JP2994482B2 - 単シリンダ又は多シリンダブロック - Google Patents

単シリンダ又は多シリンダブロック

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JP2994482B2
JP2994482B2 JP3087450A JP8745091A JP2994482B2 JP 2994482 B2 JP2994482 B2 JP 2994482B2 JP 3087450 A JP3087450 A JP 3087450A JP 8745091 A JP8745091 A JP 8745091A JP 2994482 B2 JP2994482 B2 JP 2994482B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２０μｍから８０μ
ｍ、好ましくは３０μｍから６０μｍの大きさを有する
機械的に滑らかにされたケイ素粒子がシリンダの摺動面
から０．５μｍから１０μｍ、好ましくは２μｍから５
μｍ突出するようにアルミニウム母材の中に一様に分布
して埋込まれている、金属永久モールド内で鋳造された
アルミニウム合金から成る内燃機関用のライナなしの単
シリンダ又は多シリンダブロックに関する。
【０００２】
【従来の技術】今日の視点からいえば、アルミニウム合
金は自動車を製造する上できわめて重要な前途有望の材
料であり、その適用範囲はますます広がってきている。
アルミニウム合金には他にも長所はあるが、まず第１
に、鉄材料と比べたときの重量の上での利点が十分に利
用される。この利点はピストンのみならず特に、自動車
の最も重い部品である単シリンダ及び多シリンダブロッ
クにおいても相当の成果を示している。すなわち、モー
タブロックについて、多シリンダブロックをねずみ鋳鉄
からアルミニウム合金に変えることにより、４０％から
６０％の重量減少を実現することができる、もしくはそ
のような結果が既に実現されている。Ｚ：ＭＴＺ Ｍｏ
ｔｏｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ
３５（１９７４年）の３３〜４１頁には、ＡｌＳｉ１７
Ｃｕ４形の超共晶アルミニウム─ケイ素合金から低圧鋳
造方法により製造したシリンダが記載されている。圧力
鋳造方法による製造も同様に可能である。亜共晶アルミ
ニウム合金からの一次析出によりシリンダの摺動面に形
成された一様に分布し且つ一様に構成されるケイ素粒子
は３０μｍないし８０μｍの粒径を有する。単シリンダ
又は多シリンダブロックの鋳造後、シリンダ孔を荒穴ぐ
りおよび精密穴ぐりにより機械加工し、続いて荒ホーニ
ング及び精密ホーニングによって仕上げるので、ケイ素
粒子は研摩され、さしあたり、周囲のアルミニウム合金
母材と１つの平面を形成する。ホーニング工程の後、ケ
イ素粒子相互間にあるアルミニウム合金母材を電気化学
処理によりわずかに後退させると、ケイ素粒子は、ピス
トンリング及びピストン軸の支持構造として、補強され
ていないシリンダの摺動面からわずかに、すなわち２μ
ｍから５μｍ程度突出する。きわめて苛酷な動作条件の
下でどのような状況にあってもシリンダの摺動面のアル
ミニウム合金母材と、ピストンの軽金属との接触を回避
するためには、このようなシリンダの摺動面を、少なく
ともピストン軸が約２０μｍの厚さの鉄の層で被覆され
ている軽金属ピストンと組合せて利用するしかない。ピ
ストン軸を鉄で被覆することにより、ピストン軸の摩耗
は著しく少なくなり、また、ピストン軸とシリンダの摺
動面とが焼け付きを起こしやすいという欠点もなくな
る。以上説明した単シリンダ又は多シリンダブロックの
欠点は、シリンダブロック全体が相当のコストをもって
製造される超共晶精錬アルミニウム合金から鋳造されて
いることである。ケイ素の含有量が多いため、シリンダ
ブロックを機械加工する際に、工具の摩耗が多くなる。
【０００３】また、ＡｌＳｉ９Ｃｕ３形のアルミニウム
合金から成るライナなしの単シリンダ又は多シリンダブ
ロックも知られているが、この場合、シリンダ孔の表面
には、ガルバニック作用によって形成した厚さ５０μｍ
から８０μｍのニッケル土台層が塗布され、その土台層
の中に１μｍから３μｍの大きさの炭化ケイ素微粒子が
分散している。その後、シリンダの摺動面をホーニング
する。炭化ケイ素微粒子はリング及びピストン軸の支持
構造として働く。ニッケル分散被覆層を製造するには、
かなりのコストを覚悟しなければならない。特に、ガル
バニックシステムの枠内で、前処理槽の解毒手段が不可
欠である。排出時に出てくるスラッジを回収して、徐々
に廃棄しなければならないと共に、被覆槽の作業領域に
は、クリーニング装置を組込んだ排出口を設置しなけれ
ばならない。さらに、修理を行う場合、シリンダ孔の再
生の処理にはコストがかかり、その作業も煩わしい。
【０００４】最近になって、ドイツ特許公告公報第３７
２５４９５号に提案された内燃機関の多シリンダブロッ
クにおいては、酸化アルミニウムをベースとする８から
