特許 7216368 エンジンブロックの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-24

(45)【発行日】2023-02-01

(54)【発明の名称】エンジンブロックの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/00 20060101AFI20230125BHJP

   F02F 1/18 20060101ALI20230125BHJP

【ＦＩ】

F02F1/00 C

F02F1/00 D

F02F1/00 S

F02F1/18 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019005731

(22)【出願日】2019-01-17

(65)【公開番号】P2020112147

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2022-01-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000002141

【氏名又は名称】住友ベークライト株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304000836

【氏名又は名称】学校法人 名古屋電気学園

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(72)【発明者】

【氏名】岡坂 周

(72)【発明者】

【氏名】藤村 俊夫

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０１６１３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５９－０４９３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０６４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３３６６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１０５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０８１４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２２３１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】水野貴大他，１次元シミュレーションを用いたＳＩエンジンの燃費性能改善予測，日本機械学会東海支部第６５期総会・講演会講演論文集，No. 163-1，2016年03月17日，p.514-1 - 514-2

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｆ １／００

Ｆ０２Ｆ １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属外周面を有するシリンダライナと、前記シリンダライナを囲む金属ブロックと、を有するベースブロックを形成する工程と、
前記ベースブロックから前記金属ブロックを除去する工程と、
前記金属ブロックを除去した後、前記シリンダライナを樹脂ブロックで囲む工程と、
を含む、エンジンブロックの製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンブロックの製造方法において、
前記ベースブロックを形成する工程は、前記シリンダライナ及び前記金属ブロックの間にウォータジャケットを画定する工程を含む、エンジンブロックの製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のエンジンブロックの製造方法において、
前記ベースブロックを形成する工程における前記ベースブロックは、シリンダヘッドを前記エンジンブロックに固定するための固定具を挿入可能な開口をさらに有し、
前記ベースブロックから前記金属ブロックを除去する工程は、前記開口を残したままにする、エンジンブロックの製造方法。

【請求項4】

請求項３に記載のエンジンブロックの製造方法において、
前記ベースブロックから前記金属ブロックを除去する工程は、前記開口を有する突起を形成し、
前記シリンダライナを前記樹脂ブロックで囲む工程は、前記突起を前記樹脂ブロックの開口に貫通させる工程を含む、エンジンブロックの製造方法。

【請求項5】

請求項１から４までのいずれか一項に記載のエンジンブロックの製造方法において、
前記ベースブロックから前記金属ブロックを除去した後、前記シリンダライナを囲む前記樹脂ブロックで囲む前、前記シリンダライナの前記金属外周面上に接着剤を形成する工程をさらに含む、エンジンブロックの製造方法。

【請求項6】

請求項１から４までのいずれか一項に記載のエンジンブロックの製造方法において、
前記シリンダライナを前記樹脂ブロックで囲む工程は、前記金属ブロックが除去された前記ベースブロックを金型内に配置して、前記樹脂ブロックを形成する樹脂を前記金型内に供給する工程を含む、エンジン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、エンジンブロックの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の内燃機関は、エンジンブロックを有している。エンジンブロックは、シリンダライナを備えている。

【0003】

非特許文献１には、エンジンの一例について記載されている。エンジンは、シリンダライナ及びこのシリンダライナを囲む樹脂を備えている。シリンダライナは、鉄からなっている。非特許文献１には、エンジンの冷却損失は、樹脂がシリンダライナを囲む場合において、アルミニウムがシリンダライナを囲む場合よりも低減することが記載されている。

【0004】

特許文献１及び２には、エンジンブロックの一例について記載されている。エンジンブロックは、シリンダライナ及びこのシリンダライナを囲むブロックを備えている。シリンダライナは、金属からなっている。ブロックは、樹脂からなっている。シリンダライナには、ウォータジャケットが形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１５９５８１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１５９５８２号明細書

【非特許文献】

【0006】

【文献】水野 貴大、辻 龍希、藤村 俊夫「１次元シミュレーションを用いたＳＩエンジンの燃費性能改善予測」日本機械学会東海支部第６５期総会・講演会講演論文集（２０１６年３月１７－１８日）Ｎｏ．１６３－１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

