JPH10507690A - シリンダブロックの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 その内部にピストンを収容する、少なくとも一つのシリンダを含んでなるシリンダブロックの製造方法であって、重量基準で、

Description

【発明の詳細な説明】 シリンダブロックの製造方法 技術分野 本発明は、シリンダブロックの製造方法に関する。 拝啓技術 ＧＢ２２１１２０７として公開された本出願人による先出願には、共晶アルミ ニウムケイ素合金からシリンダライナを製造する方法が開示されている。 このようなシリンダライナは、磨耗エンジン、及び例えば高性能エンジンにお ける通常の鋳鉄シリンダライナの代わりに使用されてきた。後者の場合では、既 存の鋳鉄シリンダライナをシリンダブロックから穴開けし、共晶アルミニウムケ イ素合金で製造したシリンダライナと交換する。 通常、このようなシリンダライナは単一のシリンダ部を含んでなり、複数のこ のようなシリンダライナは複数のシリンダを含んでなるエンジンブロックに使用 される。 共晶アルミニウムケイ素合金製シリンダライナは、熱くなったときのシリンダ ライナの膨張がエンジンブロックの膨張と同様である点で鋳鉄製シリンダライナ に対して顕著な利点がある。鋳鉄製ライナを利用するエンジンブロック、特に高 性能エンジンでは、鋳鉄製シリンダライナとアルミニウム合金シリンダブロック との間で生じる異なる膨張により、シリンダライナ及びシリンダブロックでさえ 破損することがある。 ヨーロッパ出願０５５４５７５において、鋳鉄製シリンダライナに一体鋳造す ることによりシリンダブロックを製造することが提案された。しかしながら、得 られる構成物には、アルミニウムエンジブロックの異なる収縮特性に由来する問 題が生じることがある。さらに、得られる構造体は、鉄とアルミニウム合金の異 なる膨張特性ために、鋳鉄製シリンダブロックが嵌合されるアルミニウムシリン ダブロックを含んでなる構造体と同じ問題を有する。 発明の開示 本発明の第一の態様によれば、その内部にピストンを収容する、少なくとも１ つのシリンダを含んでなるシリンダブロックの製造方法であって、重量基準で、 ケイ素：１４〜１６％、 銅：１．９〜２．２％、 ニッケル：１．０〜１．４％、 マグネシウム：０．４〜０．５５％、 鉄：０．６〜１．０％、 マンガン：０．３〜０．６％、 ケイ素改良剤：０．０２〜０．１％、 を含有し残部がアルミニウム及び可避不純物である組成から実質的になる溶湯か ら製造したアルミニウム−ケイ素合金を用いて、１０％以下の一次α−アルミニ ウムデンドライトを含有する実質的に共晶微細構造を有し且つ直径１０μｍを超 える金属間化合物粒子を実質的に含有しないシリンダライナをスキーズ鋳造によ り製造する工程と、前記シリンダブロックを鋳型に入れる工程と、その周囲にア ルミニウム合金を鋳込んで、シリンダライナを中に閉じ込めた主シリンダブロッ ク体を形成する工程とを含んでなるシリンダブロックの製造方法が提供される。 本出願人による先願２２１１２０７に記載されているようなシリンダライナ製 造用材料は、事前成形シリンダブロックに挿入するためのシリンダライナとして 使用するのに理想的である。本発明によりシリンダライナ周囲にシリンダブロッ ク体を鋳込むことにより得られる構造体は、シリンダライナをプレカストシリン ダブロックに挿入した構造体と比較して、顕著に改良されている。また、シリン ダライナ製造用材料とシリンダブロックのアルミニウム合金の特性が非常に類似 しているので、本発明の方法は、異種金属を鋳鉄製シリンダライナ周囲に鋳造す るときにヨーロッパ出願０５５４５７５に記載されているような構成において生 じることがある顕著な技術的な問題を生じない。 好ましい構成では、主シリンダブロックをシリンダライナ周囲にダイカスト するが、他の鋳造法を用いてもよい。 シリンダライナの溶融温度は主シリンダブロック製造用アルミニウム合金の溶 融温度と類似しているので、好ましくはシリンダライナ周囲への主シリンダブロ ック体の鋳造中シリンダライナを冷却する。