２０容積％の割合の繊維及び０．３から１５容積％の割
合の炭素繊維と軽金属母材との混合物から成る円筒形の
繊維補強部品によってシリンダの摺動面を構成してお
り、酸化アルミニウムをベースとする繊維は２５％まで
の酸化ケイ素を含んでいる。このような構成のシリンダ
の摺動面でも、多シリンダブロックのアルミニウム合金
母材と、軽金属ピストンとの接触を回避するために、ガ
ルバニック作用により遊離させた亜鉛層で被覆された、
同様にガルバニック作用により遊離させた鉄の層を外側
面に有する軽金属ピストンを使用しなければならないこ
とに変わりはない。シリンダ走行面に浸透させてある混
成繊維は高価であり、動作条件下における摩擦学的特性
は、超共晶アルミニウム─ケイ素合金から製造したシリ
ンダ走行面の場合より悪い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に挙げた単シリンダ又は多シリンダブロックを、比較的
低コストで製造できる亜共晶の、好ましくは溶かし直し
たアルミニウム合金からシリンダを形成することがで
き、シリンダ走行面でのみ、超共晶合金の摩擦学的特性
に類似する摩擦学的特性が得られるように構成すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題の解決方法は、
シリンダの摺動面が中空円筒形の繊維成形体によって構
成され、その繊維成形体がセラミック繊維からなり、そ
して、点在しているケイ素粒子としみ込んだ亜共晶アル
ミニウム合金とを含み、そして、上記シリンダの鋳造時
に埋込まれたものとすることにある。ケイ素粒子はピス
トンリング及びピストン軸の支持構造としてシリンダの
摺動面から突出し、繊維の割合と、ケイ素粒子の割合
は、シリンダのアルミニウム合金母材と、少なくともピ
ストン軸が鉄の層で被覆されている軽金属ピストンとの
広い面での接触が起こりえないように定められている。
シリンダの摺動面をこのように構成すると、ＡｌＳｉ１
７Ｃｕ４Ｍｇ形の超共晶精錬アルミニウム合金のきわだ
ってすぐれた摩擦学的特性が得られる一方で、単シリン
ダ又は多シリンダブロックのその他の表面の加工に要す
る加工コストは先の場合と比べて明らかに低減するので
ある。
【０００７】繊維成形体の壁の厚さは０．５ｍｍから１
０ｍｍ好ましくは１．５ｍｍから５ｍｍであると好都合
である。
【０００８】本発明の別の特徴によれば、成形体の繊維
の割合は５から３０容積％であり、ケイ素粒子の割合は
繊維の割合に関して３０から６０重量％である。
【０００９】製造技術の面からいえば、繊維は、シリン
ダの軸とほぼ平行に整列しているが、シリンダの軸と同
心に延在しているシリンダ側面の中では、繊維の向きは
統計的に無秩序になっている。繊維はシリンダの軸と任
意の角度を成していても良く、その結果、何らかの状況
で所期の機能がそこなわれることはない。繊維成形体は
ケイ素粒子の保持体として働くので、使用する繊維に過
度の負担がかかることはない。
【００１０】使用する繊維の場合、直径は２μｍから２
５μｍであり、長さ／直径比は５から２５になる。本発
明のさらに別の展開構成の枠内では、酸化アルミニウム
又はケイ化アルミニウムから成る繊維を使用するのが好
ましい。
【００１１】本発明の別の特徴によれば、ケイ素粒子の
全て又は一部を炭化ケイ素、炭化クロム、炭化タングス
テン、炭化モリブデン、炭化チタン、炭化ニオブ、炭化
バナジウム、窒化クロム、窒化タングステン、窒化モリ
ブデン、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化バナジウム、ケ
イ化クロム、ケイ化タングステン、ケイ化モリブデン、
ケイ化チタン、ケイ化ニオブ、ケイ化バナジウムの形態
をとる硬質材料粒子と部分的に又は全部置換えることが
できる。
【００１２】単シリンダ又は多シリンダブロックを製造
する方法においては、４００℃から６００℃に加熱した
繊維成形体を鋳型の可動コアの上に配置し、６５０℃か
ら８００℃の温度のアルミニウム合金溶融物を鋳型の中
に注ぎ込み、加圧下で凝固させる。
【００１３】溶融物を少なくとも３０バール、特に２０
０バールから１０００バールの圧力の下で凝固させるの
が好ましい。
【００１４】また、圧力鋳造方法を採用させずに、アル
ミニウム合金溶融物を１．２バールから２．０バールの
低い圧力で凝固させることも可能である。
【００１５】底の閉じた中空円筒形のフィルタを繊維
と、ケイ素粒子及び／又は硬質材料粒子と、有機結合剤
及び／又は無機結合剤とから成るアルコール懸濁水溶液
の中に浸すいわゆる真空成形方法によって繊維成形体を
製造すると有利である。フィルタの内側から流体を吸い
取ることにより、内部にケイ素粒子及び／又は硬質材料
粒子が挿入された繊維から構成されるフリースをフィル
タの外側面に形成する。フリースを取り去った後、これ
を８００℃から１０００℃の温度に加熱して焼結し、こ
の後になめらかな表面を製造するために少なくても外側
面を問題なく機械加工することができるように硬化させ
