7C forming the rearmost cylinder bore 3C at this portion.
- the closed curved shape is formed by taking the amount of deviation [ ⁇ m] from each true circle.
- the rearmost cylinder bore 3C is closer to a perfect circle.
- it represents that the rearmost cylinder bore 3C is also distorted from the perfect circle as the figure obtained by connecting is distorted from the perfect circle.
- the rearmost cylinder bore 3C deviates from a perfect circle, and is a distorted circle extending downward.
- the rearmost side outer wall portion 13 and the rearmost side cylinder side wall portion 7C are connected in a row in the vertical direction via the rib 15, and when the rearmost side outer wall portion 13 is deformed downward due to thermal expansion, the rib 15 is Thus, the rearmost cylinder side wall 7C is pulled downward. This is referred to as “joint (dependent movement)”, but due to this dependent movement, deformation of the rearmost cylinder bore 3C from a perfect circle occurs.
- the rearmost cylinder bore 3C is not so far from the perfect circle. This is due to the following reason. That is, when the rearmost outer wall 13 is deformed downward by thermal expansion, the rearmost cylinder side wall 7C is pulled through the rib 16 along with the deformation of the outermost outer wall 13 in the comparative example. Is the same. However, in the present embodiment, the cross-sectional area of the rib 16 is larger than the cross-sectional area of the rib 15 in the comparative example, so that the force accompanying the deformation of the rearmost outer wall portion 13 is dispersed.
- the deformation of the rearmost cylinder bore 3C from the perfect circle is alleviated as compared with the comparative example.
- the cylinder bore 3C maintains a state close to a perfect circle.
- the rearmost cylinder bore 3C is kept in a perfect circle, so that friction with the piston sliding on the rearmost cylinder bore 3C is reduced and fuel efficiency is improved.
