JPH06207555A - 内燃機関のシリンダライナ - Google Patents
内燃機関のシリンダライナInfo
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- JPH06207555A JPH06207555A JP377193A JP377193A JPH06207555A JP H06207555 A JPH06207555 A JP H06207555A JP 377193 A JP377193 A JP 377193A JP 377193 A JP377193 A JP 377193A JP H06207555 A JPH06207555 A JP H06207555A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】化学反応を利用した炭化珪素−アルミナ−アル
ミニウム合金からなるセラミックス−金属複合材を用い
ることにより、耐摩耗性が著しく向上し、内燃機関のシ
リンダライナを得ることを目的とする。 【構成】本発明の内燃機関のシリンダライナは、炭化珪
素とアルミナからなるセラミックスと、アルミニウム合
金からなるセラミックス−金属複合の内燃機関のシリン
ダライナにおいて、シリンダライナ内側からシリンダラ
イナ外側に向かって該セラミックスの含有量が８０〜９
５重量％から５０重量％まで連続的に変化していること
を特徴とする。
ミニウム合金からなるセラミックス−金属複合材を用い
ることにより、耐摩耗性が著しく向上し、内燃機関のシ
リンダライナを得ることを目的とする。 【構成】本発明の内燃機関のシリンダライナは、炭化珪
素とアルミナからなるセラミックスと、アルミニウム合
金からなるセラミックス−金属複合の内燃機関のシリン
ダライナにおいて、シリンダライナ内側からシリンダラ
イナ外側に向かって該セラミックスの含有量が８０〜９
５重量％から５０重量％まで連続的に変化していること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスと金属の
複合材を用いた内燃機関のシリンダライナに関する。さ
らに詳しくは、アルミニウム製シリンダブロックに用い
るシリンダライナに関する。
複合材を用いた内燃機関のシリンダライナに関する。さ
らに詳しくは、アルミニウム製シリンダブロックに用い
る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
は、鋳鉄製シリンダライナの内側表面を鍍金や溶射によ
り窒化し、熱伝導性を低下させることにより断熱性を高
めた実開昭６１−７０５４８号や、耐摩性向上のために
アルミニウム製シリンダライナの内側を純銅で鍍金した
実開昭５５−６４４４５号および硬質金属を溶射した実
開昭５８−３５６４４号等がある。
は、鋳鉄製シリンダライナの内側表面を鍍金や溶射によ
り窒化し、熱伝導性を低下させることにより断熱性を高
めた実開昭６１−７０５４８号や、耐摩性向上のために
アルミニウム製シリンダライナの内側を純銅で鍍金した
実開昭５５−６４４４５号および硬質金属を溶射した実
開昭５８−３５６４４号等がある。
【０００３】また、セラミックスの円筒を用いた複合構
造シリンダライナとしては、セラミックスをシリンダラ
イナの内側に、金属シリンダライナを外側に用いた２重
構造のシリンダライナが、実開昭５９−７３５４６、実
開昭５９−１９０９５２、実開昭６０−６１４５６、実
開昭６０−１３４８４４および５９−７３５４６に提案
されている。
造シリンダライナとしては、セラミックスをシリンダラ
イナの内側に、金属シリンダライナを外側に用いた２重
構造のシリンダライナが、実開昭５９−７３５４６、実
開昭５９−１９０９５２、実開昭６０−６１４５６、実
開昭６０−１３４８４４および５９−７３５４６に提案
されている。
【０００４】さらに、強化繊維を用いたシリンダライナ
としては、シリンダブロック鋳造時にセラミックス繊維
のプリフォームを型にセットし、アルミニウム合金で鋳
造を行うと共にアルミニウム合金を含浸させ、シリンダ
ライナとシリンダブロックを同時に製造する方法が、自
動車工学、４０（１２）３８〜４６（１９９１）に提案
されている。
としては、シリンダブロック鋳造時にセラミックス繊維
のプリフォームを型にセットし、アルミニウム合金で鋳
造を行うと共にアルミニウム合金を含浸させ、シリンダ
ライナとシリンダブロックを同時に製造する方法が、自
動車工学、４０（１２）３８〜４６（１９９１）に提案
されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のシリンダライナでは、鋳鉄製シリンダライナ
の場合に窒化層がピストンリングによる摩擦や繰り返し
加熱により熱膨張差で剥離現象を起こしやすくなってい
る。さらに、強化繊維を用いたシリンダライナにおいて
は、シリンダ壁とピストンリングの摩耗損が発生し、長
期の使用には耐え得ないという問題があった。従って、
