JP2012012957A - Cylinder block made of aluminum alloy, and method of manufacturing the same - Google Patents

Cylinder block made of aluminum alloy, and method of manufacturing the same Download PDF

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慎治 原田
Toshihiro Takami
俊裕 高見
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隆利 新吉
Takeshi Seguchi
剛 瀬口
Mitsuyoshi Sato
三由 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder block made of an aluminum alloy which is inexpensively manufacturable while securing a necessary characteristic for a cylinder bore surface, and a method of manufacturing the same.SOLUTION: A surface of a cylinder bore is formed so that, when it is assumed that effective load roughness, initial wear height and oil sump depth are Rk, Rpk and Rvk, respectively, Rk+Rpk<1.0 μm, Rk+Rvk<2.0 μm and Rk>0.65 μm are satisfied, and the width of a pit blank region spirally formed on the surface of the cylinder bore and having the height difference of irregularity <2 μm is set ≤1.0 mm.

Description

本発明は、アルミニウム合金製のシリンダーブロック及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a cylinder block made of an aluminum alloy and a method for manufacturing the same.

近年、エンジンの軽量化等を目的として、シリンダーブロック材料の、鋳鉄からアルミニウム合金への置換が進められている。一般に、こうしたアルニウム合金製のシリンダーブロックは、アルミニウム合金製のブロック基体に鋳鉄製のシリンダーライナーを鋳込みや圧入により一体化して形成されている。こうしたシリンダーブロックでは、鋳鉄製のシリンダーライナーにより、シリンダーボア表面に必要とされる耐摩耗性や耐スカッフ性、摺動特性等が確保されている。   In recent years, replacement of cast block material with cast aluminum has been promoted for the purpose of reducing engine weight. In general, such a cylinder block made of an aluminum alloy is formed by integrating a cast iron cylinder liner into a block base made of aluminum alloy by casting or press-fitting. In such cylinder blocks, cast iron cylinder liners ensure the necessary wear resistance, scuff resistance, sliding characteristics, etc., on the cylinder bore surface.

一方、そうしたアルミニウム合金製のシリンダーブロックの更なる軽量化等を目的として、鋳鉄製のシリンダーライナーを廃止した、ライナーレス・アルミシリンダーブロックが開発されている。こうしたライナーレス・アルミシリンダーブロックは、シリンダーボア表面の耐摩耗性や耐スカッフ性、摺動特性等を確保するため、シリコン含有率の高いアルミニウム合金(ハイシリンコンアルミ)を使用するのが一般的となっている。   On the other hand, linerless aluminum cylinder blocks have been developed in which cast iron cylinder liners have been abolished for the purpose of further reducing the weight of such aluminum alloy cylinder blocks. These linerless aluminum cylinder blocks generally use an aluminum alloy with a high silicon content (high silincon aluminum) to ensure wear resistance, scuff resistance, sliding characteristics, etc. on the cylinder bore surface. It has become.

そして従来、特許文献1には、平均粒径3μm〜10μmの初晶シリコンが晶出したアルミニウム合金を用いるとともに、ホーニング加工を施すことでシリンダーボアの表面を表面粗さRa=0.05〜0.3μmとしたハイシリコンアルミ製のシリンダーブロックが提案されている。こうしたシリンダーブロックによれば、初晶シリコンがシリンダーボア表面に突出されるようになり、耐焼き付き性や耐摩耗性が確保されるようになる。   Conventionally, in Patent Document 1, an aluminum alloy crystallized from primary silicon having an average particle size of 3 μm to 10 μm is used, and the surface of the cylinder bore is made surface roughness Ra = 0.05 to 0 by performing honing. A cylinder block made of high silicon aluminum with a thickness of 3 μm has been proposed. According to such a cylinder block, primary silicon is projected onto the cylinder bore surface, and seizure resistance and wear resistance are ensured.

特開2002−221077号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-221077

こうした従来のシリンダーブロックでは、シリンダーボア表面の耐焼き付き性や耐摩耗性の確保が可能ではあるものの、価格の高いハイシリンコンアルミニウム合金を使用しているため、高コストとなってしまう。   In such a conventional cylinder block, although seizure resistance and wear resistance of the cylinder bore surface can be ensured, the cost is high because a high-cost silicon alloy alloy is used.