- the shape of the rib 16 is shown in FIG. 4A, but is not limited thereto.
- a modification of the rib 16 of the present embodiment is shown in FIGS. 8A to 8D.
- the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis may be rectangular.
- FIG. 8B there is no flat portion above the rib 16, and the upper portion may be formed by a curved surface.
- the cross section of the rib 16 parallel to the cylinder bore axis may be an isosceles trapezoid or an unequal leg trap. These all form wider ribs 16 than in the comparative example.
- the rib 16 is provided between the rearmost outer wall 13 and the rearmost cylinder side wall 7C in the two banks of the V-type engine, but is not limited to this position.
- ribs 16 may be provided between the other cylinder side wall portions 7A and 7B and the outer wall portion 13 on the outer periphery thereof.
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Abstract
鋳造により製造されるシリンダブロックであって、シリンダボアを形成する内周に低炭素鋼のコーティング層を有する円筒状のシリンダ側壁部と、シリンダ側壁部の外周に沿う円筒状の有底のウォータジャケットと、ウォータジャケットの外側の外壁部と、外壁部からシリンダ側壁部に向けてウォータジャケット底部の一部を貫通するリブと、を備え、リブの幅はシリンダ側壁部の肉厚以上である。
Description
本発明は、シリンダブロックに関し、特にシリンダボアを形成するシリンダ側壁部の内周に低炭素鋼をプラズマ溶射でコーティングしてあるシリンダブロックに関する。
特開2010-240680号公報には、鋳造により製造されるシリンダブロックが開示されている。このものでは、シリンダボアを形成するシリンダ側壁部、シリンダ側壁部の外周に沿う円筒状の有底ウォータジャケット、ウォータジャケットの外側の外壁部、外壁部からシリンダ側壁部に向けてウォータジャケット底部の一部を貫通するリブを備える。このシリンダブロックは、鋳造時に、外壁部の空間を満たしたアルミニウム合金の溶湯が、リブを形成する空間を介してシリンダ側壁部を形成する空間へと流れ込むこととなる。
ところで、特開2010-240680号公報の技術には改良の余地があることがわかった。すなわち、特開2010-240680号公報の技術では、リブ高さを相対的に高くし、かつ、リブ幅を相対的に小さくすることでアルミニウム合金の溶湯の流れは良くなったのであるが、このリブによって冷却水の円周方向の流れが遮られることから、冷却水の流れが悪くなっている。
そこで本発明は、アルミニウム合金の溶湯の良好な流れと冷却水の良好な流れとを両立し得るシリンダブロックを提供することを目的としている。
本発明のある態様に係るシリンダブロックは、鋳造により製造されるシリンダブロックであって、シリンダボアを形成する内周に低炭素鋼のコーティング層を有する円筒状のシリンダ側壁部と、前記シリンダ側壁部の外周に沿う円筒状の有底のウォータジャケットと、前記ウォータジャケットの外側の外壁部とを備える。さらに、本発明のシリンダブロックでは、前記外壁部から前記シリンダ側壁部に向けて前記ウォータジャケット底部の一部を貫通するリブを備え、前記リブの幅は前記シリンダ側壁部の肉厚以上である。
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
(本実施形態)
