JP2006002606A

JP2006002606A - Cylinder block

Info

Publication number: JP2006002606A
Application number: JP2004177773A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamamura; 聡山村; Tadashi Otani; 忠司大谷; Kazuo Shibata; 一雄柴田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-16
Also published as: JP4088270B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder block having high heat conductivity, high rigidity, and low expansibility while securing slidability around bores and enabling a reduction in weight and size and an increase in output. <P>SOLUTION: This cylinder block of an internal combustion engine having pistons is formed by fitting cylinder liners 2 into the bores 2a. The cylinder liner 2 comprises a metal based composite member formed by filling a metal into spherical cells of the ceramic molded bodies of a three-dimensional net structure formed of the plurality of spherical cells and communication holes communicating the plurality of adjacent spherical cells with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア（以下、単に「ボア」という）にシリンダライナを設けたシリンダブロックに関する。 The present invention relates to a cylinder block in which a cylinder liner is provided in a cylinder bore (hereinafter simply referred to as “bore”) of a cylinder block of an internal combustion engine.

従来、内燃機関のアルミニウム合金製のシリンダブロックでは、耐摩耗性の向上とピストンの摺動抵抗の向上とを図るために、ボアに強化材が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
従来、エンジンのシリンダブロックは、軽量化に伴いアルミニウム合金のダイカスト鋳造により形成されて、ボアには、耐摩耗性や摺動性を考慮して前記強化材や良質の鋳鉄などからなるシリンダライナが設置されている。
特開２００２−２２４８１６号公報（段落００２３、００４４、図１） 2. Description of the Related Art Conventionally, an aluminum alloy cylinder block of an internal combustion engine has been known in which a bore is provided with a reinforcing material in order to improve wear resistance and piston sliding resistance (for example, patents). Reference 1).
Conventionally, an engine cylinder block is formed by die casting of an aluminum alloy as the weight is reduced, and the bore is provided with a cylinder liner made of the reinforcing material or high-quality cast iron in consideration of wear resistance and slidability. is set up.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-224816 (paragraphs 0023 and 0044, FIG. 1)

しかしながら、前記特許文献１に記載されたシリンダブロックの強化材は、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉなどのステンレス鋼から構成された金属多孔体をシリンダブロックに複合化したものであり、シリンダブロックを形成するアルミニウム合金などの金属材料と比較して、質量が重く、シリンダブロックの軽量化およびコンパクト化において問題点があった。 However, the cylinder block reinforcing material described in Patent Document 1 is a composite of a porous metal body made of stainless steel such as Fe, Cr, Ni, etc., and aluminum forming the cylinder block. Compared with metal materials such as alloys, the mass is heavy, and there are problems in reducing the weight and compactness of the cylinder block.

前記特許文献１に記載のシリンダブロックは、ボアの摺動性の向上を図ったものであるが、同一構造のエンジンにおいて、出力の向上を図ろうとした場合、熱負荷および燃焼圧力が増大することから大幅な構造変更が必要となり、次のような問題点が発生する。 The cylinder block described in Patent Document 1 is intended to improve the slidability of the bore. However, in an engine having the same structure, when an attempt is made to improve the output, the heat load and the combustion pressure increase. Therefore, the following structural problems will occur.

（１）燃焼圧力が高くなるにしたがって、シリンダブロックのデッキ面に設置されるヘッドガスケット（以下、単に「ガスケット」という）が燃焼ガスをシールするのに高い面圧が必要となる。このため、従来のシリンダブロックでは、ボア回りの剛性が低く、ヘッドボルトの締結軸力がボアにかかる効率が悪いので、締結軸力を大幅に上げなければならないという問題点がある。
（２）ガスケットの面圧が高くなった場合、従来のシリンダブロックでは、シリンダブロックのガスケットの締結面での座屈強度が低い。このため、前記ガスケットの締結面で座屈が起きて、十分な面圧が確保できないという問題点がある。
（３）ボア回りの熱負荷が大きくなった場合、従来の構造のシリンダブロックでは、ボア回りの強化によって熱伝導性が低下するものがあり、ボア回りの放熱性が悪くなるという問題点がある。 (1) As the combustion pressure increases, a higher surface pressure is required for a head gasket (hereinafter simply referred to as “gasket”) installed on the deck surface of the cylinder block to seal the combustion gas. For this reason, the conventional cylinder block has a problem that the rigidity around the bore is low, and the efficiency with which the fastening axial force of the head bolt is applied to the bore is poor, so that the fastening axial force must be significantly increased.
(2) When the surface pressure of the gasket increases, the conventional cylinder block has a low buckling strength on the fastening surface of the gasket of the cylinder block. For this reason, there is a problem that buckling occurs on the fastening surface of the gasket and sufficient surface pressure cannot be secured.
(3) When the thermal load around the bore is increased, there is a problem that in the cylinder block having the conventional structure, thermal conductivity is lowered due to strengthening around the bore, and heat dissipation around the bore is deteriorated. .

また、ボア回りにアルミニウム合金を使用した従来の構造のシリンダブロックでは、次のような問題点がある。
（１）エンジン低温始動時に、シリンダブロックとピストンの温度上昇特性の相違によって、シリンダブロックの温度上昇よりもピストンの温度上昇の方が早くなるため、ピストンの熱膨張率を考慮したクリアランスを設ける必要がある。
（２）ボアの熱膨張率が大きい場合は、エンジン暖機後のボアの拡張が大きくなり、シリンダブロックとピストンとの間のクリアランスが大きくなるため、ピストンの首振りが大きくなり、ＮＶ（Noise and Vibration）が増大する。
また、ピストンリングの合い口が広がることで、オイルが燃焼室に抜けて消費が激しくなったり、燃焼ガスがクランク室に抜けてオイル劣化が激しくなったりする問題点がある。 The conventional cylinder block using an aluminum alloy around the bore has the following problems.
(1) When starting the engine at a low temperature, the temperature rise of the piston is faster than the temperature rise of the cylinder block due to the difference in temperature rise characteristics between the cylinder block and the piston. There is.
(2) When the thermal expansion coefficient of the bore is large, the expansion of the bore after the engine is warmed up and the clearance between the cylinder block and the piston becomes large, so the swing of the piston becomes large and the NV (Noise and Vibration) increases.
Further, there is a problem that the piston ring has a wide opening, so that oil flows into the combustion chamber and consumption increases, or combustion gas flows into the crank chamber and oil deterioration becomes severe.

そこで、本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、ボア回りの摺動性を確保しつつ高熱伝導性、高剛性、低膨張性を備えるとともに、軽量、コンパクト化および高出力化が可能なシリンダブロックを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and the object of the present invention is to ensure high thermal conductivity, high rigidity, and low expansion while ensuring slidability around the bore. An object of the present invention is to provide a cylinder block that is light in weight, compact, and capable of increasing output.

前記課題を解決するために、請求項１に記載のシリンダブロックは、ピストンを備える内燃機関のシリンダブロックのボアに、シリンダライナが複合化されたシリンダブロックにおいて、前記シリンダライナは、複数の球状セル（セラミック成形体の空隙部分）と、隣合う前記複数の球状セル同士を連通させる連通孔（ウィンドとも称される）とで構成された三次元網目構造のセラミック成形体（プリフォームとも称される）の前記球状セルに金属が充填された金属基複合部材（ＭＭＣ：Metal Matrix Composite）からなることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the cylinder block according to claim 1 is a cylinder block in which a cylinder liner is combined with a bore of a cylinder block of an internal combustion engine including a piston, and the cylinder liner includes a plurality of spherical cells. A ceramic molded body (also referred to as a preform) having a three-dimensional network structure composed of (a void portion of the ceramic molded body) and communication holes (also referred to as windows) that allow the adjacent spherical cells to communicate with each other. ) In which the spherical cell is filled with a metal matrix composite member (MMC: Metal Matrix Composite).

