JP2007016735A - シリンダライナ及びエンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 このシリンダライナ2では、高熱伝導皮膜4を軸方向の上部のライナ外周面22に形成するとともに低熱伝導皮膜5を軸方向の下部のライナ外周面22に形成した。
【選択図】 図2
Description
(1)請求項1に記載の発明は、シリンダブロックに適用される鋳ぐるみ用のシリンダライナにおいて、高熱伝導皮膜を軸方向の上部の外周面に形成したこと、及び低熱伝導皮膜を軸方向の下部の外周面に形成したことを要旨としている。
請求項28に記載の発明によれば、シリンダブロックとシリンダライナ上部との間の熱伝導性が上昇する一方で、シリンダブロックとシリンダライナ下部との間の熱伝導性が低下する。これにより、シリンダライナ上部の温度が低下するとともにシリンダライナ下部の温度が上昇するため、シリンダの軸方向における温度差を小さくすることができるようになる。
請求項29に記載の発明によれば、シリンダブロックと突起とが噛み合った状態でシリンダブロックとシリンダライナとが接合されるため、シリンダブロックとシリンダライナとの接合強度を十分に確保することができるようになる。これにより、シリンダブロックと高熱伝導皮膜及び低熱伝導皮膜との剥離が抑制されるため、これら皮膜による熱伝導性の向上及び低下の作用を好適に維持することができるようになる。
請求項38に記載の発明によれば、シリンダの軸方向におけるシリンダボアの変形量の幅が縮小されるため、ピストンのフリクションの低減を通じて燃料消費率を向上させることができるようになる。
本発明の第1実施形態について、図1〜図19を参照して説明する。
本実施形態では、アルミニウム合金製エンジンのシリンダライナとして本発明を具体化した場合を想定している。
図1に、本発明にかかるシリンダライナを備えたエンジンの全体構成を示す。
エンジン1は、シリンダブロック11及びシリンダヘッド12等を備えて構成されている。
シリンダ13は、シリンダライナ2を備えて構成されている。
シリンダライナ2は、シリンダブロック11に鋳ぐるまれている。
なお、シリンダブロック11の素材となるアルミニウム合金としては、例えば「JIS ADC10(関連規格:米国ASTM A380.0)」または「JIS ADC12(関連規格:米国ASTM A383.0)」を用いることができる。本実施形態では、アルミニウム合金として上記ADC12を採用してシリンダブロックを構成している。
図2に、本発明が適用されたシリンダライナの斜視構造を示す。
シリンダライナ2は、鋳鉄を素材として形成されている。
突起3は、シリンダライナ2の上端(ライナ上端23)からシリンダライナ2の下端(ライナ下端24)までにわたってライナ外周面22の全体に形成されている。なお、ライナ上端23はエンジン1において燃焼室側に位置するシリンダライナ2の端部を示す。また、ライナ下端24は、エンジン1において燃焼室とは反対側に位置するシリンダライナ2の端部を示す。
(A)鋳造材料の溶湯の温度(基準溶湯温度TC)以下の融点を有する材料、またはそうした材料を含む材料。なお、基準溶湯温度TCは、より正確には次のように説明することができる。即ち、シリンダブロック11の鋳造材料の溶湯について、シリンダライナ2を鋳ぐるむ際に金型内へ供給されるときの同溶湯の温度が基準溶湯温度TCに相当する。
(B)シリンダブロック11の鋳造材料と冶金的に接合する材料、またはそうした材料を含む材料。
図4に、突起3のモデル図を示す。以降では、シリンダライナ2の径方向(矢印A方向)を突起3の軸方向とする。また、シリンダライナ2の軸方向(矢印B方向)を突起3の径方向とする。図4では、突起3の径方向からみた突起3の形状を示している。
突起3の先端部32には、突起3の先端面に相当する頂面32Aが形成されている。頂面32Aは、略平滑に形成されている。
括れ部33は、径方向に沿う断面の面積(径方向断面積SR)が基端部31及び先端部32の径方向断面積SRよりも小さくなるように形成されている。
図5に、シリンダライナ2の括れ空間34に印を付けた突起3のモデル図を示す。
括れ空間34は、突起3の軸方向に沿って最大先端部32Bを通過する曲面(図5においては直線D−Dが同曲面に相当する)と括れ部33の表面(括れ面33A)とにより囲まれた領域に相当する。なお、最大先端部32Bは、先端部32において突起3の径方向の長さが最も大きい箇所を示す。
図6及び図7を参照して、シリンダライナ2における高熱伝導皮膜4及び低熱伝導皮膜5の形成態様について説明する。なお、以降では、高熱伝導皮膜4の厚さ及び低熱伝導皮膜5の厚さを皮膜厚さTPとして示す。
図6を参照して、高熱伝導皮膜4及び低熱伝導皮膜5の形成位置の設定態様について説明する。図6〔A〕は、軸方向に沿ったシリンダライナ2の断面構造を示す。図6〔B〕は、エンジンの定常運転状態におけるシリンダの温度(シリンダ壁温TW)について、軸方向の変化傾向の一例を示す。なお、以降では、シリンダライナ2から高熱伝導皮膜4及び低熱伝導皮膜5を除いた状態のシリンダライナを基準シリンダライナとする。また、基準シリンダライナを備えたエンジンを基準エンジンとする。
ここで、基準エンジンにおけるシリンダ壁温TWの変化傾向について説明する。なお、図6〔B〕において、実線は基準エンジンのシリンダ壁温TWを、破線は本実施形態のエンジン1のシリンダ壁温TWを示す。また、以降では、シリンダ壁温TWにおける最大の温度を最大シリンダ壁温TWHとし、シリンダ壁温TWにおける最小の温度を最小シリンダ壁温TWLとする。
(a)ライナ下端24からライナ中間部25までの範囲においては、燃焼ガスの影響が小さいため、ライナ下端24からライナ中間部25へかけてシリンダ壁温TWが緩やかに上昇する。また、ライナ下端24近傍においてシリンダ壁温TWが最小シリンダ壁温TWL1となる。本実施形態では、シリンダライナ2においてシリンダ壁温TWがこうした変化傾向を示す箇所をライナ低温部27としている。
