JPH06272614A - 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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- JPH06272614A JPH06272614A JP6153093A JP6153093A JPH06272614A JP H06272614 A JPH06272614 A JP H06272614A JP 6153093 A JP6153093 A JP 6153093A JP 6153093 A JP6153093 A JP 6153093A JP H06272614 A JPH06272614 A JP H06272614A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、化学反応を利用した炭化珪素−アル
ミナ−アルミニウム合金とからなるセラミックス−金属
複合材を用いることにより、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】本発明は、セラミックス−金属複合材料と金属
とを用いたニ層型シリンダライナにおいて、内側が炭化
珪素とアルミナからなるセラミックスが８５〜９５重量
％とアルミニウム合金が５〜１５重量％とからなる層
と、その外側にライナ厚みの２０％〜５０％となるアル
ミニウム合金層を有する内燃機関のシリンダライナであ
る。さらに、炭化珪素−アルミナとアルミニウム合金と
からなる熱膨張係数が８〜２０×１０-6［１／℃］のセ
ラミックス−金属複合材料を、シリンダライナ内側に用
いた内燃機関のシリンダライナである。
ミナ−アルミニウム合金とからなるセラミックス−金属
複合材を用いることにより、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】本発明は、セラミックス−金属複合材料と金属
とを用いたニ層型シリンダライナにおいて、内側が炭化
珪素とアルミナからなるセラミックスが８５〜９５重量
％とアルミニウム合金が５〜１５重量％とからなる層
と、その外側にライナ厚みの２０％〜５０％となるアル
ミニウム合金層を有する内燃機関のシリンダライナであ
る。さらに、炭化珪素−アルミナとアルミニウム合金と
からなる熱膨張係数が８〜２０×１０-6［１／℃］のセ
ラミックス−金属複合材料を、シリンダライナ内側に用
いた内燃機関のシリンダライナである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスとアルミ
ニウム合金とからなる金属の複合材料を用いた内燃機関
のシリンダライナに関する。
ニウム合金とからなる金属の複合材料を用いた内燃機関
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
は、鋳鉄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、耐摩耗性向上のためにアルミニ
ウム製ライナの内側を純銅で鍍金した実開昭５５−６４
４４５号および硬質金属を溶射した実開昭５８−３５６
４４号がある。
は、鋳鉄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、耐摩耗性向上のためにアルミニ
ウム製ライナの内側を純銅で鍍金した実開昭５５−６４
４４５号および硬質金属を溶射した実開昭５８−３５６
４４号がある。
【０００３】セラミックスの円筒を用いた複合構造シリ
ンダライナでは、セラミックスをライナの内側に、金属
ライナを外側に用いた２（多）重構造のライナが、実開
昭５９−７３５４６、実開昭５９−１９０９５２、実開
昭６０−６１４５６、実開昭６０−１３４８４４および
実開昭５９−７３５４６に提案されている。
ンダライナでは、セラミックスをライナの内側に、金属
ライナを外側に用いた２（多）重構造のライナが、実開
昭５９−７３５４６、実開昭５９−１９０９５２、実開
昭６０−６１４５６、実開昭６０−１３４８４４および
実開昭５９−７３５４６に提案されている。
【０００４】また、強化繊維を用いたシリンダライナで
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）に開示されて
いる。
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）に開示されて
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、鋳鉄性の場合窒化層が
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たり、セラミックスの
場合モノリスのセラミックスの加工が困難であったり、
焼きばめ接合が燃焼熱によりゆるみ、エンジンのピスト
ン運動を阻害したりするという問題点があった。
うな従来のシリンダライナでは、鋳鉄性の場合窒化層が
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たり、セラミックスの
場合モノリスのセラミックスの加工が困難であったり、
焼きばめ接合が燃焼熱によりゆるみ、エンジンのピスト
ン運動を阻害したりするという問題点があった。
【０００６】また、強化繊維を用いたシリンダライナで
も、シリンダ壁とピストンリングの摩耗損は発生し、長
期の使用には耐え得ないという問題点もあった。 従っ
て、本発明は上記課題を解決することを目的とする。
も、シリンダ壁とピストンリングの摩耗損は発生し、長
期の使用には耐え得ないという問題点もあった。 従っ
