JP2017198216A - 粗面鋳造シリンダライナ - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造する内燃機関用のシリンダライナの密着特性を改善する。
【解決手段】シリンダライナ１の面は、粗い外面を有する。さまざまな形状及びサイズの突出又は突起２で覆われ、それらは、鋳型にコーティングを噴霧し、シリンダライナをその鋳型の中で鋳造することによって作成される。突起２は、概して円錐形又は針形であり、基部が先端より大きい。突起２は、円筒研削面から０．２mmにおける測定で円筒研削面の全面積の５０〜９０％の総断面積、円筒研削面から０．４mmにおける測定で円筒研削面の全面積の２０〜４５％の総断面積を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用のシリンダライナに関する。特に、本発明は鋳造工程中に形成される粗い外面を有するシリンダライナに関し、外面は、ライナのエンジンブロックへの密着を容易にするために、さまざまな形状及び構造の突起を有する。

鋳造鉄合金又はアルミニウム合金でできたエンジンブロックを有する内燃機関において、シリンダライナは、通常、エンジンブロックのシリンダ・ボアに挿入される。ライナは円筒形の管部で構成され、その内面は、エンジンの燃焼室の燃焼空間を規定する。外面は、粗いテクスチャを有するように処理されることが多い。この粗いテクスチャは、ライナが鋳造されてエンジンブロックが作られるときにシリンダライナのエンジンブロックへの密着を確実にする。

コマイの米国特許第7,171,935号に示されているもののように、シリンダライナの中には、ライナの外面がライナから外に伸びる一連の突起を有するように処理されたものがある。ホルタンらの米国特許第7,665,440号のように、他のライナは、外面が全体にわたって空隙を有するように、シリンダライナの外面をグリットブラスト仕上げにすることを示している。ビショフベルガーらの独国特許第DE102009043566A1号は、溝、リブ、竪穴、スタッド、キノコ形状、とげ、又はこれらの組合せを有し得るテクスチャ面を有するように作成されたシリンダライナを記載する。このテクスチャは、ライナからの材料の除去、又はコーティングによって、作成され得る。

サトの米国特許第8,402,881号は、特定の直径の突起を有する粗い鋳造面を有する挿入鋳造構造を開示する。測定に基づいて、突起は多かれ少なかれ円柱状の形状を有するということが求められ得る。

本発明は、特によい密着特性を有する粗い外面を有する、内燃機関用のシリンダライナに関する。その面は、さまざまな形状及びサイズの突出又は突起で覆われ、それらは、鋳型にコーティングを噴霧し、シリンダライナをその鋳型の中で鋳造することによって作成される。突起は、概して円錐形又は針形であり、基部が先端より大きい。

遠心鋳造工程の間に、シリンダライナを鋳造するために使用される鋳型にコーティング材料を噴霧することによって、コーティングが形成され得る。まず、鋳型の表面が均一に覆われるように、鋳型が回転しながらコーティングが噴霧される。次に、鋳造材料が鋳型に注がれ、凝固させられる。コーティング、鋳造、及び凝固の工程の間、鋳型は回転している。

コーティングは、特定の形状、サイズ、及びパターンの突起がシリンダの周囲に配置されるように作成される。これらの突起は、１１０〜１９０個／cm²、好ましくはおよそ１２０〜１２５個／cm²の密度で、好ましくは配置される。これらの突起は、円筒研削面と比べてその１２０〜１８０％の、起伏の多い構造の、表面積を好ましくは有する。突起の円錐状の形状の特質のため、ある高さにおける、突起によって覆われた表面積を、円筒研削面の全体と比較して測定することも可能である。本発明においては、０．２mmの高さにおいて、突起によって覆われた表面積は、円筒研削面のおよそ５０〜９０％である。０．４mmの高さにおけるこの面積は、円筒研削面の面積の２０〜４５％である。突起間の、それらの山から測定された距離は、０．０９〜１．５２mmの範囲にあり、平均距離は０．６４mmである。

本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面に関連して考慮される以下の詳細な説明から明らかになる。しかし、図面は、本発明の限定の規定としてではなく、実例としてのみ意図されている、ということが理解されるべきである。