(b)ライナ中間部25からライナ上端23までの範囲においては、燃焼ガスの影響が大きいため、シリンダ壁温TWが急激に上昇する。また、ライナ上端23近傍においてシリンダ壁温TWが最大シリンダ壁温TWH1となる。本実施形態では、シリンダライナ2においてシリンダ壁温TWがこうした変化傾向を示す箇所をライナ高温部26としている。
シリンダライナ2においては、皮膜厚さTPが0.5mm以下となるように高熱伝導皮膜4が形成されている。皮膜厚さTPが0.5mmよりも大きい場合、突起3によるアンカー効果が小さくなるため、シリンダブロック11とライナ高温部26との接合強度が大幅に低下するようになる。
(A)ライナ高温部26の全体に高熱伝導皮膜4を形成することができる。
(B)上記(A)の条件を満たす範囲内で最も小さい値である。
図7に、図6〔A〕のZC部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2においては、ライナ外周面22及び突起3の表面に沿って高熱伝導皮膜4が形成されている。また、括れ空間34が埋められることのないように高熱伝導皮膜4が形成されている。即ち、シリンダライナ2を鋳ぐるんだ際に括れ空間34へ鋳造材料が流れ込むように高熱伝導皮膜4が形成されている。なお、括れ空間34が高熱伝導皮膜4により埋められている場合、括れ空間34へ鋳造材料が充填されないため、ライナ高温部26において突起3によるアンカー効果が得られないようになる。
シリンダライナ2においては、ライナ外周面22及び突起3の表面に沿って低熱伝導皮膜5が形成されている。また、括れ空間34が埋められることのないように低熱伝導皮膜5が形成されている。即ち、シリンダライナ2を鋳ぐるんだ際に括れ空間34へ鋳造材料が流れ込むように低熱伝導皮膜5が形成されている。なお、括れ空間34が低熱伝導皮膜5により埋められている場合、括れ空間34へ鋳造材料が充填されないため、ライナ低温部27において突起3によるアンカー効果が得られないようになる。
図9及び図10を参照して、シリンダブロック11とシリンダライナ2との接合状態について説明する。なお、図9及び図10は、シリンダ13の軸方向に沿ったシリンダブロック11の断面構造を示す。
図9に、シリンダブロック11とライナ高温部26との接合状態(図1のZA部の断面構造)を示す。
(A)高熱伝導皮膜4を通じてシリンダブロック11とライナ高温部26との密着性が確保されているため、シリンダブロック11とライナ高温部26との間の熱伝導性が高められるようになる。
図10に、シリンダブロック11とライナ低温部27との接合状態(図1のZB部の断面構造)を示す。
(A)低熱伝導皮膜5を通じてシリンダブロック11とライナ低温部27との間の熱伝導性が低くされているため、ライナ低温部27のシリンダ壁温TWの上昇が図られるようになる。
表1を参照して、シリンダライナ2における突起3の形成状態について説明する。
本実施形態では、突起3の形成状態を示すパラメータ(形成状態パラメータ)として、「第1面積率SA」、「第2面積率SB」、「標準断面積SD」、「標準突起数NP」及び「標準突起長HP」を規定している。
(a)「測定高さH」は、ライナ外周面22を基準とした突起3の軸方向の距離(突起3の高さ)を示す。ライナ外周面22において測定高さHは0mmとなる。また、突起3の頂面32Aにおいて測定高さHは最も大きくなる。
(b)「第1基準平面PA」は、測定高さ0.4mmの位置において突起3の径方向に沿う平面を示す。
(c)「第2基準平面PB」は、測定高さ0.2mmの位置において突起3の径方向に沿う平面を示す。
〔A〕「第1面積率SA」:第1面積率SAは、ライナ外周面22上の第1基準平面PAの単位面積に占める突起3の面積(径方向断面積SR)の割合を示す。
〔B〕「第2面積率SB」:第2面積率SBは、ライナ外周面22上の第2基準平面PBの単位面積に占める突起3の面積(径方向断面積SR)の割合を示す。
〔C〕「標準断面積SD」:標準断面積SDは、ライナ外周面22上の第1基準平面PAにおける1つの突起3の面積(径方向断面積SR)を示す。
〔D〕「標準突起数NP」:標準突起数NPは、ライナ外周面22上の単位面積(1cm2)当たりに形成されている突起3の数を示す。
〔E〕「標準突起長HP」:標準突起長HPは、突起3における複数箇所の測定高さHの平均値を示す。
図11、図12及び表2を参照してシリンダライナ2の製造方法について説明する。
本実施形態では、金型遠心鋳造によりシリンダライナ2を製造するようにしている。また、上記形成状態パラメータの値を表1の選択範囲内におさめるため、金型遠心鋳造に関連するパラメータ(以下の〔A〕〜〔F〕)の値を表2の選択範囲内に設定するようにしている。
〔A〕懸濁液61における耐火基材61Aの配合割合。
〔B〕懸濁液61における粘結剤61Bの配合割合。
〔C〕懸濁液61における水61Cの配合割合。
〔D〕耐火基材61Aの平均粒径。
〔E〕懸濁液61に対する界面活性剤62の添加割合。
〔F〕塗型剤63の層(塗型層64)の厚さ。
図12を参照して、括れた形状の凹穴の形成態様について説明する。
[1]金型65の金型内周面65Aには、複数の気泡64Aを含んだ状態で塗型層64が形成される。
[2]気泡64Aに対して界面活性剤62が作用することにより、塗型層64の内周側に凹穴64Bが形成される。
[3]凹穴64Bの先端が金型内周面65Aに突き当たるまで拡大することにより、塗型層64内に括れた形状の凹穴64Cが形成される。
[工程F]ブラスト処理装置67により塗型層64(塗型剤63)をシリンダライナ2の外周から除去する。
図13を参照して、3次元レーザ測定方法による形成状態パラメータの測定方法について説明する。なお、標準突起長HPについては、別途の方法により測定される。
[1]シリンダライナ2から突起測定用試験片71を作成する。