図1は、本実施形態のシリンダブロック1の平面図である。図2は、図1中で下方にあるバンク2Bにおけるシリンダボア3の中心軸線を含むA-A線断面図である。シリンダブロック1は2つのバンク2A,2Bを有するV型6気筒エンジンに用いられるものである。図1及び図2において、右側がフロント側であり、左側がリア側である。アルミニウム合金製のシリンダブロック1は、図示しない鋳造型を用いて鋳造成形される。本実施形態では、V型エンジンを例に説明するが、直列エンジンであってよい。
図1は、本実施形態のシリンダブロック1の平面図である。図2は、図1中で下方にあるバンク2Bにおけるシリンダボア3の中心軸線を含むA-A線断面図である。シリンダブロック1は2つのバンク2A,2Bを有するV型6気筒エンジンに用いられるものである。図1及び図2において、右側がフロント側であり、左側がリア側である。アルミニウム合金製のシリンダブロック1は、図示しない鋳造型を用いて鋳造成形される。本実施形態では、V型エンジンを例に説明するが、直列エンジンであってよい。
各バンク2A,2Bの構成は同様である。バンク2A,2Bの各シリンダボア3A,3B,3Cを形成するシリンダ側壁部7A,7B,7Cの内周は低炭素鋼をプラズマ溶射でコーティングされている。鋳鉄製のライナーは、鋳込まれていない。これは、鋳鉄製のライナーを鋳込んでいると熱伝導性がよくないので、これを避けるためである。つまり、本実施形態では、各シリンダボア3A,3B,3Cを形成する内周に低炭素鋼のコーティング層を有させることによって鋳鉄製のライナーを省いている。また、シリンダブロック1の全体をアルミニウム合金とすることによって、シリンダ上部の温度を低下させている。ただし、鋳鉄製のライナーを削除した際に問題となるのは、各シリンダボア3A,3B,3Cを形成するシリンダ側壁部7A,7B,7Cの内周に生じる鬆である。鬆があると燃焼ガスが漏れたり、ピストンとの摺動によりひっかき傷が形成されたりする。従って、シリンダ側壁部7A,7B,7Cの内周に鬆を生じさせないためには、アルミニウム合金の湯の流れをよくし、鋳肌表面がつるつる(なめらか)になるように鋳造しなくてはならない。
各バンク2A,2Bに所定の厚さを有する円筒状のシリンダ側壁部7A,7B,7Cが3つ直列に配置され、互いに隣接するシリンダ側壁部7A,7B,7C同士が2つの連続部11A,11Bで結合されている。この2つの連続部11,11Bを含む3つのシリンダ側壁部7A,7B,7Cの外周側には、これら連続部11A,11Bを含む3つのシリンダ側壁部7A,7B,7Cの周囲を囲むように、有底のウォータジャケット9を形成している。すなわち、2つの連続部11A,11Bを含む3つのシリンダ側壁部7A,7B,7Cとその外側の外壁部13との間に、2つの連続部11A,11Bを含む3つのシリンダ側壁部7A,7B,7Cの円周方向に沿って有底のウォータジャケット9を備えている。
シリンダブロック1の鋳造時には、図1及び図2に示したシリンダブロック1の上下を逆にした形で鋳造される。外壁部13から2つの連続部11A,11Bを含む3つのシリンダ側壁部7A,7B,7Cへとアルミニウム合金の溶湯を流し込むため、リブが設けられている。このリブは、最もリア側にある外壁部13からこれに対向する最もリア側にあるシリンダ側壁部7Cに向けてウォータジャケット9の底部の一部を貫通するものである。
以下、比較例、本実施形態の順にリブの形状を説明する。ここで、「比較例」は、本実施形態と比較するための例のことで、本実施形態とはリブの形状が相違している。両者のリブを区別するため、比較例のリブを「リブ15」、本実施形態のリブを「リブ16」とする。
図3は、ウォータジャケット9を成形するための比較例のウォータジャケット成形型17である。このウォータジャケット成形型17は、ウォータジャケット9の底部の一部を貫通するリブ15に対応する切欠部17aを先端(図3で下端)に備えている。すなわち、ウォータジャケット成形型17の先端面17bに対応するウォータジャケット9の底面9aに対し、切欠部17aに対応する部位のみが図2中で上方に突出するリブ15を備えている。ウォータジャケット9は、リブ15に対応する部位の深さが他の部位に対して浅くなっている。鋳造時において、図3に示すウォータジャケット成形型17も上下を逆にして用いられる。
図示しない鋳造型における溶湯の流れ方向は、シリンダブロック1のフロント側(図1における右側)からリア側(図1における左側)に向かうものとしている。リブ15は、鋳造時での溶湯の流れ方向の下流側に設けていることになる。すなわち、シリンダブロック1のフロント側の端部に溶湯を供給する溶湯供給口を備え、キャビティ内で発生したガスの放出口をシリンダブロック1のリア側の端部に設けている。
