JPH03267549A - 軽金属製内燃機関用シリンダブロック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関のシリンダブロックに係り、更に詳
細には軽金属製のシリンダブロックに係る。

［従来の技術］ 例えば本願出願人と同一の出願人の出願に係る特開昭６
１−１２６３５５号公報に記載されている如く、内燃機
関のシリンダブロックの一つとして、シリンダボアの表
面部がセラミック短繊維にて複合強化された軽金属より
なるシリンダブロックが既に知られている。かかるシリ
ンダブロックによれば、シリンダボアの耐摩耗性を確保
し得るると共に、鋳鉄製のライナが組込まれたシリンダ
ブロックの場合に比してシリンダブロックを軽量化する
ことができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしセラミック短繊維にて複合強化された軽金属はそ
の弾性率が約８０００　ｋｍ／　ｍｍ２程度であり、弾
性率が１２０００　ｋｍ／　ｍｍ２程度である鋳鉄に比
して剛性の点で劣るため、シリンダブロックにシリンダ
ヘッドがボルト締結により固定された場合に於けるシリ
ンダボアの変形量、特にその上端部に於ける変形量が鋳
鉄製のライナが鋳包まれたシリンダブロックの場合に比
して大きく、そのためオイルの消費量が高いという問題
がある。

本発明は、シリンダボアの表面部がセラミック短繊維に
て複合強化された軽金属よりなるシリンダブロックに於
ける上述の如き問題に鑑み、シリンダボアの変形量が小
さく、これによりオイル消費量を低減し得るよう改良さ
れた軽金属製の内燃機関用シリンダブロックを提供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上述の如き目的は、本発明によれば、シリンダボアの表
面部がセラミック短繊維にて複合強化され、該短繊維強
化部の少なくとも上方部の周囲の部分が周方向に配向さ
れた無機質長繊維にて複合強化された軽金属よりなる内
燃機関用シリンダブロックによって達成される。

［発明の作用コ 本発明によれば、シリンダボアの表面部がセラミック短
繊維にて複合強化され、該短繊維強化部の少なくとも上
方部の周囲の部分が周方向に配向された無機質長繊維に
て複合強化される。従ってシリンダボアの耐摩耗性がセ
ラミック短繊維により確保され、シリンダボアの上方部
の周囲の部分の剛性が無機質長繊維により確保され、こ
れによりシリンダヘッドがシリンダブロックにボルト締
結される場合に於けるシリンダボアの変形量が低減され
、更には鋳鉄製のシリンダヘッドが鋳口まれる場合に比
して軽量化が達成される。

尚本発明に於て使用されるセラミック短繊維は耐摩耗性
向上効果に優れた任意の短繊維であってよく、例えはア
ルミナ−シリカ短繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素ウィ
スカ、窒化ケイ素ウィスカなどであってよい。また本発
明に於て使用される無機質長繊維も従来より複合材料の
製造に使用されている任意の長繊維であってよいが、特
に炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、窒化ケイ
素繊維の如くそれ自身弾性率の高い長繊維であることが
好ましい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 第１図は本発明によるシリンダブロックの第一の実施例
を示す縦断面図である。

この実施例に於ては、シリンダブロック１０はアルミニ
ウム合金よりなるオープンデツキ型のシリンダブロック
として構成されており、図に於て１２はシリンダボアを
、１４は冷却水通路を各々示している。シリンダボアの
表面部はその壁面より２〜５■ｌの深さの範囲に亙り体
積率１２％のアルミナ−シリカ繊維１６により複合強化
され、その周囲の部分は周方向に配向された体積率６０
％の炭素繊維１８にて複合強化されている。

具体例１ 平均繊維径３μ１１平均繊維長ｌｌｌｌ１１のアルミナ
−シリカ繊維（イソライト工業株式会社製「カオウール
」）を無機質バインダが添加された水溶液中に投入して
該水溶液を撹拌混合し、得られた分散液に対し吸引成形
を行い、更に成形体を乾燥させた後機械加工を行うこと
により、上端の外径８２龍、下端の外径８８１１１、内
径７４ｍｍ、高さ１３２　ｍｍの寸法を有し、繊維の体
積率が１２％である円筒状の短繊維形成体を形成した。