[2]非接触式の3次元レーザ測定器81において、レーザ光82の照射方向と突起3の軸方向とが略平行となるように突起測定用試験片71を試験台83へセットする(図13〔A〕)。
[3]3次元レーザ測定器81から突起測定用試験片71へ向けてレーザ光82を照射する。(図13〔B〕)。
[4]3次元レーザ測定器81の測定結果を画像処理装置84に取り込む。
[5]画像処理装置84による画像処理を通じて突起3の等高線図85(図14)を表示し、等高線図85に基づいて各形成状態パラメータを算出する。
図14及び図15を参照して、突起3の等高線図85について説明する。図14は、等高線図85の一例を示す。図15は、測定高さHと等高線HLとの関係を示す。なお、図14においては、図15の突起3と異なる突起3についての等高線図85を示している。
例えば、測定高さ0mmから測定高さ1.0mmまで範囲において等高線HLを0.2mm毎に表示するようにした場合、等高線図85においては、測定高さ0mmの等高線HL0、測定高さ0.2mmの等高線HL2、測定高さ0.4mmの等高線HL4、測定高さ0.6mmの等高線HL6、測定高さ0.8mmの等高線HL8及び測定高さ1.0mmの等高線HL10が表示される。
本実施形態のシリンダライナ2について、形成状態パラメータは等高線図85に基づいてそれぞれ次のように算出することができる。
第1面積率SAは、等高線図85の面積に占める第1領域RAの面積の割合として算出することができる。即ち、下記計算式により第1面積率SAの算出を行うことができる。
SA = SRA/ST×100 [%]
上記計算式において、「ST」は等高線図85の全面積を示す。また、「SRA」は等高線図85における第1領域RAの面積を合計した面積を示す。例えば、図16の第1等高線図85Aをモデルとした場合、四角の領域の面積が「ST」となる。また、斜線の領域の面積が「SRA」となる。なお、第1面積率SAの算出に際して、等高線図85にはライナ外周面22以外の部分が含まれていないものとする。
第2面積率SBは、等高線図85の面積に占める第2領域RBの面積の割合として算出することができる。即ち、下記計算式により第2面積率SBの算出を行うことができる。
SB = SRB/ST×100 [%]
上記計算式において、「ST」は等高線図85の全面積を示す。また、「SRB」は等高線図85における第2領域RBの面積を合計した面積を示す。例えば、図17の第2等高線図85Bをモデルとした場合、四角の領域の面積が「ST」となる。また、斜線の領域の面積が「SRB」となる。なお、第2面積率SBの算出に際して、等高線図85にはライナ外周面22以外の部分が含まれていないものとする。
標準断面積SDは、等高線図85における個々の第1領域RAの面積として算出することができる。例えば、図16の第1等高線図85Aをモデルとした場合、斜線の領域の面積が標準断面積SDとなる。
標準突起数NPは、等高線図85の単位面積(ここでは1cm2)あたりにおける突起3の数として算出することができる。例えば、図16の第1等高線図85Aまたは図17の第2等高線図85Bをモデルとした場合、図中の突起の数(1個)が標準突起数NPとなる。なお、本実施形態のシリンダライナ2においては、単位面積(1cm2)あたりに5個〜60個の突起3が形成されているため、実際の標準突起数NPと第1等高線図85A及び第2等高線図85Bの標準突起数NPとは異なった値となる。
標準突起長HPは、各突起3について測定した1箇所または複数箇所の高さの平均値として算出することができる。なお、突起3の高さは、ダイヤルディプスゲージ等の測定機器により測定することができる。
各実施例及び比較例では、上記実施形態の製造方法(金型遠心鋳造)によりシリンダライナを製造した。シリンダライナの製造に際しては、鋳鉄の材質をFC230相当に設定するとともに完成時の肉厚を2.3mmに設定した。
・実施例1及び比較例1においては、第1面積率SAが下限値(10%)となるように、金型遠心鋳造に関連する各パラメータ(表2の〔A〕〜〔F〕)を表2の選択範囲内の値に設定した。
・実施例2及び比較例2においては、第2面積率SBが上限値(55%)となるように、金型遠心鋳造に関連する各パラメータ(表2の〔A〕〜〔F〕)を表2の選択範囲内の値に設定した。
・実施例3、実施例4及び比較例6は、金型遠心鋳造に関連する各パラメータ(表2の〔A〕〜〔F〕)を表2の選択範囲内において同じ値に設定した。
・比較例3は、鋳造後にシリンダライナの鋳肌を除去して平滑な外周面を形成した。
・比較例4は、第1面積率SAが下限値(10%)よりも小さくなるように、金型遠心鋳造に関連する各パラメータ(表2の〔A〕〜〔F〕)の少なくとも一つを表2の選択範囲外の値に設定した。
・比較例5は、第2面積率SBが上限値(55%)よりも大きくなるように、金型遠心鋳造に関連する各パラメータ(表2の〔A〕〜〔F〕)の少なくとも一つを表2の選択範囲外の値に設定した。
・実施例1、実施例2、比較例3、比較例4及び比較例5においては、皮膜厚さTPを同じ値に設定した。
・実施例4においては、皮膜厚さTPを上限値(0.5mm)に設定した。
・比較例1及び比較例2においては、皮膜を形成しないようにした。
・比較例6においては、皮膜厚さTPを上限値(0.5mm)よりも大きく設定した。
各実施例及び比較例における形成状態パラメータの測定方法について説明する。
各実施例及び比較例では、上記実施形態の「形成状態パラメータの算出方法」に従って突起3の形成態様に関連する各パラメータの測定を行った。
各実施例及び比較例における皮膜厚さTPの測定方法について説明する。
各実施例及び比較例では、顕微鏡により皮膜厚さTPの測定を行った。具体的には、次の[1]及び[2]の手順をもって皮膜厚さTPの測定を行うようにした。
[1]シリンダライナ2から皮膜厚さ測定用の試験片を作成する。
[2]顕微鏡により試験片における複数箇所の皮膜厚さTPを測定し、その平均値を皮膜厚さTPの測定値として算出する。
