JP2017505234A - 低圧鋳造法または重力鋳造法でシリンダクランクケースを製造する方法 - Google Patents

Abstract

組み合わされた状態でシリンダクランクケース（２２）の外側輪郭を鋳造技術的にかたどる型中空室（２０）を形成する複数の型部（１２，１４，１６，１８）を有する外側の鋳型（１０）と、液状の金属を含む給湯炉（２８）と、測地学的に型中空室（２０）の下方に配置された少なくとも１つの堰（３０）であって、堰（３０）を介して給湯炉（２８）が型中空室（２０）と流体接続可能である、堰（３０）と、を備える、低圧鋳造法または重力鋳造法でシリンダクランクケース（２２）を製造する装置が既に公知である。公知の装置によって製造されたシリンダクランクケースは、たいてい、ねじボスまたはシリンダデッキの領域で十分な強度を有しない。したがって、各堰を、型中空室（２０）の、シリンダクランクケース（２２）のシリンダ室（２４）を形成する領域に突入する湯口ブッシュ（３４）と接続することが提案される。これにより、注湯が改善され、シリンダクランクケースの高質量の部分の追加的な注湯が可能となる。

Description

本発明は、組み合わされた状態でシリンダクランクケースの外側輪郭を鋳造技術的にかたどる型中空室を形成する複数の型部を有する外側の鋳型と、液状の金属を含む給湯炉と、測地学的に型中空室の下方に配置された少なくとも１つの堰であって、堰を介して給湯炉が型中空室と流体接続可能である、堰と、を備える、低圧鋳造法または重力鋳造法でシリンダクランクケースを製造する装置に関する。

軽金属合金から成る、互いにＶ型または直列型に配置されたシリンダバンクを備える内燃機関は、たいてい、低圧鋳造法を用いて、または重力鋳造法で製造される。通常は、シリンダが上側に位置しかつ軸受ブラケットが下側に配置された、縦置きのクランクケースで注入が行われる。さらに、たとえば独国特許出願公開第１０２００６０３０１２９号明細書に記載されているように、シリンダクランクケースを鋳造時に横置きに配置し、堰を側方に配置し、組織を改善するために軸受ブラケットおよびシリンダ壁を冷却することが知られている。

縦置き状態での鋳造時に、どこから溶湯が鋳型の中空室に注入されるのかに応じて、シリンダヘッド側からクランク室へ、またはその逆向きに溶湯が凝固する。この場合、シリンダデッキまたは軸受ブラケットが、それぞれ他の領域よりもゆっくりと凝固し、ゆっくりと凝固する領域では、強度が低下したより粗い組織が生じる。さらに、堰の配置に基づいて比較的長い凝固経路が生じるので、鋳巣形成のない正確な型への注入を確保するためには、高い工具温度が必要である。最新の内燃機関では、コアの数および複雑性が増大しており、設計時に、内側に位置するコア（中子）によって注湯経路が鋳造時に完全には遮断されないという困難も生じている。

したがって、短い凝固時間によってできるだけ良好な軸受ブラケット強度を確保するために、シリンダクランクケースに、低圧法を用いて下側から注入し、その際、シリンダデッキを下側に配置し、軸受ブラケットを上側の領域に配置することが提案された。そうして、欧州特許出願公開第１４９８１９７号明細書では、Ｖ型の内燃機関のクランクケースを上下逆にして鋳造し、溶湯を下側から、つまりシリンダ側から注入することが提案されている。鋳巣を阻止するために、押湯が使用される。押湯は、シリンダクランクケースを形成する中空室の外側に配置される。溶湯は、軸受ブラケットの方向への上向きの移動により、共晶温度付近の冷却状態で、軸受ブラケットの所定の領域に至る。この領域は、高い冷却速度が生じ、これにより小さなデンドライトアーム間隔を有する微細な組織が生じる領域である。ただし、シリンダデッキにおける素早い凝固は達成されない。ねじボスの領域における強度も不十分である。というのも、不良の押湯に基づいてこの領域が鋳巣を形成し得るからである。

さらに、独国特許出願公開第１０２０１１０５６９８５号明細書において、Ｖ型に配置されたシリンダを備える内燃機関用の低圧鋳造法が公知である。この鋳造法では、鋳造の配向は、シリンダが下向きに堰を向くように選択されている。鋳込みは、その都度、シリンダの互いに向き合う側で行われる。シリンダは冷却鋳型を介して冷却されるので、軸受ブラケット領域にもシリンダ壁にも小さなデンドライトアーム間隔を達成することができる。ただし、冷却時における特に収縮プロセスにより、シリンダクランクケースの高質量の部分への溶湯の供給は十分ではないので、この領域またはねじボスの領域に十分な強度が得られない。