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、シリンダーボア表面に必要な特性を確保しつつも、安価に製造することのできるアルミニウム合金製シリンダーブロック及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the problem to be solved is a cylinder block made of an aluminum alloy that can be manufactured at low cost while ensuring necessary characteristics on the surface of the cylinder bore, and its It is to provide a manufacturing method.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、アルミニウム合金製のシリンダーブロックにおいて、有効負荷粗さを「Rk」、初期摩耗高さを「Rpk」、油溜まり深さを「Rvk」としたとき、シリンダーボアの表面を、「Rk+Rpk < 1.0μm」、且つ「Rk+Rvk < 2.0μm」となるように形成している。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is the cylinder block made of aluminum alloy, in which the effective load roughness is “Rk”, the initial wear height is “Rpk”, and the oil sump depth is “Rvk”. , The surface of the cylinder bore is formed so that “Rk + Rpk <1.0 μm” and “Rk + Rvk <2.0 μm”.

このようにシリンダーボア表面の形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックでは、Si含有率の高いアルミニウム合金を使用せずとも、シリンダーボア表面の摺動特性やオイル保持能力を、鋳鉄製シリンダーライナー並みかそれ以上とすることができる。そのため、上記構成によれば、シリンダーボア表面に必要な特性を確保しつつも、安価に製造することができるようになる。   In this way, the cylinder block made of aluminum alloy with the cylinder bore surface has the same sliding characteristics and oil retention ability as the cast iron cylinder liner, without using an aluminum alloy with a high Si content. This can be done. Therefore, according to the above configuration, it is possible to manufacture the cylinder bore surface at low cost while ensuring necessary characteristics on the cylinder bore surface.

更に請求項2によるように、有効負荷粗さRkが0.65μmより大きく、且つシリンダーボアの表面に螺旋状に形成された、凹凸の高低差が2μm未満のピット空白領域の幅が1.0mm以下となるようにすれば、シリンダーボア表面に、鋳鉄製シリンダーライナー以上の耐スカッフ性を確保することができるようにもなる。   Further, according to claim 2, the effective load roughness Rk is larger than 0.65 μm, and the width of the pit blank region formed in a spiral shape on the surface of the cylinder bore and having a height difference of less than 2 μm is 1.0 mm. If it is set as follows, it becomes possible to ensure scuff resistance higher than that of a cast iron cylinder liner on the surface of the cylinder bore.

なお、上記のようなシリンダーボアの表面は、請求項3によるように、プラズマ照射により粗面化した後、ホーニング加工を施すことで形成することができる。
ちなみに、こうしたアルミニウム合金製シリンダーブロックの材料としては、請求項4によるように、ADC12を用いることができる。
The surface of the cylinder bore as described above can be formed by performing honing after roughening the surface by plasma irradiation.
Incidentally, as a material of such an aluminum alloy cylinder block, ADC 12 can be used as in claim 4.

また上記課題を解決するため、アルミニウム合金製シリンダーブロックの製造方法としての請求項5に記載の発明は、シリンダーボアの表面にプラズマ照射を行う工程と、そのプラズマ照射により粗面化された前記シリンダーボアの表面にホーニング加工を施す工程と、を通じて、有効負荷粗さを「Rk」、初期摩耗高さを「Rpk」、油溜まり深さを「Rvk」としたときにシリンダーボアの表面を、「Rk+Rpk < 1.0μm」、且つ「Rk+Rvk < 2.0μm」となるように形成している。   Moreover, in order to solve the said subject, invention of Claim 5 as a manufacturing method of the cylinder block made from an aluminum alloy is the process which plasma-irradiates the surface of a cylinder bore, The said cylinder roughened by the plasma irradiation Through the honing process on the bore surface, the effective bore roughness is "Rk", the initial wear height is "Rpk", and the oil sump depth is "Rvk". Rk + Rpk <1.0 μm ”and“ Rk + Rvk <2.0 μm ”.

このようにシリンダーボア表面の形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックでは、Si含有率の高いアルミニウム合金を使用せずとも、シリンダーボア表面の摺動特性やオイル保持能力を、鋳鉄製シリンダーライナー並みかそれ以上とすることができる。そのため、上記方法によれば、シリンダーボア表面に必要な特性を確保しつつも、安価に製造することができるようになる。   In this way, the cylinder block made of aluminum alloy with the cylinder bore surface has the same sliding characteristics and oil retention ability as the cast iron cylinder liner, without using an aluminum alloy with a high Si content. This can be done. Therefore, according to the above method, it is possible to manufacture the cylinder bore surface at a low cost while ensuring necessary characteristics on the surface of the cylinder bore.

