JP5003652B2 - シリンダブロック - Google Patents

Description

本発明は、ピストンを摺動させる摺動面部とピストンと非接触の非摺動面部とを有するシリンダライナを備えたシリンダブロックに関する。

従来から、エンジンのシリンダブロックは、アルミニウムを含む軽合金で製造されたものが多く採用されており、エンジンの軽量化が図られている。
この種のシリンダブロックにおいては、内部に形成されているシリンダの内壁面部が高速で往復運動するピストンから繰り返し衝撃を受けるので、耐衝撃性や耐摩耗性などの機械的強度が要求されており、特に、アルミニウム合金製のシリンダブロックの場合、シリンダの内壁面部の補強が必要となる。
このようなシリンダの内壁面部を補強するため、一般的に、シリンダの内壁面部に高い機械的強度を有するシリンダライナを装着したり、内壁面部の表面に硬質の溶射皮膜を形成したりして、耐摩耗性や耐衝撃性を向上させている。

この種のシリンダの内壁面部に装着するシリンダライナとして、シリンダライナを円筒部と、この円筒部の外表面から突出し円筒部に一体的に形成されたトゲとを含んで構成し、この円筒部のシリンダヘッド側の端部に、トゲを含んでテーパ状に面取り加工された面取部が形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このシリンダライナにおいては、円筒部のトゲによりシリンダライナがシリンダブロックに密着するとともに、面取部にトゲが含まれるようにして、シリンダライナの端部におけるシリンダブロックとトゲの接合部分からのクラック発生が抑制されるようになっている。このシリンダライナは、鋳鉄で形成されており、アルミニウム合金製のシリンダブロックの耐摩耗性や耐衝撃性が高められるとともに、クラック発生抑制によるシール性が改善されている。

また、この種の溶射皮膜を形成したシリンダライナとして、円筒部を有するシリンダライナに代えて、シリンダブロックの内周面に炭化クロムなどの硬質の金属からなる溶射皮膜が被覆され、アルミニウム合金製のシリンダブロックの耐摩耗性や耐衝撃性が高められたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
このシリンダライナにおいては、ピストンと非接触の非摺動面部にレーザなどの高密度エネルギが照射されて、シリンダブロックの溶射皮膜の端部と母材との境界部分でアルミニウム合金と溶射皮膜が溶融し、皮膜全体と母材との密着力が高められ、耐剥離性が高められている。その結果、シリンダライナの摺動特性が維持され耐久性が高められている。
特開２００５−１８８３９８号公報 特開平８−２８７０５号公報

しかしながら、従来のシリンダの内壁面部に装着するシリンダライナの場合には、シリンダライナのシリンダヘッド側の端部と、シリンダブロックの内壁面部との界面が、ピストンを摺動させるシリンダの摺動面部に露出しているので、摺動面部を仕上げるホーニング加工時に以下のような問題がある。

すなわち、シリンダの内壁面部はアルミニウムを含む合金で形成されているので、円柱の側面に設けられた複数の砥石からなるホーン工具が、回転しつつシリンダの摺動面部を往復運動して目的の表面あらさ、寸法および形状に仕上げる際、ホーン工具の表面にアルミニウムの凝着が生じてしまう。このような凝着が生じたホーン工具でホーニング加工を続行すると、摺動面部を構成しているシリンダライナの内壁面部に、凝着が生じたホーン工具による傷が発生してしまうという問題があった。特に、シリンダライナがアルミニウム合金で形成されている場合には、たとえシリンダの内壁面部より硬質の材料でシリンダライナが形成されていても、シリンダライナの内壁面部に傷がつき易いという問題があった。

また、従来の溶射皮膜を形成したシリンダライナの場合には、ピストンを摺動させる摺動面部とピストンと非接触の非摺動面部とで構成され、非摺動面部にレーザなどの高密度エネルギが照射されて、シリンダライナの非摺動面部とシリンダブロックの内壁面部とが溶融し、溶射皮膜がシリンダブロックに形成されている。この融着部分の一部がピストンの摺動面部に露出するため、摺動面部を仕上げるホーニング加工時に以下のような問題がある。

すなわち、前述のホーン工具が、アルミニウムを含む合金で形成されている融着部分を研磨することになるので、回転しつつシリンダの摺動面部を往復運動して目的の表面あらさ、寸法および形状に仕上げる際、ホーン工具の表面にアルミニウムの凝着が生じてしまう。
このような凝着が生じたホーン工具でホーニング加工を続行すると、摺動面部を構成しているシリンダライナの内壁面部に、凝着が生じたホーン工具による傷が発生してしまうという問題があった。
この場合も、シリンダライナがアルミニウム合金で形成されている場合には、たとえシリンダの内壁面部より硬質の材料でシリンダライナが形成されていても、シリンダライナの内壁面部に傷がつき易いという問題があった。

このようなホーン工具に、凝着が生じないよう構成したシリンダライナが考えられる。
例えば、図８（ａ）に示すように、シリンダブロック１に鋳込まれるシリンダライナ２のシリンダヘッド側の内周側端部に面取り２ｃを形成したものが考えられる。この面取り２ｃを形成することにより、前述のホーン工具がアルミニウム合金で形成されたシリンダブロックに接触しないので、凝着の問題が解消される。

しかしながら、このシリンダライナの場合、シリンダブロック１とシリンダライナ２との界面３が、シリンダブロック１とシリンダヘッドとの間に介装されているシリンダヘッドガスケット４のシール部４ｓの近傍に形成されると、界面３によりシール部４ｓが損傷するおそれがありシール性が低下するおそれがあるという問題がある。

また、凝着が生じないよう構成したシリンダライナとして、図８（ｂ）に示すように、シリンダブロック５に鋳込まれるシリンダライナ６のシリンダヘッド側の内周側端部に面取り６ｃが形成されるとともに、シリンダブロック５の内壁面部にフランジ５ｆが形成され、シリンダヘッドガスケット７のシール性が確保されるようにしたものが考えられる。