これに即して、ウェブ領域におけるシリンダ摺動面および軸受ブラケットの領域における小さなデンドライトアーム間隔だけではなく、鋳巣の回避によりねじボスの領域における高い強度をも達成することができる方法が知られていないという問題が存在する。

したがって、課題は、軸受ブラケット領域およびシリンダにおけるウェブの領域のみならず、ねじボスおよびシリンダデッキの領域にも最適な組織特性を達成可能な、低圧鋳造法または重力鋳造法でシリンダクランクケースを製造する装置を提供することである。

この課題は、独立請求項の特徴部に記載の構成を有する、低圧鋳造法または重力鋳造法でシリンダクランクケースを製造する装置によって解決される。

各堰が、型中空室の、シリンダクランクケースのシリンダ室を形成する領域に突入する湯口ブッシュと接続されていることにより、軸受ブラケットおよびねじボスなどの高質量の部分の領域における調整された凝固が達成されるので、これらの領域に、わずかなデントライトアーム間隔によって、高い強度値が生じる。同時に、これらの領域は、凝固時に、湯口に直接に接合することにより、湯口を介して追加的に注湯することもできる。これにより、冷却時の収縮による鋳巣が回避される。

好適には、湯口ブッシュは、鋳造後にクランク室側から押し出される消失型の湯口ブッシュとして構成される。この場合、消失型の湯口ブッシュは、繊維材料、セラミック材料、鋳型材料またはこれらの材料の組み合わせから製造される。簡単で安価に湯口ブッシュが製造される。

本発明の特に好適な態様によれば、湯口ブッシュは円筒形の通路を有しており、円筒形の通路から、複数の通路が、所定の角度を成して、湯口ブッシュを画定する側壁を通って延在している。これらの通路を介して、シリンダクランクケースの高質量の部分の調整された注入および注湯が行われ、高い強度が達成される。

通路が円筒形の通路に対して垂直に延在する横通路として構成されていると、特に製造が簡単になる。

この場合、好適には、通路がシリンダクランクケースの高質量の鋳造領域の方に向けられるように通路が配置され、これにより、この領域の追加的な注湯が最適化される。

格別に好適な態様によれば、通路が、ねじボスおよび／または主油通路および／または主軸受部とシリンダクランクケースのシリンダ室との間の接続部分の方を向いているので、この領域で、調整された注入および追加的な注湯が生じ、わずかなデンドライトアーム間隔を有するシリンダクランクケースが製造される。

好適には、湯口ブッシュは、シリンダデッキを画定する型部上に配置されており、湯口ブッシュの側壁は、少なくとも部分的に、シリンダ室を形成する境界壁として用いられる。そうして、鋳造の配向に基づいて、湯口ブッシュを簡単かつ正確に配置することができる。

代替的に、湯口ブッシュは、シリンダ室内に延在する保持型部に取り付けられており、保持型部は、少なくとも部分的に、シリンダ室の境界壁を形成するために用いられる。そうして、湯口ブッシュの配置が簡単になり、高精度で良好な耐久性をもって配置される。

この場合、特に好適には、冷却金型が、少なくとも、各シリンダ室の、シリンダデッキまたはウェブの付近に配置された領域に突入している。このようにして、さらに、この強度に問題がある領域で、溶湯の調整された素早い凝固を達成することができ、したがって、高い強度を有する微細な組織が得られる。この冷却金型は、冷却条片として、湯口ブッシュに取り付けて、湯口ブッシュとともに型に挿入してもよい。

代替的な態様では、保持型部は、湯口ブッシュを保持する冷却金型として構成されている。この態様により、湯口ブッシュの特に簡単な接合が達成される。

シリンダデッキ側の型部が鋼製であり、金型鋳造で冷却可能であると、さらなる改善が得られる。そうして、シリンダデッキに、溶湯の短い冷却時間によって調整された凝固を達成することもできるので、結果として、高い強度を有する微細な組織が生じる。

好適な態様によれば、保持型部は、軸方向に延在するそれぞれ４つのアームを有し、アームは、周にわたって中断された１つの円筒体を形成し、アームは、周にわたって均一に分配されている。このように構成された保持型部では、湯口ブッシュを簡単に確実に取り付けることができる。加えて、この構造体は、簡単に製造することができる。