更に請求項6によるように、上記プラズマ照射を行う工程と、上記ホーニング加工を施す工程とを通じて、シリンダーボアの表面の有効負荷粗さRkが0.65μmより大きくなり、且つシリンダーボアの表面に螺旋状に形成された、凹凸の高低差が2μm未満のピット空白領域の幅が1.0mm以下となるようにした場合には、シリンダーボア表面に、鋳鉄製シリンダーライナー以上の耐スカッフ性を確保することができるようにもなる。   Further, according to claim 6, through the plasma irradiation step and the honing step, the effective load roughness Rk of the cylinder bore surface is larger than 0.65 μm, and the surface of the cylinder bore is spiraled. When the width of the pit blank area where the height difference of the unevenness is less than 2 μm is set to 1.0 mm or less, the surface of the cylinder bore is secured with scuff resistance equal to or higher than that of a cast iron cylinder liner. You will be able to

なお、こうして製造されるアルミニウム合金製シリンダーブロックの材料としては、請求項7によるように、ADC12を用いることができる。   As a material of the aluminum alloy cylinder block manufactured in this way, ADC 12 can be used as in claim 7.

特殊粗さ曲線と負荷曲線とを示す図。The figure which shows a special roughness curve and a load curve. シリンダーボア表面の性状分布を模式的に示す略図Schematic diagram schematically showing the property distribution on the cylinder bore surface 図2の III−III 線に沿った表面粗さ曲線を示す図。The figure which shows the surface roughness curve along the III-III line | wire of FIG. Rk+Rvkとオイル保持量との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between Rk + Rvk and an oil retention amount. 往復摺動試験機の斜視構造を示す斜視図。The perspective view which shows the perspective structure of a reciprocating sliding test machine. Rk+Rpkと平均摩擦係数との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between Rk + Rpk and an average friction coefficient. 往復摺動試験機での試験中の摩擦力の推移を示すグラフ。The graph which shows transition of the frictional force during the test with a reciprocating sliding test machine. Rkとスカッフ時間との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between Rk and scuff time. ピット空白領域の幅とスカッフ時間との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the width | variety of a pit blank area, and a scuff time.

以下、本発明のアルミニウム合金製シリンダーブロック及びその製造方法を具体化した一実施形態を、図1〜図9を参照して詳細に説明する。
本実施の形態のアルミニウム合金製シリンダーブロックは、そのシリンダーボア部分にアルミダイカスト材(ADC12)を使用したものとなっている。そしてシリンダーボアの表面には、その粗面化及び硬化のためのプラズマ照射の後、ホーニング加工が施されている。なお、このときのプラズマ照射は、出力:200W、処理能力:20立方ミリメートル/秒で行っている。
Hereinafter, an embodiment embodying an aluminum alloy cylinder block and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The aluminum alloy cylinder block of the present embodiment uses an aluminum die-cast material (ADC12) for the cylinder bore portion. The surface of the cylinder bore is subjected to honing after plasma irradiation for roughening and hardening. The plasma irradiation at this time is performed at an output of 200 W and a processing capacity of 20 cubic millimeters / second.

またシリンダーボアの表面性状は、接触式粗さ測定機により複数箇所で測定した有効負荷粗さRk、初期摩耗高さRpk、油溜まり深さRvkが、以下の条件(A)〜(C)のすべてを満すように形成されている。   Further, the surface properties of the cylinder bore are as follows. The effective load roughness Rk, the initial wear height Rpk, and the oil sump depth Rvk measured at a plurality of locations with a contact type roughness measuring machine satisfy the following conditions (A) to (C). It is formed to satisfy everything.


Rk+Rpk < 1.0μm …(A)
Rk+Rvk < 2.0μm …(B)
Rk > 0.65μm …(C)

ここで条件(A)〜(C)を規定する有効負荷粗さRk、初期摩耗高さRpk、油溜まり深さRvkは、以下のように規定されたものとなっている。

Rk + Rpk <1.0 μm (A)
Rk + Rvk <2.0 μm (B)
Rk> 0.65 μm (C)

Here, the effective load roughness Rk, the initial wear height Rpk, and the oil sump depth Rvk that define the conditions (A) to (C) are defined as follows.

