JP3825732B2 - 内燃機関のシリンダ・ライナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１における前文に記載の内燃機関のシリンダ・ライナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関のシリンダ・ライナとして、シリンダ・ライナをダイ鋳造またはチル鋳造の工程でアルミニウム合金からなるクランクケースの中に鋳込む、内燃機関のシリンダ・ブロックの製造を記載したものがある（例えば、特許文献１参照。）。これは、シリンダ・ライナと周囲の鋳造物との間の接合を改善するために、シリンダ・ライナの外側は、溝、角隆起部などを備えている。さらにまた、ここに示す図では、シリンダ・ライナの終端側は、内燃機関作動中にライナの沈降を防止することを目的とするバルコニー状（つば状）の縁部を有している。しかしながら、この目的のために製作を要し、前記縁部を軸方向に支持するためのものとして機能するクランクケースのアンダーカットは、少なくともダイ鋳造工程においては、非常に大きな困難を伴なわなければ達成できないため、この点から、シリンダ・ブロックを製造する際にクランクケース内でのシリンダ・ライナの十分な機械的接合に関して信頼性が達成されるかどうかは極めて疑わしい。
【０００３】
さらにまた、シリンダ・ライナの鋳造中に、鋳造中のシリンダの長手方向で発生するさまざまな鋳造速度と鋳造温度、およびライナ材料とクランクケース材料との異なる膨張率が原因で、ライナの周囲鋳造物への融合が不十分に起こるという問題がある。この結果、全く望ましからぬ形で、特に正確にはライナの周囲鋳造物へのできるだけ良好な接合が必要とされる個所、すなわちシリンダの上死点領域において、ライナと周囲鋳造物との間に隙間が形成される、または十分な接合を欠いて取付けられることがある。
【０００４】
ライナの周囲鋳造物への不十分な接合のために、必要とされる耐密性が損なわれ、この結果、冷却水ジャケットからクランクケースのオイル・サンプ（油受）へ、ライナと周囲鋳造物の境界面を通って水が放散してしまう。さらにまた、この結果、ライナから冷却水室への熱の伝達が制限される。この結果として、燃焼熱の放熱を十分な程度に行うことができず、内燃機関作動中に内燃機関を損傷させるピストンのスコーチング（焼付）が発生することになる。さらにまた、不十分な接合は、この領域内でシリンダ・ライナの燃焼に誘発される振動を生じさせ、これはライナの周囲鋳造物に対する連続的なノックの原因となり、これは音響的にはピンキング騒音で表される。これは長期的にライナの損傷を引き起こす。
【０００５】
【特許文献１】
独国特許発明第４０２０２６８号明細書（特開平４−２３１６５４号公報）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、シリンダ・ライナの鋳込み中にシリンダ・ライナの周囲鋳造物へのできるだけ良好な接合を達成するという趣旨で、一般的なタイプのシリンダ・ライナを開発するという目的に基づくものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴によって達成される。
本発明によるシリンダ・ライナは、その外周上に、ライナ内で案内されるピストンのピストン・リングの上死点領域に対応する領域において活性化層を有し、さらに前記上死点領域に連続する外周上に粗い表面を有し、前記活性化層は、クランクケースとなる液状鋳造物の熱効果によってライナ材料よりも速く該鋳造物、即ちクランクケースに金属結合する材料で構成される。従って、シリンダ・ライナの周囲鋳造物への良好な接続が達成される。
【０００８】
本発明は、シリンダ・ライナの周囲鋳造物へのできるだけ完璧な融合が、内燃機関の動作時における高燃焼圧の領域においてのみ、すなわちライナ内で案内されるピストンの上死点の領域（上死点領域）においてのみ基本的な重要性をもつもので、ライナの周囲鋳造物への金属接合は上死点領域に連続する領域においてのみ必要であるという、専門家にとっては意外な研究結果に基づくものである。上死点の領域（上死点領域）におけるシリンダ・ライナの周囲に付着された活性化層によって、この領域におけるライナの鋳込み中に、ライナの周囲鋳造物への事実上完全な融合が達成される。したがって、ライナの周囲鋳造物への連続的な金属接合が、接合を促進するように作用する層によって供される。この結果、燃焼中に発生する半径方向に作用する力を、内燃機関を損傷することなく吸収することができ、燃焼熱を非常に容易に冷却水室へ伝達することができる。さらに、ライナは所望の程度にまで周囲鋳造物の中に密封され、この結果、冷却水は隙間を通じてクランクケースのオイル・サンプの中に滲出することはできない。ライナの沈降を防止するために、ライナは上死点領域に連続する粗い表面として設計され、これにより、周囲鋳造物のライナへの機械的接合が行われ、この接合は往復動ピストンの軸方向に作用する加圧力を容易に吸収することができる。したがって本発明によるライナは、力の確実な伝達と耐密性に関して局部的な要件を満たすものである。上記機械的接合によって、ライナは振動の発生が防止される。この振動はライナを周囲鋳造物に衝突させ、これによって望ましからぬ騒音を起こさせ、上死点領域において周囲鋳造物と統合して形成されることによってライナまたはクランクケースの損傷を引き起こす可能性がある。
【０００９】
本発明の有利な改良点は、従属請求項に記載されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は図面に図解された例示的な実施形態を参照して、以下にさらに詳細に説明される。図１は、本発明によるシリンダ・ライナの縦断面図であり、シリンダ・ライナ１が、軽金属、好ましくはアルミニウムで作られた周囲鋳造物であるクランクケース２の中に鋳込まれているのを示す。
シリンダ・ライナ１は、その外周４上に、該ライナ内で案内されるピストンのピストン・リングの上死点領域３に対応する領域に活性化層５が付着される。この活性化層５は、クランクケースとなる液状鋳造物の熱効果によってライナ材料よりも速くこのクランクケース２の鋳造材料に金属結合する材料、例えば低融点のＡｌＳｉからなるもので構成される。この場合、ライナ材料の融点は、この層材料の融点よりも若干高いことが重要であり、層材料の融点は、クランクケース材料の融点よりも若干高いかまたは同じにすることが可能である（Ｔ_{liq liner}＞Ｔ_{liq layer}≧Ｔ_{liq crankcase}）。これは、ライナ材料と活性化層５の材料が鋳造物の熱効果の下で同一状態で溶融せず、まず層５が溶融して、すぐその後、ライナ材料を溶融させるという効果を有する。アルミニウム製クランクケース２の場合、層５を形成するためのアルムニウム合金の選択は、層５、即ちライナ１とクランクケース２との間の金属接合が材料の類似性によって促進されるので、特に有利である。活性化層５は約２００μｍの厚さを有し、シリンダ・ライナ１の外周４の上に方法としては簡単なやり方で吹き付けられる。しかしながらこの場合、例えば溶着溶接などの他の応用例も、考え得る。図示されたクランクケース２のウェブ領域には冷却水空洞９があり、これはその深さが上死点領域３の全体の範囲にわたっている。下死点領域７の方向に前記空洞９をさらに延在させることは、主な燃焼熱は上死点領域３において発生し、そこでクランクケース２へ放出されるので必ずしも必要ではない。
【００１１】
シリンダ・ライナ１は、上死点の領域３に連続して、外周４の上に粗い表面を有し、この結果、ライナ１のクランクケース２への機械的接合が得られる。これは、シリンダ・ライナ１が粗い鋳鉄で構成されている場合には、すでに簡単な方法で達成可能となっている。しかしながらこの場合、上死点領域３における外周４に活性化層５を付着させる前にシリンダ・ライナ１を滑らかにしなければならない。そのようにしなければ、層５は付着させることができないからである。上記応用例としては、シリンダ・ライナ１をネズミ鋳鉄またはアルミニウムで構成することができ、該ライナ１の粗い表面は、粗い鋳鉄ライナの粗さ構造に応じて、機械的粗面処理、例えばコランダムなどの研磨材への接触、または高圧ウォータージェット、または、例えば図示された典型的実施形態において特徴づけられているような溝削り６によって、形成される。溝削り６は、特にすぐれた接合を保証する。
【００１２】
シリンダ・ライナ１の外周４の上には、活性化層８が下死点の領域７にも形成される。上死点の領域３における活性化層５と同じやり方で形成されるこの層８は、シリンダ・ライナ１と周囲鋳造物との間の境界面をオイル・サンプから密封するために使用される。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、シリンダ・ライナの周囲鋳造物への良好な接続が達成され、これにより、燃焼中に発生する半径方向に作用する力を、内燃機関を損傷することなく吸収でき、燃焼熱を冷却水室へと容易に伝達することができる。また、耐密性が向上されるので、冷却水がオイル・サンプ中に滲出することを防止できる。さらに、ピストンの軸方向に作用する加圧力を容易に吸収することができるほか、ライナの振動を防止することができるので、ライナまたはクランクケースの損傷を引き起こすこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】クランクケースの中に鋳込まれた本発明によるシリンダ・ライナの縦断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ・ライナ
２ クランクケース
３ 上死点領域
４ 外周
５ 活性化層
６ 溝削り
７ 下死点領域
８ 活性化層
９ 冷却水空洞