しかしながら、このシリンダライナの場合、フランジ５ｆの厚みが小さく形成されると、シリンダライナ６の端部が当接する角部８から亀裂が生ずるおそれがある。このような亀裂がフランジ５ｆのシリンダヘッドガスケット７に接触する上面に達すると、亀裂によりシール部７ｓが損傷するおそれがありシール性が低下するおそれがあるという問題がある。

本発明は、前述の従来の問題を解決するためになされたもので、シリンダライナのホーニング加工時に、加工工具に凝着が生ずることがなく、シリンダライナの摺動面部に傷がつかないホーニング加工がなされるとともに、シリンダヘッドガスケットのシール性を維持することができるシリンダライナを備えたシリンダブロックを提供することを課題とする。

本発明に係るシリンダブロックは、課題を解決するため、（１）シリンダライナが鋳込まれたシリンダブロックであって、前記シリンダライナが、ピストンを摺動させる摺動面部と前記ピストンと非接触の非摺動面部とを有し、前記摺動面部がアルミニウムを含む合金からなる円筒体の内壁面で構成されるとともに、前記非摺動面部が前記円筒体の端部で前記内壁面から半径方向の外方に徐々に拡径される拡径内壁傾斜面で構成され、前記円筒体の前記端部が、前記端部の外壁面から前記半径方向の内方に徐々に縮径される縮径外壁傾斜面を有し、前記拡径内壁傾斜面と前記縮径外壁傾斜面とが交差するよう前記円筒体の前記端部が形成され、前記シリンダライナを鋳込む鋳込み部を有し、前記鋳込み部が、前記ピストンの摺動方向の上方で開口する上端開口部を有し、前記上端開口部の開口内壁面が前記半径方向の外方に徐々に拡径される開口拡径内壁傾斜面を有し、前記開口拡径内壁傾斜面が、前記シリンダライナの前記円筒体の前記端部に形成された前記拡径内壁傾斜面と略同一の傾斜面を構成することを特徴とする。

この構成により、シリンダライナが、拡径内壁傾斜面で構成されている非摺動面部を有しているので、シリンダブロックが作製された後、シリンダライナの摺動面部がホーニング加工される際、摺動面部にホーン工具による加工の際の傷が発生することはない。すなわち、シリンダライナとシリンダブロックとの界面が、非摺動面部に位置するので、シリンダライナに挿入されたホーン工具が、シリンダブロックの内壁面と接触することがなく、従来、生じていた凝着が発生することはない。ホーン工具に凝着が発生しないので、凝着により従来生じていた傷が生ずるという問題が解消される。したがって、本来の最適な状態でホーニング加工が行われ、目的とする摺動面部の表面あらさ、寸法および形状が得られる。

また、シリンダライナの端部に、縮径外壁傾斜面が形成されているので、縮径外壁傾斜面に接するシリンダブロックが所定の角度を有して半径方向の内方に突出しており、従来のように角部を有して突出していない。その結果、シリンダライナを支持するシリンダブロックに集中応力が生ずることはなく、亀裂の発生が防止される構造となっている。またシリンダブロックの縮径外壁傾斜面に接蝕する部分と、シリンダブロックのシリンダヘッドガスケットのシール部とが接触する上方端面との間の肉厚が充分に確保され、機械的剛性が高められているので、ピストンの往復運動による衝撃がシリンダブロックに加わっても、シリンダブロックに亀裂が生ずることはない。したがって、シリンダブロックの亀裂によるシール性の低下のおそれはなく、シリンダヘッドガスケットのシール性が確実に維持される。

シリンダライナがシリンダブロックと同種のアルミニウムを含む合金で形成されるので、シリンダライナの軽量化が図られるとともに、シリンダブロックとシリンダライナとの密着性が高められる。その結果、シリンダブロックとシリンダライナとに剥離や亀裂などの損傷が生ずるおそれがないので、シリンダブロックの損傷によるシール性の低下のおそれはなく、シリンダヘッドガスケットのシール性が確実に維持される。

また、シリンダブロックにシリンダライナが鋳込まれて、シリンダブロックが鋳造された後、本来の最適な状態でホーニング加工が行われ、目的とする摺動面部の表面あらさ、寸法および形状が得られる。また、シリンダライナを支持する鋳込み部に集中応力が生ずることはなく、亀裂が発生することはないので、シリンダブロックの亀裂によるシール性の低下のおそれはなく、シリンダヘッドガスケットのシール性が確実に維持される。

上記（１）に記載のシリンダブロックにおいて、（２）前記円筒体が、前記外壁面から前記半径方向の外方に突出する複数の突起を有することを特徴とする。

この構成により、シリンダブロックとシリンダライナとが同時に鋳造され効率よく一体化されるとともに、シリンダライナから突出して形成された複数の突起により、シリンダブロックとシリンダライナとの密着性が高められる。その結果、シリンダブロックとシリンダライナとに剥離や亀裂などの損傷が生ずるおそれがないので、シリンダブロックの損傷によるシール性の低下のおそれはなく、シリンダヘッドガスケットのシール性が確実に維持される。

本発明によれば、シリンダライナのホーニング加工時に、加工工具に凝着が生ずることがなく、シリンダライナの摺動面部に傷がつかないホーニング加工がなされるとともに、シリンダヘッドガスケットのシール性を維持することができるシリンダライナを備えたシリンダブロックを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るシリンダライナおよびそれを備えたシリンダブロックについて、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るシリンダライナが鋳込まれたシリンダブロックを含むエンジンの部分断面図である。図２は、シリンダライナが鋳込まれたシリンダブロックの一部を破断した分解斜視図であり、図３（ａ）は、シリンダブロックの部分断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。