て、本発明は上記課題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点に着目してなされたもので、セラミックス−金属複
合材料と金属とを用いたニ層型シリンダライナにおい
て、内側が炭化珪素とアルミナからなるセラミックスが
８５〜９５重量％とアルミニウム合金が５〜１５重量％
とからなる層と、その外側にライナ厚みの２０％〜５０
％となるアルミニウム合金層を有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したものであ
る。
題点に着目してなされたもので、セラミックス−金属複
合材料と金属とを用いたニ層型シリンダライナにおい
て、内側が炭化珪素とアルミナからなるセラミックスが
８５〜９５重量％とアルミニウム合金が５〜１５重量％
とからなる層と、その外側にライナ厚みの２０％〜５０
％となるアルミニウム合金層を有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したものであ
る。
【０００８】さらに、炭化珪素−アルミナとアルミニウ
ム合金とからなる熱膨張係数が８〜２０×１０-6［１／
℃］のセラミックス−金属複合材料を、シリンダライナ
内側に用いた内燃機関のシリンダライナとすることによ
り上記課題を解決したものである。
ム合金とからなる熱膨張係数が８〜２０×１０-6［１／
℃］のセラミックス−金属複合材料を、シリンダライナ
内側に用いた内燃機関のシリンダライナとすることによ
り上記課題を解決したものである。
【０００９】
【作用】本発明に用いられる炭化珪素−アルミナからな
るセラミックスとアルミニウム合金複合材料は、炭化珪
素−アルミナからなる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、熱特性としては熱膨張
係数がアルミニウムとアルミナの中間的な値である８〜
２０×１０-6［１／℃］となり、従来の内側を窒化した
鋳鉄シリンダライナのように、シリンダブロックのアル
ミニウム合金層との熱膨張差による剥離が起きい。
るセラミックスとアルミニウム合金複合材料は、炭化珪
素−アルミナからなる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、熱特性としては熱膨張
係数がアルミニウムとアルミナの中間的な値である８〜
２０×１０-6［１／℃］となり、従来の内側を窒化した
鋳鉄シリンダライナのように、シリンダブロックのアル
ミニウム合金層との熱膨張差による剥離が起きい。
【００１０】また、プリフォームのセラミックスは荷重
を受け持つため、アルミナ質として極めて高レベルの強
度を持っている。残留金属が破壊時のクラック進展を防
止するため破壊靱性も極めて高く、高靱性化セラミック
スとなる。
を受け持つため、アルミナ質として極めて高レベルの強
度を持っている。残留金属が破壊時のクラック進展を防
止するため破壊靱性も極めて高く、高靱性化セラミック
スとなる。
【００１１】本発明のシリンダライナ外側のアルミニウ
ム合金層は、鋳造によるアルミニウム合金と同質である
ため鋳造時の接合性が極めて高い。このため、従来問題
となっていたシリンダライナとシリンダブロックとの剥
離を防ぐことができる。
ム合金層は、鋳造によるアルミニウム合金と同質である
ため鋳造時の接合性が極めて高い。このため、従来問題
となっていたシリンダライナとシリンダブロックとの剥
離を防ぐことができる。
【００１２】さらに、該アルミニウム合金層は、鋳造時
の熱衝撃による応力や熱吸収による応力を緩和する作用
を持ち、また、鋳造時に溶湯温度との差を３００℃以下
にするために余熱していたものを、１５０℃での乾燥程
度に引き下げることもできる。
の熱衝撃による応力や熱吸収による応力を緩和する作用
を持ち、また、鋳造時に溶湯温度との差を３００℃以下
にするために余熱していたものを、１５０℃での乾燥程
度に引き下げることもできる。
【００１３】
【実施例】本発明の炭化珪素−アルミナからなるセラミ
ックスとアルミニウム合金の複合材料の熱膨張係数は、
８〜２０×１０-6［１／℃］である。この範囲を外れる
と、従来の内側を窒化した鋳鉄シリンダライナのよう
に、シリンダブロックのアルミニウム合金層との熱膨張
差による剥離が生じる。
ックスとアルミニウム合金の複合材料の熱膨張係数は、
８〜２０×１０-6［１／℃］である。この範囲を外れる
と、従来の内側を窒化した鋳鉄シリンダライナのよう
に、シリンダブロックのアルミニウム合金層との熱膨張
差による剥離が生じる。
【００１４】炭化珪素のプリフォームにアルミニウム合
金を含浸し、内側から酸化させることによりアルミナが
生成し本発明である炭化珪素−アルミナからなるセラミ
ックスとアルミニウム合金の金属複合材が得られる。
金を含浸し、内側から酸化させることによりアルミナが
生成し本発明である炭化珪素−アルミナからなるセラミ
ックスとアルミニウム合金の金属複合材が得られる。
【００１５】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ニウム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。
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ニウム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。
【００１６】本発明においてはシリンダライナ外側のア
ルミニウム合金層が、シリンダライナ厚みの２０％〜５
０％である。シリンダライナ厚みの２０％以下では鋳造
