JP2001132533A - 粉末アルミニウム合金製シリンダーライナーおよびその製造方法ならびに溶製アルミニウム合金製シリンダーブロック - Google Patents

粉末アルミニウム合金製シリンダーライナーおよびその製造方法ならびに溶製アルミニウム合金製シリンダーブロック

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JP2001132533A
JP2001132533A JP30956999A JP30956999A JP2001132533A JP 2001132533 A JP2001132533 A JP 2001132533A JP 30956999 A JP30956999 A JP 30956999A JP 30956999 A JP30956999 A JP 30956999A JP 2001132533 A JP2001132533 A JP 2001132533A
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Japan
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aluminum alloy
cylinder liner
cylinder block
cylinder
liner
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Kentaro Azetsu
健太郎 畔津
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダーライナーとシリンダーブロック本
体との界面に隙間を生じることのない、粉末アルミニウ
ム合金製シリンダーライナーおよびその製造方法ならび
に溶製アルミニウム合金製シリンダーブロックを提供す
ることにある。 【解決手段】 粉末アルミニウム合金製シリンダーライ
ナーの空孔率が容積率で15%を越えて25%以下であ
る粉末アルミニウム合金製シリンダーライナーを溶製ア
ルミニウム合金製シリンダーブロックに用いることによ
り、溶製アルミニウム合金製シリンダーブロックは、粉
末アルミニウム合金製シリンダーライナーの外周近傍に
おいて、粉末アルミニウム合金製シリンダーライナーの
空孔を介して溶製アルミニウム合金製シリンダーブロッ
クが浸透している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車、自動二
輪車などのエンジンに用いられる溶製アルミニウム合金
製シリンダーブロックに関するものであり、より特定的
には、アルミニウム高圧鋳造によりシリングーブロック
本体にシリンダーライナーを鋳込む場合に適した粉末ア
ルミニウム合金製シリンダーライナーおよびその製造方
法ならびに溶製アルミニウム合金製シリンダーブロック
関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車用部品あるいは自動二輪用部品の
エンジンの軽量化は、燃費改善効果が大きく期待できる
ことから、シリンダーブロックやピストンなどには、ア
ルミニウム材料を用いた軽量化が早くから開発されてい
る。
【0003】しかしながら、シリンダーライナーについ
ては従来のアルミニウム合金ではこの用途に耐えうるも
のがなかった。
【0004】そこで、アルミニウム合金の耐摩耗性や耐
熱性などシリンダーライナーに求められる特性を向上す
べく、急冷凝固法により得られる微細組織を有する粉末
アルミニウム合金を用いることで、これらの特性を改善
し、シリンダーライナーとして実用化できる可能性が見
いだされた。
【0005】たとえば、特公平6−21309号公報に
は、特殊な合金組成を有するアルミニウム合金粉末に、
微細で球状に近いアルミナ硬質粒子と潤滑成分としての
黒鉛粉末を混合・添加し、熱間押出法により固化し得た
内燃機関用シリンダーライナーに関する技術が開示され
ている。この内燃機関用シリンダーライナーに関する技
術によれば、シリンダーブロックのオールアルミニウム
化を実現可能としている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、アルミニウム
高圧鋳造法により、アルミニウム合金製シリンダーブロ
ック本体にこのようなアルミニウム合金製シリンダーラ
イナーを鋳込む場合、比較的短時間で鋳込みが終了する
ために、シリンダーライナー外周表面部はシリンダーブ