まず、構成を説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダ１１が設けられたシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２に固定されたシリンダヘッド１３と、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３との間に介装されたシリンダヘッドガスケット１４とを含んで構成されている。
また、エンジン１０は、シリンダ１１内に収容されたピストン１５と、ピストン１５と図示しないクランクシャフトとを連結するコネクティングロッド１６と、ピストン１５とコネクティングロッド１６とを回転可能に連結するピストンピン１７と、シリンダヘッド１３内に収容された吸気バルブ１８および吸気バルブ１８を駆動する吸気カムシャフト１９と、排気バルブ２１および排気バルブ２１を駆動する排気カムシャフト２２と、フューエルインジェクタ２３と、図示しない点火装置とを含んで構成されている。

シリンダブロック１２は、図示しない側面部で、エンジンマウントを介して車体にマウントされている。
シリンダブロック１２は、図２に示すように、シリンダ１１のほかシリンダ２４、２５、２６を含めて直列に配置された４個のシリンダを備えており、ガソリンを燃料とするエンジン１０を構成している。なお、エンジン１０は、このような直列４気筒のものに限られず、Ｖ型などのように任意に気筒配列された多気筒であってもよく、ディーゼルエンジンなどの他の公知のエンジンであってもよい。

このシリンダブロック１２は、例えば、アルミニウムを含む軽合金からなり、エンジンの軽量化が図られている。このシリンダブロック１２は、鋳造により形成されており、鋳造の際には、シリンダライナ３０がシリンダブロック１２内に鋳込まれる。このシリンダライナ３０の内壁面により、シリンダ１１が画成されている。
シリンダ２４、２５、２６も、シリンダ１１と同様、シリンダブロック１２の鋳造の際に鋳込まれたシリンダライナ３０の内壁面によりそれぞれ画成されている。
また、シリンダライナ３０の周囲のシリンダブロック１２には、複数のウォータージャケット１２ｗが設けられており、ウォータージャケット１２ｗ内に冷却水が流通し、シリンダブロック１２、シリンダライナ３０およびピストン１５を冷却するようになっている。

また、シリンダライナ３０の周囲のシリンダブロック１２には、複数のオイル戻り通路１２ｏが設けられており、エンジン１０内の潤滑要素を潤滑したオイルがオイル戻り通路１２ｏを通って図示しないオイルパン内に還流するようになっている。

図３（ａ）に示すように、シリンダライナ３０は、例えば、シリンダブロック１２を形成する材料よりも硬質であって、耐摩耗性および耐衝撃性の高いアルミニウム軽合金からなる円筒体で構成され、ピストン１５を摺動させる摺動面部３１とピストン１５と非接触の非摺動面部３２とを有している。なお、シリンダライナ３０は、より高い耐摩耗性および耐衝撃性が得られる鋳鉄などの他の金属で形成するようにしてもよい。

摺動面部３１は、円筒体の内壁面で構成されるとともに、非摺動面部３２は、円筒体の端部３０ｔで、円筒体の内壁面から半径方向の外方に徐々に拡径される拡径内壁傾斜面３２ｋで構成されている。

また、円筒体の端部３０ｔは、その外壁面３０ｇから半径方向の内方に徐々に縮径される縮径外壁傾斜面３０ｋを有しており、非摺動面部３２の拡径内壁傾斜面３２ｋと端部３０ｔの縮径外壁傾斜面３０ｋとが交差するよう、拡径内壁傾斜面３２ｋおよび縮径外壁傾斜面３０ｋとが形成されている。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、非摺動面部３２の拡径内壁傾斜面３２ｋは、厚みｔで形成された円筒体の端部３０ｔの頂部３０ｃから下方に距離Ｌａだけ離隔した位置から、半径方向の外方に角度αで傾斜するよう形成されている。
端部３０ｔの縮径外壁傾斜面３０ｋは、端部３０ｔの頂部３０ｃから下方に距離Ｌｂだけ離隔した位置から、半径方向の内方に角度βで傾斜するよう形成されている。そして、拡径内壁傾斜面３２ｋと縮径外壁傾斜面３０ｋは、頂部３０ｃで交差している。

このシリンダライナ３０は、シリンダブロック１２に鋳込まれて、シリンダブロック１２の鋳込み部１２ｉと、外壁面３０ｇおよび縮径外壁傾斜面３０ｋで密着している。
この鋳込み部１２ｉは、ピストン１５の摺動方向の上方で開口する上端開口部１２ｋを有しており、この上端開口部１２ｋの開口内壁面が、半径方向の外方に徐々に拡径される開口拡径内壁傾斜面１２ｍで構成されている。

この開口拡径内壁傾斜面１２ｍは、シリンダライナ３０の円筒体の端部３０ｔに形成された拡径内壁傾斜面３２ｋと略同一の傾斜面になるよう頂部３０ｃから鋳込み部１２ｉの上方端面１２ｊまでの距離Ｌｃの間で形成され、拡径内壁傾斜面３２ｋの角度αとほぼ同じ角度で傾斜している。また、鋳込み部１２ｉの上方端面１２ｊは平坦で滑らかな表面で形成されており、シリンダヘッドガスケット１４のシール部１４ｓが当接するようになっている。

この距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、角度α、β、円筒体の厚みｔ、摺動面部３１によって画成されるシリンダ１１の内径、すなわちシリンダボア径などの寸法およびシリンダライナ３０を構成するアルミニウム軽合金の材料は、エンジン１０の種類、構造、大きさなどの設定諸元に基づいて適宜選択される。例えば、角度α、βは、それぞれ１０度ないし８０度程のものであり、３０度ないし６０度が好ましい。また、厚みｔは、シリンダライナ３０がアルミニウム合金で形成されている場合には、１ｍｍないし８ｍｍ程度であり、シリンダライナ３０が鋳鉄で形成されている場合には、１ｍｍないし４ｍｍ程度で形成される。

図１に示すように、シリンダヘッド１３は、シリンダブロック１２と同様、アルミニウムを含む軽合金からなり、一端が図示しない吸気マニホールドの吸気通路に連通し他端がシリンダ１１に連通する吸気ポート１３ｋｐと、一端が図示しない排気マニホールドの排気通路に連通し他端がシリンダ１１に連通する排気ポート１３ｈｐとを有している。

