JPH04224071A - 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Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
、好ましくは30μmから60μmの大きさを有し、機
械的に滑らかにされたケイ素粒子がアルミニウム母材の
中に、シリンダの摺動面から0.5μmから10μm、
好ましくは2μmから5μm突出するように一様に分布
して埋込まれている、アルミニウム合金から成る内燃機
関用の金属永久モールドから鋳造したライナなしの単シ
リンダ又は多シリンダブロックに関する。
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6
0%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 Zeitschrif
t35(1974年)の33〜41頁には、AlSi1
7Cu4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2
μm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。
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。
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。
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。
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。
0mm好ましくは1.5mmから5mmであると好都合
である。
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。
の軸と平衡に、ただし繊維成形体の同心のシリンダ面の
中では統計学的に無秩序に整列させるようになっている
。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
。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
、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。
さらに詳細に説明する。
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)が注入されている。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80μm、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。
断面図。
図。
Claims (11)
- 【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、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
上記シリンダの摺動面から0.5μmから10μm、好
ましくは2μmから5μm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。 - 【請求項2】繊維成形体(3)の壁の厚さは0.5mm
から10mm、好ましくは1.5mmから5mmである
ことを特徴とする請求項1記載のシリンダ。 - 【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記載のシリンダ。 - 【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記載のシリンダ。 - 【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記載のシリンダ。 - 【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、窒化チンタ、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記載のシリンダ。 - 【請求項7】請求項1から6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。 - 【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、好ましくは200バールから1000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。 - 【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。 - 【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。 - 【請求項11】請求項1から6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、65
0℃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。
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