JP4506494B2 - シリンダブロックのボア内面加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボア内面に対し溶射皮膜を形成するシリンダブロックのボア内面加工方法およびシリンダブロックに関する。

自動車用エンジンのシリンダブロックとして、主に軽量化のためアルミニウムなどの軽合金を素材としたものは、そのシリンダボア内面に、例えば下記特許文献１に記載されているように、Ｍｏ（モリブデン）を含む鉄系合金材料による溶射皮膜を形成してライナレスとし、耐スカッフ性能の向上を図っている。
米国特許第６２８０７９６Ｂ１

ところで、Ｍｏを含む鉄系合金材料による溶射被膜は、Ｍｏ材料の固体潤滑作用により、ピストンリングとの耐スカッフ性能の向上を図っているが、溶射皮膜形成に続くホーニング加工を行った後の皮膜面性状が、従来のホーニング加工による網目模様に加えて、気孔が存在することによる粗面であることから、エンジン稼働時のオイル消費やピストンリングとのフリクションが増加する。

そこで、本発明は、ボア内面に溶射皮膜を形成したシリンダブロックを有するエンジンの耐スカッフ性能を確保しつつオイル消費増加や、ボア内面とピストンリングとのフリクション増加を防止することを目的としている。

本発明は、シリンダブロックのボア内面に対し、溶射皮膜を形成した後、潤滑剤を含浸させるシリンダブロックのボア内面加工方法において、ボア内面に対し、前記溶射皮膜の形成後にホーニング加工を行い、その後、ホーニング加工時に使用するホーニング油を潤滑剤として含浸させる際に、ボア内部を密閉し、この密閉したボア内を真空吸引することで溶射皮膜の積層粒子間の空気抜きを行い、その後ボア内部を大気状態に戻すことで、潤滑剤を前記溶射皮膜の積層粒子間に入り込ませることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、溶射皮膜を形成したシリンダブロックのボア内面に対し、ホーニング油を潤滑剤として含浸させる際に、真空吸引することで、ボアの内部を真空状態として、溶射皮膜の積層粒子間の空気抜きを行い、その後、ボアの内部を大気状態に戻すことで、ホーニング加工で使用した潤滑剤であるホーニング油が、空気抜きした溶射皮膜の積層粒子間に入り込むことで、ホーニング加工後のボアの内面の潤滑性を改善して耐スカッフ性能を確保する。そして、耐スカッフ性能を改善できるので、その分ボア内面の面粗度を平滑にできる。これらによりシリンダブロックを適用するエンジン稼働時での耐スカッフ性能を確保しつつオイル消費の増加や、ボアの内面とピストンリングとのフリクション増加を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わるシリンダブロックのボア内面加工方法を示す加工工程図である。この加工工程は、後述する図２に示してあるシリンダブロック１を鋳造成形した後に、その全体の機械加工を行う機械加工工程１Ａと、機械加工後、そのボア３の内面を粗面化して後工程で形成する溶射皮膜の密着性を高めるボア下地加工工程１Ｂと、下地加工後のボア３の内面に鉄系金属材料を溶滴として噴射して溶射皮膜を形成するボア溶射加工工程１Ｃと、溶射後にボア３の内面に対してホーニング加工を行うボアホーニング加工工程１Ｄと、ホーニング加工後、ボア３の内面に対して潤滑剤を含浸させるボア含浸処理工程１Ｅと、潤滑剤含浸後、ボア３の内面を洗浄する洗浄工程１Ｆと、をそれぞれ備えている。

上記した加工工程のうち、ボア含浸処理工程１Ｅが、本実施形態における特徴部であり、その他の加工工程においては、従来から周知の方法によって加工を行う。図２に、ボア含浸処理工程１Ｅで使用する含浸処理装置の全体構成を示す。図２に示すように、シリンダブロック１の上端のボア開口部を上部蓋５で覆うとともに、同下端のクランクケース７の開口部を下部蓋９で覆い、ボア３の内部を密閉状態とする。

下部蓋９には、上記密閉したボア３の内部を真空状態とするための空気吸入口１１を設け、空気吸入口１１には空気吸入管１３の一端を接続する。空気吸入管１３の他端には真空ポンプ１５の吸入口を接続し、真空ポンプ１５の吐出口には排気管１７を接続する。