図1の左側に示される曲線は、ISO13565及びDIN4776に規定される態様で、表面粗さ曲線にフィルターをかけてうねりを除去したものとなっている。また同図1の右側に示す負荷曲線は、特殊粗さ曲線を抽出曲線とし、これから評価長さ法およびμm法によって求めたもので、統計学上でいう累計確率密度関数に相当するものとなっている。   The curve shown on the left side of FIG. 1 is obtained by filtering the surface roughness curve in a manner defined by ISO13565 and DIN4776 and removing the waviness. Further, the load curve shown on the right side of FIG. 1 is obtained by using a special roughness curve as an extraction curve and obtained from the evaluation length method and the μm method, and corresponds to the cumulative probability density function referred to in statistics. ing.

更に同図に示す線分ABは、負荷曲線において、負荷長さ率(tp値)の方向に40%の幅をとり、この両端の高さの差が最小となる位置を探し、その2点を通る直線(最小傾斜直線)を示すものとなっている。なお同図の点Aは、この最小傾斜直線と、tp=0%の限界線との交点であり、点Cは、この点Aからの水平線と負荷曲線との交点となっている。また点Bは、最小傾斜直線と、tp=100%の限界線との交点であり、点Dは、この点Bからの水平線と負荷曲線との交点となっている。   Further, the line segment AB shown in the figure has a width of 40% in the direction of the load length rate (tp value) in the load curve, and finds a position where the difference in height between the both ends is minimized. It shows a straight line passing through (minimum slope straight line). Note that point A in the figure is the intersection of this minimum inclination straight line and the limit line of tp = 0%, and point C is the intersection of the horizontal line from this point A and the load curve. Point B is the intersection of the minimum inclination straight line and the limit line of tp = 100%, and point D is the intersection of the horizontal line from this point B and the load curve.

こうした図において初期摩耗高さRpkは、0%限界線と辺ACと負荷曲線とで囲まれる部分の面積と等しい、辺ACを一辺とする直角三角形をなすようなtp=0%の限界線上の高さとなっている。また油溜まり深さRvkは、100%限界線と辺BDと負荷曲線とで囲まれる部分の面積と等しい、辺BDを一辺とする直角三角形をなすような100%限界線上の高さとなっている。そして有効負荷粗さRkは、点C、点D間の高さの差となっている。   In these figures, the initial wear height Rpk is equal to the area surrounded by the 0% limit line, the side AC, and the load curve, and is on the limit line of tp = 0% that forms a right triangle with one side AC as one side. It is height. The oil sump depth Rvk is equal to the area surrounded by the 100% limit line, the side BD, and the load curve, and has a height on the 100% limit line that forms a right triangle with the side BD as one side. . The effective load roughness Rk is a difference in height between points C and D.

ちなみに、本実施の形態での表面粗さの測定条件は、次の通りとなっている。
評価長さ : 0.8mm
測定長さ : 4mm
前後予備長さ(助走距離) : 前後それぞれ0.4mm
測定速度 : 0.5mm/s
触針形状 : 2μm、頂角60°
フィルター : ガウシアン
ところで、上述したシリンダーボア表面のプラズマ照射は、シリンダーボアの内周を螺旋状に走査しながらプラズマを照射して行なわれている。こうしたプラズマ照射にかかるコストを削減するには、プラズマの照射量(1気筒当りの照射長さ)を必要最小に抑える必要がある。そしてそのためには、照射のピッチを、すなわち図2に示すような照射中心の軌跡間の距離を、最大限に広げることが有効となる。照射のピッチをある程度に広げると、照射中心の軌跡の近傍には、プラズマの照射量が多く、照射中心の軌跡から離れた部分では、プラズマの照射量が少なくなる。そのため、このときのシリンダーボアの表面には、プラズマ照射中心の軌跡に直交する方向において、プラズマ照射による粗面化で多数のピットが形成された領域(ピット領域)と、目立ったピットが存在しないピット空白領域とが、交互に繰り返し表れることになる。
Incidentally, the measurement conditions of the surface roughness in the present embodiment are as follows.
Evaluation length: 0.8mm
Measurement length: 4mm
Front and rear preliminary length (running distance): Front and rear 0.4mm each
Measurement speed: 0.5 mm / s
Stylus shape: 2 μm, apex angle 60 °
Filter: Gaussian By the way, the above-described plasma irradiation of the cylinder bore surface is performed by irradiating the plasma while spirally scanning the inner periphery of the cylinder bore. In order to reduce the cost of such plasma irradiation, it is necessary to suppress the plasma irradiation amount (irradiation length per cylinder) to the minimum necessary. For this purpose, it is effective to maximize the irradiation pitch, that is, the distance between the trajectories of the irradiation center as shown in FIG. If the irradiation pitch is increased to some extent, the plasma irradiation amount is large in the vicinity of the locus of the irradiation center, and the plasma irradiation amount is small in a portion away from the irradiation center locus. Therefore, on the surface of the cylinder bore at this time, there are no areas where pits are formed by roughening by plasma irradiation (pit areas) and no conspicuous pits in the direction perpendicular to the locus of the plasma irradiation center. Pit blank areas appear alternately and repeatedly.