図18を参照して、各実施例及び比較例におけるライナ接合強度の評価方法について説明する。
[1]シリンダライナ2を備えたアルミニウム合金製の単気筒シリンダブロック72をダイカストにより製造する(図18〔A〕)。
[2]単気筒シリンダブロック72のシリンダ73から強度評価用試験片74を作成する。なお、強度評価用試験片74は、シリンダライナ2の一部(ライナ片74A)とシリンダ73のアルミ部(アルミ片74B)とから構成される。また、ライナ片74Aとアルミ片74Bとの間には高熱伝導皮膜4が形成されている。
[3]引っ張り試験機のアーム86を強度評価用試験片74(ライナ片74A及びアルミ片74B)に接着する(図18〔B〕)。
[4]引っ張り試験機のアーム86の一方をクランプ87により保持した後、ライナ片74Aとアルミ片74Bとがシリンダの径方向(矢印Cの方向)へ剥離するように、他方のアーム86を通じて強度評価用試験片74に引っ張り荷重をかける(図18〔C〕)。
[5]引っ張り試験を通じてライナ片74Aとアルミ片74Bとが剥離したときの強度(単位面積あたりの荷重)をライナ接合強度として算出する。
図19を参照して、各実施例及び比較例におけるシリンダの熱伝導性(シリンダブロック11とライナ高温部26との間の熱伝導性)の評価方法について説明する。
[1]シリンダライナ2を備えたアルミニウム合金製の単気筒シリンダブロック72をダイカストにより製造する(図19〔A〕)。
[2]単気筒シリンダブロック72から環状の熱伝導性評価用試験片75を作成する(図19〔B〕)。なお、熱伝導性評価用試験片75は、シリンダライナ2の一部(ライナ片75A)とシリンダ73のアルミ部(アルミ片75B)とから構成される。また、ライナ片75Aとアルミ片75Bとの間には高熱伝導皮膜4が形成されている。
[3]レーザフラッシュ装置88に熱伝導性評価用試験片75をセットした後、レーザ発振器89から熱伝導性評価用試験片75の外周面へ向けてレーザ光80を照射する(図19〔C〕)。
[4]レーザフラッシュ装置88により計測された試験結果から熱伝導性評価用試験片75の熱伝導率を算出する。
表7に、実施例及び比較例における各パラメータの測定結果を示す。なお、表中の値は、複数の測定結果の代表値を示す。
以上詳述したように、本実施形態のシリンダライナ及びエンジンによれば以下に示すような効果が得られるようになる。
・凝固速度の差に起因するシリンダボア間からその周囲へ向けての鋳造材料の移動を抑制するために、シリンダブロックの製造時におけるシリンダライナと鋳造材料との接合強度を十分に確保する。
・エンジンオイルの消費を抑制するために、シリンダブロックとシリンダライナとの間の熱伝導性を十分に確保する。
なお、上記第1実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
本発明の第2実施形態について、図20及び図21を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける高熱伝導皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については前記第1実施形態と同様となっている。
図20に、図6〔A〕のZC部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ高温部26のライナ外周面22には高熱伝導皮膜4が形成されている。
(A)基準溶湯温度TC以下の融点を有する材料、またはそうした材料を含む材料。
(B)シリンダブロック11の鋳造材料と冶金的に接合する材料、またはそうした材料を含む材料。
図21に、シリンダブロック11とライナ高温部26との接合状態(図1のZA部の断面構造)を示す。
以上詳述したように、この第2実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に加えて、以下に示すような効果が得られるようになる。
なお、上記第2実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
[a]亜鉛。
[b]すず。
[c]アルミニウム、亜鉛及びすずのうちの少なくとも2種類の材料を含む合金。
本発明の第3実施形態について、図22及び図23を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける高熱伝導皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については前記第1実施形態と同様となっている。
図22に、図6〔A〕のZC部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ高温部26のライナ外周面22には高熱伝導皮膜4が形成されている。
高熱伝導皮膜4の素材としては、その他に次の(A)及び(B)の少なくとも一方の条件を満たす材料を用いることができる。
(A)基準溶湯温度TC以下の融点を有する材料、またはそうした材料を含む材料。
(B)シリンダブロック11の鋳造材料と冶金的に接合する材料、またはそうした材料を含む材料。
図23に、シリンダブロック11とライナ高温部26との接合状態(図1のZA部の断面構造)を示す。
以上詳述したように、この第3実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果((2)及び(3)は除く)に準じた効果に加えて、以下に示すような効果が得られるようになる。
<実施形態のその他の構成>
なお、上記第3実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について、図24及び図25を参照して説明する。
図24に、図6〔A〕のZD部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ低温部27のライナ外周面22には低熱伝導皮膜5が形成されている。