時の熱衝撃に耐えられず、ひびや割れを引き起こし、ま
た、５０％以上となると、セラミックス部分に残留応力
が残るため余熱温度を高くする必要があり、生産性が悪
くなってしまう。
ルミニウム合金層が、シリンダライナ厚みの２０％〜５
０％である。シリンダライナ厚みの２０％以下では鋳造
時の熱衝撃に耐えられず、ひびや割れを引き起こし、ま
た、５０％以上となると、セラミックス部分に残留応力
が残るため余熱温度を高くする必要があり、生産性が悪
くなってしまう。
【００１７】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。
【００１８】第１図および第２図には、代表的な実施例
を示す。
を示す。
【００１９】実施例１ アルミニウム合金を浸透させるために、粗さが１０００
番と５００番の炭化珪素粉末を１：１の比で混合して細
孔分布を調節し、圧力が４ｔ／ｃｍ2で５５体積％とな
るようにプレスにてセラミックスの円筒を製造する。ま
た、ＪＩＳ−ＡＣ８Ａ材料に５重量％のマグネシウムを
７００［℃］で溶かしてアルミニウム合金を製造する。
該アルミニウム合金を加工して、セラミックス円筒の外
側にセットし、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（１
１００［℃］まで１１０分間）を行い、１１００［℃］
で約１２〜２４時間保持し、シリンダライナ厚みに対し
てアルミニウム合金層が２０％となるように含浸酸化し
て実施例１の複合材を得た。本実施例で得られた複合材
の熱膨張係数は、１０×１０-6［１／℃］であった。
番と５００番の炭化珪素粉末を１：１の比で混合して細
孔分布を調節し、圧力が４ｔ／ｃｍ2で５５体積％とな
るようにプレスにてセラミックスの円筒を製造する。ま
た、ＪＩＳ−ＡＣ８Ａ材料に５重量％のマグネシウムを
７００［℃］で溶かしてアルミニウム合金を製造する。
該アルミニウム合金を加工して、セラミックス円筒の外
側にセットし、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（１
１００［℃］まで１１０分間）を行い、１１００［℃］
で約１２〜２４時間保持し、シリンダライナ厚みに対し
てアルミニウム合金層が２０％となるように含浸酸化し
て実施例１の複合材を得た。本実施例で得られた複合材
の熱膨張係数は、１０×１０-6［１／℃］であった。
【００２０】実施例２ 該外周のアルミニウム合金層を、シリンダライナの厚み
に対して３０％とした以外は実施例１と同様にして実施
例２の複合材を得た。
に対して３０％とした以外は実施例１と同様にして実施
例２の複合材を得た。
【００２１】実施例３ 該外周のアルミニウム合金層を、シリンダライナの厚み
に対して５０％とした以外は実施例１と同様にして実施
例３の複合材を得た。
に対して５０％とした以外は実施例１と同様にして実施
例３の複合材を得た。
【００２２】比較例１ 該外周のアルミニウム合金層を、シリンダライナの厚み
に対して１５％とした以外は実施例１と同様にして比較
例１の複合材を得た。
に対して１５％とした以外は実施例１と同様にして比較
例１の複合材を得た。
【００２３】比較例２ 該外周のアルミニウム合金層を、シリンダライナの厚み
に対して６０％とした以外は実施例１と同様にして比較
例２の複合材を得た。
に対して６０％とした以外は実施例１と同様にして比較
例２の複合材を得た。
【００２４】実施例２〜４および比較例１〜２の鋳造特
性について第３図に示す。
性について第３図に示す。
【００２５】（試験評価） 試験例１ 本発明に用いられる炭化珪素−アルミナからなるセラミ
ックスとアルミニウム合金の複合材部分のみの曲げ強
度、破壊靱性および硬さを測定した結果を第４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により測定した。
ックスとアルミニウム合金の複合材部分のみの曲げ強
度、破壊靱性および硬さを測定した結果を第４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により測定した。
【００２６】試験例２ 本発明に用いられた炭化珪素−アルミナからなるセラミ
ックスとアルミニウム合金の複合材を、ピンオンディス
ク摩耗試験により測定した条件および結果を第５図およ
び第６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。
ックスとアルミニウム合金の複合材を、ピンオンディス
ク摩耗試験により測定した条件および結果を第５図およ
び第６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。
【００２７】
【発明の効果】本発明は、焼結によるセラミックスを用
いるのでなく、化学反応を利用した炭化珪素とアルミナ
およびアルミニウム合金とからなるセラミックス−金属
複合材とすること、即ち、セラミックスとアルミニウム
合金とからなる金属の複合材料を用いた内燃機関のシリ
ンダライナにおいて、セラミックスが８５〜９５重量％
とアルミニウム合金が５〜１５重量％とからなる層と、
その外周にライナ厚みの２０％〜５０％となるアルミニ
ウム合金層を有す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、シリンダライナ内側の耐摩
耗性を著しく向上させることができると共に、シリンダ
ブロックへの圧入、鋳ぐるみなどによるエンジンの製造
に際して、充分耐え得る強度と靱性を持つ内燃機関のシ
リンダライナを得ることができるという優れた効果が得
られる。
いるのでなく、化学反応を利用した炭化珪素とアルミナ
およびアルミニウム合金とからなるセラミックス−金属