る。このようにして前処理した繊維成形体を鋳型の可動
コアの上に配置する。
【００１６】繊維成形体の別の製造方法も可能である
が、その方法によれば、繊維と、ケイ素粒子及び／又は
硬質材料粒子と、結合剤とから成るアルコール懸濁水溶
液を可動コアの上に繊維成形体の厚さに直接吹付け、次
に、６５０℃から８００℃の温度のアルミニウム合金溶
融物を鋳型の中に注ぎ入れ、加圧下で凝固させる。
【００１７】
【実施例】以下、図面に例示されている本発明について
さらに詳細に説明する。
【００１８】ＡｌＳｉ９Ｃｕ３形の亜共晶アルミニウム
合金から３００バールの圧力の下に鋳造した多シリンダ
ブロック（１）には、シリンダの摺動面（２）を形成
し、アルミニウム合金がしみ込んだ中空円筒形の成形体
（３）が挿入された状態になっている。この成形体
（３）は厚さ３ｍｍであり、酸化アルミニウム繊維
（４）から形成されている。繊維の平均長さは８０μ
ｍ、直径は５μｍである。さらに、成形体（３）の中に
は３０μｍから６０μｍの大きさのケイ素粒子（５）が
点在させられている。研摩面において、ケイ素粒子は面
の１２％から１５％を覆っている。繊維含有量は２５容
積％になる。繊維はシリンダの軸とほぼ平行に整列して
いるが、シリンダの軸と同心に延在しているシリンダ側
面の中では、繊維の向きは統計的に無秩序になってい
る。ケイ素粒子（５）の割合は、繊維（４）の割合に対
して４０重量％になる。鋳造後、シリンダ孔（６）を荒
穴ぐり及び精密穴ぐりにより機械加工する。荒穴ぐり及
び精密穴ぐりのときに破壊されたケイ素粒子（５）は、
荒ホーニング及び精密ホーニングにより除去される。精
密ホーニングの後、最後の加工工程として、電気化学エ
ッチング又は無電力エッチングを実施する。その際、た
とえば、窒化ナトリウムを使用する電気化学エッチング
工程の間に、ホーニング工程中にケイ素粒子を介して潤
滑されたアルミニウム合金を除去し、ケイ素粒子の間の
アルミニウム母材をわずかに、平均して３μｍ程度後退
させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多シリンダブロックの１つのシリンダの部分縦
断面図。
【図２】図１の部分Ｘを２５０倍に拡大して詳細に示す
図。
【符号の説明】
（１） 多シリンダブロック （２） シリンダの摺動面 （３） 成形体 （４） 酸化アルミニウム繊維 （５） ケイ素粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｊ 10/04 Ｆ１６Ｊ 10/04 (56)参考文献 特開 平３−42166（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−287236（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−206154（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−122167（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−267549（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168073（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−104465（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−101181（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−93086（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−107081（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 19/08 B22D 19/14 C04B 38/00 303 F02F 1/00 F16J 10/04

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属永久モールド内で鋳造されたアルミニ
    ウム合金から成る内燃機関用のライナなしの単シリンダ
    又は多シリンダブロックであって、上記ブロックは、２
    ０μｍから８０μｍの大きさを有する機械的に滑らかに
    されたケイ素粒子が上記シリンダの摺動面から０．５μ
    ｍから１０μｍ突出するようにアルミニウム母材中に一
    様に分布して埋込まれたものである単シリンダ又は多シ
    リンダブロックにおいて、 上記シリンダの上記摺動面は、中空円筒形の繊維成形体
    （３）によって構成され、 上記繊維成形体（３）は、セラミック繊維から成り、そ
    して、点在しているケイ素粒子（５）としみ込んだ亜共
    晶アルミニウム合金（１）とを含み、そして、上記シリ