図3は、図2のIII−III線に沿ったシリンダーボア表面の粗さ曲線を示している。ピット領域とピット領域との間には、凹凸の高低差が2μm未満のピット空白領域が形成されている。本実施の形態では、こうしたピット空白領域の幅が1.0mm以下となるように、プラズマ照射のピッチを設定するようにしている。   FIG. 3 shows a roughness curve of the cylinder bore surface along the line III-III in FIG. Between the pit area and the pit area, a pit blank area having a height difference of less than 2 μm is formed. In the present embodiment, the plasma irradiation pitch is set so that the width of such a pit blank area is 1.0 mm or less.

次に、上記条件(A)〜(C)及び上記ピット空白領域の幅を規定した理由について説明する。
発明者らは、プラズマ照射条件、ホーニング条件を変化させ、様々な表面性状の試験片を作成し、オイル保持量の評価を行った。オイル保持量の評価は、オイルを塗布した試験片を立てかけたまま4時間放置し、その前後の質量差を測定することで行っている。なお、実際のエンジンに適用したときのエンジンのオイルの消費量を考慮すれば、シリンダーボア表面のオイル保持量は、少なくすることが望ましい。
Next, the reason why the conditions (A) to (C) and the width of the pit blank area are defined will be described.
The inventors changed the plasma irradiation conditions and the honing conditions, created test pieces having various surface properties, and evaluated the oil retention amount. The oil retention amount is evaluated by leaving the test piece coated with oil standing for 4 hours while standing, and measuring the mass difference before and after that. In consideration of the amount of oil consumption of the engine when applied to an actual engine, it is desirable to reduce the amount of oil retained on the cylinder bore surface.

その評価結果からは、図4に示すように、オイル保持量は、有効負荷粗さと油溜まり深さの加算値(Rk+Rvk)に相関を有していることが確かめられた。この結果は、シリンダーボア表面に形成された凹部にオイルが蓄積されることを考えれば、妥当なものである。同図に示すように、オイル保持量を、鋳鉄製シリンダーライナーと同等以下(0.1mg/平方cm以下)としたいのであれば、Rk+Rvkは、2.0μmよりも小さくする必要がある。   From the evaluation results, as shown in FIG. 4, it was confirmed that the oil retention amount has a correlation with the added value (Rk + Rvk) of the effective load roughness and the oil sump depth. This result is reasonable considering that oil accumulates in the recess formed on the cylinder bore surface. As shown in the figure, if the oil retention amount is to be equal to or less than that of a cast iron cylinder liner (0.1 mg / square cm or less), Rk + Rvk needs to be smaller than 2.0 μm.

また発明者らは、表面性状を変化させた多数の試験片のフリクションの評価試験を行った。この試験は、図5に示すような、往復摺動試験機を作成して行われている。この往復摺動試験機は、試験片1が固定されるテーブル2と、ピストンリングの切出片3が固定されるテーブル4との2つのテーブルを備えている。そしてこの試験機は、荷重をかけて試験片1を切出片3に押し付けながら、テーブル4を上下に往復動させて、そのときの試験片1と切出片3との摺動摩擦力をロードセル5で測定することで評価試験を行うように構成されている。   In addition, the inventors conducted a friction evaluation test on a large number of test pieces having different surface properties. This test is performed by creating a reciprocating sliding tester as shown in FIG. This reciprocating sliding tester includes two tables, a table 2 to which the test piece 1 is fixed and a table 4 to which the piston ring cutout piece 3 is fixed. The test machine reciprocates the table 4 up and down while pressing the test piece 1 against the cut piece 3 under a load, and the sliding friction force between the test piece 1 and the cut piece 3 at that time is the load cell. It is comprised so that an evaluation test may be performed by measuring at 5.