非特許文献１に記載されているように、冷却損失の低減のため、シリンダライナを樹脂で囲むことがある。本発明者は、シリンダライナを樹脂で囲むための製造プロセスを低コストで実現することを検討した。

【0008】

本発明の目的の一例は、シリンダライナを樹脂で囲むための製造プロセスを低コストで実現することにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、
金属外周面を有するシリンダライナと、前記シリンダライナを囲む金属ブロックと、を有するベースブロックを形成する工程と、
前記ベースブロックから前記金属ブロックを除去する工程と、
前記金属ブロックを除去した後、前記シリンダライナを樹脂ブロックで囲む工程と、
を含む、エンジンブロックの製造方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、シリンダライナを樹脂で囲むための製造プロセスを低コストで実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係るエンジンブロック及びシリンダヘッドの分解図である。

【図2】図１に示したエンジンブロックの製造方法の一例を説明するための図である。

【図3】図１に示したエンジンブロックの製造方法の一例を説明するための図である。

【図4】図１に示したエンジンブロックの製造方法の一例を説明するための図である。

【図5】図１に示したエンジンブロックの製造方法の一例を説明するための図である。

【図6】シリンダライナの詳細の一例を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0013】

図１は、実施形態に係るエンジンブロック１０及びシリンダヘッド２０の分解図である。

【0014】

図１を用いて、エンジンブロック１０の概要を説明する。エンジンブロック１０は、シリンダライナ１２０及び樹脂ブロック２００を備えている。シリンダライナ１２０は、金属外周面１２２を有している。樹脂ブロック２００は、第１部分２１０及び空隙２３０を含んでいる。第１部分２１０は、シリンダライナ１２０の金属外周面１２２を覆っている。空隙２３０は、第１部分２１０より外側に位置しており、ウォータジャケット２３２を画定している。

【0015】

上述した構成によれば、シリンダライナ１２０から発生する熱による樹脂ブロック２００の損傷を低減することができる。具体的には、上述した構成においては、樹脂ブロック２００の第１部分２１０は、ウォータジャケット２３２によって囲まれている。したがって、ウォータジャケット２３２に流れる冷媒（例えば、水）によって樹脂ブロック２００の第１部分２１０の熱損傷を低減することができる。

【0016】

図１を用いて、エンジンブロック１０の詳細を説明する。

【0017】

エンジンブロック１０は、ブロック部材１１０、シリンダライナ１２０、突起１３０及び樹脂ブロック２００を備えている。

【0018】

ブロック部材１１０は、金属（例えば、鋳鉄、アルミニウム合金又はマグネシウム合金）からなっている。図１に示す例において、ブロック部材１１０は、樹脂ブロック２００を支持するためのベースとして機能している。

【0019】

シリンダライナ１２０は、ブロック部材１１０に取り付けられている。シリンダライナ１２０は、ブロック部材１１０と一体となっていてもよいし、又はブロック部材１１０に取り付け可能かつ取り外し可能であってもよい。

【0020】

シリンダライナ１２０は、金属（例えば、鉄又はアルミニウム）からなっている。シリンダライナ１２０は、金属からなる外周面（すなわち、金属外周面１２２）を有している。

【0021】

突起１３０は、ブロック部材１１０からシリンダヘッド２０（すなわち、エンジンブロック１０の上方）に向けて突出している。突起１３０は、開口１３２を有している。開口１３２には、固定具２２を挿入可能である。固定具２２は、シリンダヘッド２０をエンジンブロック１０に固定するためのものである。固定具２２は、例えば、ボルトにすることができる。

【0022】

樹脂ブロック２００は、第１部分２１０、第２部分２２０及び空隙２３０を含んでいる。第２部分２２０は、空隙２３０の外側に位置している。空隙２３０は、第１部分２１０及び第２部分２２０の間にある。第１部分２１０及び第２部分２２０は、互いに一体となっている。