これは、通常、冷却剤をシリンダラ イナの単一又は各シリンダ開口部を通過させることにより達成できる。 鋳造中、シリンダライナの最外面は少し溶融状態になるが、これは、シリンダ ライナをその周囲に鋳造される主シリンダブロック体のアルミニウム合金に合わ せるのに役立つであろう。 本発明の方法は、複数のシリンダを覆うためのインテグラルボディを含んでな るシリンダライナを製造するときに特に有用である。 したがって、主シリンダブロック体のアルミニウム合金を鋳造する鋳型に配置 される複数のシリンダライナ間の位置ずれの恐れが小さい。 インテグラルボディは、前記シリンダを覆う複数のシリンダ部を含んでなり、 シリンダ部の隣接対の各シリンダ部又はシリンダ部の隣接対の少なくとも一つの 各シリンダ部がウエブにより互いに接続れ、各シリンダ部がその中央からシリン ダ部の最外面までの外半径を有し、２つのそれぞれの隣接シリンダ部の中央間の 距離がそれぞれのシリンダ部の外半径の合計よりも小さくてもよい。 インテグラルボディがシリンダを覆う複数のシリンダ部を含んでなる場合、各 シリンダ部がそれぞれの壁厚を有し、シリンダ部の隣接対の各シリンダ部又はシ リンダ部の隣接対の少なくとも一つの各シリンダ部がウエブにより互いに接続さ れ、前記対の二つのそれぞのシリンダ部の中央を接続するラインに沿ったウエブ の厚さが二つのシリンダ部の合計壁厚よりも小さくてもよい。 したがって、特にスペースがない場合には、スペースがある場合よりも、シリ ンダを互いにもっと近接することができる。隣接シリンダ部間のウエブは、単一 の各壁厚と実質的に同じ厚さであることができるので、シリンダライナの強度は 低下しない。 もし所望ならば、シリンダライナは、シリンダブロックが使用中であるときに 冷却剤が流通できる冷却路を形成する少なくとも一つの一体壁部を備えるように 製造してよい。例えば、複数のシリンダ部を単一又は複数のウエブにより 接続して有する構成においては、このような壁部は２つの隣接シリンダ部の外面 間に延びてよく、冷却路が壁部と、ウエブと、２つの隣接シリンダ部の外面との 間に設けられてよい。 本発明は、シリンダブロックが内燃機関のものである場合に特に適用できるが これには限定されない。 アルミニウム合金は、所望の用途のシリンダブロックを鋳造するのに適当な合 金でよく、典型的には、関係するシリンダブロックに通常使用されるアルミニウ ム合金を含んでなる。例えば、内燃機関のシリンダブロックの場合には、ＬＭ２ ５合金（ＩＳＯ Ａｌ−Ｓｉ７Ｍｇ）がある。 当該技術分野において公知のように、スキーズ鋳造法は、液状金属を鋳型の第 一部分に導入する工程と、空気を連行することなく液状金属が鋳型キャビィティ を満たすように加圧下で鋳型を閉鎖する工程と、金属を加圧下に維持しながら形 成することがある収縮キャビィティを確実にクローズし且つ充填されるように凝 固を生じさせる工程と、その後鋳型を開放し形成した物品を取り出す工程とを実 質的に含んでなる。 したがって、スキーズ鋳造法は、重力鋳造、低圧鋳造又は高圧鋳造とは、溶湯 の凝固が持続して温度及び圧力をかけた条件下で生じる点で異なる。典型的には 、溶湯にかける圧力は７０ＭＰａのオーダーであり、４０秒のオーダーの時間持 続してよい。スキーズ鋳造法の凝固パラメータは、他の公知の鋳造法でのものと は異なり、したがって、本発明の方法によれば、組成からジルコニウム及びチタ ンを除いた状態で、固相凝固成長速度Ｒ１，０００〜２，５００μｍ／秒で所望 の微細構造を得ることができる。具体的には、スキーズ成形製造法により直接所 望の結晶粒微細化度が成形したままの物品に存在するので、チタニウムは必要と されない。 本発明の第二の態様によれば、その内部にピストンを収容する、少なくとも１ つのシリンダを含んでなるシリンダブロックであって、アルミニウム合金を含ん でなる主シリンダブロック体と、前記シリンダブロック体の中に閉じ込められる ように鋳造され、重量基準で、 ケイ素：１４〜１６％、 銅：１．９〜２．２％、 ニッケル：１．０〜１．