さらに、下部蓋９には、ボア３の内部の真空状態を、大気に開放するための大気開放口１９を設け、大気開放口１９には大気開放管２１の一端を接続し、大気開放管２１の他端には開放弁２３を接続する。

次に、ボア含浸処理工程１Ｅにおける動作を説明する。まず、図２に示す状態で、真空ポンプ１５によりボア３内の空気を吸引してボア３の内部を真空状態とする。このとき開放弁２３は閉じておく。これにより、前工程のボア溶射加工工程１Ｃで形成した溶射皮膜の積層粒子間の空気抜きを行う。空気抜きを行った後、真空ポンプ１５を停止させる。

その後、開放弁２３を開き、ボア３の内部を大気状態に戻す。このとき、その前工程、すなわちボアホーニング加工工程１Ｄでのホーニング加工で使用した潤滑剤であるホーニング油が、ボア３の内面に付着しており、このホーニング油が、ボア３の内部を上記したように大気状態に戻すことで、前記空気抜きした溶射皮膜の積層粒子間に入り込む。

ホーニング油が溶射皮膜の積層粒子間に入り込むことで、ホーニング加工後のボア３の内面の潤滑性を改善して耐スカッフ性能を確保する。

このように、ボア３の内面に対し潤滑剤としてホーニング油を含浸させることで、ボア３の内面のホーニング加工後の耐スカッフ性能を改善できるので、その分ボア内面の面粗度を平滑にできる。また溶射皮膜を形成する際に、Ｍｏ材料などの高価な溶射用材料を使用する必要がない。これらによりシリンダブロック１を適用するエンジン稼働時での耐スカッフ性能を確保しつつオイル消費の増加や、ボア３の内面とピストンリングとのフリクション増加を防止することができる。

図３は、上記した本実施形態のようにボア３の内面に潤滑剤を含浸させた場合のボア材質（Ａ）の耐スカッフ荷重と、図１に対しボア含浸処理を行わず、洗浄後にボア内面にオイル塗布を行った場合のボア材質（Ｂ）および、鋳鉄ライナを使用した場合のボア材質（Ｃ）の各耐スカッフ荷重とを比較している。

なお、ボア材質（Ｂ）のボア溶射時では、高価なＭｏ材料を含まない鉄系溶射材料を使用している。

図４は、上記した図３の耐スカッフ荷重を測定するための試験装置の概略を示すもので、ボア材１０１に対しピストンリング材１０３を荷重Ｆにて押し付けつつボア材１０１を矢印Ａで示す方向に往復動させ、さらにボア材１０１とピストンリング材１０３との摺動部にオイル供給用ノズル１０５からオイル１０７を滴下する。

この場合、条件によっては、溶射皮膜にオイル塗布を行うボア材質（Ｂ）は、黒鉛が固体潤滑剤として機能する鋳鉄製ライナを使用するボア材質（Ｃ）よりも、耐スカッフ荷重が小さくなって耐スカッフ性能が劣る場合があり、ボア焼き付きが発生する。

これに対し、本実施形態のようにボア３の内面にホーニング油を含浸させた場合のボア材質（Ａ）では、耐スカッフ荷重Ｎ３が、ボア材質（Ｂ），（Ｃ）のいずれの耐スカッフ荷重Ｎ１，Ｎ２よりも大きくなって耐スカッフ性能が高いものとなる。

また、本実施形態では、その前工程のホーニング加工時にてボア３の内面に付着したホーニング油を含浸させているので、別途含浸油の供給および排出時間が不要となり、含浸工程時間を短縮できるとともに、含浸油の供給および排出装置が不要となるので、装置全体の簡素化を達成できる。

なお、ボア３の内面に含浸させる潤滑剤として使用するホーニング油は、通常鉱物油が用いられ、切削加工性が良好となる成分を含んでいるので、エンジン稼働時での摺動機能が充分得られる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係わるシリンダブロックのボア内面加工方法を示す加工工程図である。この加工工程は、前記図１に示した第１の実施形態の加工工程におけるボア含浸処理工程１Ｅに代えて、ボア含浸処理工程５Ｅを設けている。その他の加工工程は図１と同じである。