請求項１に記載の本発明によれば、シリンダライナを構成するセラミック成形体は、金属が充填された球状セルを有する金属基複合部材からなる。この金属基複合部材が製造される際に、各球状セル内に溶融した金属が充填されて、連通孔を通じて金属が行き渡る。このため、その金属基複合部材には、高剛性、高熱伝導性、低膨張性が備えられる。
すなわち、セラミック成形体は、金属がそれよりも剛性が高い球状セルにより拘束された状態であるため、剛性向上効果が高くなる高剛性化を有する。また、セラミック成形体は、金属よりも熱伝導率の高いセラミックス（球状セル）であるため、セラミックスを優先して熱が流れることにより、全体の熱伝導率の向上効果が高くなる高熱伝導性化を有する。さらに、セラミック成形体は、金属よりも熱膨張率の低い球状セルに拘束された状態であるため、熱膨張率の低減効果が高くなる低熱膨張性を有する。
このようなシリンダライナが複合化されたシリンダブロックは、シリンダライナが高剛性などの機械的強度を備えているため、従来の鋳鉄製やステンレス製のシリンダライナよりも剛性および強度が上がるため、同一の大きさで、より高出力なエンジンを作ることができるようになる。
また、エンジン全体としては、次のようなことができるようになる。
（１）ボア回りの剛性が向上し、燃焼ガスのシール性を向上させることができる。
（２）ボア回りの熱伝導性が向上し、ボア回りの熱引け性を向上させることができる。
（３）ボア回りの熱膨張が低下し、エンジンの運転に伴う熱でシリンダブロックが熱膨張・収縮しても、シリンダライナに摺動自在に挿入されるピストンとのクリアランスが高温時に、熱膨張によって増加することを低減できるようになる。これにより、ピストンの首振りおよびＮＶを抑制することができる。また、ピストンリングの合い口が広がりも抑制することができ、これに伴いオイルの消費やオイル劣化を防止できるようになる。 According to the first aspect of the present invention, the ceramic molded body constituting the cylinder liner is made of a metal matrix composite member having spherical cells filled with metal. When this metal matrix composite member is manufactured, the molten metal is filled in each spherical cell, and the metal spreads through the communication holes. For this reason, the metal matrix composite member is provided with high rigidity, high thermal conductivity, and low expansion.
That is, since the ceramic molded body is in a state in which the metal is constrained by the spherical cell having higher rigidity, the ceramic molded body has high rigidity that increases the rigidity improvement effect. In addition, since the ceramic compact is a ceramic (spherical cell) with higher thermal conductivity than metal, high heat conductivity can be achieved by increasing the overall thermal conductivity when heat flows preferentially to ceramics. Have Furthermore, since the ceramic molded body is in a state of being constrained by a spherical cell having a lower thermal expansion coefficient than that of a metal, it has a low thermal expansion property that increases the thermal expansion coefficient reduction effect.
The cylinder block in which these cylinder liners are combined has the same rigidity and strength as conventional cylinder liners made of cast iron or stainless steel because the cylinder liner has high rigidity and other mechanical strength. This makes it possible to create a higher output engine.
The engine as a whole can do the following.
(1) The rigidity around the bore is improved and the sealing performance of the combustion gas can be improved.
(2) The thermal conductivity around the bore is improved, and the heat sinkability around the bore can be improved.
(3) Even if the cylinder block is thermally expanded and contracted due to the heat associated with engine operation, the thermal expansion around the bore decreases, and the thermal expansion occurs when the clearance with the piston slidably inserted into the cylinder liner is high. It becomes possible to reduce the increase. Thereby, piston swing and NV can be suppressed. In addition, the opening of the piston ring can be prevented from spreading, and accordingly, oil consumption and oil deterioration can be prevented.

請求項２に記載のシリンダブロックは、請求項１に記載のシリンダブロックであって、前記金属基複合部材における前記セラミック成形体の体積分率（Ｖｆ：Volume Fraction）が、１０〜４０％であることを特徴とする。
ここで、「体積分率」とは、金属基複合部材の体積に占めるセラミック成形体の割合を示すものである。例えば、セラミック成形体の体積分率が２５％の場合、金属基複合部材の体積の４分の１をセラミック成形体が占め、金属が残り４分の３の中に含まれる。 The cylinder block according to claim 2 is the cylinder block according to claim 1, wherein a volume fraction (Vf: Volume Fraction) of the ceramic molded body in the metal matrix composite member is 10 to 40%. It is characterized by that.
Here, the “volume fraction” indicates the ratio of the ceramic molded body to the volume of the metal matrix composite member. For example, when the volume fraction of the ceramic molded body is 25%, the ceramic molded body occupies a quarter of the volume of the metal matrix composite member, and the metal is contained in the remaining three quarters.

請求項２に記載の本発明によれば、球状セルが最密充填構造状に配列されたセラミック成形体を使用してシリンダライナが製造されるので、金属基複合部材におけるセラミック成形体の体積分率が従来の金属基複合部材と比較して小さくなる。その結果、球状セルの空隙に溶融する金属が含浸し易くなり、セラミック成形体の機械的強度や耐衝撃性が向上される。なお、体積分率は、好ましくは１５〜３０％である。 According to the second aspect of the present invention, since the cylinder liner is manufactured using the ceramic molded body in which the spherical cells are arranged in a close-packed structure, the volume of the ceramic molded body in the metal matrix composite member The rate is smaller than that of a conventional metal matrix composite member. As a result, the molten metal is easily impregnated into the voids of the spherical cells, and the mechanical strength and impact resistance of the ceramic molded body are improved. The volume fraction is preferably 15 to 30%.

請求項３に記載のシリンダブロックは、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、前記セラミック成形体は、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの何れか１種を含むことを特徴とする。 The cylinder block according to claim 3 is the cylinder block according to claim 1 or 2, wherein the ceramic molded body is made of silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), alumina (Al ₂ O ₃ ) or aluminum nitride (AlN).

請求項３に記載の本発明によれば、例えば、セラミック成形体が炭化珪素からなる場合には、高熱伝導性、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えたシリンダライナを得ることができる。
また、セラミック成形体が窒化珪素からなる場合には、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えたシリンダライナを得ることができる。
セラミック成形体がアルミナからなる場合には、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えたシリンダライナを得ることができる。
セラミック成形体が窒化アルミニウムからなる場合には、高熱伝導性、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えたシリンダライナを得ることができる。 According to the third aspect of the present invention, for example, when the ceramic molded body is made of silicon carbide, a cylinder liner having high thermal conductivity, high strength, high rigidity, wear resistance, and low thermal expansion is obtained. be able to.
Further, when the ceramic molded body is made of silicon nitride, a cylinder liner having high strength, high rigidity, wear resistance, and low thermal expansion can be obtained.
When the ceramic molded body is made of alumina, a cylinder liner having high strength, high rigidity, wear resistance and low thermal expansion can be obtained.
When the ceramic molded body is made of aluminum nitride, a cylinder liner having high thermal conductivity, high strength, high rigidity, wear resistance, and low thermal expansion can be obtained.

請求項４に記載のシリンダブロックは、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリンダブロックであって、前記シリンダライナは、ウォータジャケットとボア内面との間に配置されていることを特徴とする。 The cylinder block according to claim 4 is the cylinder block according to any one of claims 1 to 3, wherein the cylinder liner is disposed between the water jacket and the bore inner surface. It is characterized by.

請求項４に記載の本発明によれば、金属基複合部材からなるシリンダライナが、ウォータジャケットとボア内面との間に配置されていることにより、ボア回りの熱伝導性が向上して、ボア回りの熱引け性が向上されるとともに、ボア回りの熱膨張が低下して、エンジンの高温時に、シリンダブロックが熱膨張・収縮しても、ピストンとのクリアランスが増加することを低減できるようになる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the cylinder liner made of the metal matrix composite member is disposed between the water jacket and the bore inner surface, the thermal conductivity around the bore is improved, and the bore The thermal expansion around the bore is improved, and the thermal expansion around the bore is reduced, so that the increase in clearance with the piston can be reduced even if the cylinder block is thermally expanded or contracted at a high engine temperature. Become.

請求項４に記載のシリンダブロックは、請求項１から請求項４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ことを特徴とする。 A cylinder block according to a fourth aspect is the cylinder block according to any one of the first to fourth aspects, wherein a water jacket is formed on the cylinder liner.

請求項４に記載の本発明によれば、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ことにより、シリンダライナがエンジンの熱で高温になることと、熱膨張することと、高温時にシリンダライナとピストンとのクリアランスが大きくなることとが抑制されて、温度に左右されない前記クリアランスやシール性を有するシリンダブロックを提供することが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the water jacket is formed on the cylinder liner, the cylinder liner is heated to a high temperature by the heat of the engine, is thermally expanded, and the cylinder liner is at a high temperature. An increase in the clearance between the piston and the piston is suppressed, and it becomes possible to provide a cylinder block having the clearance and the sealing property that is not affected by temperature.