複合材とすること、即ち、セラミックスとアルミニウム
合金とからなる金属の複合材料を用いた内燃機関のシリ
ンダライナにおいて、セラミックスが８５〜９５重量％
とアルミニウム合金が５〜１５重量％とからなる層と、
その外周にライナ厚みの２０％〜５０％となるアルミニ
ウム合金層を有す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、シリンダライナ内側の耐摩
耗性を著しく向上させることができると共に、シリンダ
ブロックへの圧入、鋳ぐるみなどによるエンジンの製造
に際して、充分耐え得る強度と靱性を持つ内燃機関のシ
リンダライナを得ることができるという優れた効果が得
られる。
【００２８】さらに前記のような炭化珪素−アルミナか
らなるセラミックスとアルミニウム合金複合材料を用い
たため、耐摩耗性が高く、エンジンのシリンダライナと
して用いるだけでなく、様々の油圧シリンダに応用する
ことができる。
らなるセラミックスとアルミニウム合金複合材料を用い
たため、耐摩耗性が高く、エンジンのシリンダライナと
して用いるだけでなく、様々の油圧シリンダに応用する
ことができる。
【００２９】また、本発明のシリンダライナは比重３．
４５［ｇ／ｃｍ3］でるため、比重７．８［ｇ／ｃｍ3］
の鋳鉄ライナと比較して格段の軽量化をはかることがで
きる。
４５［ｇ／ｃｍ3］でるため、比重７．８［ｇ／ｃｍ3］
の鋳鉄ライナと比較して格段の軽量化をはかることがで
きる。
【図１】 シリンダライナの断面図
【図２】 シリンダライナの材料構成拡大図
【図３】 実施例および比較例の鋳造特性
【図４】 強度試験結果
【図５】 ピンオンディスク摩耗試験条件
【図６】 ピンオンディスク摩耗試験結果
Claims (2)
- 【請求項１】セラミックス−金属複合材料と金属とを用
いたニ層型シリンダライナにおいて、内側が炭化珪素と
アルミナからなるセラミックスが８５〜９５重量％とア
ルミニウム合金が５〜１５重量％とからなる層と、その
外側にライナ厚みの２０％〜５０％となるアルミニウム
合金層を有することを特徴とする内燃機関のシリンダラ
イナ。 - 【請求項２】炭化珪素−アルミナとアルミニウム合金と
からなる熱膨張係数が８〜２０×１０-6［１／℃］であ
るセラミックス−金属複合材料を、シリンダライナ内側
に用いたことを特徴とする第１項記載の内燃機関のシリ
ンダライナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6153093A JPH06272614A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 内燃機関のシリンダライナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6153093A JPH06272614A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 内燃機関のシリンダライナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06272614A true JPH06272614A (ja) | 1994-09-27 |
Family
ID=13173757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6153093A Pending JPH06272614A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 内燃機関のシリンダライナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06272614A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1055135C (zh) * | 1995-06-28 | 2000-08-02 | 戴姆勒－奔驰公司 | 铸入往复活塞式发动机曲轴箱的过共晶铝/硅合金缸衬和生产这种缸衬的方法 |
| JP2007224805A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Nippon Coating Center Kk | ロータリーピストンエンジンのサイドハウジングおよびその製造方法 |
| KR100758750B1 (ko) * | 2006-01-16 | 2007-09-14 | 대림기업 주식회사 | 가솔린 엔진용 실린더 라이너 및 그 제조방법 |
-
1993
- 1993-03-22 JP JP6153093A patent/JPH06272614A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1055135C (zh) * | 1995-06-28 | 2000-08-02 | 戴姆勒－奔驰公司 | 铸入往复活塞式发动机曲轴箱的过共晶铝/硅合金缸衬和生产这种缸衬的方法 |
| KR100758750B1 (ko) * | 2006-01-16 | 2007-09-14 | 대림기업 주식회사 | 가솔린 엔진용 실린더 라이너 및 그 제조방법 |
| JP2007224805A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Nippon Coating Center Kk | ロータリーピストンエンジンのサイドハウジングおよびその製造方法 |
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