溶射層52は、複数の小溶射層52Aの積み重ねにより構成されている。また、溶射層52(小溶射層52A)の内部には、酸化物の層及び気孔が多数含まれている。
図25に、シリンダブロック11とライナ低温部27との接合状態(図1のZB部の断面構造)を示す。
本実施形態では、アーク溶射を通じて低熱伝導皮膜5を形成するようにしている。
低熱伝導皮膜5の形成は、次の手順をもって行うことができる。
[1]アーク溶射装置により溶融したワイヤをライナ低温部27のライナ外周面22へ吹き付けて小溶射層52Aを形成する。
[2]1つの小溶射層52Aを形成した後、この小溶射層52Aの上に別の小溶射層52Aを形成する。
[3]所定の厚さの低熱伝導皮膜5が形成されるまで上記[2]の作業を繰り返す。
以上詳述したように、この第4実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に加えて、以下に示すような効果が得られるようになる。
本発明の第5実施形態について、図26及び図27を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける低熱伝導皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については前記第1実施形態と同様となっている。
図26に、図6〔A〕のZD部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ低温部27のライナ外周面22には低熱伝導皮膜5が形成されている。低熱伝導皮膜5は、酸化物の層(酸化物層53)により構成されている。
図27に、シリンダブロック11とライナ低温部27との接合状態(図1のZB部の断面構造)を示す。
本実施形態では高周波加熱を通じて低熱伝導皮膜5を形成するようにしている。
低熱伝導皮膜5の形成は、次の手順をもって行うことができる。
[1]高周波加熱装置によりライナ低温部27を加熱する。
[2]ライナ外周面22に所定の厚さの酸化物層53が形成されるまで加熱を継続する。
以上詳述したように、この第5実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に加えて、以下に示すような効果が得られるようになる。
本発明の第6実施形態について、図28及び図29を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける低熱伝導皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については前記第1実施形態と同様となっている。
図28に、図6〔A〕のZD部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ低温部27のライナ外周面22には低熱伝導皮膜5が形成されている。低熱伝導皮膜5は、ダイカスト用の離型剤の層(離型剤層54)により構成されている。
・バーミキュライトとヒタゾールと水ガラスとを調合した離型剤。
・シリコンを主成分とした液状材料と水ガラスとを調合した離型剤。
図29に、シリンダブロック11とライナ低温部27との接合状態(図1のZB部の断面構造)を示す。
以上詳述したように、この第6実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に加えて、以下に示すような効果が得られるようになる。
本発明の第7実施形態について、図28及び図29を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける低熱伝導皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については前記第1実施形態と同様となっている。
図28に、図6〔A〕のZD部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ低温部27のライナ外周面22には低熱伝導皮膜5が形成されている。
塗型剤層55の形成に際しては、例えば次のような塗型剤を用いることができる。
・珪藻土を主成分として調合した塗型剤。
・黒鉛を主成分として調合した塗型剤。
図29に、シリンダブロック11とライナ低温部27との接合状態(図1のZB部の断面構造)を示す。
以上詳述したように、この第7実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に加えて、以下に示すような効果が得られるようになる。
本発明の第8実施形態について、図28及び図29を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については、前記第1実施形態と同様となっている。
図28に、図6〔A〕のZD部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ低温部27のライナ外周面22には低熱伝導皮膜5が形成されている。
・黒鉛と水ガラスと水とを調合した低密着剤。
・窒化ボロンと水ガラスとを調合した低密着剤。
図29に、シリンダブロック11とライナ低温部27との接合状態(図1のZB部の断面構造)を示す。
低熱伝導皮膜5の製造方法について説明する。
本実施形態では、低密着剤の塗装及び乾燥を通じて低熱伝導皮膜5を形成するようにしている。
[1]所定の温度に加熱された炉内においてシリンダライナ2を一定時間にわたった保持することにより、シリンダライナ2の予熱を行う。
[2]液体の低密着剤が貯留された容器内にシリンダライナ2を浸すことにより、ライナ外周面22に低密着剤を塗装する。
[3]上記[2]の工程を行った後、上記[1]の炉内においてシリンダライナ2を一定時間にわたった保持することにより、低密着剤を乾燥させる。