請求項６に記載のシリンダブロックは、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシリンダブロックであって、前記シリンダブロックを形成するための鋳型に、前記三次元網目構造の前記セラミック成形体を置いて、前記鋳型に金属を流し込んで一体成形することを特徴とする。 A cylinder block according to claim 6 is the cylinder block according to any one of claims 1 to 5, wherein the ceramic having the three-dimensional network structure is used as a mold for forming the cylinder block. The molded body is placed, and metal is poured into the mold to integrally form the molded body.

請求項６に記載の本発明によれば、このように鋳型によってシリンダライナとシリンダブロックとを一体成形することにより、シリンダライナとシリンダブロックの境界面がなくなるため、強度および熱伝導が向上する。 According to the sixth aspect of the present invention, since the cylinder liner and the cylinder block are integrally formed with the mold in this manner, the boundary surface between the cylinder liner and the cylinder block is eliminated, so that the strength and heat conduction are improved.

本発明のシリンダブロックによれば、ボア回りの摺動性を確保しつつ高熱伝導性、高剛性、低膨張性を備えるとともに、軽量、コンパクト化および高出力化が可能なシリンダブロックを得ることができる。 According to the cylinder block of the present invention, it is possible to obtain a cylinder block that has high thermal conductivity, high rigidity, and low expansion while ensuring slidability around the bore, and that is lightweight, compact, and capable of high output. it can.

以下、添付図面を参照して、本発明に係るシリンダブロックの一実施の形態を詳細に説明する。
なお、本発明に係るシリンダブロックは、適用される内燃機関の形式および種類は限定されず、以下、その一例として、直列４気筒型ガソリンエンジンを説明する。 Hereinafter, an embodiment of a cylinder block according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
The cylinder block according to the present invention is not limited to the type and type of the internal combustion engine to which the cylinder block is applied. Hereinafter, an in-line four-cylinder gasoline engine will be described as an example.

図１は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックを示す一部断面を有する斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックを示す要部平面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ断面図である。 FIG. 1 is a perspective view having a partial cross section showing a cylinder block according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a main part showing the cylinder block according to the embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.

≪エンジン≫
図１に示すように、エンジンＥは、シリンダブロック１と、ピストン３（図３参照）とを備えている。
なお、エンジンＥには、そのほかシリンダブロック１の上に、図示しないガスケット、シリンダヘッドおよびヘッドカバーが配設され、シリンダブロック１の下側に図示しないロアケースおよびオイルパンが配設されている。 ≪Engine≫
As shown in FIG. 1, the engine E includes a cylinder block 1 and a piston 3 (see FIG. 3).
In addition, in the engine E, a gasket, a cylinder head, and a head cover (not shown) are arranged on the cylinder block 1, and a lower case and an oil pan (not shown) are arranged on the lower side of the cylinder block 1.

≪シリンダブロック≫
シリンダブロック１には、後記のように、シリンダライナ２の母材を構成する円筒状のセラミック成形体４（図５参照）を埋め金として鋳型内に配置し、このセラミック成形体４にアルミニウム合金などの金属９（図５参照）を鋳込んでそのシリンダライナ２とともに一体形成されてなる。シリンダブロック１のデッキ面１ａには、例えば、シリンダライナ２のセラミック成形体４（図５参照）が内設される４連続のバレル孔に相当する部分１ｂ（以下、単に「バレル孔１ｂ」という）と、このバレル孔１ｂの周辺に穿設される１０個のボルト穴１ｃと、前記バレル孔１ｂの周辺部位に設けられたウォータジャケット１ｄ，１ｅと、が面一に配置されている。そのデッキ面１ａには、図示しないガスケットを介してシリンダヘッド（図示せず）が載置され、ヘッドボルト（図示せず）によって締結される。
なお、前記バレル孔１ｂは、以下の説明において、便宜上、「バレル孔」と呼ぶこととするが、実際には、後記のように、鋳型内に配置されたシリンダライナ２の母材のセラミック成形体４に金属９を流し込んでシリンダブロック１とともに一体成形されるため、シリンダライナ２とシリンダブロック１との境界面（バレル孔１ｂ）がない（図５参照）。 ≪Cylinder block≫
In the cylinder block 1, as described later, a cylindrical ceramic molded body 4 (see FIG. 5) constituting the base material of the cylinder liner 2 is placed in a mold as a buried metal, and an aluminum alloy is attached to the ceramic molded body 4. Such a metal 9 (see FIG. 5) is cast and formed integrally with the cylinder liner 2. On the deck surface 1 a of the cylinder block 1, for example, a portion 1 b (hereinafter simply referred to as “barrel hole 1 b”) corresponding to four continuous barrel holes in which a ceramic molded body 4 (see FIG. 5) of the cylinder liner 2 is provided. 10 bolt holes 1c drilled around the barrel hole 1b, and water jackets 1d and 1e provided at the peripheral part of the barrel hole 1b are arranged flush with each other. A cylinder head (not shown) is placed on the deck surface 1a via a gasket (not shown) and fastened by a head bolt (not shown).
In the following description, the barrel hole 1b will be referred to as a “barrel hole” for the sake of convenience. Actually, as will be described later, ceramic molding of the base material of the cylinder liner 2 disposed in the mold is performed. Since the metal 9 is poured into the body 4 and integrally formed with the cylinder block 1, there is no boundary surface (barrel hole 1b) between the cylinder liner 2 and the cylinder block 1 (see FIG. 5).

＜ウォータジャケット＞
図１および図２に示すウォータジャケット１ｄ，１ｅ，１ｆ（図３参照）は、ピストン３（図３参照）がシリンダライナ２に熱によって焼き付くことを防止するために、シリンダライナ２の周辺のシリンダブロック１およびシリンダヘッド（図示せず）内に冷却水を循環させる流水路であり、シリンダブロック１内において１つに繋がっている。
ウォータジャケット１ｄ，１ｅは、シリンダブロック１を冷却するための冷却水を流す流路であり、シリンダライナ２に周辺に略等間隔で配置されている。
このウォータジャケット１ｄは、平面視して三角形に形成されており、比較的狭い間隔を空けて１列に連設される各シリンダライナ２間の左右にそれぞれに配設され、ウォータジャケット１ｄの壁面の一部をシリンダライナ２が形成している。
ウォータジャケット１ｅは、平面視して長円形をしており、シリンダライナ２の周囲に配置されている。
なお、そのウォータジャケット１ｅの外側には、シリンダヘッド（図示せず）を循環したオイルを下方に流すための貫通孔１ｇが穿設されている。
図３に示すウォータジャケット１ｆは、シリンダライナ２内においてピストン３が摺動する周辺に配設され、シリンダライナ２の外周面２ｄとシリンダブロック１とによって形成されて、冷却水がシリンダライナ２の周囲を循環するように形成されている。 <Water jacket>
The water jackets 1d, 1e, and 1f (see FIG. 3) shown in FIGS. 1 and 2 are arranged around the cylinder liner 2 in order to prevent the piston 3 (see FIG. 3) from being seized into the cylinder liner 2 by heat. This is a flow channel for circulating cooling water in the block 1 and a cylinder head (not shown), and is connected to one in the cylinder block 1.
The water jackets 1 d and 1 e are flow paths for flowing cooling water for cooling the cylinder block 1, and are arranged on the cylinder liner 2 at substantially equal intervals around the cylinder liner 2.
The water jacket 1d is formed in a triangular shape in plan view, and is disposed on the left and right between the cylinder liners 2 arranged in a row at a relatively narrow interval, and the wall surface of the water jacket 1d. A part of the cylinder liner 2 forms.
The water jacket 1 e has an oval shape in plan view and is disposed around the cylinder liner 2.
A through hole 1g is formed on the outer side of the water jacket 1e for flowing oil circulated through a cylinder head (not shown) downward.
A water jacket 1 f shown in FIG. 3 is disposed in the cylinder liner 2 in the periphery where the piston 3 slides, and is formed by the outer peripheral surface 2 d of the cylinder liner 2 and the cylinder block 1. It is formed to circulate around.