ロック本体と溶着・結合しない。この状態でシリンダー
ブロックを常温まで冷却すると、シリンダーライナーと
エンジンブロックとの接触界面に隙間が生じる。その結
果、シリンダーライナーがシリンダーブロック本体から
抜け落ちる問題、さらにシリンダー内で発生した燃焼に
伴う熱を効率よくシリンダー外に放出することができな
い問題等が挙げられる。
【0007】この問題を解決するために、シリンダーラ
イナーの外周表面に抜け落ち防止のための溝加工を施し
ている。しかしながら、この溝加工は、シリンダーライ
ナーの厚肉化が余儀なくされ、シリンダーライナーのコ
ストアップや、シリンダーライナーの大型化・重量増加
にともなうシリンダーブロック本体の大型化・重量増加
といった問題を招いてしまう。
【0008】また、この溝加工を施した場合でも接触界
面の隙間そのものは解消されないために、シリンダー内
で発生した燃焼に伴う熱を効率よくシリンダー外に放出
することができない問題が残存する。
【0009】したがって、この発明の目的は、溶製アル
ミニウム合金製エンジンブロック本体に、シリンダーラ
イナーを鋳込んだ後においても、シリンダーライナーと
シリンダーブロック本体との界面に隙間を生じることな
く、また抜け落ち防止のための加工を必要としない、薄
肉・軽量の粉末アルミニウム合金製シリンダーライナー
およびその製造方法を提供することにある。
【0010】また、この発明の他の目的は、上記粉末ア
ルミニウム合金製シリンダーライナーが鋳込まれた溶製
アルミニウム合金製シリンダーブロックを提供すること
にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に基づけば、粉
末アルミニウム合金製シリンダーライナーの空孔率が容
積率で15%を越えて25%以下であることを特徴とす
る、粉末アルミニウム合金製シリンダーライナーを溶製
アルミニウム合金製シリンダーブロックに用いることに
より、溶製アルミニウム合金製シリンダーブロックは、
粉末アルミニウム合金製シリンダーライナーの外周近傍
において、粉末アルミニウム合金製シリンダーライナー
の空孔を介して溶製アルミニウム合金製シリンダーブロ
ックを浸透させることが可能になる。
【0012】これにより、粉末アルミニウム合金製シリ
ンダーライナーと溶製アルミニウム合金製シリンダーブ
ロックとの接触界面に隙間を生じることがなく、両者は
一体化するために、溶製アルミニウム合金製シリンダー
ブロックから粉末アルミニウム合金製シリンダーライナ
ーが抜け落ちることを、従来の構造のように溝加工を設
けることなく防止することが可能になる。
【0013】また、粉末アルミニウム合金製シリンダー
ライナーと溶製アルミニウム合金製シリンダーブロック
との接触界面に隙間を生じないため、エンジンのシリン
ダ内から発生する熱を効率良くシリンダーライナーを伝
導して外部に放熱することが可能になる。
【0014】また、溶製アルミニウム合金製シリンダー
ブロックの好ましい実施の形態としては、溶製アルミニ
ウム合金製シリンダーブロックは、粉末アルミニウム合
金製シリンダーライナーの外周からシリンダーブロック
材が浸透している層の厚さが200μm以上となるよう
に設けられる。
【0015】また、溶製アルミニウム合金製シリンダー
ブロックの好ましい実施の形態としては、粉末アルミニ
ウム合金製シリンダーライナーを高圧鋳造法により鋳込
むことにより、粉末アルミニウム合金製シリンダーライ
ナーの外周からシリンダーブロック材を浸透させてい
る。
【0016】また、上記粉末アルミニウム合金製シリン
ダーライナーの製造方法の好ましい実施形態としては、
粉末アルミニウム合金製シリンダーライナーの空孔率を
シリンダーライナーの原料粉末を成形する圧力を制御す
る工程と、成形された原料粉末を窒素雰囲気中で焼結す
る工程とを備える方法により製造される。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明に基づいた実施の
形態について説明する。
【0018】(粉末アルミニウム合金製シリンダーライ
ナー)図1に示す空孔率(%)(No.1〜No.6)
を有する粉末アルミニウム合金製シリンダーライナー
(以下、シリンダーライナーと称す)を以下に示す方法
により作成した。なお、空孔率(%)とは、空孔が形成
されていない場合のシリンダーライナーの体積に対する
総空孔容積の割合を示す。
【0019】エアアトマイズ法により作成した−42m