ボア含浸処理工程５Ｅは、ボア３の内面に対して潤滑剤を含浸させる際に、別途エンジンオイルをボア３内に供給しており、図６にボア３の内面に潤滑剤を含浸させる含浸処理装置の全体構成を示す。この含浸処理装置は、前記図２の構成に対し、含浸オイル供給部２５を備えている。

含浸オイル供給部２５は、上部蓋５にオイルノズル２７を取り付け、オイルタンク２９に収容したエンジンオイル３１を、オイル供給管３３を通してオイルノズル２７から、ボア３内に噴射供給する。このときオイルノズル２７は、ボア３の内面に向けてエンジンオイルが指向する構造とする
ボア３内に供給したエンジンオイルは、一部がボア３の内面に付着し、残りのエンジンオイルが、ポンプ３５を備えたオイル排出管３７を通してオイルタンク２９に戻される。なお、ポンプ３５によりオイルタンク２５に戻すエンジンオイルは、図示しないフィルタによって異物を除去しておく。

ボア３の内面に付着したエンジンオイルは、前記図１，図２に示した第１の実施形態と同様に、ボア３内を、真空状態として溶射皮膜の積層粒子間の空気抜きを行った後、大気状態に戻すことで、前記空気抜きした溶射皮膜の積層粒子間に入り込む。これにより、ホーニング加工後のボア３の内面の潤滑性を改善してボア３の内面の耐スカッフ性能を確保する。

上記図５，図６に示した第２の実施形態においては、ボア３の内面の潤滑剤としてエンジンオイルを含浸させることで、第１の実施形態と同様に、ボア３の内面のホーニング加工後の耐スカッフ性能を改善できるので、その分ボア内面の面粗度を平滑にできる。また溶射皮膜を形成する際にＭｏ材料などの高価な溶射用材料をする必要がない。これらによりシリンダブロック１を使用するエンジン稼働時での耐スカッフ性能を確保しつつオイル消費の増加や、ボア３の内面とピストンリングとのフリクション増加を防止することができる。

また、本実施形態では、ボア３の内面に潤滑剤を含浸させる前に、ボア３の内面に向けてエンジンオイルを噴射しているので、このエンジンオイルによって、その前工程であるホーニング加工後のボア３の内面に対する洗浄が行え、後工程の洗浄工程１Ｆを省略することが可能であり、含浸処理を行いつつ、工程設備の簡素化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係わるシリンダブロックのボア内面加工方法を示す加工工程図である。 図１の加工工程における含浸処理工程にてボア内面に潤滑剤を含浸させる含浸処理装置を示す全体構成図である。 ボア内面に潤滑剤を含浸させた場合のボア材質の耐スカッフ性能と、潤滑剤の含浸を行わず洗浄後にボア内面にオイル塗布を行った場合のボア材質および、鋳鉄ライナを使用した場合のボア材質の各耐スカッフ性能とを比較した説明図である。 図３の耐スカッフ荷重を測定するための試験装置の概略図である。 本発明の第２の実施形態に係わるシリンダブロックのボア内面加工方法を示す加工工程図である。 図５の加工工程における含浸処理工程にてボア内面に潤滑剤を含浸させる含浸処理装置を示す全体構成図である。

符号の説明

１ シリンダブロック
３ シリンダブロックのボア

Claims (3)

1. シリンダブロックのボア内面に対し、溶射皮膜を形成した後、潤滑剤を含浸させるシリンダブロックのボア内面加工方法において、
   前記ボア内面に対し、前記溶射皮膜の形成後にホーニング加工を行い、その後、前記ホ
   ーニング加工時に使用するホーニング油を前記潤滑剤として含浸させる際に、前記ボア内部を密閉し、この密閉したボア内を真空吸引することで前記溶射皮膜の積層粒子間の空気抜きを行い、その後前記ボア内部を大気状態に戻すことで、前記潤滑剤を前記溶射皮膜の積層粒子間に入り込ませることを特徴とするシリンダブロックのボア内面加工方法。
2. 前記ホーニング加工後の潤滑剤の含浸は、前記ボア内に別途供給する潤滑剤を使用する
   ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロックのボア内面加工方法。
3. 前記ボア内に別途供給する潤滑剤は、エンジンオイルであることを特徴とする請求項２
   に記載のシリンダブロックのボア内面加工方法。

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