湯口ブッシュの簡単な離型を行い、アームを介して良好な冷却を行うために、アームの、半径方向内側に位置する領域に、絶縁インサートが配置されており、この絶縁インサートは、アームの間の中断部に対応する開口を有し、開口を介して、型への注入が行われる。

好適には、中断部は、斜めにねじボスの方を向いており、これにより、この領域の良好な注入および注湯が確保される一方、保持型部を介して、シリンダの間のウェブ領域の冷却が確保されるので、そこでは良好な強度値が得られる。

好適には、鋳造用フィルタが、堰の直ぐ下に、または湯口ブッシュに配置されているので、酸化物またはその他の汚染物が鋳物に達することはない。

コアユニット鋳造法および金型鋳造法における型への注入および注湯をさらに改善するために、本装置は、好適には、鋳造型またはコアユニットが金属溶湯の注入後に１８０°回動可能でかつ給湯炉から分離可能であるようにする構成部材を備える。型への注入により生じる温度勾配は、調整された凝固を促進する。

したがって、最適な組織構造を得るために調整された凝固が確保され、ひいては強度に問題がある領域における強度、つまり軸受ブラケットおよびねじボスの領域並びにシリンダのウェブ領域における強度が確保される、内燃機関用のシリンダクランクケースを製造する装置が提供される。外側から内側へ、または外側から湯口の方向にほぼ完全に冷却を行うことが可能であり、これにより、凝固時間が短縮される。同時に、内側領域における組織欠陥が湯口ブッシュの押湯機能によって回避される。

本発明に係る、直列構造形式のシリンダクランクケースを製造する装置の３つの実施の形態を図面に略示し以下に説明する。

本発明に係る、シリンダクランクケースを製造する第１の装置の一部の側方断面図である。 本発明に係る、シリンダクランクケースを製造する代替的な装置の一部の側方断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面線に沿った、湯口ブッシュおよび保持型部を上からみた図である。 本発明に係る、シリンダクランクケースを製造する第３の装置の一部の側方断面図である。

図１に示す装置は、鋼または鋳型材料から成る複数の型部から成る外側の鋳型１０を有する。鋳型１０は、１つの下部１２と２つの側部１４，１６と１つの上部１８とを有し、これらの型部の内側に、型部１２，１４，１６，１８の閉型または閉鎖後に型中空室２０が形成される。型中空室２０は、シリンダクランクケース２２の外側輪郭をかたどり、そのシリンダ室２４は、測地学的に下を向いている一方、軸受ブラケット２５は、上を向いている。

下側の型部１２は、注入系２６を有する。注入系２６を介して、型中空室２０は給湯炉２８と接続されている。給湯炉２８は、鋳型１０の下方に配置されている。低圧鋳造設備に関して、給湯炉２８から型中空室２０への溶融したアルミニウム合金の圧送は、圧力差の形成により行われ、これにより、溶湯は下方から上方へ移動する。

注入系２６は、給湯炉２８から複数の堰３０に向けて延在しており、シリンダごとに１つの堰３０が形成されている。堰３０は、それぞれシリンダクランクケース２２のそれぞれのシリンダ室２４の中央下側に配置されている。各堰３０の領域において、金型鋳造におけるまたは砂型鋳造における湯道への進入前に鋳造用フィルタ３２が配置されているので、鋳造用フィルタ３２の手前でまたは鋳造用フィルタ内で、型への注入に際して溶湯の流れが９０°変向される。

各堰３０は、湯口ブッシュ３４と接続されている。湯口ブッシュ３４は、図１に係る態様では円筒形状を有しており、したがって、実質的に、シリンダ室２４またはシリンダの境界壁３５を形成する。この湯口ブッシュ３４は、セラミック材料、繊維材料、鋳造用の砂または塩などの鋳型材料、あるいはこれらの材料の組み合わせから製造されていて、下部１２上に相応に方向付けされ取り付けられている。

湯口ブッシュ３４の内側に、シリンダ中心線に沿って延在する円筒形の通路３６が形成されている。本実施の形態では、通路３６から、型中空室２０に通じている４つの横通路３８が、湯口ブッシュ３４の側壁４０を通って延在している。これらの横通路３８は、構成部材の質量濃度に応じて、周にわたって分配され、シリンダクランクケース２２のねじボス４２に向けて延在しており、要するに、シリンダクランクケース２２の、看取されないシリンダウェブに対して斜めにずらして方向付けされている。横通路３８は、シリンダクランクケース２２の冷却材シェルを形成するためのコア４６の上方に通じている。したがって、これらの横通路３８は、ねじボス４２、同様に相応に挿入されたコアにより形成される主油通路４８、およびクランク軸の主軸受部５０との軸受ブラケット２５の接合部などの、シリンダクランクケース２２の高質量の領域の方を向いている。