吸気ポート１３ｋｐ内には、吸気バルブ１８が収容されており、排気ポート１３ｈｐ内には、吸気バルブ１８が収容されている。
また、吸気ポート１３ｋｐとシリンダ１１との連通部分には、吸気バルブ１８が着座するバルブシート部１３ｋｓが形成されており、吸気バルブ１８の昇降によりバルブシート部１３ｋｓが開閉されるようになっている。
また、排気ポート１３ｈｐとシリンダ１１との連通部分には、排気バルブ２１が着座するバルブシート部１３ｈｓが形成されており、バルブシート部１３ｈｓが開閉されるようになっている。

このシリンダヘッド１３の下面、シリンダ１１およびピストン１５の頂面により燃焼室１１ｎが画成されており、この燃焼室１１ｎ内には吸気ポート１３ｋｐから吸入空気が流入するようになっている。
また、シリンダヘッド１３には、先端部が吸気ポート１３ｋｐ内に露出するようフューエルインジェクタ２３が設けられており、このフューエルインジェクタ２３から燃料が吸気ポート１３ｋｐ内に噴射され、吸入空気と混合し混合気が生成され、燃焼室１１ｎに送り込まれるようになっている。

吸気バルブ１８および排気バルブ２１により密閉された燃焼室１１ｎ内の混合気は、ピストン１５の上昇により圧縮され爆発膨張し、ピストン１５を下降させクランクシャフトに動力が出力されるようになっている。
シリンダ２４、２５、２６の周辺部分も、シリンダ１１の周辺部分と同様に構成されている。

図１および図２に示すように、ピストン１５は、ピストン本体１５ｈと、トップリング１５ｔと、セカンドリング１５ｓと、オイルリング１５ｏとを含んで構成されている。

ピストン本体１５ｈは、例えば、アルミ合金などの軽量な金属で円筒状に鋳造され、ピストン本体１５ｈには、その軸線方向と直交する方向にピンボス部１５ｐが形成されており、ピストンピン１７が装着されるようになっている。

トップリング１５ｔは、鋳鉄や鋼鉄などの金属で、円環状に形成され、薄幅・軽量化に耐える高強度を有している。また、トップリング１５ｔは、高い靱性と、熱ヘタリに強い耐熱性も有している。

トップリング１５ｔは、ピストン本体１５ｈに装着された際、ピストン１５とシリンダライナ３０の摺動面部３１との間のすき間を無くし、燃焼室１１ｎから図示しないクランクケース側に圧縮ガス、すなわちブローバイガスが抜けるのを防ぐようにしている。
また、トップリング１５ｔとシリンダライナ３０の摺動面部３１とが密着し、ピストン１５の熱をシリンダライナ３０に伝達するようにしている。
また、外周面には、窒化クロムからなる硬質皮膜を形成するコーティングや硬質クロムメッキなどの表面処理が施されており、耐摩耗性の向上が図られている。

セカンドリング１５ｓは、トップリング１５ｔと同様に、鋳鉄や鋼鉄などの金属で、円環状に形成され、トップリング１５ｔの機能を補いながら、ピストン１５とシリンダライナ３０の摺動面部３１との間の余分なオイルを掻き下げるオイルコントロール機能も有している。

オイルリング１５ｏは、トップリング１５ｔと同様に、鋳鉄や鋼鉄などの金属で、円環状に形成され、コイルスプリングからなる図示しないエキスパンダを有している。このエキスパンダにより、トップリング１５ｔおよびセカンドリング１５ｓの張力よりも高い張力がオイルリング１５ｏに付与されるとともに、外周に溝部が形成され、オイルリング１５ｏとシリンダライナ３０の摺動面部３１との接触部分を二重にして、前述のオイルコントロール機能を向上させている。

コネクティングロッド１６は、軽量かつ機械的強度の高い金属からなり、一端がピストンピン１７と回動可能に連結され、他端が図示しないクランクピンと連結されており、ピストン１５の往復直線運動をクランクシャフトの回転運動へ変換するよう構成されている。

ピストンピン１７は、ピストン本体１５ｈの貫通孔１５ａに挿入され、コネクティングロッド１６にピストン１５の往復直線運動を伝達するようになっている。

吸気バルブ１８は、例えば、マルテンサイト系の耐熱鋼からなり、吸気カムシャフト１９により開閉されるようになっている。排気バルブ２１も、吸気バルブ１８と同様に形成され、排気カムシャフト２２により開閉されるようになっている。

フューエルインジェクタ２３は、燃料噴射装置の一部を構成しており、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）により、噴射タイミングや燃料の噴射量が制御され、エンジン１０の要求に応じた燃料が適宜吸気ポート１３ｋｐ内に２噴射されるようになっている。

このＥＣＵは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、燃料噴射装置、点火装置などのエンジン１０の各部の動作を実行させるためのプログラムなどが記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、バッテリを電源として作動し書換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、Ａ／Ｄ変換器やバッファなどの入力インターフェース回路および駆動回路などの出力インターフェース回路とを含んで構成されている。

点火装置は、シリンダ１１、２４、２５、２６毎にシリンダヘッド１３に設けられており、スパークプラグと、ディストリビューターと、イグニッションコイルとを含んで構成されている。スパークプラグの電極間隙に高電圧が加えられて、火花放電が発生し、シリンダ１１、２４、２５、２６内に送り込まれた混合気が点火され、燃焼するようになっており、ＥＣＵによりエンジン回転速度や負荷の変化などに応じた最適な時期に点火されるようになっている。

次いで、本発明の実施の形態に係るシリンダライナ３０を備えたシリンダブロック１２の製造方法を簡単に説明する。

まず、シリンダライナ３０が形成され、次いで、シリンダブロック１２が形成される。
シリンダライナ３０は、円筒状の素材を切削や絞り加工などの機械加工により作製してもよく、ダイカストなどの鋳造により成形加工により作製してもよい。