≪シリンダライナ≫
図１に示すように、シリンダライナ２は、ピストン３（図３参照）が摺動自在に挿入されるボア２ａを有する円筒状の金属基複合部材８（図５参照）からなり、シリンダスリーブとも称されている。シリンダライナ２は、完成されたときに、金属基複合部材８（図５参照）となる複合化部２ｂと、複合化されない非複合化部２ｃとから形成されている。シリンダライナ２は、例えば、このシリンダライナ２の母材を構成する４つのセラミック成形体４（図５参照）を、所定間隔を空けて４連続に１列に配置した状態で、シリンダブロック１内に埋め金として一体に鋳込まれて、ウォータジャケット１ｄ，１ｅ，１ｆ（図３参照）とボア２ａの内面との間に配置されている。シリンダライナ２は、後記するように、エンジンＥが高温になったときに、熱膨張してピストン３（図３参照）とのクリアランスが拡大されることを防止するために、熱膨張率がアルミニウム合金からなるシリンダブロック１の熱膨張率より低い複合材からなる。このシリンダライナ２は、後記する球状セル５と、隣合う球状セル５同士を連通させる連通孔６とで構成された三次元網目構造７のセラミック成形体４の球状セル５に金属９が充填されてなる金属基複合部材８によって形成されている（図５参照）。 ≪Cylinder liner≫
As shown in FIG. 1, the cylinder liner 2 comprises a cylindrical metal matrix composite member 8 (see FIG. 5) having a bore 2a into which a piston 3 (see FIG. 3) is slidably inserted. It is called. The cylinder liner 2 is formed of a composite part 2b that becomes the metal matrix composite member 8 (see FIG. 5) and a non-composite part 2c that is not composited when completed. The cylinder liner 2 is, for example, in the cylinder block 1 in a state where four ceramic molded bodies 4 (see FIG. 5) constituting the base material of the cylinder liner 2 are arranged in a row in four rows at predetermined intervals. Are integrally cast as a metal pad and disposed between the water jackets 1d, 1e, 1f (see FIG. 3) and the inner surface of the bore 2a. As will be described later, the cylinder liner 2 has a coefficient of thermal expansion of aluminum in order to prevent the clearance with the piston 3 (see FIG. 3) from expanding due to thermal expansion when the engine E reaches a high temperature. It consists of a composite material lower than the thermal expansion coefficient of the cylinder block 1 which consists of alloys. In the cylinder liner 2, a metal cell 9 is filled in a spherical cell 5 of a ceramic molded body 4 having a three-dimensional network structure 7 composed of a spherical cell 5 to be described later and a communication hole 6 that allows adjacent spherical cells 5 to communicate with each other. The metal matrix composite member 8 is formed (see FIG. 5).

≪セラミック成形体≫
図４は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックに鋳込まれるシリンダライナを形成するセラミック成形体の模式図である。
セラミック成形体４は、シリンダライナ２の母材を形成する三次元網目構造７の材料からなり、図１に示すシリンダライナ２と同一形状に形成されている。図４に示すように、セラミック成形体４は、その内部に複数の球状セル５が形成されている。セラミック成形体４は、例えば、炭化珪素からなるが、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウムなどのエンジニアリングセラミックであってもよい。 ≪Ceramic molded body≫
FIG. 4 is a schematic diagram of a ceramic molded body forming a cylinder liner cast into the cylinder block according to the embodiment of the present invention.
The ceramic molded body 4 is made of the material of the three-dimensional network structure 7 that forms the base material of the cylinder liner 2 and is formed in the same shape as the cylinder liner 2 shown in FIG. As shown in FIG. 4, the ceramic molded body 4 has a plurality of spherical cells 5 formed therein. The ceramic molded body 4 is made of, for example, silicon carbide, but may be an engineering ceramic such as alumina, silicon nitride, or aluminum nitride.

＜球状セル＞
図５は、セラミック成形体を使用して製造された金属基複合部材の概念図である。
図５に示すように、球状セル５は、セラミック成形体４を使用して後記する金属基複合部材８が製造された際に、金属９が充填された部分であり、内径が略均一な球状の気泡で形成されている。この球状セル５は、セラミック成形体４内で、例えば、最密充填構造状に配列されているため、各球状セル５がセラミック成形体４内で緻密に、かつ均一に配置されることとなる。 <Spherical cell>
FIG. 5 is a conceptual diagram of a metal matrix composite member produced using a ceramic molded body.
As shown in FIG. 5, the spherical cell 5 is a portion filled with the metal 9 when the metal matrix composite member 8 to be described later is manufactured using the ceramic molded body 4, and the spherical cell 5 has a substantially uniform inner diameter. It is formed with bubbles. Since the spherical cells 5 are arranged in a close-packed structure, for example, in the ceramic molded body 4, the spherical cells 5 are densely and uniformly arranged in the ceramic molded body 4. .

＜連通孔＞
図５に示すように、連通孔６は、セラミック成形体４を使用して金属基複合部材８を製造する際に、各球状セル５を連通させることによって、各球状セル５内に溶融した金属９を行き渡らせるためのものである。この連通孔６の内径は、設定した球状セル５の内径に応じて設定され、球状セル５の内径のメジアン（Ｍ_D）に対する連通孔６の内径のメジアン（Ｍ_d）の比（Ｍ_d／Ｍ_D）が０．５未満であることが好ましい。このように連通孔６の内径を設定することによって、このセラミック成形体４でシリンダライナ（金属基複合部材８）２の熱膨張率が、より低減される。 <Communication hole>
As shown in FIG. 5, when the metal matrix composite member 8 is manufactured using the ceramic molded body 4, the communication hole 6 is a metal melted in each spherical cell 5 by communicating each spherical cell 5. It is for spreading 9. The inner diameter of the communication hole 6 is set according to the inner diameter of the spherical cell 5 set, and the ratio of the median (M _d ) of the inner diameter of the communication hole 6 to the median (M _D ) of the inner diameter of the spherical cell 5 (M _d / M _D ) is preferably less than 0.5. By setting the inner diameter of the communication hole 6 in this way, the thermal expansion coefficient of the cylinder liner (metal matrix composite member 8) 2 is further reduced by the ceramic molded body 4.

＜金属基複合部材＞
図５に示すように、金属基複合部材８は、前記セラミック成形体４の球状セル５および連通孔６に金属９が充填されてなるシリンダライナ２を形成する材料である。この金属基複合部材８では、各球状セル５内の金属９が、均一な外径を有する球状に形成されて、球状セル５内で拘束されている。そして、球状の金属９は、前記最密充填構造状の配列となるように金属基複合部材８内に分布している。なお、金属基複合部材８におけるセラミック成形体４の体積分率Ｖｆは、１０〜４０％である。 <Metal matrix composite member>
As shown in FIG. 5, the metal matrix composite member 8 is a material that forms the cylinder liner 2 in which the spherical cells 5 and the communication holes 6 of the ceramic molded body 4 are filled with the metal 9. In this metal matrix composite member 8, the metal 9 in each spherical cell 5 is formed in a spherical shape having a uniform outer diameter and is restrained in the spherical cell 5. The spherical metals 9 are distributed in the metal matrix composite member 8 so as to form the close-packed structure. In addition, the volume fraction Vf of the ceramic molded body 4 in the metal matrix composite member 8 is 10 to 40%.

＜金属＞
金属９は、シリンダライナ２の母材のセラミック成形体４に鋳込まれてシリンダライナ２を完成させるとともに、シリンダブロック１を形成するための材料である。図５に示すように、前記球状セル５に充填された金属９同士は、連通孔６に充填された金属９によって繋げられて、金属基複合部材８内に広がっている。
また、前記メジアン（Ｍ_d）の比（Ｍ_d／Ｍ_D）が０．５未満であるセラミック成形体４を使用して製造された金属基複合部材８では、球状セル５に充填された金属９の外径のメジアンに対する連通孔６に充填された金属９の外径のメジアンの比が、前記Ｍ_d／Ｍ_Dと等しく、０．５未満となっている。
なお、金属基複合部材８に使用される金属９は、例えば、アルミニウム合金からなるが、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム合金などであってもよい。 <Metal>
The metal 9 is a material for forming the cylinder block 1 while being cast into the ceramic molded body 4 of the base material of the cylinder liner 2 to complete the cylinder liner 2. As shown in FIG. 5, the metals 9 filled in the spherical cell 5 are connected by the metal 9 filled in the communication hole 6 and spread in the metal matrix composite member 8.
In the metal matrix composite member 8 manufactured using the ceramic molded body 4 having a median (M _d ) ratio (M _d / M _D ) of less than 0.5, the metal filled in the spherical cells 5 is used. The ratio of the median of the outer diameter of the metal 9 filled in the communication hole 6 to the median of the outer diameter of 9 is equal to the M _d / M _D and is less than 0.5.
The metal 9 used for the metal matrix composite member 8 is made of, for example, an aluminum alloy, but may be aluminum, magnesium, a magnesium alloy, or the like.