圧力の形成によって溶湯が給湯炉２８から堰３０を介して湯口ブッシュ３４に上向きに移動されると、溶湯は、横通路３８を介して型中空室２０内へ流れ、まず下を向いたシリンダデッキ５２の、素早い凝固が達成される領域（この領域には材料が追加的に注湯されないので）に注入される。この場合、後続の注入は、上向きに下方から上方へ行われる。最も高い位置にある部分としての主軸受部５０が最後に注入されるので、溶湯がシリンダクランクケース２２のこの領域に至ると、溶湯は既に共晶温度の範囲にあり、したがって素早く凝固する。これにより、小さなデンドライトアーム間隔を有する微細の組織が達成され、高い強度がもたらされる。したがって、全体の凝固方向は、外側から内側である。ねじボス４２および軸受ブラケット２５に対する接合部の高質量の領域は、横通路３８に接触したままであるので、冷却時に、横通路３８を介して外側から内側へ追加的な注湯が行われ、この追加的な注湯が、収縮による鋳巣形成を確実に阻止する。したがって、調整された注入および良好な強度値での凝固が行われる。

この鋳造結果の追加的な改善は、図２および図３に係る態様によって得ることができる。図２および図３に係る態様では、以下、同一の構成部材に対しては同一の符号が用いられる。本態様は、前述の態様とは異なり、鋳型１０の下部１２が鋼から製造されており、冷却可能である、つまり、たとえば下部１２の内側に冷却通路が配置されている。加えて、この下部１２は、各湯口ブッシュ３４に対して複数の保持型部５４を有している。図３から看取されるように、保持型部５４は、周にわたって均一に分配されたアーム５６から成る。アーム５６は、冷却金型５８として用いられ、湯口ブッシュ３４を半径方向で保持し、その高さおよび幅にわたって、シリンダの境界壁３５を鋳造時に確定する。アーム５６は、相応に、周にわたって分配された中断部６０を有する１つの円筒体を形成する。中断部６０は、湯口ブッシュ３４の横通路３８と同様に、周にわたって分配されている。通路３６に、同様に注入および注湯を可能にするための相応の開口部を有する絶縁インサート６２が位置し、この絶縁インサートにより、冷却金型５８として働くアーム５６と湯口ブッシュ３４との間の熱伝達が低減される。

型中空室２０の注入は、第１の実施の形態における説明と同様に行われる。しかも、加えて、シリンダデッキ５２およびシリンダウェブの領域でより微細な組織が達成される。というのも、これらの領域は直接に冷却されるので、凝固時間が短縮されるからである。主軸受部５０の領域でも、追加的で能動的な冷却を行うことができ、これは、デンドライトアーム間隔の低減や既に調整された注入によって得られる組織と比べて、軸受ブラケット２５の強度を高める。

図４に係る実施の形態では、砂型ユニットが鋳型１０として使用される。図１に係る実施の形態と比べて、軸受ブラケット２５の領域に冷却金型６４が位置し、この冷却金型６４は、追加的な型部としてのカバーコア６６によって保持される。下部１２はボトムコアとして構成されており、ボトムコアに、注入系２６の湯道６８および湯口ブッシュ３４に通じる堰３０が形成されている。湯口ブッシュ３４には、シリンダデッキ５２の領域で、冷却金型５８が形成されている。加えて、補助堰７２に通じる横道７０が湯道６８から延びており、補助堰７２を介して、側方のシリンダ壁に追加的に注入することができる。ボトムコア１２の領域に、湯道６８に対して平行に配置された回動軸線７４が位置し、コアユニットが給湯炉２８から分離された後で、回動軸線７４を中心に、コアユニット全体が、溶湯による水平方向の注入後に１８０°回動させられる。この方法は、ロータリーキャスティング法またはロールオーバー法と称される。

したがって、低圧鋳造法でシリンダクランクケースを製造することができる装置が提供される。この場合、短い冷却時間および調整された注入が生じるので、高い荷重が掛けられる領域に高い強度が達成される一方、サイクルタイムを低減することができる。加えて、高質量の部分の追加的な注湯が可能であるので、鋳巣形成に対抗する作用が生じる。

