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内燃機関において、エンジン ブロックはシリンダーやその他の部品を含む構造です。初期の自動車エンジンのエンジン ブロックはシリンダー ブロックのみで構成され、これに別のクランクケースが取り付けられていました。現代のエンジン ブロックでは、通常、クランクケースがシリンダー ブロックと 1 つの部品として統合されています。エンジン ブロックには、冷却通路やオイルギャラリー などの要素も含まれることがよくあります。
「シリンダー ブロック」という用語は、「エンジン ブロック」と同義で使われることがよくあります。ただし、技術的には、現代のエンジンのブロック (つまり、別のコンポーネントと統合された複数のシリンダー) は、モノブロックに分類されます。
工事
エンジンの主な構造は、通常、シリンダー、冷却通路、オイル ギャラリー、クランクケース、およびシリンダー ヘッドで構成されます。1880 年代から 1920 年代にかけて最初に生産されたエンジンでは、通常、各要素に個別のコンポーネントが使用され、エンジンの組み立て時にボルトで固定されていました。しかし、現代のエンジンでは、生産コストを削減するために、多くの要素を 1 つのコンポーネントに組み合わせることがよくあります。
20 世紀初頭から、個別のコンポーネントからモノブロック エンジン ブロックへの進化は徐々に進んできました。要素の統合は、鋳造技術と機械加工技術の発達に依存してきました。たとえば、実用的で低コストの V8 エンジンは、フォードがフラットヘッド V8 エンジンの製造方法を開発するまで実現可能ではありませんでした。その後、他のメーカーがそれらの技術を自社のエンジンに適用しました。
シリンダーブロック
直列6気筒エンジンのシリンダーブロック
シリンダー ブロックは、シリンダー、シリンダー スリーブ、および冷却通路を含む構造です。内燃機関開発の初期の数十年間は、シリンダーは通常個別に鋳造されていたため、シリンダー ブロックはシリンダーごとに別々に製造されていました。その後、エンジンは 2 つまたは 3 つのシリンダーを 1 つのシリンダー ブロックに組み合わせるようになり、エンジンはこれらのシリンダー ブロックをいくつか組み合わせるようになりました。
V6、V8、または水平対向 6気筒エンジンなど、複数のシリンダー バンクを備えた初期のエンジンでは、各バンクは通常、1 つまたは複数の個別のシリンダー ブロックで構成されていました。1930 年代以降、大量生産方法が開発され、両方のシリンダー バンクを同じシリンダー ブロックに統合できるようになりました。
シリンダーライナー
ウェット ライナーシリンダー ブロックは、完全に取り外し可能なシリンダー壁を使用しており、特殊なガスケットを使用してブロックに取り付けられています。外側がエンジンの冷却剤と直接接触するため、「ウェット ライナー」と呼ばれています。つまり、ライナーは単なるスリーブではなく、シリンダー壁全体です。
ウェットライナーの利点は、質量が小さく、スペース要件が小さく、冷間始動から冷却剤がより速く加熱されるため、始動時の燃料消費が削減され、車内がより早く暖まることです。
ドライ ライナーシリンダー ブロックでは、ブロックの素材またはブロックに挿入された個別のライナーのいずれかを使用して、シリンダー壁のバックボーンを形成します。追加のスリーブが内部に挿入され、外側はブロックの素材に囲まれた「ドライ」な状態のままです。
ウェット ライナー設計でもドライ ライナー設計でも、ライナー (またはスリーブ) は交換可能で、ブロック自体を交換せずにエンジンのオーバーホールや再構築を行える可能性があります。ただし、より実用的な修理オプションもあります。
冷却水とオイルの通路
クランクケース
クランクケースは、クランクシャフトを収容する構造です。シリンダー ブロックと同様に、これは主に現代のエンジンに組み込まれたコンポーネントです。
材料
エンジン ブロックは、通常、鋳鉄またはアルミニウム合金から鋳造されます。アルミニウム ブロックははるかに軽量で、熱をより効率的に冷却剤に伝えますが、鉄ブロックには耐久性や熱膨張の低減などの利点があります。
材料選択による軽量化。現在、量産されているエンジン ブロックのほとんどは鋳鉄です。軽量化の結果、小排気量エンジンのエンジン ブロックにはアルミニウム シリコン合金がより多く使用されるようになりました。同等の設計で Al-Si 合金を使用したエンジン ブロックは、材料の比重と同じ比率で鋳鉄エンジン ブロックより軽量ではありません。
ねずみ鋳鉄製のエンジン ブロックでは、構造の最適化と薄肉鋳造によって軽量化が可能です。この鋳造技術では、通常、壁厚を約 3 mm まで薄くすることが可能です。比較すると、鋳鉄製エンジン ブロックの壁厚は通常 4.0 ～ 5.5 mm です。
強度に優れた鋳造材料であるバーミキュラ黒鉛鋳鉄（GGV）を使用することで、GG25などの従来の鋳造材料に比べて約30％の軽量化が可能になりました。この程度の軽量化には、材料の特定のニーズを考慮したエンジンブロックのエンジニアリングが必要です。[1]
モノブロック
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すべてのシリンダーが共通のブロックを共有するエンジンは、モノブロック エンジンと呼ばれます。 現代のエンジンのほとんどはモノブロック設計を採用しており、シリンダーごとに個別のブロックを持つエンジンはほとんどありません。 このことから、「エンジン ブロック」という用語が生まれましたが、これは通常モノブロック設計を意味し、「モノブロック」はほとんど使用されません。
内燃機関の初期の頃は、鋳造技術では複雑な内部コア（ウォータージャケットなど）を備えた大型の鋳造品を生産することができませんでした。ほとんどの初期のエンジン、特に 4 気筒以上のエンジンでは、シリンダーが 2 個または 3 個組で鋳造され、別のクランクケースにボルトで固定されていました。