いくつかの図面を通して、類似の参照符号は類似の要素を示す。
図１は、本発明によるシリンダライナの図を示す。 図２は、本発明によるシリンダの断片である。 図３は、図２のシリンダの円筒研削面から０．２mmにおける地形図的な断面図である。 図４は、図２のシリンダの円筒研削面から０．４４mmにおける地形図的な断面図である。 図５は、１mmずつ隔たった、図２のシリンダの半径方向の断面図を示す。 図６は、本発明による他のシリンダの断片である。 図７は、図６のシリンダの円筒研削面から０．２mmにおける地形図的な断面図である。 図８は、図６のシリンダの円筒研削面から０．４４mmにおける地形図的な断面図である。 図９は、１mmずつ隔たった、図６のシリンダの半径方向の断面図を示す。 図１０は、本発明によるシリンダの断片である。 図１１は、図１０のシリンダの円筒研削面から０．２mmにおける地形図的な断面図である。 図１２は、図１０のシリンダの円筒研削面から０．４４mmにおける地形図的な断面図である。 図１３は、１mmずつ隔たった、図１０のシリンダの半径方向の断面図を示す。 図１４は、本発明によるシリンダの断片である。 図１５は、図１４のシリンダの円筒研削面から０．２mmにおける地形図的な断面図である。 図１６は、図１４のシリンダの円筒研削面から０．４４mmにおける地形図的な断面図である。 図１７は、１mmずつ隔たった、図１４のシリンダの半径方向の断面図を示す。 図１８は、本発明によるシリンダの断片である。 図１９は、図１８のシリンダの円筒研削面から０．２mmにおける地形図的な断面図である。 図２０は、図１８のシリンダの円筒研削面から０．４４mmにおける地形図的な断面図である。 図２１は、１mmずつ隔たった、図１８のシリンダの半径方向の断面図を示す。 図２２は、突起の山において示された、他のシリンダライナの地形図的な断面図である。 図２３は、突起の山において示された、他のシリンダライナの地形図的な断面図である。

図１に示されているように、本発明によるシリンダライナ（cylinder liner）１は、突起（spine）の基部の表面積が突起の中間点又は先端の表面積より大きい、概して円錐形又は針形の突起から形成される粗面２を有する。

シリンダライナ１を形成するために、シリンダライナを鋳造するために使用される鋳型にコーティングが施されるので、コーティングがその構造を鋳造シリンダライナに刻み込む。ライナの外面に、特定のサイズ、形状及び密度の突起が刻み込まれるように、遠心鋳造法がこのライナを鋳造するために使用される。突起は、概して０．１〜１．１mmの高さ、及び１１０〜３００個／cm²の密度を有する。一形態において、突起は、０．２５〜０．８５mmの高さ、及び１１０〜１９０個／cm²の密度を有する。コーティングのさまざまな処理ステップ、及びそれが鋳型にどのように施されるかによって、密度は調整され得る。ライナとエンジンブロックとの間の適切な収容及び相互接続を確実にするための、エンジンブロックの処理及び鋳造技術に対応するように、突起の密度は調整され得る。例えば、もしエンジンブロックが高圧ダイキャスティング技術を用いて鋳造されるなら、ライナはより大きな突起密度を有し得る。一例では、ライナは１６０〜２００個／cm²の範囲の突起密度を有し得る。

精密重力砂型鋳造又は低圧砂型鋳造のような、他のエンジンブロック鋳造技術では、シリンダライナの周囲でエンジンブロック材料が凝固する前に、エンジンブロック材料の突起構造への流れを促進するために、突起間の間隙及び間隔を増加させることを可能にする、より低密度の突起を、ライナの突起の配列は含み得る。低圧砂型鋳造技術においては、ライナは１２０〜１６０個／cm²の突起密度を有し得る。

図２〜２１は、本発明による鋳造シリンダライナの断片を、基部から０．２mm及び０．４mmにおける断片の地形図的な画像、及び突起の断面図とともに示す。例えば図２は、円筒研削直径面と比べてその１２５％の、起伏の多い構造の、表面積を有する粗面２の断片を示す。図３に示されているように、研削直径（ground diameter）から半径方向に０．２mm離れたところでの円筒形の断面は、表面の７３．２％が突起で覆われていることを示す。突起は、針状又は円錐状の構造を有し、このため、突起に沿ってより高い位置では、シリンダ（cylinder）の覆われている部分がより少ない。図４からわかるように、円筒形の研削直径から０．４mmのところでの円筒形の断面は、２３．１％しか覆われていないことを示す。シリンダを横切る１mm間隔での、突起の半径方向の断面図が、図５において見られ得る。本発明の類のない、芋虫状又は火山のような形状の突起は、円形又は楕円形の突起と比べてより大きな周囲長の測定値をも有する。

図６〜９は、本発明によるシリンダライナの粗面２の他の断片を示す。この断片は、円筒研削面（ground cylindrical surface）の７７．６％を覆う、０．２mmにおける断面積（図７）、及び、円筒研削面の２９．８％を覆う、０．４mmにおける断面積（図８）を有する。半径方向の断面図における突起の形状は、図９において見られ得る。