【0023】

樹脂ブロック２００の第１部分２１０は、接着剤（例えば、図４を用いて後述する接着剤３００）を介してシリンダライナ１２０の金属外周面１２２に取り付けられていてもよい。接着剤は、樹脂ブロック２００の第１部分２１０及びシリンダライナ１２０の金属外周面１２２の間に位置し、樹脂ブロック２００の第１部分２１０及びシリンダライナ１２０の金属外周面１２２を互いに接着する。接着剤は、応力緩和層として機能してもよい。

【0024】

樹脂ブロック２００の第１部分２１０は、接着剤（例えば、図４を用いて後述する接着剤３００）を介さないでシリンダライナ１２０の金属外周面１２２と一体的に接合されていてもよい。この場合、樹脂ブロック２００の第１部分２１０及びシリンダライナ１２０の金属外周面１２２の間の界面では、樹脂（樹脂ブロック２００）及び金属（シリンダライナ１２０）の直接接合が形成される。

【0025】

樹脂ブロック２００は、上面２０２を有している。上面２０２は、空隙２３０を形成する溝を有しており、ブロック部材１１０から露出している。このような構造においては、シリンダライナ１２０の上端及びその近傍における樹脂ブロック２００の熱損傷を特に低減することができる。したがって、上述した構造は、シリンダライナ１２０の温度がシリンダライナ１２０の上端及びその近傍において特に上昇する場合において特に有意義である。さらに、上述した構造においては、空隙２３０は、樹脂ブロック２００をシリンダライナ１２０に取り付ける前だけでなく、樹脂ブロック２００をシリンダライナ１２０に取り付けた後であっても、形成可能である。したがって、空隙２３０を形成するためのプロセスの自由度を高くすることができる。

【0026】

空隙２３０は、樹脂ブロック２００の上面２０２から露出されていなくてもよく、樹脂ブロック２００の内部に存在していてもよい。この場合においても、ウォータジャケット２３２に流れる冷媒によって樹脂ブロック２００の第１部分２１０の熱損傷を低減することができる。

【0027】

第２部分２２０は、開口２２２を有している。樹脂ブロック２００は、突起１３０が第２部分２２０の開口２２２を貫通するように、位置している。突起１３０は、樹脂ブロック２００をブロック部材１１０に取り付けるためのガイドとして機能することができる。

【0028】

樹脂ブロック２００の第１部分２１０及び第２部分２２０は、熱硬化樹脂の硬化物を含んでいる。言い換えると、樹脂ブロック２００は、熱硬化性樹脂からなっている。樹脂ブロック２００は、無機フィラー（例えば、ガラス繊維）をさらに含んでいてもよい。樹脂ブロック２００は、樹脂ブロック２００の全重量に対して、例えば５０重量％以上の無機フィラーを含んでいてもよい。

【0029】

樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂は、例えば、フェノール樹脂にすることができる。

【0030】

樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂の熱伝導率は、低くすることができ、例えば、１．００Ｗ／ｍ・Ｋ以下にすることができる。当該熱伝導率が低いことで、エンジンブロック１０の冷却損失を低減することができる。

【0031】

樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂の密度は、小さくすることができ、例えば、２．２ｇ／ｃｍ^３以下にすることができる。当該密度が小さいことで、エンジンブロック１０を軽量化することができる。

【0032】

樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂のガラス転移点は、高くすることができ、例えば、１６０℃以上、好ましくは２００℃以上にすることができる。当該ガラス転移点が高いことで、エンジンブロック１０を高温下で使用することができる。

【0033】

樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂の線膨張係数は、シリンダライナ１２０の金属外周面１２２を形成する金属の線膨張係数と等しくし、又は近似させることができる。例えば、樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂の機械方向（ＭＤ）線膨張係数は、シリンダライナ１２０を形成する金属のＭＤ線膨張係数の７５％以上１２５％以下にしてもよく、樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂の横断方向（ＴＤ）線膨張係数は、シリンダライナ１２０を形成する金属のＴＤ線膨張係数の７５％以上１２５％以下にしてもよい。樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂の線膨張係数及びシリンダライナ１２０を形成する金属の線膨張係数が等しくし、又は近似させることで、シリンダライナ１２０及び樹脂ブロック２００の双方が加熱された際におけるシリンダライナ１２０から樹脂ブロック２００への応力を緩和することができる。