次いでこの短繊維成形体の外周面に炭素繊維（東し株式
会社製［トレカＭ４０Ｊ、弾性率４００００ｋｇ／ｇ＋
ｉ２）のヤーン（フィラメント数６０００本）をフィラ
メントワインディングにより外径が８９關の一定値にな
るまで繊維体積率６０％にて巻付けた。

第５図はかして形成された複合成形体２０をその一部を
破断して示す斜視図である。図に於て、１６及び２２は
それぞれアルミナ−シリカ繊維及び短繊維成形体を示し
ており、１８は炭素繊維を示している。

次いで複合成形体を約５００℃に予熱した後、シリンダ
ブロック製造用の加圧鋳造装置のシリンダボア入子に嵌
合させて型締めを行い、鋳型内に６４０℃のアルミニウ
ム合金（ＪＩＳ規格ＡＤＣ１２）の溶湯を注湯し、溶湯
を約７６０ｋｇ／ｃ−の圧力にて加圧することにより複
合成形体の個々の繊維の間に浸透させ、得られた鋳物に
対し必要な機械加工を行って第１図に示されている如き
４気筒１５００ｃｃのガソリン機関用のシリンダブロッ
クを形成した。

また比較の目的で複合成形体と同一の寸法及び形状を有
し体積率１２％のアルミナ−シリカ繊維のみよりなる繊
維成形体を用いて具体例の場合と同一の要領及び条件に
て比較例のシリンダブロックを形成した。尚これらのシ
リンダブロックのボア径は７８關であった。

次いでこれらのシリンダブロックにシリンダヘッドをボ
ルト締結し、シリンダボアの真円度の変化量（真円より
の径方向の最大変化量）を測定した。その結果比較例の
シリンダブロックに於ける真円度の変化量は３１μｌで
あったのに対し、具体例１のシリンダブロックに於ける
変化量は０゜３μｍであった。

実施例２ 第２図は本発明によるシリンダブロックの第二の実施例
を示す第１図と同様の縦断面図である。

尚第２図に於て、第１図に示された部分に対応する部分
には第１図に付されれた符号と同一の符号が付されてい
る。

この実施例に於ては、シリンダボアの表面部はその壁面
より２〜４　ｍｍの深さの範囲に亙り体積率１０％のア
ルミナ−シリカ繊維１６により複合強化され、アルミナ
−シリカ繊維にて複合強化された部分の上方部の周囲の
部分は周方向に配向された体積率６０％の炭素繊維１８
にて複合強化されている。

具体例２ 具体例１の場合と同一の要領にて、平均繊維径３μｌ、
平均繊維長１　＋ａｍのアルミナ−シリカ繊維（イソラ
イト工業株式会社製「カオウ−／ｌ、Ｊ）ヨりなり、外
径８６　＋ｎ、内径７４■ｍ、高さ１３２■■の寸法を
有し、上端より３〜６０１ｍ＋の範囲の外周面に深さ２
■の溝を有し、繊維の体積率が１０％である円筒状の短
繊維形成体を形成した。次いでこの短繊維成形体の溝に
炭素繊維（東し株式会社製［トレカＭ４０Ｊ、弾性率４
００００　ｋｇ／＋＋＋ａ２）のヤーン（フィラメント
数６０００本）をフィラメントワインディングにより外
径が８６１１１になるまで繊維体積率６０％にて巻付け
た。

第６図はかして形成された複合成形体２６をその一部を
破断して示す斜視図である。図に於て、１６及び２２は
それぞれアルミナ−シリカ繊維及び短繊維成形体を示し
ており、１８は炭素繊維を示している。

次いでこの複合成形体が使用された点を除き具体例１の
場合と同一の要領及び条件にて第２図に示されている如
き４気筒１５００ｃｃのガソリン機関用のシリンダブロ
ックを形成した。

また比較の目的で複合成形体と同一の寸法及び形状を有
し体積率１０％のアルミナ−シリカ繊維のみよりなる繊
維成形体を用いて具体例２の場合と同一の要領及び条件
にて比較例のシリンダブロックを形成した。尚これらの
シリンダブロックのボア径は７８ｍｍであった。