作製されたシリンダライナ３０は、シリンダブロック１２に鋳込まれる際に、シリンダライナ３０とシリンダブロック１２との密着性を向上させるため表面処理が施される。特に、アルミニウム合金以外の鋳鉄などの他の金属でシリンダライナ３０が形成された場合には、シリンダライナ３０とアルミニウム合金で形成されたシリンダブロック１２とが異種金属で形成されるので、密着性を向上させるための表面処理が必要となる。例えば、シリンダライナ３０に対して溶融アルミニウムに浸漬させるアルフィン処理や、アルカリ脱脂処理、溶剤脱脂処理など表面処理がなされる。

次いで、シリンダライナ３０が、シリンダブロック１２を鋳造する鋳型にセットされ、シリンダブロック１２が鋳造される。このとき、シリンダライナ３０がシリンダブロック１２に鋳込まれる。シリンダブロック１２の鋳造方法は、例えば、アルミ合金の溶湯に高い圧力を加えアルミ合金を鋳型に打ち込む高圧ダイキャスト鋳造であってもよく、アルミ合金の溶湯に圧力を加えずアルミ合金を鋳型に流し込むグラビティ鋳造であってもよく、シリンダブロック１２を鋳造する際に使用するシリンダブロック１２の模型を鋳造過程で消失させるフルモールド鋳造であってもよい。

シリンダブロック１２が鋳造された後、シリンダライナ３０の摺動面部３１が、ホーニング加工される。具体的には、円柱の側面に設けられた複数の砥石からなるホーン工具が、シリンダライナ３０に挿入され、ホーン工具の回転および往復運動により、目的とする摺動面部３１の表面あらさ、寸法および形状になるようシリンダライナ３０が加工される。
さらに、湯口部分やシリンダブロック１２に生じたバリなどの不要な部分が除去される。

次いで、エンジン１０の動作について簡単に説明する。
図１に示すエンジン１０が始動すると、吸気行程、圧縮行程、爆発行程および排気行程のサイクルで、停止するまでピストン１５が往復運動し、コネクティングロッド１６を介して図示しないクランクシャフトに動力が伝達される。

吸入行程においては、排気行程に続いてピストン１５が下降し、吸気バルブ１８が開いて吸入空気が吸気ポート１３ｋｐから燃焼室１１ｎ内に吸入され、ＥＣＵの制御によりフューエルインジェクタ２３から燃焼室１１ｎ内に燃料が噴射され、燃焼室１１ｎ内で混合される。
続く圧縮行程においては、ピストン１５が上昇し、吸入空気と燃料との混合気が燃焼室１１ｎ内で圧縮され、温度、圧力共に上昇した状態になる。爆発行程においては、圧縮された混合気がＥＣＵの制御により点火装置が動作して燃焼が開始され、急激に燃焼ガスが膨張する。このとき吸気バルブ１８および排気バルブ２１が閉じているので、燃焼ガスはピストン１５を押し下げつつ、さらに膨張し、ピストン１５が下降しクランクシャフトに動力が伝達される。

排気行程においては、爆発行程を終ったピストン１５がその慣性力で上昇し、排気バルブ２１が開かれ、膨張した燃焼ガスを排気ポート１３ｈｐから大気へ排出する。
このような１サイクルが行われる間にクランクシャフトは２回転していることになる。

また、１サイクルが行われる間に、シリンダブロック１２の下部に設けられた図示しないオイル噴射口から、図１の矢印で示すように、ＥＣＵにより制御された適量のオイルが上方のピストン１５に向けて噴射される。このとき、ピストン１５のトップリング１５ｔ、セカンドリング１５ｓおよびオイルリング１５ｏにオイルが供給され、各リングとシリンダブロック１２のシリンダライナ３０が潤滑される。
また、シリンダブロック１２内のウォータージャケット１２ｗ内を流通する冷却液により、シリンダライナ３０および各リングおよびピストン１５が冷却される。

本実施の形態に係るシリンダライナ３０は、以上説明したように構成されているので、下記の効果が得られる。

すなわち、本実施の形態に係るシリンダライナ３０は、ピストン１５を摺動させる摺動面部３１とピストン１５と非接触の非摺動面部３２とを備え、摺動面部３１が円筒体の内壁面で構成されるとともに、非摺動面部３２が円筒体の端部３０ｔで摺動面部３１から半径方向の外方に徐々に拡径され、角度αで形成された拡径内壁傾斜面３２ｋで構成されている。また、円筒体の端部３０ｔが、その外壁面３０ｇから半径方向の内方に徐々に縮径され、角度βで形成された縮径外壁傾斜面３０ｋを有し、拡径内壁傾斜面３２ｋと縮径外壁傾斜面３０ｋとが交差するよう円筒体の端部３０ｔが形成されたことを特徴としている。

その結果、シリンダライナ３０が、拡径内壁傾斜面３２ｋで構成されている非摺動面部３２を有しているので、シリンダブロック１２が鋳造された後、シリンダライナ３０の摺動面部３１がホーニング加工される際、ホーン工具が、摺動面部３１のみに接触し非摺動面部３２には接触しないので、摺動面部３１に加工の際の傷が発生することはない。

すなわち、シリンダライナ３０とシリンダブロック１２との界面が、非摺動面部３２に位置するので、シリンダライナ３０に挿入されたホーン工具が、シリンダブロック１２の内壁面と接触することがなく、従来、生じていた凝着が発生することはない。ホーン工具に凝着が発生しないので、凝着により従来生じていた傷が生ずるという問題が解消される。
したがって、本実施の形態に係るシリンダライナ３０においては、本来の最適な状態でホーニング加工が行われ、目的とする摺動面部３１の表面あらさ、寸法および形状に加工されるという効果が得られる。