４％、 マグネシウム：０．４〜０．５５％、 鉄：０．６〜１．０％、 マンガン：０．３〜０．６％、 ケイ素改良剤：０．０２〜０．１％、 を含有し残部がアルミニウム及び可避不純物である組成から実質的になるアルミ ニウム−ケイ素合金を含んでなり、１０％以下の一次α−アルミニウムデンドラ イトを含有する実質的に共晶微細構造を有し且つ直径１０μｍを超える金属間化 合物粒子を実質的に含有しないシリンダライとを含んでなるシリンダブロックが 提供される。前記シリンダライナは、複数のシリンダを覆うためのインテグラル ボディを含んでなることができる。 前記インテグラルボディは、前記シリンダを覆う複数のシリンダ部を含んでな り、各シリンダ部又はシリンダ部の各隣接対がウエブより互いに接続され、各シ リンダ部がその中央からシリンダ部の最外面までの外半径を有し、２つの隣接シ リンダ部の中央間の距離がそれぞれのシリンダ部の外半径の合計よりも小さくて よい。 このインテグラルボディは、前記シリンダを覆う複数のシリンダ部を含んでな り、各シリンダ部がそれぞれの壁厚を有し、前記シリンダ部又はシリンダ部の各 隣接対がウエブにより互いに接続され、前記対の二つのシリンダ部の中央を接続 するラインに沿ったウエブの厚さが二つのシリンダ部の合計壁厚よりも小さくて よい。 シリンダライナが、シリンダブロックが使用中であるときに冷却剤が流通でき る冷却路を形成する少なくとも一つの一体壁部を備えることができる。 前記壁部は、２つの隣接シリンダ部の外面間に延び、前記冷却路が壁部と、ウ エブと、２つの隣接シリンダ部の外面との間に設けられてよい。 前記シリンダブロックは内燃機関のシリンダブロックであることができる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法で使用される共晶アルミニウムケイ素合金製シリンダラ イナの模式図であり、 図２は、本発明の方法により製造された図１のシリンダを含むシリンダブロッ クの模式図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、本発明を、添付図面を参照しながら説明する。 図面において、シリンダライナ１０は、３つのシリンダ部１２、１３及び１４ を含んでなるインテグラルボディ１１を含んでなり、シリンダ部１２及び１３は 第一ウエブ部１５により接続され、シリンダ部１３及び１４は第二ウエブ部１６ により接続されている。 シリンダライナ１０は以下の成分からなる溶湯から製造されたアルミニウムケ イ素合金で、通常のスキーズ鋳造法により製造される。 ケイ素：１４〜１６％、 銅：１．９〜２．２％、 ニッケル：１．０〜１．４％、 マグネシウム：０．４〜０．５５％、 鉄：０．６〜１．０％、 マンガン：０．３〜０．６％、 ストロンチウム：０．０２〜０．０８％、 を含有し残部がアルミニウム並びに付随的及び好ましくは可避不純物である。 ストロンチウムはケイ素改良剤としての役割りを果たす。もし所望ならば、別 の適当なケイ素改良剤を、０．０〜０．１０％の範囲で使用できる。 上記組成に合わせたシリンダライナのスキーズ鋳造中、凝固中の固相の成長率 Ｒは１，０００〜２，５００μｍ／秒であり、固／液界面での温度勾配Ｇ（℃／ ｃｍ）はＧ／Ｒが１００〜１，０００℃ｓ／ｃｍ²であった。 シリンダライナの微細構造は、実質的に共晶であり、一次αアルミニウムデン ドライトを１０％以下含有し、直径１０μｍを超える金属間化合物粒子を実質的 に含有しない。 次に、ライナ１０を、溶体化熱処理により十分に熱処理する。溶体化熱処理で は、ライナ１０を約４８０〜５３０℃で５〜２０時間加熱・保持し、ライナ１０ を熱水に焼入れした後、約１４０〜２５０℃の温度で２〜３０時間再加熱・保持 することにより人工時効する。 これにより材料の微細構造が変化し、その結果、シリンダライナの平均機械特性 は以下の通りであった： ＵＴＳ： ３５０〜３８０ＭＰａ 硬度（ＢＨＮ）： １３０〜１６０ ０．