鋳造技術が進歩するにつれ、4、6、または8気筒のシリンダーブロック全体を1つの部品で製造できるようになりました。このモノブロック構造は、製造がより簡単でコスト効率に優れています。すべてのシリンダーとクランクケースを1つの部品で製造できるため、直列エンジンのシリンダーレイアウトが可能になります。この方法を使用して製造された初期のエンジンの1つは、1908年に導入されたフォード モデルTの4気筒エンジンです。この技術は直列6気筒エンジンにも広がり、1920年代半ばには一般的に使用されるようになりました。
1930年代まで、ほとんどのV型エンジンは各シリンダーバンクごとに別々のブロック鋳造を保持し、両方を共通のクランクケース（それ自体が別の鋳造）にボルトで固定していました。経済性のために、一部のエンジンは左右の各バンクに同一の鋳造を使用するように設計されました。[3] : 120 まれな例外は、 1919年のランチア22½°狭角V12で、両方のバンクを組み合わせた単一のブロック鋳造を使用していました。[3] : 50–53 1932年に導入されたフォードフラットヘッドV8は 、手頃な価格のV型エンジンの製造における重要な進歩を表しています。これは、シングルエンジンブロック鋳造の最初のV8エンジンであり、手頃な価格の車に初めてV8を搭載しました。[4]
モノブロック設計の共通ウォータージャケットにより、シリンダー間の間隔を狭めることができます。モノブロック設計のアプローチにより、シリンダー数、エンジンの長さ、および出力定格が増加するにつれて、エンジンのねじり剛性も向上しました。
一体型シリンダーブロックとクランクケース
今日のほとんどのエンジン ブロックは、一部の珍しい V 型または星型エンジンや大型船舶エンジンを除き、すべてのシリンダーを 1 つのブロックにまとめ、クランクケースも一体化したモノブロック設計を採用しています。このような場合、シリンダー バンクのスカートが一種のクランクケース領域を形成し、もはや個別の部品ではないにもかかわらず、依然としてクランクケースと呼ばれることがよくあります。
スチール製のシリンダーライナーとベアリングシェルを使用すると、アルミニウムの相対的な柔らかさの影響を最小限に抑えることができます。一部のエンジン設計では、シリンダースリーブの代わりにプラズマ転写ワイヤアーク熱溶射を使用して、さらに重量を軽減しています。これらのタイプのエンジンは、一部のディーゼルエンジンのように圧縮黒鉛鉄で作ることもできます。 [5]
一体型シリンダーブロックとヘッド
一体型シリンダーヘッドエンジン
現代の消費者向け小型エンジンの中には、シリンダーヘッド、ブロック、クランクケースの半分が同じ鋳造物を共有するモノブロック設計を採用しているものがあります。コストとは別に、この理由の 1 つは、エンジン全体の高さを低くすることです。[要出典]主な欠点は、修理に時間がかかり、非現実的になることです。
一体型シリンダーヘッドを備えたエンジンの例としては、ホンダGCシリーズやGXVシリーズエンジンがあり、ホンダでは「ユニブロック」と呼ばれることもあります。[6]
一体型クランクケースとトランスミッション
横置きエンジンを搭載した車の中には、トランスミッションとクランクケースが一体となったエンジンブロックを使用している車がいくつかある。この配置を採用した車には、1966～1973年のランボルギーニ・ミウラ[7]や、BMC AシリーズおよびEシリーズエンジンを搭載した車などがある。[8] [9]この設計により、エンジンとトランスミッションが同じオイルを共有することになることが多い。
ホンダ CB750などのオートバイも同様のレイアウトを採用しており、シリンダー ブロックとクランクケースがトランスミッションの一部と統合されています。
多くの農業用トラクターの設計では、シリンダー ブロック、クランクケース、トランスミッション、および後車軸が 1 つのユニットに統合されています。初期の例としては、フォードソントラクターがあります。
参照
参考文献
- ^ 「エンジンブロック質量の最小化」。studedu.org 。 2024年5月14日閲覧。
- ^ ケネディ、ランキン（1912年）。ド・ディオン・ブートンエンジンと自動車。現代のエンジンと発電機の本。ロンドン：キャクストン。pp.78-89。
- ^ ab Ludvigsen, Karl (2005). The V12 Engine . Haynes Publishing. ISBN 1-84425-004-0。
- ^ ソレンセン、チャールズ E.; ウィリアムソン、サミュエル T. (1956)。フォードとの40年間。ニューヨーク：ノートン。pp. 225–231。ISBN 9780814332795。
- ^ Brooks, Robert (2012年1月25日). 「Navistar、エンジンブロックとヘッドをCGIで製造開始」. Foundry Management & Technology . 2017年5月2日閲覧。
- ^ 「ホンダ汎用エンジン: GCシリーズ - 単気筒」。2010年11月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。断面図を含む
- ^ 「Lamborghini Miura SV (1971)」。www.netcarshow.com 。 2018年12月12日閲覧。
- ^ 「HシリーズとKシリーズのプロトタイプ：BLによるAシリーズの置き換えに向けた最初の試み」www.aronline.co.uk 2017年7月22日2018年12月12日閲覧。
- ^ 「Tiny and Triumphant: The Morris / Austin Mini」www.ateupwithmotor.com 2010年5月1日。 2018年12月12日閲覧。