図4Aは、本実施形態のウォータジャケット成形型18で形成したリブ16の周りの冷却水の流れをシミュレーションしたウォータジャケット9の正面図である。図4Bは比較例のウォータジャケット成形型17で形成したリブ15の周りの冷却水の流れをシミュレーションしたウォータジャケット9の正面図である。シミュレーションにより明らかになったウォータジャケット9内の冷却水の流れ方向が矢印で示されている。
図4Bに示されたように、比較例のウォータジャケット成形型17で形成したリブ15において、リブ15のシリンダボア軸に平行な断面が上下方向に長い棒状となっている。すなわち、断面が棒状のリブ15の幅(図4Bで左右方向の長さ)W1は相対的に狭く、リブ15の高さ(図4Bで上下方向の長さ)H1は相対的に高いものとなっている。このため、冷却水がウォータジャケット9内を左から右に向けて水平方向に流れるところに、このようなリブ15が存在することとなる。このとき、特にウォータジャケットの底面9aに沿って流れてきた冷却水の流れがリブ15に衝突して大きく変更され、かつリブ15の前後の冷却水の流れに乱れが生じる。つまり、比較例のウォータジャケット成形型17で形成したリブ15によれば、ウォータジャケット9内のリブ15の前後の冷却水の流れに乱れが生じているのであるから、流れの抵抗が大きいものとなっている。ウォータジャケット9内を冷却水がよどみなく流れる場合に冷却する対象から熱が効率よく奪い去られて冷却効果が大きくなる。よって、比較例のウォータジャケット成形型17で形成したリブ15のように流れの抵抗が大きいと冷却効果が小さくなってしまう。
そこで、本実施形態では、リブ16の幅がシリンダ側壁部7の肉厚以上となるようにする。これについて図5、図6を参照して説明する。図5は、シリンダブロック1の鋳造に用いる本実施形態の成形型のうちリア側部分の概略断面図である。図6は、ウォータジャケット9を成形するための本実施形態のウォータジャケット成形型18である。
本実施形態のウォータジャケット成形型18は、比較例のウォータジャケット成形型17と基本的に同様であり、相違する部分はリブ16に対応する切欠部18aの形状のみである。図6に示されるように、本実施形態のウォータジャケット成形型18は、ウォータジャケット9の底部の一部を貫通するリブ16に対応する切欠部18aを先端(図6で下端)に備えている。すなわち、ウォータジャケット成形型18の先端面18bに対応するウォータジャケット9の底面9aに対し、切欠部18aに対応する部位のみが図2中で上方に突出するリブ16を備えている。ウォータジャケット9では、該リブ16に対応する部位の深さが他の部位に対して浅くなっている。図6に示すウォータジャケット成形型18は、鋳造時に図5に示したように上下を逆にして用いられるため、切欠部18aが見えている。
図5において、シリンダブロック1の鋳造時には、最もリア側にある外壁部13を満たした溶湯が、リブ16に対応する切欠部18aの空間を経由して最もリア側にあるシリンダ側壁部7Cの円筒状空間に流れ込む。以下、最もリア側にある外壁部を略して「最リア側外壁部」という。また、最もリア側にあるシリンダ側壁部を略して「最リア側シリンダ側壁部」という。この場合に、リブ16の幅(=リブ16に対応する切欠部18aの幅)が狭いと、最リア側外壁部13の空間から最リア側シリンダ側壁部7Cの空間へと向かうアルミニウム合金の溶湯の流れをリブ16の空間が絞ることになってしまい、溶湯の流れが悪くなる。一方、最リア側シリンダ側壁部7Cの肉厚と少なくとも同じ程度のリブ16の幅があれば、最リア側シリンダ側壁部7Cの空間を流れるのと同じ速度でリブ16の空間を溶湯が流れると考えられる。そこで、リブ16の幅を最リア側シリンダ側壁部7Cの肉厚と少なくとも同等とすることで、リブ16の空間で溶湯が絞られることがないので、最リア側外壁部13から最リア側シリンダ側壁部7Cの空間へと遅れなくアルミニウム合金の溶湯を流し込ませることができる。