本発明は上記課題を解決することを目的とする。
うな従来のシリンダライナでは、鋳鉄製シリンダライナ
の場合に窒化層がピストンリングによる摩擦や繰り返し
加熱により熱膨張差で剥離現象を起こしやすくなってい
る。さらに、強化繊維を用いたシリンダライナにおいて
は、シリンダ壁とピストンリングの摩耗損が発生し、長
期の使用には耐え得ないという問題があった。従って、
本発明は上記課題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭化珪素とア
ルミナからなるセラミックスと、アルミニウム合金とか
らなるセラミックス−金属複合材で形成された内燃機関
のシリンダライナにおいて、シリンダライナ内側からシ
リンダライナ外側に向かって該セラミックスの含有量が
最も内側の８０〜９５重量％から最も外側の５０重量％
まで連続的に変化していることを特徴とする内燃機関の
シリンダライナとすることにより上記課題を解決するに
至った。
ルミナからなるセラミックスと、アルミニウム合金とか
らなるセラミックス−金属複合材で形成された内燃機関
のシリンダライナにおいて、シリンダライナ内側からシ
リンダライナ外側に向かって該セラミックスの含有量が
最も内側の８０〜９５重量％から最も外側の５０重量％
まで連続的に変化していることを特徴とする内燃機関の
シリンダライナとすることにより上記課題を解決するに
至った。
【０００７】
【作用】本発明は、シリンダライナ内側のセラミックス
の含有量が９５〜８０重量％から、シリンダライナ外側
に向かって５０重量％まで連続的に変化する内燃機関の
シリンダライナとすることにより、シリンダライナ内側
はセラミックスの含有量が多く、耐摩耗性に優れると共
に、シリンダライナ外側のアルミニウム合金層はシリン
ダブロックを構成するアルミニウムとの接合性が非常に
優れる。
の含有量が９５〜８０重量％から、シリンダライナ外側
に向かって５０重量％まで連続的に変化する内燃機関の
シリンダライナとすることにより、シリンダライナ内側
はセラミックスの含有量が多く、耐摩耗性に優れると共
に、シリンダライナ外側のアルミニウム合金層はシリン
ダブロックを構成するアルミニウムとの接合性が非常に
優れる。
【０００８】さらに、本発明におけるシリンダライナ外
側のアルミニウム合金層は、セラミックスとアルミニウ
ム合金層が連続体を構成しているため、熱特性としては
シリンダライナとして重要な熱膨張係数が、アルミニウ
ムおよびアルミナの中間的な値となる。従って、従来の
シリンダライナ内側を窒化した鋳鉄製シリンダライナの
ように、ピストンリングによる摩擦や繰り返し加熱によ
る熱膨張差で窒化層が剥離を起こすというような現象は
発生せず、本発明のシリンダライナはシリンダブロック
のアルミニウム合金層との剥離が防止され、鋳造時の熱
衝撃による応力や熱収縮による応力を緩和する作用があ
る。
側のアルミニウム合金層は、セラミックスとアルミニウ
ム合金層が連続体を構成しているため、熱特性としては
シリンダライナとして重要な熱膨張係数が、アルミニウ
ムおよびアルミナの中間的な値となる。従って、従来の
シリンダライナ内側を窒化した鋳鉄製シリンダライナの
ように、ピストンリングによる摩擦や繰り返し加熱によ
る熱膨張差で窒化層が剥離を起こすというような現象は
発生せず、本発明のシリンダライナはシリンダブロック
のアルミニウム合金層との剥離が防止され、鋳造時の熱
衝撃による応力や熱収縮による応力を緩和する作用があ
る。
【０００９】
【実施例】本発明のセラミックスの含有量に関しては、
シリンダライナ内側のセラミックス含有量が８５重量％
以下であるとアルミ合金の特性の影響で耐摩耗性が劣
り、９５重量％以上であるとセラミックスの特性の影響
で硬度が高くなるためピストンリングを摩耗させてしま
う。また、シリンダライナ外側のセラミックス含有量が
５０重量％以上ではシリンダブロックを構成するアルミ
ニウム合金との接合性が劣るようになる。
シリンダライナ内側のセラミックス含有量が８５重量％
以下であるとアルミ合金の特性の影響で耐摩耗性が劣
り、９５重量％以上であるとセラミックスの特性の影響
で硬度が高くなるためピストンリングを摩耗させてしま
う。また、シリンダライナ外側のセラミックス含有量が
５０重量％以上ではシリンダブロックを構成するアルミ
ニウム合金との接合性が劣るようになる。
【００１０】以下、本発明の具体的な実施例および比較
例により発明の詳細を説明する。
例により発明の詳細を説明する。
【００１１】実施例１ 粗さが１０００番と５００番の炭化珪素粉末を重量比
１：１で混合し、７０体積％になるようにプレスして、
円筒に成形したプリフォームを作製する。粒度の細かい
炭化珪素粉末を、アルコール溶液に混合したスラリーを
該プリフォームに被覆して、外側が気孔率５０％になる
まで段階的にスラリー濃度を変化させて、密度が段階的
に変化するようなプリフォームにする。
１：１で混合し、７０体積％になるようにプレスして、
円筒に成形したプリフォームを作製する。粒度の細かい