【0034】

樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂のＭＤ線膨張係数及びシリンダライナ１２０を形成する金属のＭＤ線膨張係数のそれぞれは、例えば、１０ｐｐｍ以上４０ｐｐｍ以下にすることができる。

【0035】

樹脂ブロック２００を形成する熱硬化性樹脂のＴＤ線膨張係数及びシリンダライナ１２０を形成する金属のＴＤ線膨張係数のそれぞれは、例えば、１０ｐｐｍ以上４０ｐｐｍ以下にすることができる。

【0036】

図２から図５は、図１に示したエンジンブロック１０の製造方法の一例を説明するための図である。

【0037】

図２、図３及び図５を用いて、エンジンブロック１０の製造方法の一例の概要を説明する。まず、図２に示すように、ベースブロック１００を形成する。ベースブロック１００は、シリンダライナ１２０及び金属ブロック１４０を有している。シリンダライナ１２０は、金属外周面１２２を有している。金属ブロック１４０は、シリンダライナ１２０を囲んでいる。次いで、図３に示すように、ベースブロック１００から金属ブロック１４０を除去する。次いで、図５に示すように、シリンダライナ１２０を樹脂ブロック２００で囲む。

【0038】

上述したプロセスによれば、シリンダライナ１２０を樹脂ブロック２００で囲むための製造プロセスを低コストで実現することができる。具体的には、上述したプロセスにおいては、金属ブロック１４０を含むベースブロック１００は、既存のエンジンブロックを形成するための既存の設備（例えば、既存のエンジンブロックを形成するための鋳造に用いられる金型）を用いて形成することができる。つまり、金属ブロック１４０が取り除かれたベースブロック１００を形成するための新規の設備を設ける必要がない。したがって、シリンダライナ１２０を樹脂ブロック２００で囲むための製造プロセスを低コストで実現することができる。

【0039】

図２から図５を用いて、エンジンブロック１０の製造方法の一例の詳細を説明する。

【0040】

まず、図２に示すように、ベースブロック１００を形成する。ベースブロック１００は、ブロック部材１１０、シリンダライナ１２０及び金属ブロック１４０を有している。ブロック部材１１０、シリンダライナ１２０及び金属ブロック１４０のそれぞれは、金属からなっている。特に、金属ブロック１４０は、例えば、鋳鉄、アルミニウム合金又はマグネシウム合金からなっている。

【0041】

ベースブロック１００は、シリンダライナ１２０及び金属ブロック１４０の間の空隙１５０を有している。空隙１５０は、ウォータジャケット１５２を画定している。ベースブロック１００は、既存のエンジンブロック（すなわち、ウォータジャケット１５２を有するエンジンブロック）を形成するための既存の設備を用いて形成することができる。一例において、ベースブロック１００は、鋳造、より具体的には、ダイカストによって形成することができる。この例において、ダイカストに用いられる金型は、既存のエンジンブロックを形成するための金型を用いることができる。

【0042】

ベースブロック１００は、開口１３２をさらに有している。図１を用いて説明したように、開口１３２には、固定具２２（図１）を挿入可能である。ベースブロック１００は、図３に示す突起１３０を形成する部分を含んでいる。この部分は、図３に示す工程（金属ブロック１４０を除去する工程）において、突起１３０を形成する。

【0043】

次いで、図３に示すように、ベースブロック１００から金属ブロック１４０を除去する。図３に示す例では、金属ブロック１４０は、突起１３０が形成され、かつ開口１３２が残るように、除去されている。

【0044】

次いで、図４に示すように、シリンダライナ１２０の金属外周面１２２上に接着剤３００を形成する。図４に示すように、接着剤３００は、突起１３０の外周面上にも形成してもよい。