このようにすることで、最リア側シリンダ側壁部7Cの空間へと向かう溶湯の良好な流れを確保できた。よって、次は、リブ16の周りの冷却水の流れを良くする。このために、本実施形態ではリブ16の幅を最リア側シリンダ側壁部7Cの肉厚より大きくする。このため、図4Aに示されるように、本実施形態のウォータジャケット成形型18で形成されたリブ16において、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面が幅広の形状となっている。すなわち、断面が幅広のリブ16の幅(W2)が、図4Bに示す比較例の場合のリブ15の幅W1より広くなり、かつ図4Bに示す比較例の場合のリブ15の高さH1よりもリブ16の高さH2が低くなる。なお、リブ16の幅を最リア側シリンダ側壁部7Cの肉厚と少なくとも同等としたとき、同時にリブ16の周りの冷却水の流れを良くすることができていれば、リブ16の幅は最リア側シリンダ側壁部7Cの肉厚と少なくとも同等であってよい。実際にはリブ16の幅を最リア側シリンダ側壁部7Cの肉厚より大きくすることが好ましい。
このように、本実施形態では、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面を幅広状とした上で、さらにリブ16のシリンダボア軸に平行な断面を略台形状または台形状とする。リブ16のシリンダボア軸に平行な断面を略台形状とするのは、ウォータジャケットの底面9aに沿って流れてきた冷却水がリブ16に衝突して急な角度で曲げられることがないようにするためである。すなわち、図4Aに示したようにリブ16の上方に平らな部分16aを設け、この上方の平らな部分16aと、ウォータジャケット9の底面9aとを下方に向けて広がるなめらかな曲線で連絡(接続)する。これによって、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面を略台形状とする。この場合、上方の平らな部分16aと、ウォータジャケット9の底面9aとを下方に向けて広がる直線で連絡させて、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面を台形状としてもよい。
このようにリブ16のシリンダボア軸に平行な断面を略台形状とすることで、本実施形態ではウォータジャケット9内のリブ16の前後の冷却水の流れに乱れが生じておらず滑らかに流れている。ウォータジャケット9内の冷却水の流れの方向がリブ16によって大きく変更されないのであるから、冷却水の流れの抵抗が図4Bに示す比較例の場合より小さくなる分、冷却効果が相対的に大きくなる。かつ、図4Aに示したように本実施形態ではウォータジャケット9の上方を集中して冷却水が流れることとなっている。このため、エンジンの実動時、燃焼熱が発生するシリンダボア3Cの上部を効率よく冷却できることとなる。
図4Aに示したリブ16の断面形状の場合、リブ16の幅としてはリブ16の上方の平らな部分16aの幅W2を用いればよい。なお、図4Aに示したリブ16の断面形状を台形で近似したとき、リブ16の上方の平らな部分16aの幅W2は上底の長さに相当し、リブ15の根元の幅W3は下底の長さに相当する。
次に、図4Aに示したウォータジャケット9内の冷却水の流れより類推すると、リブ16の幅に対してリブ16の高さが相対的に低いほうがウォータジャケット9内の冷却水の流れが滑らかとなることがわかる。一方、鋳造時の溶湯の流れを良くするにはリブ16の幅に対してリブ16の高さが相対的に高い方がよい。よって、冷却水の良好な流れと溶湯の良好な流れとが両立するように、リブ16を形成する必要がある。この観点からみれば、リブ16の高さH2は、クランク軸方向に隣接する2つのヘッドボルト19の取り付け穴21間距離Lより小さいこと、という条件が定まる。図1にも示したように、各バンク2A,2Bには、クランク軸方向(図1で左右方向)に等間隔で、合計8つのヘッドボルトの取り付け穴21を外壁部13に穿設している。図4Aにはクランク軸方向に隣接する2つのヘッドボルト19の取り付け位置を破線で重ねて示している。上記クランク軸方向に隣接する2つのヘッドボルト19の取り付け穴21間距離Lとは、図4Aの下方に示したようにクランク軸方向に隣接する2つのヘッドボルト取り付け穴21の一端から他端までの間の距離のことである。
ここで、クランク軸方向に隣接する2つのヘッドボルト19の取り付け穴21間距離Lは、リブ16の幅として規定し得る最大のものである。最大のリブ幅Lよりリブ16の高さH2を小さくすることによって幅広のリブ16を形成するのである。
このように本実施形態では、鋳造により製造されるシリンダブロック1であって、円筒状のシリンダ側壁部7A,7B,7Cと、円筒状の有底のウォータジャケット9と、ウォータジャケット9の外側の外壁部13とを備えている。ここで、シリンダ側壁部7A,7B,7Cにはシリンダボア3A,3B,3Cを形成する内周に低炭素鋼のコーティング層を有する。円筒状の有底のウォータジャケット9はシリンダ側壁部7A,7B,7Cの外周に沿うものである。さらに本実施形態では、外壁部13から最リア側シリンダ側壁部7C(シリンダ側壁部)に向けてウォータジャケット底部の一部を貫通するリブ16を備え、リブ16の幅は最リア側シリンダ側壁部7Cの肉厚以上である。このようにすることによって、本実施形態によれば、リブ16の幅が比較例の場合より広がることから溶湯の良好な流れと冷却水の良好な流れとを両立することができる。