また、シリンダライナ３０の端部３０ｔに、縮径外壁傾斜面３０ｋが形成されているので、縮径外壁傾斜面３０ｋに接するシリンダブロック１２の鋳込み部１２ｉが角度βを有して半径方向の内方に突出しており、従来のように鋳込み部１２ｉが角部を有して突出していない。その結果、シリンダライナ３０を支持する鋳込み部１２ｉに集中応力が生ずることはなく、亀裂の発生が防止される構造となっている。また、鋳込み部１２ｉの縮径外壁傾斜面３０ｋに接蝕する部分と、シリンダブロック１２のシリンダヘッドガスケット１４のシール部１４ｓとが接触する上方端面１２ｊとの間の肉厚が充分に確保され、機械的剛性が高められているので、ピストン１５の往復運動による衝撃が鋳込み部１２ｉに加わっても、シリンダブロック１２に亀裂が生ずることはない。したがって、本実施の形態に係るシリンダライナ３０においては、シリンダブロック１２の亀裂によるシール性の低下のおそれはなく、シリンダヘッドガスケット１４のシール性が確実に維持されるという効果が得られる。

本実施の形態に係るシリンダブロック１２は、以上説明したように構成されているので、下記の効果が得られる。

すなわち、シリンダライナ３０が、前述のように構成されているので、シリンダブロック１２にシリンダライナ３０が鋳込まれて、シリンダブロック１２が鋳造された後、本来の最適な状態でホーニング加工が行われ、目的とする摺動面部３１の表面あらさ、寸法および形状が得られるという効果がある。また、前述のように、本実施の形態に係るシリンダブロック１２においては、シリンダライナ３０を支持する鋳込み部１２ｉに集中応力が生ずることはなく、亀裂が発生することはないので、シリンダブロック１２の亀裂によるシール性の低下のおそれはなく、シリンダヘッドガスケット１４のシール性が確実に維持されるシリンダブロック１２を提供することができるという効果が得られる。

本実施の形態に係るシリンダライナ３０を備えたシリンダブロック１２を、前述の構造で構成した場合について説明したが、他の構造で構成してもよい。以下、他の構造で構成した実施の形態の第１の変形例ないし第４の変形例に係るシリンダライナ１３０、２３０、３３０、４３０およびシリンダブロック１１２、２１２、３１２、４１２についてそれぞれ説明する。

図４（ａ）は、本発明の実施の形態の第１の変形例に係るシリンダライナ１３０を備えたシリンダブロック１１２の部分断面図であり、図４（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。

このシリンダブロック１１２は、シリンダライナ１３０が鋳込まれている以外は、実施の形態と同様に構成されている。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダライナ１３０は、ピストン１５を摺動させる摺動面部１３１とピストン１５と非接触の非摺動面部１３２とを有している。
摺動面部１３１は、円筒体の内壁面で構成されるとともに、非摺動面部１３２は、円筒体の端部１３０ｔで、円筒体の内壁面から半径方向の外方に徐々に拡径される拡径内壁傾斜面１３２ｋで構成されている。なお、摺動面部１３１に、オイル溜まりとなる図示しないクロスハッチングを設けることにより、オイルを保持させピストンの焼き付きを防止するとともに、シリンダライナ１３０およびピストン１５の摩耗を少なくするようにしてもよい。

また、円筒体の端部１３０ｔは、その外壁面１３０ｇから半径方向の内方に徐々に縮径される縮径外壁傾斜面１３０ｋを有しており、非摺動面部１３２の拡径内壁傾斜面１３２ｋと端部１３０ｔの縮径外壁傾斜面１３０ｋとが交差するよう、拡径内壁傾斜面１３２ｋおよび縮径外壁傾斜面１３０ｋとが形成されている。

具体的には、図４（ｂ）に示すように、非摺動面部１３２の拡径内壁傾斜面１３２ｋは、厚みｔ１で形成された円筒体の端部１３０ｔの頂部１３０ｃから下方に距離Ｌａ１だけ離隔した位置から、半径方向の外方に角度α１で傾斜するよう形成されている。
端部１３０ｔの縮径外壁傾斜面１３０ｋは、端部１３０ｔの頂部１３０ｃから下方に距離Ｌｂ１だけ離隔した位置から、半径方向の内方に角度β１で傾斜するよう形成されている。そして、拡径内壁傾斜面１３２ｋと縮径外壁傾斜面１３０ｋは、頂部１３０ｃで交差している。

このシリンダライナ１３０は、シリンダブロック１１２に鋳込まれて、シリンダブロック１１２の鋳込み部１１２ｉと、外壁面１３０ｇおよび縮径外壁傾斜面１３０ｋで密着している。この外壁面１３０ｇには、例えば、スパイニ処理により複数の鋸状の突起が形成されており、シリンダブロック１１２の鋳込み部１１２ｉと、外壁面１３０ｇとの密着性が高められている。
この鋳込み部１１２ｉは、ピストン１５の摺動方向の上方で開口する上端開口部１１２ｋを有しており、この上端開口部１１２ｋの開口内壁面が、半径方向の外方に徐々に拡径される開口拡径内壁傾斜面１１２ｍで構成されている。

この開口拡径内壁傾斜面１１２ｍは、シリンダライナ１３０の円筒体の端部１３０ｔに形成された拡径内壁傾斜面１３２ｋと略同一の傾斜面になるよう頂部１３０ｃから鋳込み部１１２ｉの上方端面１１２ｊまでの距離Ｌｃ１の間で形成され、拡径内壁傾斜面１３２ｋの角度α１と同じ角度で傾斜している。また、鋳込み部１１２ｉの上方端面１１２ｊは平坦で滑らかな表面で形成されており、シリンダヘッドガスケット１４のシール部１４ｓが当接するようになっている。
このように構成することにより、最適な状態でシリンダライナ１３０のホーニング加工がなされるとともに、シリンダヘッドガスケット１４のシール性が維持される。

図５（ａ）は、本発明の実施の形態の第２の変形例に係るシリンダライナ２３０を備えたシリンダブロック２１２の部分断面図であり、図５（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。

このシリンダブロック２１２は、シリンダライナ２３０が鋳込まれている以外は、実施の形態と同様に構成されている。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダライナ２３０は、ピストン１５を摺動させる摺動面部２３１とピストン１５と非接触の非摺動面部２３２とを有している。
摺動面部２３１は、円筒体の内壁面で構成されるとともに、非摺動面部２３２は、円筒体の端部２３０ｔで、円筒体の内壁面から半径方向の外方に徐々に拡径される拡径内壁傾斜面２３２ｋで構成されている。