[4]乾燥して形成された低密着剤層56が所定の厚さになるまで上記[1]〜[3]の工程を繰り返して行う。
以上詳述したように、この第8実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に準じた効果が得られるようになる。
なお、上記第8実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
(a)黒鉛と有機溶剤とを調合した低密着剤。
(b)黒鉛と水とを調合した低密着剤。
(c)窒化ボロン及び無機バインダまたは有機バインダを主成分とする低密着剤。
本発明の第9実施形態について、図28及び図29を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける低熱伝導皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については前記第1実施形態と同様となっている。
図28に、図6〔A〕のZD部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ低温部27のライナ外周面22には低熱伝導皮膜5が形成されている。低熱伝導皮膜5は、メタリック塗料の層(塗料層57)により構成されている。
図29に、シリンダブロック11とライナ低温部27との接合状態(図1のZB部の断面構造)を示す。
以上詳述したように、この第9実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に準じた効果が得られるようになる。
本発明の第10実施形態について、図28及び図29を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける低熱伝導皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については前記第1実施形態と同様となっている。
図28に、図6〔A〕のZD部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ低温部27のライナ外周面22には低熱伝導皮膜5が形成されている。低熱伝導皮膜5は、耐熱樹脂の層(耐熱樹脂層58)により構成されている。
図29に、シリンダブロック11とライナ低温部27との接合状態(図1のZB部の断面構造)を示す。
以上詳述したように、この第10実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に準じた効果が得られるようになる。
本発明の第11実施形態について、図28及び図29を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける低熱伝導皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については前記第1実施形態と同様となっている。
図28に、図6〔A〕のZD部の拡大構造を示す。
シリンダライナ2において、ライナ低温部27のライナ外周面22には低熱伝導皮膜5が形成されている。
化成処理層59としては、例えば次のような層を形成することができる。
・りん酸塩の化成処理層。
・四三酸化鉄の化成処理層。
図29に、シリンダブロック11とライナ低温部27との接合状態(図1のZB部の断面構造)を示す。
以上詳述したように、この第11実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に加えて、以下に示すような効果が得られるようになる。
本発明の第12実施形態について、図30を参照して説明する。
本実施形態では、前記第1実施形態のシリンダライナにおける皮膜の形成態様を以下で説明するように変更している。なお、本実施形態のシリンダライナにおいて、以下で説明する構成以外については前記第1実施形態と同様となっている。
図30に、シリンダライナ2の斜視構造を示す。
シリンダライナ2のライナ外周面22には、ライナ上端23からライナ中間部25の上端側(第1中間部25A)までの範囲に高熱伝導皮膜4が形成されている。また、周方向の全体にわたって高熱伝導皮膜4が形成されている。
以上詳述したように、この第12実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に準じた効果が得られるようになる。
なお、上記第12実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
(第13実施形態)
本発明の第13実施形態について説明する。
本実施形態のシリンダライナ2においては、シリンダライナ2の肉厚(ライナ肉厚TL)が次のように設定されている。即ち、ライナ低温部27のライナ肉厚TLがライナ高温部26のライナ肉厚TLよりも大きく設定されている。また、ライナ肉厚TLがライナ上端23からライナ下端24へかけて徐々に大きくなるように設定されている。
以上詳述したように、この第13実施形態にかかるシリンダライナによれば、先の第1実施形態による前記(1)〜(14)の効果に準じた効果が得られるようになる。
なお、上記第13実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記第13実施形態において、ライナ低温部27のライナ肉厚TLをライナ高温部26のライナ肉厚TLよりも大きく設定するとともに、それぞれの箇所のライナ肉厚TLを一定の大きさに設定することもできる。
(A)高熱伝導皮膜4及び低熱伝導皮膜5が形成されていないシリンダライナ。
(B)突起3が形成されていないシリンダライナ。
その他、上記各実施形態に共通して変更することができる要素を以下に列挙する。
・上記各実施形態の高熱伝導皮膜4及び低熱伝導皮膜5を次のように組み合わせることもできる。
(イ)第2実施形態の高熱伝導皮膜4と第4〜第11実施形態のいずれかの低熱伝導皮膜5とを組み合わせる。