本実施形態では、リブ16の高さはクランク軸方向に隣接する2つのヘッドボルト取り付け穴21間距離Lよりも小さい。このようにすることによっても、リブ16の幅が比較例の場合より広がることから溶湯の良好な流れと冷却水の良好な流れとを両立することができる。
本実施形態によれば、リブ16は上方に平らな部分16aを有するので、平らな部分16aをガイドとしてウォータジャケット9内の冷却水が流れる。つまり、ウォータジャケット9内の冷却水の流れが整流されるのであり、これによって良好な冷却水の流れを得ることができる。
本実施形態によれば、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面が、上方の平らな部分16aとウォータジャケット9の底面9aとを下方に向けて広がるなめらかな曲線で連絡する。つまり、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面が上底と下底を有する略台形状である。これによって、ウォータジャケット9の底面9aを流れてくるウォータジャケット9内の冷却水の流れが略台形状のリブ16にガイドされて流れることから冷却水の良好な流れを得ることができる。
本実施形態によれば、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面が上底と下底を有する略台形状である場合に、リブ16の幅は上底の長さである。これは、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面が略台形状である場合に、最も短い上底の長さをリブの幅として規定するものであり、これによってリブ16が比較例の場合より幅広となる。これより冷却水の良好な流れを得ることができる。
本実施形態によれば、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面が上底と下底を有する略台形状である場合に、下底の長さ(W3)はリブ16の高さH2より長い。これは、下底の長さ(W3)をリブ16の幅として規定するものであり、このようにすることによっても、リブ16が比較例の場合より幅広となる。これにより冷却水の良好な流れを得ることができる。
次に、本実施形態のリブ16によって得られることになった固有の効果を説明する。図7A及び図7Bに示される図は、本実施形態の場合のリブ16による最もリア側にあるシリンダボア3Cの変形図である。図7C及び図7Dに示される2つの図は、比較例の場合のリブ15による最もリア側にあるシリンダボア3Cの変形図である。以下、最もリア側にあるシリンダボアを略して「最リア側シリンダボア」という。
本実施形態の場合にはリブ16の高さH2付近の水平断面での最リア側シリンダボア3Cの変形を示している。また、比較例の場合にはリブ15の高さH1付近の水平断面での最リア側シリンダボア3Cの変形を示している。最リア側シリンダボアは、最リア側シリンダ側壁部7Cによって形成されるので、「最リア側シリンダボア」は、言い換えると、最リア側シリンダ側壁部7Cの内周となる。各リブ15,16の高さ付近の水平断面での最リア側シリンダボア3Cの変形を示しているのは、この部位で最リア側シリンダボア3Cを形成している最リア側シリンダ側壁部7Cが、最リア側外壁部13からの引張の影響を最も受けやすいためである。左右に2つの図形を示しているのは、高さ付近の違い、つまり高さが多少違う2箇所での最リア側シリンダボア3Cの変形を見るためである。
図7Aから図7Dにおいて、閉じた曲線の図形は真円からの各方向へのズレ量[μm]を採って結んだものである。結んで得られる図形が真円であるほど最リア側シリンダボア3Cが真円に近いことを表す。また、逆に、結んで得られる図形が真円から歪むほど最リア側シリンダボア3Cも真円からひずむことを表す。