≪シリンダブロックの製造方法≫
次に図６を主に、各図を参照してシリンダブロックの製造方法を説明する。
なお、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックにおいて、図５に示すシリンダライナ２を形成する三次元網目構造７のセラミック成形体４からなる金属基複合部材８の製造方法は、特に限定されないが、その一例として金属９をアルミニウム合金とした場合を説明する。 ≪Cylinder block manufacturing method≫
Next, a method of manufacturing a cylinder block will be described mainly with reference to FIG.
In the cylinder block according to the embodiment of the present invention, the method for manufacturing the metal matrix composite member 8 made of the ceramic molded body 4 of the three-dimensional network structure 7 forming the cylinder liner 2 shown in FIG. 5 is not particularly limited. As an example, a case where the metal 9 is an aluminum alloy will be described.

＜シリンダライナのセラミック成形体の製造＞
図６は、本実施の形態に係るシリンダブロックの製造工程を示す工程図である。
シリンダライナ２の強化材のセラミック成形体４の製造工程Ｓ１は、図６に示すように、予め設定された温度で気化する微小球を準備する工程（微小球の準備工程Ｓ２）と、微小球およびセラミック粒子を型内に充填する工程（充填工程Ｓ３）と、微小球を気化させる工程（気化工程Ｓ４）と、セラミック粒子を焼結する工程（焼結工程Ｓ５）とで主に構成される。次に、それらの工程Ｓ２〜Ｓ５をさらに詳しく説明する。 <Manufacture of ceramic molded body of cylinder liner>
FIG. 6 is a process diagram showing a manufacturing process of the cylinder block according to the present embodiment.
As shown in FIG. 6, the manufacturing process S1 of the ceramic molded body 4 of the reinforcing material of the cylinder liner 2 includes a process of preparing microspheres that vaporize at a preset temperature (microsphere preparation process S2), and a microsphere. And a step of filling the ceramic particles into the mold (filling step S3), a step of vaporizing the microspheres (vaporization step S4), and a step of sintering the ceramic particles (sintering step S5). . Next, those steps S2 to S5 will be described in more detail.

＜微小球の準備工程＞
微小球の準備工程Ｓ２で準備される微小球は、その外径の標準偏差が所定値以下の真球の粒子で構成されている。この微小球は、例えば、ポリ（メタ）アクリル酸メチル、ポリスチレンなどの樹脂で構成されている。 <Preparation process of microsphere>
The microspheres prepared in the microsphere preparation step S2 are composed of true spherical particles having a standard deviation of the outer diameter of a predetermined value or less. The microsphere is made of, for example, a resin such as poly (meth) methyl acrylate or polystyrene.

＜充填工程＞
図７は、シリンダライナを製造するときの充填工程で製造される「セラミック粒子で被覆された微小球」の概念図である。
充填工程Ｓ３では、図７に示すように、外径が均一である真球の微粒子からなるセラミック粒子１１と、このセラミック粒子１１に覆われて外径が均一な微小球１０と、が型内に充填される。この充填工程Ｓ３では、微小球１０が型内に充填されるに先立って、微小球１０の表面がセラミック粒子１１で覆われる。セラミック粒子１１および後記するセラミック粉体１２（図８参照）は、例えば、炭化珪素からなり、後記の焼結工程Ｓ５で焼成されてセラミック成形体４（図５参照）の骨格を形成するものである。
なお、セラミック粒子１１および後記セラミック粉体１２（図８参照）は、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウムなどのエンジニアリングセラミックでもよい。 <Filling process>
FIG. 7 is a conceptual diagram of “microspheres coated with ceramic particles” manufactured in a filling process when manufacturing a cylinder liner.
In the filling step S3, as shown in FIG. 7, ceramic particles 11 made of true spherical fine particles having a uniform outer diameter and microspheres 10 covered with the ceramic particles 11 and having a uniform outer diameter are formed in the mold. Filled. In the filling step S3, the surface of the microsphere 10 is covered with the ceramic particles 11 before the microsphere 10 is filled into the mold. The ceramic particles 11 and the ceramic powder 12 (see FIG. 8) described later are made of, for example, silicon carbide, and are fired in a sintering step S5 described later to form a skeleton of the ceramic molded body 4 (see FIG. 5). is there.
The ceramic particles 11 and the ceramic powder 12 (see FIG. 8) may be engineering ceramics such as alumina, silicon nitride, and aluminum nitride.

次に、セラミック粒子１１で被覆された微小球１０とセラミックスラリとの混合物が調製される。このセラミックスラリは、セラミック粉体１２を水などの分散媒中に分散させたものであり、セラミック粉体１２（図８参照）と分散媒とをボールミルなどを使用して混合することによって得られる。このセラミックスラリの粘度は、０．０５Ｐａ・ｓ〜５Ｐａ・ｓ程度に調整されることによって、セラミック粒子１１で被覆された微小球１０同士の間にセラミックスラリ（つまり、セラミック粉体１２）が十分に行き渡る。 Next, a mixture of the microspheres 10 coated with the ceramic particles 11 and the ceramic slurry is prepared. This ceramic slurry is obtained by dispersing ceramic powder 12 in a dispersion medium such as water, and is obtained by mixing ceramic powder 12 (see FIG. 8) and dispersion medium using a ball mill or the like. . By adjusting the viscosity of the ceramic slurry to about 0.05 Pa · s to 5 Pa · s, the ceramic slurry (that is, the ceramic powder 12) is sufficient between the microspheres 10 coated with the ceramic particles 11. Go around.

図８は、シリンダライナを製造するときの充填工程で製造される成形体材料の概念図である。
次に、前記混合物は、例えば、石膏などからなる脱水可能な型に流し込まれて、この型を介して減圧濾過される。すると、この混合物の液体成分であるセラミックスラリ中の分散媒は、混合物から抜け出ていく。その結果、図８に示すように、混合物中の固形分である「セラミック粒子１１で被覆された微小球１０」が相互に寄り合うとともに、「セラミック粒子１１で被覆された微小球１０」の間にセラミック粉体１２が充填された成形体材料１３が得られる。そして、この成形体材料１３は、乾燥した後に次の気化工程Ｓ４で処理される。 FIG. 8 is a conceptual diagram of a molded body material manufactured in a filling process when manufacturing a cylinder liner.
Next, the mixture is poured into a dewaterable mold made of, for example, gypsum, and filtered under reduced pressure through the mold. Then, the dispersion medium in the ceramic slurry which is a liquid component of this mixture escapes from the mixture. As a result, as shown in FIG. 8, the “microspheres 10 covered with the ceramic particles 11” which are solids in the mixture are close to each other and between the “microspheres 10 covered with the ceramic particles 11”. Thus, a molded body material 13 filled with the ceramic powder 12 is obtained. And this molded object 13 is processed by the following vaporization process S4, after drying.