こうした往復摺動試験機を用いたフリクションの評価試験の結果からは、フリクションは、図6に示すように、有効負荷粗さと初期摩耗高さとの加算値(Rk+Rpk)と相関があることが確かめられた。そして同図に示すように、摩擦係数を鋳鉄製シリンダーライナーと同等以下(0.03以下)としたいのであれば、Rk+Rpkは、1.0よりも小さくする必要がある。   From the results of the friction evaluation test using such a reciprocating sliding tester, it is confirmed that the friction has a correlation with the added value (Rk + Rpk) of the effective load roughness and the initial wear height as shown in FIG. It was. As shown in the figure, if it is desired to make the friction coefficient equal to or less than that of the cast iron cylinder liner (0.03 or less), Rk + Rpk needs to be smaller than 1.0.

更に発明者らは、表面性状を変化させた多数の試験片の耐スカッフ性の評価試験も行っている。この耐スカッフ性の評価試験も、図5に示した往復摺動試験機を使用して行っている。   Furthermore, the inventors have also conducted a scuff resistance evaluation test for a large number of test pieces having different surface properties. This scuff resistance evaluation test is also performed using the reciprocating sliding tester shown in FIG.

図7は、試験中の試験片1、切出片3間の摺動摩擦力の推移を示している。試験開始後、試験片1、切出片3間の摺動摩擦力は、小さい値のまま推移しているが、スカッフィングが発生すると、急激に増大する。そこでここでは、試験開始から摺動摩擦力が急増するまでの時間(スカッフ時間)を、耐スカッフ性の指標値として測定することで、評価試験を行っている。   FIG. 7 shows the transition of the sliding frictional force between the test piece 1 and the cut piece 3 under test. After starting the test, the sliding frictional force between the test piece 1 and the cut piece 3 remains small, but increases rapidly when scuffing occurs. Therefore, here, the evaluation test is performed by measuring the time (scuff time) from the start of the test until the sliding frictional force increases rapidly as the index value of the scuff resistance.

図8は、有効負荷粗さRkとスカッフ時間との関係を示している。この関係からは、スカッフ時間を鋳鉄製シリンダーライナーと同等以上(5分以上)となるのは、少なくとも、有効負荷粗さRkが「0.65μm」を上回っているもののみとなっている。ただし、有効負荷粗さRkが「0.65μm」を上回った試験片についても、スカッフ時間が5分を下回るものもある。   FIG. 8 shows the relationship between the effective load roughness Rk and the scuff time. From this relationship, the scuff time is equal to or longer than that of the cast iron cylinder liner (5 minutes or more) at least when the effective load roughness Rk exceeds “0.65 μm”. However, some of the test pieces having an effective load roughness Rk exceeding “0.65 μm” have a scuff time of less than 5 minutes.

そこで更なる調査を行ったところ、耐スカッフ性は、上述したピット空白領域の幅にも相関があることが確認された。図9は、Rkが「0.65μm」を超える、図8の点線枠内に位置する試験片のピット空白領域の幅とスカッフ時間との関係を示したものである。同図に示すように、ピット空白領域の幅が1mm以上の試験片は、スカッフ時間が5分未満となっている。これは、ピット空白領域では、オイル保持性が低下して局所的な油膜切れが発生し、試験片1と切出片3とが直接接触し易くなるため、ピット空白領域が大きくなると、そこを起点にスカッフが発生するためであると考えられる。   As a result of further investigation, it was confirmed that the scuff resistance has a correlation with the width of the pit blank area. FIG. 9 shows the relationship between the width of the pit blank area of the test piece located within the dotted frame in FIG. As shown in the figure, the test piece having a pit blank area width of 1 mm or more has a scuff time of less than 5 minutes. This is because, in the pit blank area, the oil retention is reduced and a local oil film breakage occurs, and the test piece 1 and the cut piece 3 are likely to be in direct contact with each other. This is thought to be due to scuffing at the starting point.