まず、図7C及び図7Dの比較例の場合には、最リア側シリンダボア3Cが真円からはずれ、下方に伸び出し歪んだ円となっている。最リア側外壁部13と最リア側シリンダ側壁部7Cとがリブ15を介して縦方向に一列につながっており、熱膨張に伴い最リア側外壁部13が下方に変形するとき、リブ15を介して最リア側シリンダ側壁部7Cが下方に引っ張られる。これを「共連れする(依存的移動)」というが、この依存的移動によって最リア側シリンダボア3Cの真円からの変形が生じる。この場合に、リブ15の断面積が狭いと、最リア側外壁部13の変形に伴う力が一方向に集中するため、最リア側シリンダボア3Cのうち下方部分が下方に向けて伸び出し、この影響を受けて左右は狭まるのである。このように、最リア側シリンダボア3Cが真円から外れたのでは、最リア側シリンダボア3Cを摺動するピストンとの摩擦(フリクション)が増大し、燃費が悪くなる。
一方、図7A及び図7Bの図に示した本実施形態の場合には、最リア側シリンダボア3Cが真円からそれほど外れていない。これは次の理由による。すなわち、最リア側外壁部13が熱膨張によって下方に変形するとき、この最リア側外壁部13の変形に伴い最リア側シリンダ側壁部7Cがリブ16を介して引っ張られる点は比較例の場合と同じである。しかしながら、本実施形態の場合には、リブ16の断面積が比較例の場合のリブ15の断面積より広がることで、最リア側外壁部13の変形に伴う力が分散される。つまり、方向の異なる複数の分散された力で最リア側シリンダ側壁部7Cが引っ張られるため、最リア側シリンダボア3Cの真円からの変形が比較例の場合より緩和されることとなり、最リア側シリンダボア3Cは真円に近い状態を保つのである。
このように、本実施形態の場合には、最リア側シリンダボア3Cが真円に保たれるので、最リア側シリンダボア3Cを摺動するピストンとの間のフリクションが低減し、燃費が向上する。
本実施形態では、リブ16の形状を図4Aに示したものとしたが、これに限られない。例えば本実施形態のリブ16の変形例を図8Aから図8Dに示す。図8Aに示したようにリブ16のシリンダボア軸に平行な断面は長方形状であってよい。また、図8Bに示したようにリブ16の上方に平らな部分がなく、上方も曲面で形成してもかまわない。図8C及び図8Dに示したように、リブ16のシリンダボア軸に平行な断面が等脚台形状であっても不等脚台形状であってもかまわない。これらはいずれも比較例の場合より幅広のリブ16を形成するものである。
本実施形態では、リブ16を、V型エンジンの2つのバンクにおける最リア側外壁部13と最リア側シリンダ側壁部7Cとの間に設けたが、この位置に限られるものでない。例えば、他のシリンダ側壁部7A,7Bとその外周の外壁部13との間にリブ16を設けてもかまわない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
本願は2014年4月14日に日本国特許庁に出願された特願2014-82522に基づく優先権を主張し、この出願のすべての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (7)
- 鋳造により製造されるシリンダブロックであって、
シリンダボアを形成する内周に低炭素鋼のコーティング層を有する円筒状のシリンダ側壁部と、
前記シリンダ側壁部の外周に沿う円筒状の有底のウォータジャケットと、
前記ウォータジャケットの外側の外壁部と、
前記外壁部から前記シリンダ側壁部に向けて前記ウォータジャケット底部の一部を貫通するリブと、
を備え、
前記リブの幅は前記シリンダ側壁部の肉厚以上である、シリンダブロック。 - 請求項1に記載のシリンダブロックであって、
前記リブの高さはクランク軸方向に隣接する2つのヘッドボルト取り付け穴間距離よりも小さいシリンダブロック。 - 請求項1または請求項2に記載のシリンダブロックであって、
前記リブは上方に平らな部分を有するシリンダブロック。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のシリンダブロックであって、
前記リブの前記シリンダボア軸に平行な断面が上底と下底を有する台形状であるシリンダブロック。 - 請求項3に記載のシリンダブロックであって、
前記リブの前記シリンダボア軸に平行な断面は、前記上方の平らな部分と前記ウォータジャケットの底面とを下方に向けて広がるなめらかな曲線で連絡するものであるシリンダブロック。 - 請求項4または請求項5に記載のシリンダブロックであって、
前記リブの幅は前記上底の長さであるシリンダブロック。 - 請求項4または請求項6に記載のシリンダブロックであって、
前記下底の長さは前記リブの高さより長いシリンダブロック。
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