＜気化工程＞
図９は、シリンダライナを製造するときの気化工程で製造される焼結用成形体の概念図である。
この気化工程Ｓ４では、図８に示す成形体材料１３が、炉内にて所定の昇温速度で加熱されると、成形体材料１３内の微小球１０が気化される。すると、図９に示すように、成形体材料１３（図８参照）の微小球１０（図８参照）が存在していた部分が空洞化して球状セル５となる。その一方で、微小球１０が気化する際に発生したガス圧によって、微小球１０を被覆するセラミック粒子１１が外れる。この際、隣合う球状セル５同士が近接した箇所のセラミック粒子１１が優先的に外れる。その結果、図９に示すように、球状セル５同士を連通させる連通孔６が形成される。
このように球状セル５および連通孔６が形成された成形体材料１３（図８参照）は、次の焼結工程Ｓ５で使用される焼結用成形体１４となる。
なお、この焼結用成形体１４では、焼結用成形体１４内に複数の球状セル５が前記した最密充填構造状に配列されているとともに、図９に示すように、セラミック粒子１１が三次元網目構造７を形成している。 <Vaporization process>
FIG. 9 is a conceptual diagram of a sintered compact produced in a vaporization process when producing a cylinder liner.
In the vaporization step S4, when the molded body material 13 shown in FIG. 8 is heated in the furnace at a predetermined temperature increase rate, the microspheres 10 in the molded body material 13 are vaporized. Then, as shown in FIG. 9, the portion of the molded body material 13 (see FIG. 8) where the microspheres 10 (see FIG. 8) existed is hollowed out to form the spherical cell 5. On the other hand, the ceramic particles 11 covering the microspheres 10 are released by the gas pressure generated when the microspheres 10 are vaporized. At this time, the ceramic particles 11 where the adjacent spherical cells 5 are close to each other are preferentially removed. As a result, as shown in FIG. 9, a communication hole 6 that allows the spherical cells 5 to communicate with each other is formed.
The molded body material 13 (see FIG. 8) in which the spherical cells 5 and the communication holes 6 are thus formed becomes a sintered molded body 14 used in the next sintering step S5.
In this sintered compact 14, a plurality of spherical cells 5 are arranged in the above-mentioned close-packed structure in the sintered compact 14, and as shown in FIG. A three-dimensional network structure 7 is formed.

＜焼結工程＞
この焼結工程Ｓ５では、気化工程Ｓ４で得られた焼結用成形体１４（図９参照）が焼成される。この焼結工程Ｓ５で、焼結用成形体１４（図９参照）が焼成されることによって、球状セル５を取り囲むセラミック粒子１１およびセラミック粉体１２は焼結して一体となる。その結果、焼結用成形体１４は、図５に示すようなセラミック成形体４となるとともに、図１に示すような円筒状のシリンダライナ２の形に形成される。 <Sintering process>
In this sintering step S5, the sintered compact 14 (see FIG. 9) obtained in the vaporization step S4 is fired. In the sintering step S5, the sintered compact 14 (see FIG. 9) is fired, so that the ceramic particles 11 and the ceramic powder 12 surrounding the spherical cell 5 are sintered and united. As a result, the sintered compact 14 becomes a ceramic compact 4 as shown in FIG. 5, and is formed in the shape of a cylindrical cylinder liner 2 as shown in FIG.

＜シリンダブロックおよびシリンダライナの製造工程＞
次に、このようにして製造されたシリンダライナ２のセラミック成形体４を埋め金として、このシリンダライナ２およびシリンダブロック１（図１参照）を一体形成する製造工程Ｓ６を説明する。
シリンダブロック１およびシリンダライナ２の製造工程Ｓ６は、複数のシリンダライナ２の母材のセラミック成形体４を埋め金としてアルミニウム合金などの金属９でシリンダライナ２とシリンダブロック１とを同時に鋳造する工程であり、図６に示すように、ブロック金型内への設置工程Ｓ７と、複合化鋳造工程Ｓ８と、加工工程Ｓ９とでボア回り複合化シリンダが形成される。次に、それらの工程Ｓ７〜Ｓ９をさらに詳しく説明する。 <Manufacturing process of cylinder block and cylinder liner>
Next, the manufacturing process S6 in which the cylinder liner 2 and the cylinder block 1 (see FIG. 1) are integrally formed using the ceramic molded body 4 of the cylinder liner 2 manufactured as described above as a filling will be described.
The manufacturing process S6 of the cylinder block 1 and the cylinder liner 2 is a process in which the cylinder liner 2 and the cylinder block 1 are simultaneously cast with a metal 9 such as an aluminum alloy with the ceramic molded bodies 4 of the base material of the plurality of cylinder liners 2 being buried. As shown in FIG. 6, a combined cylinder around the bore is formed by the installation step S7 in the block mold, the composite casting step S8, and the processing step S9. Next, those steps S7 to S9 will be described in more detail.

＜ブロック金型内への設置工程＞
ブロック金型内への設置工程Ｓ７では、前記シリンダライナ２の製造工程Ｓ１によって製造された各シリンダライナ２のセラミック成形体４を金型（鋳型）内の所定位置にセットする。 <Installation process in block mold>
In the installation process S7 in the block mold, the ceramic molded body 4 of each cylinder liner 2 manufactured in the manufacturing process S1 of the cylinder liner 2 is set at a predetermined position in the mold (mold).

＜複合化鋳造工程＞
次の複合化鋳造工程Ｓ８では、その金型内に図１に示すシリンダブロック１の本体を形成する金属、およびシリンダライナ２の母材のセラミック成形体４の球状セル５に充填される金属９でもあるアルミニウム合金を流し込んで、シリンダライナ２を鋳ぐるみしたシリンダブロック１を一体形成する。これにより、シリンダブロック１内には、球状セル５にアルミニウム合金（金属９）が充填されたシリンダライナ２が一体成形されるとともに、ウォータジャケット１ｄ，１ｅ，１ｆが形成される。このように製造されたシリンダライナ２は、このシリンダライナ２とシリンダブロック１との境界面がないため、高強度、高剛性、耐摩耗性および低熱膨張性を得ることができる。 <Composite casting process>
In the next composite casting step S8, the metal 9 forming the main body of the cylinder block 1 shown in FIG. 1 and the metal 9 filled in the spherical cell 5 of the ceramic molded body 4 of the base material of the cylinder liner 2 in the mold. However, a certain aluminum alloy is poured to integrally form the cylinder block 1 in which the cylinder liner 2 is cast. As a result, the cylinder liner 2 in which the spherical cell 5 is filled with the aluminum alloy (metal 9) is integrally formed in the cylinder block 1, and the water jackets 1d, 1e, and 1f are formed. Since the cylinder liner 2 manufactured in this manner has no interface between the cylinder liner 2 and the cylinder block 1, high strength, high rigidity, wear resistance, and low thermal expansion can be obtained.

＜加工工程＞
次に、複合化鋳造工程Ｓ８で形成されたシリンダブロック１を金型から取り外して冷却後、加工工程Ｓ９で、図１に示すボルト穴１ｃの奥に雌ねじを形成するタップ加工を行うとともに、鋳造時に形成されたバリなどを削除して最終仕上げする研削加工を行う。これにより、ボア回り複合化シリンダブロックが完成される。 <Processing process>
Next, after removing the cylinder block 1 formed in the composite casting step S8 from the mold and cooling, in the processing step S9, tap processing is performed to form a female screw behind the bolt hole 1c shown in FIG. Grinding is performed to remove the burrs that have been formed from time to time. This completes the combined cylinder block around the bore.

≪組み付け≫
このようにして完成されたシリンダブロック１には、デッキ面１ａ上に図示しないガスケットやシリンダヘッドやヘッドカバーが取り付けられ、シリンダブロック１の下に図示しないロアケースやオイルパンが取り付けられることでエンジンＥの組み付けが完了する。 ≪Assembly≫
In the cylinder block 1 thus completed, a gasket, a cylinder head and a head cover (not shown) are attached on the deck surface 1a, and a lower case and an oil pan (not shown) are attached under the cylinder block 1 so that the engine E Assembly is complete.

≪作用≫
このようにして完成されたエンジンＥが運転されると、運転に伴い熱を発生する。その熱は、シリンダブロック１、シリンダライナ２およびピストン３などを加熱するとともに、シリンダブロック１およびシリンダライナ２によって形成されたウォータジャケット１ｄ，１ｅを流れる冷却液によって冷却されて、所定温度内まで上昇する。 ≪Action≫
When the engine E thus completed is operated, heat is generated with the operation. The heat heats the cylinder block 1, the cylinder liner 2, the piston 3, etc., and is cooled by the coolant flowing through the water jackets 1 d and 1 e formed by the cylinder block 1 and the cylinder liner 2 to rise to a predetermined temperature. To do.