以上の各評価試験の結果を纏めると、次の通りとなる。
・シリンダーボアのオイル保持量を鋳鉄製シリンダーライナーと同等以下とするには、有効負荷粗さと油溜まり深さの加算値(Rk+Rvk)を2.0μmよりも小さくする必要がある。
The results of the above evaluation tests are summarized as follows.
In order to keep the oil retention amount of the cylinder bore equal to or less than that of the cast iron cylinder liner, it is necessary to make the added value (Rk + Rvk) of the effective load roughness and the oil sump depth smaller than 2.0 μm.

・シリンダーボア、ピストンリング間の摩擦係数を鋳鉄製シリンダーライナーと同等以下とするには、有効負荷粗さと初期摩耗高さとの加算値(Rk+Rpk)を1.0よりも小さくする必要がある。   In order to make the friction coefficient between the cylinder bore and the piston ring equal to or less than that of the cast iron cylinder liner, it is necessary to make the added value (Rk + Rpk) of the effective load roughness and the initial wear height smaller than 1.0.

・シリンダーボアの耐スカッフ性を鋳鉄製シリンダーライナーと同等以上とするには、有効負荷粗さRkを0.65μmよりも大きくし、且つピット空白領域の幅を1.0mm以下とする必要がある。   In order to make the cylinder bore scuff resistance equal to or higher than that of a cast iron cylinder liner, it is necessary to make the effective load roughness Rk larger than 0.65 μm and the width of the pit blank area to be 1.0 mm or less. .

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)本実施の形態では、有効負荷粗さを「Rk」、初期摩耗高さを「Rpk」、油溜まり深さを「Rvk」としたとき、シリンダーボアの表面を、「Rk+Rpk < 1.0μm」、且つ「Rk+Rvk < 2.0μm」となるように形成している。このようにシリンダーボア表面の形成されたアルミニウム合金製シリンダーブロックでは、Si含有率の高いアルミニウム合金を使用せずとも、シリンダーボア表面の摺動特性やオイル保持能力を、鋳鉄製シリンダーライナー並みかそれ以上とすることができる。そのため、本実施の形態によれば、シリンダーボア表面に必要な特性を確保しつつも、安価に製造することができるようになる。
According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) In this embodiment, when the effective load roughness is “Rk”, the initial wear height is “Rpk”, and the oil sump depth is “Rvk”, the surface of the cylinder bore is “Rk + Rpk <1. 0 μm ”and“ Rk + Rvk <2.0 μm ”. In this way, the cylinder block made of aluminum alloy with the cylinder bore surface has the same sliding characteristics and oil retention ability as the cast iron cylinder liner, without using an aluminum alloy with a high Si content. This can be done. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to manufacture the cylinder bore surface at a low cost while ensuring the necessary characteristics on the cylinder bore surface.

(2)本実施の形態では、有効負荷粗さRkを0.65μmより大きくするとともに、シリンダーボアの表面に螺旋状に形成された、凹凸の高低差が2μm未満のピット空白領域の幅を1.0mm以下とするようにしている。そのため、シリンダーボア表面に、鋳鉄製シリンダーライナー以上の耐スカッフ性を確保することができるようになる。   (2) In the present embodiment, the effective load roughness Rk is made larger than 0.65 μm, and the width of the pit blank area formed in a spiral shape on the surface of the cylinder bore and having a height difference of less than 2 μm is set to 1 0.0 mm or less. As a result, the scuff resistance higher than that of the cast iron cylinder liner can be secured on the cylinder bore surface.

(3)本実施の形態では、高Si材に比して安価なアルミダイカスト材(ADC12)を使用しているため、アルミニウム合金製シリンダーブロックを比較的安価に製造することができるようになる。   (3) In this embodiment, since an aluminum die-cast material (ADC12) that is less expensive than a high Si material is used, an aluminum alloy cylinder block can be manufactured relatively inexpensively.

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、シリンダーブロックの材料としてADC12を使用するようにしていたが、それ以外のアルミニウム合金を用いるようにしても良い。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
In the above embodiment, the ADC 12 is used as the material for the cylinder block, but other aluminum alloys may be used.