(ロ)第3実施形態の高熱伝導皮膜4と第4〜第11実施形態のいずれかの低熱伝導皮膜5とを組み合わせる。
・高熱伝導皮膜4の製造方法は、上記各実施形態にて例示した製造方法(溶射、ショットコーティング及びめっき)に限られず適宜の製造方法を採用することができる。
・上記実施形態では、第1面積率SA及び第2面積率SBの選択範囲を表1の選択範囲に設定するようにしたが、次のように変更することもできる。
第1面積率SA:10% 〜 30%
第2面積率SB:20% 〜 45%
こうした設定を採用することで、ライナ接合強度及び突起3間への鋳造材料の充填性をより向上させることができるようになる。
(A)高熱伝導皮膜4の熱伝導率がシリンダライナ2の熱伝導率よりも大きい。
(B)高熱伝導皮膜4の熱伝導率がシリンダブロック11の熱伝導率よりも大きい。
(A)低熱伝導皮膜5の熱伝導率がシリンダライナ2の熱伝導率よりも小さい。
(B)低熱伝導皮膜5の熱伝導率がシリンダブロック11の熱伝導率よりも小さい。
2…シリンダライナ、21…ライナ内周面、22…ライナ外周面、23…ライナ上端、24…ライナ下端、25…ライナ中間部、25A…第1中間部、25B…第2中間部、26…ライナ高温部、27…ライナ低温部、28…壁温境界。
4…高熱伝導皮膜、41…溶射層、42…コーティング層、43…めっき層。
Claims (38)
- シリンダブロックに適用される鋳ぐるみ用のシリンダライナにおいて、
高熱伝導皮膜を軸方向の上部の外周面に形成したこと、及び低熱伝導皮膜を軸方向の下部の外周面に形成したこと
を特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1に記載のシリンダライナにおいて、
前記高熱伝導皮膜は、前記シリンダブロックとの密着性を高める皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1または2に記載のシリンダライナにおいて、
前記高熱伝導皮膜は、金属材料の溶射層により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1または2に記載のシリンダライナにおいて、
前記高熱伝導皮膜は、金属材料のショットコーティング層により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1または2に記載のシリンダライナにおいて、
前記高熱伝導皮膜は、金属材料のめっき層により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記高熱伝導皮膜は、前記シリンダブロックと冶金的に接合する皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記シリンダブロックの鋳造材料の溶湯について、当該シリンダライナを鋳ぐるむ際の該溶湯の温度を基準溶湯温度としたとき、
前記高熱伝導皮膜は、該基準溶湯温度以下の融点を有する皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記高熱伝導皮膜は、当該シリンダライナよりも大きい熱伝導率を有する皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記高熱伝導皮膜は、前記シリンダブロックよりも大きい熱伝導率を有する皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、前記シリンダブロックと当該シリンダライナとの間に空隙を形成させる皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、前記シリンダブロックと当該シリンダライナとの密着性を低下させる皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、ダイカスト用の離型剤により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、金型遠心鋳造用の塗型剤により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、黒鉛を主成分とした低密着剤により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、窒化ボロンを主成分とした低密着剤により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、メタリック塗料により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、耐熱樹脂により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、化成処理層により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、セラミック材料の溶射層により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、鉄系材料の溶射層により構成される皮膜であり、該溶射層は酸化物及び気孔を多数含む溶射層である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、酸化物の層により構成される皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜21のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、前記シリンダブロックよりも小さい熱伝導率を有する皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜22のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記低熱伝導皮膜は、当該シリンダライナよりも小さい熱伝導率を有する皮膜である