esh、平均粒径50μmのAl−17%Si−5%F
e−1%Mg−0.5%Mn合金粉末に硬質粒子として
のアルミナ粉末(平均粒径3μm)を3%、および、潤
滑粒子としての黒鉛粉末(平均粒径2μm)を、0.5
%均一に混合したものを原料とした。
【0020】この原料を、冷間静水圧プレスにより図2
に示す成形圧力(ton/cm2)と空孔率(%)の関
係を考慮して成形したものを、窒素雰囲気中で550℃
にて焼結したシリンダライナー(No.1〜5)、なら
びに、焼結後直ちに450℃で熱間押出したシリンダラ
イナー(No.6)を準備した。
【0021】(溶製アルミニウム合金製シリンダーブロ
ック)No.1〜6のシリンダライナーを、ADC12
の溶湯温度を680℃、ならびに、シリンダライナー予
熱温度を100℃に設定し、高圧鋳造法によりシリンダ
ーブロック本体中に鋳込み、溶製アルミニウム合金製シ
リンダーブロック(以下、シリンダーブロックと称す)
を鋳造した。したがって、No.1〜6のシリンダライ
ナーに対応するシリンダーブロックNo.1〜6を製造
した。
【0022】(結合状態の評価)シリンダライナーとシ
リンダーブロックとの接触界面の結合状態を、シリンダ
ーブロック材のシリンダライナーへの浸透層の厚さを光
学顕微鏡組織で、界面を境としたせん断強度試験、およ
び、超音波探傷試験による隙間領域の面積率で評価し
た。また、鋳込み前のシリンダーライナーの圧環強度も
併せて評価した。
【0023】図1に示すように、空孔率が15%以上2
5%以下のシリンダーライナー(No.1〜3)におい
ては、鋳込んだ後のシリンダーライナーにはエンジンブ
ロック材が200〜1000の範囲で浸透し、一体化し
ていることが確認できる(以下、この現象をアンカー効
果と称す)。
【0024】したがって、シリンダライナーとシリンダ
ーブロックとの界面におけるせん断強度は、12.7M
pa〜19.6Mpaと高い値が得られている。
【0025】これは、シリンダーライナーに従来のよう
な抜け落ち防止加工を施さなくとも、シリンダーブロッ
ク本体からのシリンダーライナーの抜け落ちといった問
題が発生していないことをあらわしている。
【0026】また、超音波探傷法による評価において
も、No.3のサンプルの場合、図3に示すように、一
部エコー高さが10%〜30%の領域が存在するもの
の、ほとんどの領域でエコー高さが0%であることを確
認できる。なお、この超音波探傷法による評価は、シリ
ンダライナーとシリンダーブロックとの界面を展開した
状態を示し、また、エコー高さは、値が多きほどシリン
ダライナーとシリンダーブロックとの界面に生じている
隙間が大きいことを示している。
【0027】一方、シリンダーライナーの空孔率が25
%を上回るもの(No.4)は、シリンダーライナー自
体において、健全な圧環強度を得られないために鋳込み
時に亀裂が生じてしまうという問題を有する。また、シ
リンダーライナーの空孔率が15%未満で1%以上もの
(No.5)は、アンカー効果により、シリンダライナ
ーとシリンダーブロックとの界面には、それなりのせん
断強度を得ることはできるが、十分なせん断強度を得る
には至っていない。
【0028】また、超音波探傷法による評価によると、
No.5のサンプルの場合、図4に示すように、ほとん
どの領域においてエコー高さが10%を越え、中央部で
エコー高さが40%〜80%に達していることが確認で
きる。
【0029】以上のように、本実施の形態においては、
空孔率が15%以上25%以下のシリンダーを用いた場
合、シリンダーブロックからシリンダーライナーが抜け
落ちることを防止するとともに、エンジンのシリンダ内
から発生する熱を効率良くシリンダーライナーを伝導し
て外部に放熱することが可能になる。
【0030】したがって、今回開示された各実施の形態
はすべての点で例示であって制限的なものではないと考
えられる。本発明の技術的範囲は、上記した説明ではな
く特許請求の範囲によって確定され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
【0031】
【発明の効果】この発明によれば、粉末アルミニウム合
金製シリンダーライナーと溶製アルミニウム合金製シリ
ンダーブロックとの接触界面に隙間を生じることがな
く、両者は一体化するために、溶製アルミニウム合金製
シリンダーブロックから粉末アルミニウム合金製シリン
ダーライナーが抜け落ちることを、従来の構造のように
溝加工を設けることなく防止することが可能になる。