また、円筒体の端部２３０ｔは、その外壁面２３０ｇから半径方向の内方に徐々に縮径される縮径外壁傾斜面２３０ｋを有しており、非摺動面部２３２の拡径内壁傾斜面２３２ｋと端部２３０ｔの縮径外壁傾斜面２３０ｋとが交差するよう、拡径内壁傾斜面２３２ｋおよび縮径外壁傾斜面２３０ｋとが形成されている。

具体的には、図５（ｂ）に示すように、非摺動面部２３２の拡径内壁傾斜面２３２ｋは、厚みｔ２で形成された円筒体の端部２３０ｔの頂部２３０ｃから下方に距離Ｌａ２だけ離隔した位置から、半径方向の外方に角度α２で傾斜するよう形成されている。
端部２３０ｔの縮径外壁傾斜面２３０ｋは、端部２３０ｔの頂部２３０ｃから下方に距離Ｌｂ２だけ離隔した位置から、半径方向の内方に角度β２で傾斜するよう形成されている。そして、拡径内壁傾斜面２３２ｋと縮径外壁傾斜面２３０ｋは、頂部２３０ｃで交差している。また、縮径外壁傾斜面２３０ｋと外壁面２３０ｇとが交わる部分に曲率半径ｒの円弧部２３０ｒが形成されており、衝撃力の作用により生ずる応力の集中を抑制し亀裂の発生を効果的に防止するようにしている。

このシリンダライナ２３０は、シリンダブロック２１２に鋳込まれて、シリンダブロック２１２の鋳込み部２１２ｉと、外壁面２３０ｇおよび縮径外壁傾斜面２３０ｋで密着している。この外壁面２３０ｇには、例えば、スパイニ処理により複数の角型の凹凸状の突起が形成されており、シリンダブロック２１２の鋳込み部２１２ｉと、外壁面２３０ｇとの密着性が高められている。この鋳込み部２１２ｉは、ピストン１５の摺動方向の上方で開口する上端開口部２１２ｋを有しており、この上端開口部２１２ｋの開口内壁面が、頂部２３０ｃから上方向に距離Ｌｃ２の間で円筒状に形成された円筒部２１２ｅを有している。

また、鋳込み部２１２ｉの上方端面２１２ｊは平坦で滑らかな表面で形成されており、シリンダヘッドガスケット１４のシール部１４ｓが当接するようになっている。
このように構成することにより、最適な状態でシリンダライナ２３０のホーニング加工がなされるとともに、シリンダヘッドガスケット１４のシール性が維持される。

図６（ａ）は、本発明の実施の形態の第３の変形例に係るシリンダライナ３３０を備えたシリンダブロック３１２の部分断面図であり、図６（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。

このシリンダブロック３１２は、シリンダライナ３３０が円筒体としての溶射皮膜で形成されている以外は、実施の形態と同様に構成されている。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダライナ３３０は、ピストン１５を摺動させる摺動面部３３１とピストン１５と非接触の非摺動面部３３２とを有している。
摺動面部３３１は、溶射皮膜の内壁面で構成されるとともに、非摺動面部３３２は、溶射皮膜の端部３３０ｔで、溶射皮膜の内壁面から半径方向の外方に徐々に拡径される拡径内壁傾斜面３３２ｋで構成されている。

具体的には、図６（ｂ）に示すように、非摺動面部３３２の拡径内壁傾斜面３３２ｋは、厚みｔ３で形成された溶射皮膜の上端部３３０ｊから下方に距離Ｌｄだけ離隔した位置から、半径方向の外方に角度γで傾斜するよう形成されている。また、鋳込み部３１２ｉの上方端面３１２ｊは平坦で滑らかな表面で形成されており、この溶射皮膜の上端部３３０ｊから距離Ｌｅだけ離隔した位置にシリンダヘッドガスケット１４のシール部１４ｓが当接するようになっている。

この溶射皮膜は、燃料および酸素の燃焼や電気エネルギなどの熱源を用いて溶射材料を加熱し、溶融またはそれに近い状態にした粒子をシリンダブロック３１２の内壁面に吹き付ける溶射装置により形成される。例えば、ガス溶射、ガス炎を熱源とするフレーム溶射、アーク溶射、プラズマ溶射などの溶射方法により、溶射材料を溶融し溶射粒子を溶射ガンから吐出することにより行われる。この溶射材料として、例えば、アルミニウム、モリブデンなどの金属粉末、コバルトおよびクロムを含むステライト合金、クロムと鉄の合金、ニッケルとクロムの合金粉末、アルミナ、ジルコニアなどのセラミック粉末などが使用される。
このように構成することにより、シリンダブロック３１２が、摺動面部３３１および非摺動面部３３２に露出することはなく、最適な状態でシリンダライナ３３０のホーニング加工がなされるとともに、シリンダヘッドガスケット１４のシール性が維持される。

図７（ａ）は、本発明の実施の形態の第４の変形例に係るシリンダライナ４３０を備えたシリンダブロック４１２の部分断面図であり、図７（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。

このシリンダブロック４１２は、シリンダライナ４３０が鋳込まれている以外は、実施の形態と同様に構成されている。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダライナ４３０は、ピストン１５を摺動させる摺動面部４３１とピストン１５と非接触の非摺動面部４３２とを有している。
摺動面部４３１は、円筒体の内壁面で構成されるとともに、非摺動面部４３２は、円筒体の端部としてのフランジ部４３０ｆで、円筒体の内壁面から半径方向の外方に徐々に拡径される拡径内壁傾斜面４３２ｋで構成されている。