炭化珪素粉末を、アルコール溶液に混合したスラリーを
該プリフォームに被覆して、外側が気孔率５０％になる
まで段階的にスラリー濃度を変化させて、密度が段階的
に変化するようなプリフォームにする。
【００１２】ＪＩＳ−ＡＣ８Ａ材料に５重量％のマグネ
シウムを７００［℃］で溶かし込んだアルミニウム合金
を製造する。該アルミニウム合金を円筒状に加工して、
セラミックス円筒の外側に設置し、その外側をセメント
または石膏で固め、内側の空洞に空気を吹き込みつつ電
気炉で急速加熱を行い、１１００［℃］で２４時間保持
する。ここで、含浸酸化する温度は１１００〜１３００
［℃］でなければならない。もし１１００［℃］以下で
あると、表面の金属層しか酸化されず内部は金属として
残ってしまい、また１３００［℃］以上であると、内部
まで完全に酸化してしまうため好ましくない。
シウムを７００［℃］で溶かし込んだアルミニウム合金
を製造する。該アルミニウム合金を円筒状に加工して、
セラミックス円筒の外側に設置し、その外側をセメント
または石膏で固め、内側の空洞に空気を吹き込みつつ電
気炉で急速加熱を行い、１１００［℃］で２４時間保持
する。ここで、含浸酸化する温度は１１００〜１３００
［℃］でなければならない。もし１１００［℃］以下で
あると、表面の金属層しか酸化されず内部は金属として
残ってしまい、また１３００［℃］以上であると、内部
まで完全に酸化してしまうため好ましくない。
【００１３】このようにアルミニウム合金層を含浸酸化
して、シリンダライナの内側のセラミックスの含有量が
８０重量％、外側のシリンダライナのセラミックス含有
量が５０重量％である実施例１の炭化珪素−アルミナ−
アルミニウム合金の複合材を得た。
して、シリンダライナの内側のセラミックスの含有量が
８０重量％、外側のシリンダライナのセラミックス含有
量が５０重量％である実施例１の炭化珪素−アルミナ−
アルミニウム合金の複合材を得た。
【００１４】実施例２ シリンダライナの内側のセラミックスの含有量が９０重
量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の複
合材となるようにした以外は実施例１と同様にして実施
例２の複合材を得た。
量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の複
合材となるようにした以外は実施例１と同様にして実施
例２の複合材を得た。
【００１５】実施例３ シリンダライナの内側のセラミックスの含有量が９５重
量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の複
合材となるようにした以外は実施例１と同様にして実施
例３の複合材を得た。
量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の複
合材となるようにした以外は実施例１と同様にして実施
例３の複合材を得た。
【００１６】比較例１ シリンダライナの内側のセラミックスの含有量が７５重
量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の複
合材となるようにした以外は実施例１と同様にして比較
例１の複合材を得た。
量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の複
合材となるようにした以外は実施例１と同様にして比較
例１の複合材を得た。
【００１７】比較例２ シリンダライナの内側のセラミックスの含有量が１００
重量％となるようにした以外は実施例１と同様にして比
較例２の複合材を得た。
重量％となるようにした以外は実施例１と同様にして比
較例２の複合材を得た。
【００１８】比較例３ シリンダライナの内側および外側のセラミックスの含有
量が共に８５重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミ
ニウム合金の複合材となるようにした以外は実施例１と
同様にして比較例３の複合材を得た。
量が共に８５重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミ
ニウム合金の複合材となるようにした以外は実施例１と
同様にして比較例３の複合材を得た。
【００１９】比較例４ シリンダライナの内側および外側のセラミックスの含有
量が共に８０重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミ
ニウム合金の複合材となるようにした以外は実施例１と
同様にして比較例４の複合材を得た。
量が共に８０重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミ
ニウム合金の複合材となるようにした以外は実施例１と
同様にして比較例４の複合材を得た。
【００２０】比較例５ シリンダライナの内側および外側のセラミックスの含有