【0045】

次いで、図５に示すように、シリンダライナ１２０を樹脂ブロック２００で囲む。樹脂ブロック２００は、突起１３０が樹脂ブロック２００の開口２２２を貫通するように取り付けられる。樹脂ブロック２００の第１部分２１０及びシリンダライナ１２０の金属外周面１２２は、接着剤３００（図４）を介して互いに接着され、樹脂ブロック２００の開口２２２の内面及び突起１３０の外周面は、接着剤３００（図４）を介して互いに接着される。

【0046】

接着剤３００（図４）は形成しなくてもよい。接着剤３００を形成しない場合、樹脂ブロック２００の第１部分２１０は、接着剤（例えば、接着剤３００（図４））を介さないでシリンダライナ１２０の金属外周面１２２と一体的に接合されていてもよい。

【0047】

図５に示す例において、樹脂ブロック２００は、第１部分２１０、第２部分２２０及び空隙２３０を含んでいる。空隙２３０は、ウォータジャケット２３２を画定している。空隙２３０は、シリンダライナ１２０を樹脂ブロック２００で囲む前に形成されてもよいし、又はシリンダライナ１２０を樹脂ブロック２００で囲んだ後に形成されてもよい。

【0048】

エンジンブロック１０の製造方法は、図２から図５に示した例に限定されない。エンジンブロック１０は、以下の例のようにして製造されてもよい。

【0049】

第１に、図２に示したベースブロック１００を形成することなく、図３に示したブロック（ブロック部材１１０、シリンダライナ１２０及び突起１３０）を形成してもよい。図３に示したブロックは、鋳造、より具体的には、ダイカストによって形成することができる。この例において、ダイカストに用いられる金型は、図３に示すブロックに沿った形状を有している。

【0050】

第２に、エンジンブロック１０をインサート成形によって製造してもよい。この例においては、図３に示したブロック（ブロック部材１１０、シリンダライナ１２０及び突起１３０）を金型内に配置して、樹脂ブロック２００を形成する樹脂を金型内に供給する。この例によれば、図４に示した接着剤３００を設けることなく、樹脂ブロック２００をシリンダライナ１２０に直接的に接合させることができる。

【0051】

図６は、シリンダライナ１２０の詳細の一例を説明するための断面図である。図６は、シリンダライナ１２０の高さ（図１における上下方向）に垂直な断面を示している。

【0052】

シリンダライナ１２０は、鉄層１２０ａ及びアルミニウム層１２０ｂを含んでいる。鉄層１２０ａは、シリンダライナ１２０の内周面を形成している。鉄層１２０ａは、鉄及び合金鉄のうちの少なくとも一方を含んでいる。アルミニウム層１２０ｂは、鉄層１２０ａの外側に位置しており、金属外周面１２２を形成している。アルミニウム層１２０ｂは、アルミニウム及びアルミニウム合金のうちの少なくとも一方を含んでいる。

【0053】

シリンダライナ１２０の金属外周面１２２の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、例えば、０．２μｍ以上３．０μｍ以下にすることができる。

【0054】

シリンダライナ１２０の金属外周面１２２は、９０°未満の先端角を有する突出部を有しないようにしてもよい。このような突出部は、シリンダライナ１２０及び樹脂ブロック２００の熱応力の集中部になり得、樹脂ブロック２００のクラックを引き起こし得る。このような突出部がない場合、樹脂ブロック２００のクラックを低減することができる。

【0055】

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0056】

１０ エンジンブロック
２０ シリンダヘッド
２２ 固定具
１００ ベースブロック
１１０ ブロック部材
１２０ シリンダライナ
１２０ａ 鉄層
１２０ｂ アルミニウム層
１２２ 金属外周面
１３０ 突起
１３２ 開口
１４０ 金属ブロック
１５０ 空隙
１５２ ウォータジャケット
２００ 樹脂ブロック
２０２ 上面
２１０ 第１部分
２２０ 第２部分
２２２ 開口
２３０ 空隙
２３２ ウォータジャケット
３００ 接着剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】