次いでこれらのシリンダブロックにシリンダヘッドをボ
ルト締結し、シリンダボアの真円度の変化量を測定した
ところ、比較例のシリンダブロックに於ける変化量は３
１μｍであったのに対し、具体例２のシリンダブロック
に於ける変化量は０゜８μ閣であった。

実施例３ 第３図は本発明によるシリンダブロックの第三の実施例
を示す第１図と同様の縦断面図である。

尚第３図に於て、第１図に示された部分に対応する部分
には第１図に付された符号と同一の符号が付されている
。

この実施例に於ては、シリンダボアの表面部はその壁面
より２〜２，５關の深さの範囲に亙り体積率１０％のア
ルミナ繊維２８により複合強化され、アルミナ繊維にて
複合強化された部分の周囲の部分は周方向に配向された
体積率５５％の炭化ケイ素繊維３０にて複合強化されて
いる。

具体例３ 具体例１の場合と同一の要領にて、平均繊維径３μ■、
平均繊維長１．２關のアルミナ繊維（ＩＣ１社製「サフ
ィル」）よりなり、外径８６ｍｍ。

内径７４＋ｍ、高さ１３２　ｍｍの寸法を有し、外周面
に深さ２■１１長さ８０ａｍの第一の溝と深さ１．５■
、長さ４８＋ｕａの第二の溝とを有し、繊維の体積率が
１０％である円筒状の短繊維形成体を形成した。次いで
この短繊維成形体の第−及び第二の溝に炭化ケイ素繊維
（日本カーボン株式会社製「ニカロン」、弾性率２００
００ｋｇ／ａｍ２）のヤーン（フィラメント数１０００
本）をフィラメントワインディングにより外径が８６１
１１１の一定値になるまで繊維体積率５５％にて巻付け
た。

第７図はかくして形成された複合成形体３２をその一部
を破断して示す斜視図である。図に於て、２８及び３４
はそれぞれアルミナ繊維及び短繊維成形体を示しており
、３０は炭化ケイ素繊維を示している。

次いでこの複合成形体が使用された点を除き具体例１の
場合と同一の要領及び条件にて第３図に示されている如
き４気筒１５００ｃｃのガソリン機関用のシリンダブロ
ックを形成した。

また比較の目的で複合成形体と同一の寸法及び形状を有
し体積率１０％のアルミナ繊維のみよりなる繊維成形体
を用いて具体例３の場合と同一の要領及び条件にて比較
例のシリンダブロックを形成した。尚これらのシリンダ
ブロックのボア径は７８璽ｍであった。

次いでこれらのシリンダブロックにシリンダヘッドをボ
ルト締結し、シリンダボアの真円度の変化量を測定した
ところ、比較例のシリンダブロックに於ける変化量は２
９μ讃であったのに対し、具体例３のシリンダブロック
に於ける変化量は０゜８μ■であった。

実施例４ 第４図は本発明によるシリンダブロックの第四の実施例
を示す第１図と同様の縦断面図である。

尚第４図に於て、第１図に示された部分に対応する部分
には第１図に付されれた符号と同一の符号が付されてい
る。

この実施例に於ては、シリンダボアの表面部はその壁面
より２　ｍｍの深さの範囲に亙り体積率１０％のアルミ
ナ繊維２８により複合強化され、アルミナ繊維にて複合
強化された部分の周囲の上方部は周方向に配向された体
積率６０％の炭素繊維１８にて複合強化され、下方部は
周方向に配向された体積率５５％の炭化ケイ素繊維３０
にて複合強化されている。