Claims (6)

1. 鋳造しようとする軽金属製クランクケースの中に鋳込まれるべき内燃機関のシリンダ・ライナ（１）であって、その外周（４）上には、ライナ（１）内で案内されるピストンのピストン・リングの上死点領域（３）に対応する領域において活性化層（５）を有し、さらに前記上死点領域（３）に連続する外周（４）上に、活性化層（５）がなく前記上死点領域（３）に対応する領域よりも粗い表面を有し、前記活性化層（５）は、液状鋳造物の熱効果によってライナ材料よりも速く該鋳造物に金属結合する材料で構成されることを特徴とする、シリンダ・ライナ。
2. クランクケース（２）の材料がアルミニウムで構成されていること、および活性化層（５）の材料がＡｌＳｉで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のシリンダ・ライナ。
3. 活性化層（５）が吹き付けられた層であることを特徴とする、請求項１または２に記載のシリンダ・ライナ。
4. シリンダ・ライナ（１）が、その構成後活性化層（５）が付着される前に、上死点領域（３）に対応する領域の外周（４）が滑らかにされたものであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のシリンダ・ライナ。
5. シリンダ・ライナ（１）が、ネズミ鋳鉄またはアルミニウムで構成後に、上死点領域（３）に連続する表面が、粗面処理によって、または溝削り（６）によって、前記上死点領域（３）に対応する領域よりも粗い表面に形成されたものであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のシリンダ・ライナ。
6. 活性化層（８）が同様に、シリンダ・ライナ（１）の外周（４）上に下死点領域（７）において形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のシリンダ・ライナ。

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