図１０〜１３は、本発明によるシリンダライナ断片の他の粗面２を示す。この断片は、円筒研削面の７６．２％を覆う、０．２mmにおける断面積（図１１）、及び、円筒研削面の２１．０％を覆う、０．４mmにおける断面積（図１２）を有する。半径方向の断面図における突起の形状は、図１３において見られ得る。

図１４〜１７は、他のシリンダライナ断片を示す。この断片は、円筒研削面の６７．８％を覆う、０．２mmにおける断面積（図１５）、及び、円筒研削面の２６．４％を覆う、０．４mmにおける断面積（図１６）を有する。半径方向の断面図における突起の形状は、図１７において見られ得る。

図１８〜２１は、他のシリンダライナ断片を示す。この断片は、円筒研削面の８３．３％を覆う、０．２mmにおける断面積（図１９）、及び、円筒研削面の４０．２％を覆う、０．４mmにおける断面積（図２０）を有する。半径方向の断面図における突起の形状は、図２１において見られ得る。

突起は、規定の距離、好ましくは０．０９〜１．５２mm離れるように、配置される。

図２２〜２３は、本発明によるシリンダライナにおける、２mm²の断片において求められた、突起の地形図的な画像、及び突起の山（peak）の間の距離の測定値を示す。突起の寸法も、各突起の山において測定される。

表１は、図２２に示された断片における突起の寸法を示す。

図２２に示されたライナの突起は、０．１１〜１．５２mmの距離、離れている。

表２は、図２３に示された断片において求められた、本発明による他のシリンダライナの突起の寸法及び密度を示す。

ここで突起は、０．０９〜１．３３mmの距離、離れている。

表３は、本発明による他のシリンダライナの突起の寸法及び密度を示す。ここで突起は、０．１８〜１．３mmの距離、離れている。

表４は、上述の３つの全ての断片の総合データである。本発明による突起は、１つの突起の山から近傍の突起の山まで測定された、０．０９〜１．５２mmの離隔距離を、０．５９mmのメジアン距離とともに有する。

表１〜４の測定値は、突起の形状を更に規定し、参考のために測定値の概要を示す。面積は、各突起の先端部において測定された突起面積を表す。分析ソフトウェアが、突起のさまざまな形状を求めるために使用される。これらの測定の１つは、突起の真円度を分類する基礎である。ソフトウェアは、基礎図に基づいて真円度を求めてもよいし、各突起の幅及び長さのようなさまざまな測定値に基づいて求めてもよい。ソフトウェアは、突起間の突起距離を素早く求めることもできる。突起の数をより少なくし、突起を伸長した形状にすることによって、より隙間の多い構造が可能になり、突起間の距離が増加する。距離が増加することによって、ライナの周囲のエンジンブロックの鋳造材料が外面に接触し、隙間を小さくすることが可能になり、ライナとエンジンブロックとの間の伝熱が改善される。

Claims (10)

1. 複数の突起が配置された外面を有し、
   前記突起は、円筒研削面から０．２mmにおける測定で前記円筒研削面の全面積の５０〜９０％の総断面積を有し、前記円筒研削面から０．４mmにおける測定で前記円筒研削面の全面積の２０〜４５％の総断面積を有する、
   内燃機関用の鋳造シリンダライナ。
2. 前記突起間の、それらの山において測定された距離は、０．０９〜１．５２mmである、
   請求項１の鋳造シリンダライナ。
3. 前記突起間の距離の平均は、約０．６４mmである、
   請求項２の鋳造シリンダライナ。
4. 前記円筒研削面から０．２mmにおいて測定された前記突起の断面積は、前記円筒研削面の全面積の６０〜８５％であり、前記円筒研削面から０．４mmにおいて測定された前記突起の断面積は、前記円筒研削面の全面積の２５〜４０％である、
   請求項１の鋳造シリンダライナ。
5. 前記シリンダは、１１０〜３００個／cm²の突起密度を有する、
   請求項１の鋳造シリンダライナ。
6. 前記シリンダは、１２０〜１６０個／cm²の突起密度を有する、
   請求項５の鋳造シリンダライナ。
7. 前記シリンダは、１６０〜２００個／cm²の突起密度を有する、
   請求項５の鋳造シリンダライナ。
8. 前記シリンダライナは、前記円筒研削面の面積の１２０〜１８０％の、突起で覆われた起伏の多い構造の、表面積を有する、
   請求項１の鋳造シリンダライナ。
9. 前記シリンダは、０．１〜１．１mmの突起高さを有する、
   請求項１の鋳造シリンダライナ。
10. 前記シリンダは、０．３〜０．７mmの範囲の突起高さを有する、
    請求項１の鋳造シリンダライナ。