量が共に７０重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミ
ニウム合金の複合材となるようにした以外は実施例１と
同様にして比較例５を得た。
量が共に７０重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミ
ニウム合金の複合材となるようにした以外は実施例１と
同様にして比較例５を得た。
【００２１】試験例１ 本発明に用いられたセラミックスの含有量が８０〜９５
重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の
複合材、アルミ合金および鋳鉄についてピンオンディス
ク摩耗試験を実施した。測定条件および試験結果を第４
図および第５図に示す。ピンオンディスク摩耗試験は、
鋼性のディスクを回転させ、このディスク側面にピンを
摺動させてピンの摩耗度を測定する方法である。 試験例２ 本発明の実施例および比較例の鋳造特性を第６図に示し
た。目視で割れや剥離がない場合は問題なしとした。
重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の
複合材、アルミ合金および鋳鉄についてピンオンディス
ク摩耗試験を実施した。測定条件および試験結果を第４
図および第５図に示す。ピンオンディスク摩耗試験は、
鋼性のディスクを回転させ、このディスク側面にピンを
摺動させてピンの摩耗度を測定する方法である。 試験例２ 本発明の実施例および比較例の鋳造特性を第６図に示し
た。目視で割れや剥離がない場合は問題なしとした。
【００２２】試験例３ 本発明に用いられたセラミックスの含有量が８０〜９５
重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の
複合材、セラミックスの含有量が１００重量％および７
５重量％の炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の複
合材の熱膨張係数、曲げ強度、破壊靱性および硬さを測
定した結果を第３図に示す。尚、曲げ強度試験はＪＩＳ
Ｒ １６０１、破壊靱性強度はＪＩＳ Ｒ １６０７、硬
さ（ビッカーズ試験）はＪＩＳ Ｒ １６１０に従い測定
した。
重量％である炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の
複合材、セラミックスの含有量が１００重量％および７
５重量％の炭化珪素−アルミナ−アルミニウム合金の複
合材の熱膨張係数、曲げ強度、破壊靱性および硬さを測
定した結果を第３図に示す。尚、曲げ強度試験はＪＩＳ
Ｒ １６０１、破壊靱性強度はＪＩＳ Ｒ １６０７、硬
さ（ビッカーズ試験）はＪＩＳ Ｒ １６１０に従い測定
した。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、炭化珪素とアルミナからなる
セラミックスと、アルミニウム合金とからなるセラミッ
クス−金属複合材で形成された内燃機関のシリンダライ
ナにおいて、シリンダライナ内側からシリンダライナ外
側に向かって該セラミックスの含有量が最も内側の８０
〜９５重量％から最も外側の５０重量％まで連続的に変
化させた内燃機関のシリンダライナとすることにより、
シリンダライナ内側では優れた耐摩耗性が確保できると
共に、シリンダライナ外側のアルミニウム合金層とシリ
ンダブロックのアルミニウム合金がほぼ同材質となるた
め、シリンダライナとシリンダブロックとの結合力が非
常に強くなるという優れた効果が得られる。
セラミックスと、アルミニウム合金とからなるセラミッ
クス−金属複合材で形成された内燃機関のシリンダライ
ナにおいて、シリンダライナ内側からシリンダライナ外
側に向かって該セラミックスの含有量が最も内側の８０
〜９５重量％から最も外側の５０重量％まで連続的に変
化させた内燃機関のシリンダライナとすることにより、
シリンダライナ内側では優れた耐摩耗性が確保できると
共に、シリンダライナ外側のアルミニウム合金層とシリ
ンダブロックのアルミニウム合金がほぼ同材質となるた
め、シリンダライナとシリンダブロックとの結合力が非
常に強くなるという優れた効果が得られる。
【００２４】また、前記のような炭化珪素−アルミナ−
アルミニウム合金複合材料を用いたため、耐摩耗性に優
れるだけでなく相手材を損傷させないという効果も得ら
れる。さらに本発明のシリンダライナは内燃機関のエン
ジンは勿論のこと種々の油圧シリンダにも適用すること
ができる。さらに本発明のセラミックスと金属の複合材
からなるシリンダライナの比重は３．４５［ｇ／ｃ
ｍ3］であり、鋳鉄製シリンダライナの比重が７．８
［ｇ／ｃｍ3］と比較して格段の軽量化をはかることが
できる。
アルミニウム合金複合材料を用いたため、耐摩耗性に優
れるだけでなく相手材を損傷させないという効果も得ら
れる。さらに本発明のシリンダライナは内燃機関のエン
ジンは勿論のこと種々の油圧シリンダにも適用すること