具体的には、図７（ｂ）に示すように、非摺動面部４３２の拡径内壁傾斜面４３２ｋは、厚みｔ４で形成された円筒体の上端部４３０ｊから下方に距離Ｌｆだけ離隔した位置から、半径方向の外方に角度γ１で傾斜するよう形成されている。
フランジ部４３０ｆは、円筒体の外壁面４３０ｇから半径方向の外方に距離Ｌｈだけ突出して形成され、厚みｔ５は、厚みｔ４とほぼ同一かそれより僅かに大きい程度で形成されている。

このシリンダライナ４３０は、シリンダブロック４１２に鋳込まれて、シリンダブロック４１２の鋳込み部４１２ｉと、外壁面４３０ｇおよびフランジ部４３０ｆで密着している。

また、フランジ部４３０ｆの上端部４３０ｊは平坦で滑らかな表面で形成されており、シリンダヘッドガスケット１４のシール部１４ｓが当接するようになっている。
このように構成することにより、最適な状態でシリンダライナ４３０のホーニング加工がなされるとともに、シリンダヘッドガスケット１４のシール性が維持される。

本実施の形態に係るシリンダライナ３０を備えたシリンダブロック１２を、シリンダライナ３０のシリンダヘッド１３側の端部にピストン１５を摺動させる摺動面部３１とピストン１５と非接触の非摺動面部３２とを形成した場合について説明した。
しかしながら、本発明のシリンダライナおよびそれを備えたシリンダブロックにおいては、シリンダライナを他の構造で構成してもよい。例えば、シリンダライナのシリンダヘッドと離隔する側、すなわちシリンダライナの下端部に、本実施の形態と同様に、ピストンを摺動させる摺動面部とピストンと非接触の非摺動面部とを形成してもよい。

本実施の形態に係るシリンダライナ３０を備えたシリンダブロック１２においては、シリンダライナ３０を鋳込んでシリンダブロック１２を鋳造した場合について説明した。
しかしながら、本発明のシリンダライナおよびそれを備えたシリンダブロックにおいては、シリンダライナを鋳込む以外の方法で、シリンダブロックに設けるようにしてもよい。
例えば、シリンダライナのシリンダヘッド側、またはシリンダライナのシリンダヘッドと離隔する側からシリンダライナをシリンダブロックに圧入することにより、シリンダライナをシリンダブロックに設けてもよい。

以上のように、本発明に係るシリンダライナは、シリンダライナのホーニング加工時に、加工工具に凝着が生ずることがなく、最適な状態でホーニング加工がなされるとともに、シリンダヘッドガスケットのシール性を維持することができるシリンダライナおよびそれを備えたシリンダブロックを提供することができるという効果を有し、エンジンに適用されるシリンダライナおよびそれを備えたシリンダブロック全般に有用である。

本発明の実施の形態に係るシリンダライナが鋳込まれたシリンダブロックを含むエンジンの部分断面図である。 本発明の実施の形態に係るシリンダライナが鋳込まれたシリンダブロックの一部を破断した分解斜視図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態の第１の変形例に係るシリンダブロックの部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態の第２の変形例に係るシリンダブロックの部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態の第３の変形例に係るシリンダブロックの部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態の第４の変形例に係るシリンダブロックの部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した部分拡大断面図である。 （ａ）は、従来のシリンダライナが鋳込まれたシリンダブロックの部分断面図であり、（ｂ）は、従来のシリンダライナが鋳込まれた他のシリンダブロックの部分断面図である。

符号の説明

１０ エンジン
１１、２４、２５、２６ シリンダ
１１ｎ 燃焼室
１２、１１２、２１２、３１２、４１２ シリンダブロック
１２ｉ、２１２ｉ、３１２ｉ、４１２ｉ 鋳込み部
１２ｊ、２１２ｊ、３１２ｊ 上方端面
１２ｋ、２１２ｋ 上端開口部
１２ｍ、１１２ｍ 開口拡径内壁傾斜面
１２ｏ オイル戻り通路
１２ｗ ウォータージャケット
１３ シリンダヘッド
１４ シリンダヘッドガスケット
１４ｓ シール部
１５ ピストン
３０、１３０、２３０、３３０、４３０ シリンダライナ
３０ｃ、１３０ｃ、２３０ｃ 頂部
３０ｇ、１３０ｇ、２３０ｇ、３３０ｇ、４３０ｇ 外壁面
３０ｋ、１３０ｋ、２３０ｋ 縮径外壁傾斜面
３０ｔ、１３０ｔ、２３０ｔ、３３０ｔ 端部
３１、１３１、２３１、３３１、４３１ 摺動面部（内壁面）
３２、１３２、２３２、３３２、４３２ 非摺動面部
３２ｋ、１３２ｋ、２３２ｋ、３３２ｋ、４３２ｋ 拡径内壁傾斜面
２３０ｒ 円弧部
４３０ｆ フランジ部
４３０ｊ 上端部

Claims (2)

1. シリンダライナが鋳込まれたシリンダブロックであって、
   前記シリンダライナが、ピストンを摺動させる摺動面部と前記ピストンと非接触の非摺動面部とを有し、前記摺動面部がアルミニウムを含む合金からなる円筒体の内壁面で構成されるとともに、前記非摺動面部が前記円筒体の端部で前記内壁面から半径方向の外方に徐々に拡径される拡径内壁傾斜面で構成され、前記円筒体の前記端部が、前記端部の外壁面から前記半径方向の内方に徐々に縮径される縮径外壁傾斜面を有し、前記拡径内壁傾斜面と前記縮径外壁傾斜面とが交差するよう前記円筒体の前記端部が形成され、
   前記シリンダライナを鋳込む鋳込み部を有し、
   前記鋳込み部が、前記ピストンの摺動方向の上方で開口する上端開口部を有し、
   前記上端開口部の開口内壁面が前記半径方向の外方に徐々に拡径される開口拡径内壁傾斜面を有し、前記開口拡径内壁傾斜面が、前記シリンダライナの前記円筒体の前記端部に形成された前記拡径内壁傾斜面と略同一の傾斜面を構成することを特徴とするシリンダブロック。
2. 前記円筒体が、前記外壁面から前記半径方向の外方に突出する複数の突起を有することを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロック。

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