1…試験片、2…テーブル、3…ピストンリングの切出片、4…テーブル、5…ロードセル、Rk…有効負荷粗さ、Rpk…初期摩耗高さ、Rvk…油溜まり深さ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Test piece, 2 ... Table, 3 ... Piston ring cut piece, 4 ... Table, 5 ... Load cell, Rk ... Effective load roughness, Rpk ... Initial wear height, Rvk ... Oil sump depth.

Claims (7)

アルミニウム合金製のシリンダーブロックであって、
有効負荷粗さを「Rk」、初期摩耗高さを「Rpk」、油溜まり深さを「Rvk」としたとき、シリンダーボアの表面が、
Rk+Rpk < 1.0μm、且つ
Rk+Rvk < 2.0μm
となるように形成されてなる
ことを特徴とするアルミニウム合金製シリンダーブロック。
An aluminum alloy cylinder block,
When the effective load roughness is “Rk”, the initial wear height is “Rpk”, and the oil sump depth is “Rvk”, the surface of the cylinder bore is
Rk + Rpk <1.0 μm and Rk + Rvk <2.0 μm
An aluminum alloy cylinder block characterized by being formed to be
有効負荷粗さRkが0.65μmより大きく、且つ前記シリンダーボアの表面に螺旋状に形成された、凹凸の高低差が2μm未満のピット空白領域の幅が1.0mm以下とされてなる
請求項1に記載のアルミニウム合金製シリンダーブロック。
The effective load roughness Rk is larger than 0.65 μm, and the width of a pit blank area formed in a spiral shape on the surface of the cylinder bore and having an uneven height difference of less than 2 μm is 1.0 mm or less. 1. An aluminum alloy cylinder block according to 1.
前記シリンダーボアの表面は、プラズマ照射により粗面化した後、ホーニング加工を施すことで形成されてなる
請求項1又は2に記載のアルミニウム合金製シリンダーブロック。
3. The aluminum alloy cylinder block according to claim 1, wherein a surface of the cylinder bore is formed by performing a honing process after being roughened by plasma irradiation. 4.
当該シリンダーブロックは、ADC12により形成されてなる
請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製シリンダーブロック。
The said cylinder block is formed by ADC12. The aluminum alloy cylinder block of any one of Claims 1-3.
アルミニウム合金製のシリンダーブロックを製造する方法であって、
シリンダーボアの表面にプラズマ照射を行う工程と、
そのプラズマ照射により粗面化された前記シリンダーボアの表面にホーニング加工を施す工程と、
を通じて、有効負荷粗さを「Rk」、初期摩耗高さを「Rpk」、油溜まり深さを「Rvk」としたときに前記シリンダーボアの表面が、
Rk+Rpk < 1.0μm、且つ
Rk+Rvk < 2.0μm
となるように形成されてなる
ことを特徴とするアルミニウム合金製シリンダーブロックの製造方法。
A method for producing a cylinder block made of aluminum alloy,
Performing plasma irradiation on the surface of the cylinder bore;
Honing the surface of the cylinder bore roughened by the plasma irradiation;
The surface of the cylinder bore when the effective load roughness is “Rk”, the initial wear height is “Rpk”, and the oil sump depth is “Rvk”,
Rk + Rpk <1.0 μm and Rk + Rvk <2.0 μm
A method for producing an aluminum alloy cylinder block, wherein
前記プラズマ照射を行う工程と、前記ホーニング加工を施す工程とを通じて、前記シリンダーボアの表面の有効負荷粗さRkが0.65μmより大きくなり、且つ前記シリンダーボアの表面に螺旋状に形成された、凹凸の高低差が2μm未満のピット空白領域の幅が1.0mm以下となるようにした
請求項5に記載のアルミニウム合金製シリンダーブロックの製造方法。
Through the step of performing the plasma irradiation and the step of performing the honing process, the effective load roughness Rk of the surface of the cylinder bore is larger than 0.65 μm, and the surface of the cylinder bore is spirally formed. The method for producing a cylinder block made of aluminum alloy according to claim 5, wherein the width of the pit blank area having a height difference of unevenness of less than 2 µm is 1.0 mm or less.
前記シリンダーブロックは、ADC12により形成されてなる
請求項5又は6に記載のアルミニウム合金製シリンダーブロックの製造方法。
The said cylinder block is formed by ADC12. The manufacturing method of the aluminum alloy cylinder block of Claim 5 or 6.
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