    ンダの鋳造時に埋込まれたものであることを特徴とする
    単シリンダ又は多シリンダブロック。
  2. 【請求項２】繊維成形体（３）の壁の厚さは０．５ｍｍ
    から１０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の単
    シリンダ又は多シリンダブロック。
  3. 【請求項３】成形体（３）の繊維の割合は５から３０体
    積％であり、ケイ素粒子の割合は繊維の割合に関して３
    ０から６０重量％であることを特徴とする請求項１又は
    ２記載の単シリンダ又は多シリンダブロック。
  4. 【請求項４】繊維（４）の直径は２μｍから２５μｍで
    あり、長さと直径との比は５から２５になることを特徴
    とする請求項１から３のいずれか一つに記載の単シリン
    ダ又は多シリンダブロック。
  5. 【請求項５】繊維（４）は酸化アルミニウム又はケイ化
    アルミニウムから形成されていることを特徴とする請求
    項１から４のいずれか一つに記載の単シリンダ又は多シ
    リンダブロック。
  6. 【請求項６】ケイ素粒子全体又はその一部は炭化ケイ
    素、炭化クロム、炭化タングステン、炭化モリブデン、
    炭化チタン、炭化ニオブ、炭化バナジウム、窒化クロ
    ム、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化チタン、
    窒化ニオブ、窒化バナジウム、ケイ化クロム、ケイ化タ
    ングステン、ケイ化モリブデン、ケイ化チタン、ケイ化
    ニオブ、ケイ化バナジウムの形態をとる硬質材料粒子と
    部分的に又は全部置換えられていることを特徴とする請
    求項１から５のいずれか一つに記載の単シリンダ又は多
    シリンダブロック。
  7. 【請求項７】請求項１から６のいずれか一つに記載の単
    シリンダ又は多シリンダブロックを製造する方法におい
    て、４００℃から６００℃の温度に加熱した繊維成形体
    を鋳型の可動コアの上に配置し、６５０℃から８００℃
    の温度のアルミニウム合金溶融物を鋳型に注ぎ入れ、加
    圧下で凝固させることを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】アルミニウム合金溶融物を少なくとも３０
    バールの圧力の下で凝固させることを特徴とする請求項
    ７記載の方法。
  9. 【請求項９】アルミニウム合金溶融物を１．２バールか
    ら２バールの圧力の下で凝固させることを特徴とする請
    求項７記載の方法。
  10. 【請求項１０】請求項７に従って使用するための繊維成
    形体を製造する方法において、底の閉じた中空円筒形の
    フィルタを繊維と、ケイ素粒子及び／又は硬質材料粒子
    と、有機結合剤及び／又は無機結合剤とから成るアルコ
    ール懸濁水溶液の中に浸し、フィルタの内側から流体を
    吸い取ることにより、フィルタの外側面に、内部にケイ
    素粒子及び／又は硬質材料粒子が挿入された繊維から構
    成される不織ウェブを形成し、不織ウェブを８００℃か
    ら１０００℃の温度に加熱し、続いて機械的に加工する
    という真空成形方法によって繊維成形体を製造すること
    を特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】請求項１から６のいずれか一つに記載の
    単シリンダ又は多シリンダブロックを製造する方法にお
    いて、繊維と、ケイ素粒子及び／又は硬質材料粒子と、
    有機結合剤及び／又は無機結合剤とから成るアルコール
    懸濁水溶液を鋳型の可動コア上に繊維成形体の厚さに吹
    付け、次に、６５０℃から８００℃の温度のアルミニウ
    ム合金溶融物を鋳型の中に注ぎ入れ、加圧下で凝固させ
    ることを特徴とする方法。
JP3087450A 1990-03-27 1991-03-27 単シリンダ又は多シリンダブロック Expired - Lifetime JP2994482B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4009714.5 1990-03-27
DE4009714A DE4009714A1 (de) 1990-03-27 1990-03-27 Einzelzylinder bzw. mehrzylinderblock

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Publication Number Publication Date
JPH04224071A JPH04224071A (ja) 1992-08-13
JP2994482B2 true JP2994482B2 (ja) 1999-12-27

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