権利保護範囲が説明した実施の形態に限定されないことは明らかである。重力鋳造またはＶ型に配置されたシリンダを有するエンジンの製造に対する適性も存在する。もちろん、冷却されるまたは冷却されない様々な材料から成る型部の製造と同様に、湯口ブッシュまたは保持型部のさらなる構造変化も考えられる。横通路の位置および数または横通路の方向性も変向可能であり、横通路は、たとえばウォータジャケットコアの下方に通じてよい。

Claims (17)

1. 低圧鋳造法または重力鋳造法でシリンダクランクケース（２２）を製造する装置であって、
   組み合わされた状態で前記シリンダクランクケース（２２）の外側輪郭を鋳造技術的にかたどる型中空室（２０）を形成する複数の型部（１２，１４，１６，１８）を有する外側の鋳型（１０）と、
   液状の金属を含む給湯炉（２８）と、
   測地学的に前記型中空室（２０）の下方に配置された少なくとも１つの堰（３０）であって、該堰（３０）を介して前記給湯炉（２８）が前記型中空室（２０）と流体接続可能である、堰（３０）と、
   を備え、
   前記各堰（３０）は、前記型中空室（２０）の、前記シリンダクランクケース（２２）のシリンダ室（２４）を形成する領域に突入する湯口ブッシュ（３４）と接続されている
   ことを特徴とする装置。
2. 前記湯口ブッシュ（３４）は、消失型の湯口ブッシュである、請求項１記載の装置。
3. 前記消失型の湯口ブッシュ（３４）は、繊維材料、セラミック材料、鋳型材料またはこれらの材料の組み合わせから製造されている、請求項２記載の装置。
4. 前記湯口ブッシュ（３４）は、円筒形の通路（３６）を有し、該円筒形の通路（３６）から、複数の通路（３８）が、所定の角度を成して、前記湯口ブッシュ（３４）を画定する側壁（４０）を通って延在している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記通路は、前記円筒形の通路（３６）に対して垂直に延在する横通路（３８）として構成されている、請求項４記載の装置。
6. 前記通路（３８）は、前記シリンダクランクケース（２２）の高質量の鋳造領域の方に向けられている、請求項４または５記載の装置。
7. 前記通路（３８）は、ねじボス（４２）、および／または主油通路（４８）、および／または主軸受部（５０）と前記シリンダクランクケース（２２）の前記シリンダ室（２４）と間の接続部分の方を向いている、請求項６記載の装置。
8. 前記湯口ブッシュ（３４）は、シリンダデッキ（５２）を画定する型部（１２）上に配置されており、前記湯口ブッシュ（３４）の側壁（４０）は、少なくとも部分的に、前記シリンダ室（２４）を形成する境界壁（３５）として用いられる、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 前記湯口ブッシュ（３４）は、前記シリンダ室（２４）内に延在する保持型部（５４）に取り付けられており、該保持型部（５４）は、少なくとも部分的に、前記シリンダ室（２４）の前記境界壁（３５）を形成するために用いられる、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
10. 冷却金型（５８）が、少なくとも、各前記シリンダ室（２４）の、前記シリンダデッキ（５２）またはシリンダウェブの付近に配置された領域に突入している、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 前記保持型部（５４）は、冷却金型（５８）として構成されている、請求項９記載の装置。
12. シリンダデッキ側の前記型部（１２）は、鋼製であり、冷却可能である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 前記保持型部（５４）は、軸方向に延在するそれぞれ４つのアーム（５６）を有し、該アーム（５６）は、周にわたって中断された１つの円筒体を形成し、該アーム（５６）は、周にわたって均一に分配されている、請求項９から１２までのいずれか１項記載の装置。
14. 前記アーム（５６）の、半径方向内側に位置する領域に、絶縁インサートが配置されており、該絶縁インサートは、前記アーム（５６）の間の中断部（６０）に対応する開口部（６４）を有する、請求項１３記載の装置。
15. 前記中断部（６０）は、斜めに前記ねじボス（４２）の方を向いている、請求項１３または１４記載の装置。
16. 鋳造用フィルタ（３２）が、前記堰（３０）の直ぐ下に、または前記湯口ブッシュ（３４）内に配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の装置。
17. 当該装置は、コアユニット（１０）が金属溶湯の注入後に１８０°回動可能でかつ前記給湯炉（２８）から分離可能であるようにする構成部材を備える、請求項１から１６までのいずれか１項記載の装置。

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