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜23のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
当該シリンダライナの下端から中間部へ向かうにつれて前記低熱伝導皮膜の厚さを小さくした
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜24のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記シリンダブロックのシリンダボア間を除いた範囲に前記低熱伝導皮膜を形成した
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜25のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記高熱伝導皮膜を当該シリンダライナの上端から第1中間部までの外周面に形成したこと、前記低熱伝導皮膜を当該シリンダライナの下端から前記第1中間部よりも下端側に位置する第2中間部までの外周面に形成したこと、並びに前記第1中間部から前記第2中間部までの外周面に前記高熱伝導皮膜及び前記低熱伝導皮膜を形成していないこと
を特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜26のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記軸方向の上部の肉厚を前記軸方向の下部の肉厚よりも小さく設定した
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 鋳ぐるみ用のシリンダライナにおいて、
軸方向の上部の肉厚を軸方向の下部の肉厚よりも小さく設定した
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜28のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
括れた形状の突起を外周面に複数形成した
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項29に記載のシリンダライナにおいて、
前記括れた形状の突起について次の括弧内の条件が満たされる
「外周面上の1cm2当たりにおける突起の数が5個〜60個の範囲に含まれる」
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項29または30に記載のシリンダライナにおいて、
前記括れた形状の突起について次の括弧内の条件が満たされる
「突起の高さが0.5mm〜1.5mmの範囲に含まれる」
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項29〜31のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記括れた形状の突起について次の括弧内の条件が満たされる
「3次元レーザ測定器により得られる突起の等高線図において、高さ0.4mmの等高線により囲まれた領域の面積率が10%以上である」
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項29〜32のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記括れた形状の突起について次の括弧内の条件が満たされる
「3次元レーザ測定器により得られる突起の等高線図において、高さ0.2mmの等高線により囲まれた領域の面積率が55%以下である」
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項29〜31のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記括れた形状の突起について次の括弧内の条件が満たされる
「3次元レーザ測定器により得られる突起の等高線図において、高さ0.4mmの等高線により囲まれた領域の面積率が10%〜50%の範囲に含まれる」
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項29〜32のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記括れた形状の突起について次の括弧内の条件が満たされる
「3次元レーザ測定器により得られる突起の等高線図において、高さ0.2mmの等高線により囲まれた領域の面積率が20%〜55%の範囲に含まれる」
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項29〜35のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記括れた形状の突起について次の括弧内の条件が満たされる
「3次元レーザ測定器により得られる突起の等高線図において、高さ0.4mmの等高線により囲まれる各領域の面積が0.2mm2〜3.0mm2の範囲に含まれる」
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項29〜36のいずれか一項に記載のシリンダライナにおいて、
前記括れた形状の突起について次の括弧内の条件が満たされる
「3次元レーザ測定器により得られる突起の等高線図において、高さ0.4mmの等高線により囲まれる各領域が独立している」
ことを特徴とするシリンダライナ。 - 請求項1〜37のいずれか一項に記載のシリンダライナを備えたエンジン。
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