具体１例４ 具体例１の場合と同一の要領にて、平均繊維径３μ層、
平均繊維長１．２ｍｍのアルミナ繊維（ＩＣ１社製「サ
フィール」）よりなり、外径８６＋ｏ＋ｅ。

内径７４關、高さ１３２ｍ１１の寸法を有し、外周面に
深さ２■ｍ１長さ１２８ｍｍの溝を有し、繊維の体積率
が１０％である円筒状の短繊維形成体を形成した。次い
でこの短繊維成形体の溝にその上端より長さ７０１の範
囲に亘り炭素繊維（東し株式会社製「トレカＭ４０Ｊ、
弾性率４００００ｋｇ／ｍｍ２）のヤーン（フィラメン
ト数６０００本）をフィラメントワインディングにより
外径か８６＋ｏｍになるまで繊維体積率６０％にて巻付
け、また短繊維成形体の溝の残りの部分に炭化ケイ素繊
維（日本カーボン株式会社製「ニカロン」、弾性率２０
０００　ｋｇ／　５ｓ２）のヤーン（フィラメント数１
０００本）をフィラメントワインディングにより外径が
８６關の一定値になるまで繊維体積率５５％にて巻付け
た。

第８図はかくして形成された複合成形体３６をその一部
を破断して示す斜視図である。図に於て、２８及び３８
はそれぞれアルミナ繊維及び短繊維成形体を示しており
、１８及び３０はそれぞれ炭素繊維及び炭化ケイ素繊維
を示している。

次いでこの複合成形体が使用された点を除き具体例１の
場合と同一の要領及び条件にて第４図に示されている如
き４気筒１５００ｃｃのガソリン機関用のシリンダブロ
ックを形成した。

次いてこのシリンダブロックにシリンダヘッドをボルト
締結し、シリンダボアの真円度の変化量を測定したとこ
ろ、この具体例のシリンダブロックに於ける変化量は０
．４μｍであった。

尚上述の各具体例及び比較例のシリンダブロックが組込
まれたガソリン機関を下記の条件にて試験運転してオイ
ル消費量を調査したところ、各具体例のオイル消費量は
対応する比較例のオイル消費量の約３２％であることが
確認された。

回転数：６０００ｒｐｍ 負荷二　フルロード 時間＝２００時間 以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

例えば図示の各実施例に於ては、シリンダボアの表面部
がその上端より下端まで全範囲に亘り短繊維にて複合強
化されているが、摩耗し易いシリンダボアの上方部の表
面部のみが短繊維にて複合強化されてもよい。

［発明の効果コ 以上の説明より明らかである如く、本発明によれば、シ
リンダボアの表面部がセラミック短繊維にて複合強化さ
れ、該短繊維強化部の少なくとも上方部の周囲の部分が
周方向に配向された無機質長繊維にて複合強化される。

従ってシリンダボアの耐摩耗性がセラミック短繊維によ
り確保され、シリンダボアの上方部の周囲の部分の剛性
が無機質長繊維により確保されるるので、シリンダヘッ
ドがシリンダブロックにボルト締結される場合に於ける
シリンダボアの変形量を低減することができ、更には鋳
鉄製のシリンダライナが鋳口まれる場合に比してシリン
ダブロックを軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はそれぞれ本発明によるシリンダブロ
ックの第一乃至第四の実施例を示す縦断面図、第５図乃
至第８図はそれぞれ第一乃至第四の実施例のシリンダブ
ロックを製造するために使用される複合成形体を一部破
断して示す斜視図である。 １０・・・シリンダブロック、１２・・・シリンダボア
。 １４・・・冷却水通路、１６・・・アルミナ−シリカ繊
維。 １８・・・炭素繊維、２０・・・複合成形体、２２・・
・短繊維成形体、２６・・・複合成形体、２８・・・ア
ルミナ繊維、３０・・・炭化ケイ素繊維、３２・・・複
合成形体。 ３４・・・短繊維成形体、３６・・・複合成形体、３８
・・・短繊維成形体 特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社代　　
　理　　　人　　　弁理士　　明石　昌毅第１図 第２図 １８・・・尻業種膀租 １８・・・仄茶Ｓ＋雁 第 ３ 図 ３０・・・Ｒ業クイ県檄羅 第 図 １５・・・仄茶頓Ｕ租 第 図 第 図 Ｇ １Ｂ−ＲＮｍＲ 第 ７ 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダボアの表面部がセラミック短繊維にて複合強化
   され、該短繊維強化部の少なくとも上方部の周囲の部分
   が周方向に配向された無機質長繊維にて複合強化された
   軽金属よりなる内燃機関用シリンダブロック。