ができる。さらに本発明のセラミックスと金属の複合材
からなるシリンダライナの比重は３．４５［ｇ／ｃ
ｍ3］であり、鋳鉄製シリンダライナの比重が７．８
［ｇ／ｃｍ3］と比較して格段の軽量化をはかることが
できる。
【００２５】また、エンジンのシリンダライナおよびシ
リンダブロックの製造に際しては、本発明の内燃機関の
シリンダライナは、化学反応を利用したセラミックスと
アルミニウム合金からなるセラミックス−金属複合材を
用いているため、摩耗損を著しく高めエンジンの製造
（シリンダブロックへの圧入、鋳ぐるみによる製造）に
充分耐え得る強度と靱性を持つ。
リンダブロックの製造に際しては、本発明の内燃機関の
シリンダライナは、化学反応を利用したセラミックスと
アルミニウム合金からなるセラミックス−金属複合材を
用いているため、摩耗損を著しく高めエンジンの製造
（シリンダブロックへの圧入、鋳ぐるみによる製造）に
充分耐え得る強度と靱性を持つ。
【００２６】
１ セラミックス粒子 ２ アルミニウム合金
【図１】 シリンダライナの材料構成拡大図
【図２】 ピンオンディスク摩耗試験条件
【図３】 ピンオンディスク摩耗試験結果
【図４】 実施例および比較例の鋳造特性
【図５】 強度試験測定結果
Claims (1)
- 【請求項１】炭化珪素とアルミナからなるセラミックス
と、アルミニウム合金とからなるセラミックス−金属複
合材で形成された内燃機関のシリンダライナにおいて、 シリンダライナ内側からシリンダライナ外側に向かって
該セラミックスの含有量が最も内側の８０〜９５重量％
から最も外側の５０重量％まで連続的に変化しているこ
とを特徴とする内燃機関のシリンダライナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP377193A JPH06207555A (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | 内燃機関のシリンダライナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP377193A JPH06207555A (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | 内燃機関のシリンダライナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06207555A true JPH06207555A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=11566444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP377193A Pending JPH06207555A (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | 内燃機関のシリンダライナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06207555A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0849376A1 (en) * | 1996-11-19 | 1998-06-24 | Fuji Oozx Inc. | Tappet in an internal combustion engine and a method of manufacturing the same |
| US7717079B2 (en) * | 2006-07-20 | 2010-05-18 | Honda Motor Co., Ltd. | Engine |
| CN103437896A (zh) * | 2013-08-02 | 2013-12-11 | 浙江吉利汽车研究院有限公司 | 气缸装置及其制造方法 |
-
1993
- 1993-01-13 JP JP377193A patent/JPH06207555A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0849376A1 (en) * | 1996-11-19 | 1998-06-24 | Fuji Oozx Inc. | Tappet in an internal combustion engine and a method of manufacturing the same |
| US7717079B2 (en) * | 2006-07-20 | 2010-05-18 | Honda Motor Co., Ltd. | Engine |
| CN103437896A (zh) * | 2013-08-02 | 2013-12-11 | 浙江吉利汽车研究院有限公司 | 气缸装置及其制造方法 |
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