【0032】また、粉末アルミニウム合金製シリンダー
ライナーと溶製アルミニウム合金製シリンダーブロック
との接触界面に隙間を生じないため、エンジンのシリン
ダ内から発生する熱を効率良くシリンダーライナーを伝
導して外部に放熱することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に基づくサンプルNo.1〜6の空孔
率(%)、浸透層の厚さ(mm)、せん断強度(Mp
a)隙間領域の面積率(%)、圧環強度(N/mm3)お
よび製法を示す図である。
【図2】 本発明に基づく粉末アルミニウム合金製シリ
ンダーライナーの、成形圧力(ton/cm2)と空孔
率(%)との関係を示す図である。
【図3】 サンプルNo.3の超音波探傷法による評価
を示す図である。
【図4】 サンプルNo.5の超音波探傷法による評価
を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B22F 5/00 B22F 5/00 S 7/00 7/00 B C22C 21/00 C22C 21/00 B Z F02F 1/00 F02F 1/00 D C F16J 10/04 F16J 10/04

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶製アルミニウム合金製シリンダーブロ
    ックに鋳込まれる、粉末アルミニウム合金製シリンダー
    ライナーであって、 当該粉末アルミニウム合金製シリンダーライナーの空孔
    率が容積率で15%を越えて25%以下であることを特
    徴とする、粉末アルミニウム合金製シリンダーライナ
    ー。
  2. 【請求項2】 溶製アルミニウム合金製シリンダーブロ
    ックに鋳込まれる、粉末アルミニウム合金製シリンダー
    ライナーの製造方法であって、 鋳込まれる粉末アルミニウム合金製シリンダーライナー
    の空孔率をシリンダーライナーの原料粉末を成形する圧
    力を制御する工程と、 成形された原料粉末を窒素雰囲気中で焼結する工程と、
    を備える、粉末アルミニウム合金製シリンダーライナー
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 粉末アルミニウム合金製シリンダーライ
    ナーが鋳込まれた溶製アルミニウム合金製シリンダーブ
    ロックであって、 鋳込まれる前の前記粉末アルミニウム合金製シリンダー
    ライナーの空孔率が容積率で15%を越えて25%以下
    であることを特徴とする、溶製アルミニウム合金製シリ
    ンダーブロック。
  4. 【請求項4】 前記溶製アルミニウム合金製シリンダー
    ブロックは、前記粉末アルミニウム合金製シリンダーラ
    イナーの外周近傍において、前記粉末アルミニウム合金
    製シリンダーライナーの空孔を介して前記溶製アルミニ
    ウム合金製シリンダーブロックが浸透していることを特
    徴とする、請求項3に記載の溶製アルミニウム合金製シ
    リンダーブロック。
  5. 【請求項5】 前記溶製アルミニウム合金製シリンダー
    ブロックは、前記粉末アルミニウム合金製シリンダーラ
    イナーの外周から前記シリンダーブロック材が浸透して
    いる層の厚さが200μm以上である、請求項4に記載
    の溶製アルミニウム合金製シリンダーブロック。
  6. 【請求項6】 前記溶製アルミニウム合金製シリンダー
    ブロックは、前記粉末アルミニウム合金製シリンダーラ
    イナーを高圧鋳造法により鋳込むことを特徴とする、請
    求項3から5のいずれかに記載の溶製アルミニウム合金
    製シリンダーブロック。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004136350A (ja) * 2002-10-18 2004-05-13 Nippon Piston Ring Co Ltd 軽金属合金鋳包み用バルブシート
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KR101822276B1 (ko) * 2016-04-28 2018-01-25 현대자동차주식회사 자동차용 실린더 블록 제조방법

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