シリンダライナ２が複合化されたシリンダブロック１は、シリンダライナ２が高剛性などの機械的強度を備えていることにより、従来の鋳鉄製やステンレス製のシリンダライナよりも剛性および強度が上昇されるため、従来の同一の大きさエンジンと比較して、エンジンＥの出力を高くすることができる。
また、エンジンＥ全体としては、ボア回りの剛性が向上されることにより、燃焼ガスのシール性が向上される。また、ボア回りの熱伝導性が向上されることにより、ボア回りの熱引け性が向上される。さらに、ボア回りの熱膨張が低下されることにより、エンジンＥの運転に伴う熱でシリンダブロック１が熱膨張・収縮しても、シリンダライナ２とピストンとのクリアランスが熱膨張によって増加することを抑制することができるようになる。 The cylinder block 1 in which the cylinder liner 2 is combined has higher rigidity and strength than conventional cylinder liners made of cast iron or stainless steel because the cylinder liner 2 has mechanical strength such as high rigidity. Therefore, the output of the engine E can be increased as compared with a conventional engine of the same size.
Further, as the engine E as a whole, the rigidity around the bore is improved, so that the sealing performance of the combustion gas is improved. Moreover, the thermal conductivity around the bore is improved by improving the thermal conductivity around the bore. Further, since the thermal expansion around the bore is reduced, the clearance between the cylinder liner 2 and the piston increases due to the thermal expansion even if the cylinder block 1 is thermally expanded / contracted by the heat accompanying the operation of the engine E. It becomes possible to suppress.

シリンダライナ２は、三次元網目構造７のセラミック成形体４からなることにより、球状セル５の分布の均一性が高く、高熱伝導性および高剛性を具備するとともに、熱膨張率がシリンダブロック１の本体を形成しているアルミニウム合金より低く、熱膨張が少ない。
このため、シリンダライナ２は、熱膨張が少なく、エンジンＥが高温になったときに、このシリンダライナ２とピストン３とのクリアランスが増大することを防止することができる。また、シリンダライナ２は、熱伝導がよいため、熱が逃げ易く、熱引け性に優れている。 The cylinder liner 2 is composed of the ceramic molded body 4 having the three-dimensional network structure 7, so that the distribution of the spherical cells 5 is high, the thermal liner has high thermal conductivity and high rigidity, and the coefficient of thermal expansion is that of the cylinder block 1. It is lower than the aluminum alloy forming the main body and has little thermal expansion.
For this reason, the cylinder liner 2 has little thermal expansion, and can prevent the clearance between the cylinder liner 2 and the piston 3 from increasing when the engine E reaches a high temperature. Moreover, since the cylinder liner 2 has good heat conduction, the heat is easy to escape and the heat sinkability is excellent.

≪本実施の形態の効果≫
前記工程Ｓ２〜Ｓ９で形成されたシリンダライナ２（図１参照）は、次のような効果を奏する。
（１）図５に示すように、シリンダライナ２が球状セル５内に充填された金属９が球状になっているので、金属９の熱膨張に異方性が生じない。
（２）シリンダライナ２では、金属９がそれよりも剛性が高い球状セル５内で拘束されるとともに、金属９が金属基複合部材８内で三次元網目構造７を形成するように分布するため、従来の金属基複合部材と比較して、剛性が向上される。これにより、ボア回りの剛性が向上されて、従来と同等のヘッドボルトの締結軸力で、より高い燃焼ガス圧力をシールすることができる。さらに、シリンダブロック１のヘッドガスケットの締結面の座屈強度が向上し、ヘッドガスケットの面圧を従来よりも高くすることが可能となる。
（３）シリンダライナ２では、金属９がそれよりも熱膨張率の低い球状セル５内で拘束されるとともに、金属９が金属基複合部材８内で三次元網目構造７を形成するように分布する。その結果、このシリンダライナ２は、金属基複合部材８内に充填された金属９の熱膨張が均一で、従来の金属基複合部材と比較して、熱膨張率が小さくなる。
さらに、ボア２ａの方向の熱膨張率が低減されることにより、ピストンＰとボア２ａ間のクリアランスを抑えることができるため、騒音、振動特性およびブローバイ特性を向上させることが可能となる。
（４）シリンダライナ２は、セラミック成形体４が金属よりも熱伝導率の高いセラミックス（球状セル）であることにより、このセラミックスを優先して熱が流れるため、熱伝導率が向上される。したがって、ボア回りの冷却性が向上して、高出力化も可能である。
（５）シリンダライナ２を形成する金属基複合部材８は、球状セル５に充填された金属９が最密充填構造状に配列されているので、セラミック成形体４の機械的強度や耐衝撃性が向上されて、シリンダライナ２の機械的強度を向上させる。その結果、セラミック成形体４の体積分率Ｖｆを小さくできるため、金属基複合部材８は、球状セル５の空隙に溶融した金属９が含浸し易くなる。
（６）前記金属基複合部材８において、球状セル５の内径のメジアン（Ｍ_D）に対する連通孔６の内径のメジアン（Ｍ_d）の比（Ｍ_d／Ｍ_D）が０．５未満であるセラミック成形体４を使用して製造されたシリンダライナ２は、金属基複合部材８の熱膨張率がさらに低減されて小さくなり、エンジン暖機後のボアの拡張を小さくして、シリンダブロックとピストンとの間のクリアランスをも小さくできるため、ピストンの首振りを解消させることができる。
また、ピストンリングの合い口の広がりを抑制して、オイルの消費やオイルの劣化を防止することができるようになる。 << Effects of the present embodiment >>
The cylinder liner 2 (see FIG. 1) formed in the steps S2 to S9 has the following effects.
(1) As shown in FIG. 5, since the metal 9 filled in the spherical cell 5 of the cylinder liner 2 is spherical, anisotropy does not occur in the thermal expansion of the metal 9.
(2) In the cylinder liner 2, the metal 9 is constrained in the spherical cell 5 having higher rigidity, and the metal 9 is distributed so as to form the three-dimensional network structure 7 in the metal matrix composite member 8. Compared with a conventional metal matrix composite member, the rigidity is improved. As a result, the rigidity around the bore is improved, and a higher combustion gas pressure can be sealed with the fastening axial force of the head bolt equivalent to the conventional one. Furthermore, the buckling strength of the fastening surface of the head gasket of the cylinder block 1 is improved, and the surface pressure of the head gasket can be made higher than before.
(3) In the cylinder liner 2, the metal 9 is constrained in the spherical cell 5 having a lower coefficient of thermal expansion, and the metal 9 is distributed so as to form a three-dimensional network structure 7 in the metal matrix composite member 8. To do. As a result, in this cylinder liner 2, the thermal expansion of the metal 9 filled in the metal matrix composite member 8 is uniform, and the coefficient of thermal expansion is smaller than that of the conventional metal matrix composite member.
Furthermore, since the clearance between the piston P and the bore 2a can be suppressed by reducing the coefficient of thermal expansion in the direction of the bore 2a, noise, vibration characteristics and blow-by characteristics can be improved.
(4) Since the cylinder liner 2 is made of ceramics (spherical cells) whose thermal conductivity is higher than that of the metal, the ceramic liner 4 has a higher thermal conductivity because heat flows preferentially to the ceramics. Therefore, the cooling performance around the bore is improved and the output can be increased.
(5) Since the metal matrix composite member 8 forming the cylinder liner 2 has the metal 9 filled in the spherical cells 5 arranged in a close-packed structure, the mechanical strength and impact resistance of the ceramic molded body 4 Is improved, and the mechanical strength of the cylinder liner 2 is improved. As a result, since the volume fraction Vf of the ceramic molded body 4 can be reduced, the metal matrix composite member 8 is easily impregnated with the molten metal 9 in the voids of the spherical cells 5.
(6) In the metal matrix composite member 8, the ratio (M _d / M _D ) of the median (M _d ) of the inner diameter of the communication hole 6 to the median (M _D ) of the inner diameter of the spherical cell 5 is less than 0.5. In the cylinder liner 2 manufactured using the ceramic molded body 4, the coefficient of thermal expansion of the metal matrix composite member 8 is further reduced and reduced, the expansion of the bore after engine warm-up is reduced, and the cylinder block and piston are reduced. The clearance between the pistons can be reduced, and the piston swing can be eliminated.
In addition, it is possible to prevent the oil consumption and the deterioration of the oil by suppressing the expansion of the joint of the piston ring.

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。次に、本発明の変形例を説明する。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea, and the present invention extends to these modifications and changes. Of course. Next, a modified example of the present invention will be described.

≪変形例≫
図１０は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの変形例を示す要部平面図である。図１１は、図１０のＹ−Ｙ断面図である。
例えば、前記したシリンダライナ２（金属基複合部材２）は、図１に示すような円筒形状に限定されるものではない。シリンダライナ２（金属基複合部材２）は、ボア２ａを有するものであればよく、例えば、図１０および図１１に示すように、外周面２１ａの上下端部から外側方向に突出した略鍔状の突起２１ｂであってもよい。
そして、各突起２１ｂの間には、ウォータジャケット２１ｅが設けられる。
また、図１０に示すように、シリンダライナ２１の連結部２１ｃにある突起２１ｂ内には、ウォータジャケット２１ｄを形成してもよい。
さらに、図１１に示すように、シリンダブロック２０には、シリンダライナ２１の外周面２１ａに面して、この外周面２１ａが壁面の一部を形成するウォータジャケット２０ａを形成してもよい。 ≪Modification≫
FIG. 10 is a main part plan view showing a modification of the cylinder block according to the embodiment of the present invention. 11 is a YY cross-sectional view of FIG.
For example, the above-described cylinder liner 2 (metal matrix composite member 2) is not limited to a cylindrical shape as shown in FIG. The cylinder liner 2 (metal matrix composite member 2) may be any as long as it has a bore 2a. For example, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, a substantially bowl-like shape protruding outward from the upper and lower ends of the outer peripheral surface 21a. The protrusion 21b may be used.
A water jacket 21e is provided between the protrusions 21b.
Further, as shown in FIG. 10, a water jacket 21 d may be formed in the protrusion 21 b in the connecting portion 21 c of the cylinder liner 21.
Furthermore, as shown in FIG. 11, the cylinder block 20 may be formed with a water jacket 20a that faces the outer peripheral surface 21a of the cylinder liner 21 and that the outer peripheral surface 21a forms part of the wall surface.

このように、シリンダライナ２１にウォータジャケット２１ｄ，２０ａを直接形成することにより、ウォータジャケット２１ｄ，２０ａは、さらに、シリンダライナ２１を冷却する冷却効率を上昇させて、シリンダライナ２１とピストン３（図３参照）との間のクリアランスが大きくなることを抑制することができる。 Thus, by directly forming the water jackets 21d and 20a on the cylinder liner 21, the water jackets 21d and 20a further increase the cooling efficiency for cooling the cylinder liner 21, and the cylinder liner 21 and the piston 3 (FIG. 3) can be prevented from increasing.

また、前記実施の形態では、球状セル５の配置が面心立方格子を形成するように配置されて面心最密充填構造状に配列しているが、本発明は、六方最密充填構造状または体心最密充填構造状に球状セル５が配置されたものであってもよい。さらには、アモルファスのように、ランダムに配置されていてもよい。
前記実施の形態では、セラミック成形体４が略立方体の形状になっているが、本発明は製造する金属基複合部材８の形状に応じて適宜に変更することができる。 Further, in the above-described embodiment, the spherical cells 5 are arranged so as to form a face-centered cubic lattice and are arranged in a face-centered close-packed structure. Or the spherical cell 5 may be arrange | positioned in the body center close-packed structure shape. Further, they may be arranged randomly such as amorphous.
In the above embodiment, the ceramic molded body 4 has a substantially cubic shape, but the present invention can be appropriately changed according to the shape of the metal matrix composite member 8 to be manufactured.

なお、シリンダライナ２は、前記した製造工程Ｓ２〜Ｓ６と同様な工程によって、セラミック成形体４にアルミニウム合金などの金属９を充填してなる金属基複合部材８（図５参照）によってシリンダライナの完成品を形成した後、シリンダブロック１を形成するための鋳型に、そのシリンダライナをインサートして金属９を流し込んでシリンダブロック１に一体成形するようにしてもよい。
このようにしてシリンダブロック１を製造した場合であっても、シリンダライナ２は、金属基複合部材８で形成されてからシリンダブロック１に一体に鋳込まれることにより、高強度、高剛性、高熱伝導性、低膨張性、耐摩耗性および低熱膨張性を備えたものとなる。 The cylinder liner 2 is formed by a metal matrix composite member 8 (see FIG. 5) in which the ceramic molded body 4 is filled with a metal 9 such as an aluminum alloy by the same processes as the manufacturing steps S2 to S6 described above. After the finished product is formed, the cylinder liner may be inserted into a mold for forming the cylinder block 1 and the metal 9 may be poured into the mold to integrally form the cylinder block 1.
Even when the cylinder block 1 is manufactured in this manner, the cylinder liner 2 is formed of the metal matrix composite member 8 and then integrally cast into the cylinder block 1, thereby providing high strength, high rigidity, and high heat. It has conductivity, low expansion, wear resistance and low thermal expansion.

本発明の実施の形態に係るシリンダブロックを示す一部断面を有する斜視図である。It is a perspective view which has a partial cross section which shows the cylinder block which concerns on embodiment of this invention. 図２は、本発明の実施の形態に係るシリンダブロックを示す要部平面図である。FIG. 2 is a plan view of a main part showing the cylinder block according to the embodiment of the present invention. 図２のＸ−Ｘ断面図である。It is XX sectional drawing of FIG. 本発明の実施の形態に係るシリンダブロックに鋳込まれるシリンダライナを形成するセラミック成形体の模式図である。It is a schematic diagram of the ceramic molded body which forms the cylinder liner cast | casted by the cylinder block which concerns on embodiment of this invention. セラミック成形体を使用して製造された金属基複合部材の概念図である。It is a conceptual diagram of the metal matrix composite member manufactured using the ceramic molded body. 本実施の形態に係るシリンダブロックの製造工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing process of the cylinder block which concerns on this Embodiment. シリンダライナを製造するときの充填工程で製造されるセラミック粒子で被覆された微小球の概念図である。It is a conceptual diagram of the microsphere coat | covered with the ceramic particle manufactured at the filling process at the time of manufacturing a cylinder liner. シリンダライナを製造するときの充填工程で製造される成形体材料の概念図である。It is a conceptual diagram of the molded object material manufactured at the filling process at the time of manufacturing a cylinder liner. シリンダライナを製造するときの気化工程で製造される焼結用成形体の概念図である。It is a conceptual diagram of the molded object for sintering manufactured at the vaporization process when manufacturing a cylinder liner. 本発明の実施の形態に係るシリンダブロックの変形例を示す要部平面図である。It is a principal part top view which shows the modification of the cylinder block which concerns on embodiment of this invention. 図１０のＹ−Ｙ断面図である。It is YY sectional drawing of FIG.

Explanation of symbols

１，２０シリンダブロック
１ｄ，１ｅ，２０ａ，２１ｄウォータジャケット
２，２１シリンダライナ
２ａボア
３ピストン
４セラミック成形体
５球状セル
６連通孔
７三次元網目構造
８金属基複合部材
９金属
Ｅエンジン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,20 Cylinder block 1d, 1e, 20a, 21d Water jacket 2,21 Cylinder liner 2a Bore 3 Piston 4 Ceramic molded body 5 Spherical cell 6 Communication hole 7 Three-dimensional network structure 8 Metal matrix composite member 9 Metal E engine

Claims

In a cylinder block in which a cylinder liner is combined with a bore of a cylinder block of an internal combustion engine including a piston,
The cylinder liner is a metal in which a plurality of spherical cells of a ceramic molded body having a three-dimensional network structure configured by a plurality of spherical cells and a communication hole that allows the adjacent spherical cells to communicate with each other are filled with metal. A cylinder block comprising a base composite member.

The cylinder block according to claim 1, wherein a volume fraction of the ceramic molded body in the metal matrix composite member is 10 to 40%.

The cylinder block according to claim 1 or 2, wherein the ceramic molded body includes any one of silicon carbide, silicon nitride, alumina, and aluminum nitride.

The cylinder block according to any one of claims 1 to 3, wherein the cylinder liner is disposed between a water jacket and an inner surface of the bore.

The cylinder block according to any one of claims 1 to 4, wherein a water jacket is formed on the cylinder liner.

The ceramic molding body having the three-dimensional network structure is placed on a mold for forming the cylinder block, and metal is poured into the mold to integrally form the mold. The cylinder block according to item.