２％圧縮ＹＳ： ４００〜４５０ＭＰａ しゅう動磨耗条件下では、得られたシリンダライナ１０の耐磨耗性が優れてお り、スキーズ鋳造の利点は、シリンダライナ１０が比較的短い製造サイクル時間 で空気の連行なく高密度で製造できるとともに、実質的に共晶微細構造の所望の 特性が得られる。また、スキーズ鋳造法を利用することにより、高価な合金元素 であるジルコニウム及びチタンを使用しないですむ。 シリンダライナ１０の各シリンダ部１２〜１４は、その軸Ａから内表面１７ま での内半径ｒ、及び軸Ａと最外表面１８との間の外半径ｒ１とを有し、壁厚ｔは ｒ１とｒとの差であることが分かる。 図１に示す構成では、２つの隣接シリンダ部、例えば、シリンダ部１２と１３ の軸Ａ間の距離ｄは、２ｒ１より大きい。別の構成では、２つの隣接シリンダ部 、例えば、シリンダ１２及び１３の軸Ａ間の距離は、それぞれのシリンダ部１２ 及び１３の外半径ｒ１の合計よりも小さくてよい。また、２つのシリンダ部１２ 及び１３の対の軸Ａを接続するラインに沿ったウエブ、例えば、ウエブ１５の厚 さｔ’は、２つのシリンダ部１２、１３の合計壁厚２ｔよりも小さくてよい。 本発明の方法においては、このように製造したシリンダライナ１０を鋳型に配 置し、アルミニウム合金をその周囲に鋳込んで、シリンダライナ１０を中に閉じ 込めた主シリンダブロック体２０を形成する。アルミニウム合金は、所望の用途 のシリンダブロックを鋳造するのに適当な合金でよく、典型的には、関係するシ リンダに通常使用されるアルミニウム合金を含んでなる。例えば、内 燃機関のシリンダブロックの場合には、ＬＭ２５合金（ＩＳＯ Ａｌ−Ｓｉ７Ｍ ｇ）がある。 好ましくは、主シリンダブロック体は、シリンダライナ１０の周囲にダイカス トされるが、他の所望の鋳造方法を使用してもよい。 主シリンダブロック体の鋳造中、もし所望ならば、冷却剤をシリンダ部１２、 １３及び１４の各々の円筒状開口部を通過させてシリンダライナ１０を冷却し、 シリンダライナ１０の変形を防止してもよい。鋳造中、シリンダ部１２、１３及 び１４の最外表面１８は少し溶融状態になるが、これは、シリンダライナ１０を 主シリンダブロック体２０に合わせるのに役立つであろう。 主シリンダブロック体２０の鋳造中にシリンダライナ１０を冷却するのに、い ずれか他の所望の手段を、所望のように利用してもよい。 本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更を行うことができる。 特に、図１に示した例において、シリンダライナ１０は３つのシリンダ部１２ 、１３及び１４を備えているが、インテグラルボディ１１、必要に応じて２つの シリンダ部のみ又は４つ以上のシリンダ部を有していてもよい。図２から明らか なように、図１の構成は、Ｖ型に６つのシリンダを収容するＶ字シリンダブロッ ク２０に使用するのを意図している。 他の変更を行ってもよい。例えば、冷却路を、２つの隣接シリンダ部、例えば 、１２及び１３、の最外表面１８間に延びる一体壁部の間に設けてもよい。この 場合、冷却路は、一体壁部と、隣接ウエブ、例えば、ウエブ１５と、２つの隣接 シリンダ部、例えば、１２及び１３の外表面１８との間に設けられる。 本発明を内燃機関のシリンダブロックに関連して説明したが、本発明は他の用 途のシリンダブロックに適用してもよい。 上記説明や、以下に示す請求の範囲や、特定の形態若しくは開示されている作 用を果たす手段の観点から示された添付図面や、開示された結果を達成するため の方法は、必要に応じて、別個に又はこのような特徴を組み合わせて、本発明の 多様な形態を実現するために利用できる。 産業上の利用可能性 以上のように、本発明によれば、異なる収縮特性に由来する問題が生じること が無く、機械的強度に優れたシリンダブロックが得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 1/16 Ｆ０２Ｆ 1/16 Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．その内部にピストンを収容する、少なくとも１つのシリンダを含んでなる シリンダブロックの製造方法であって、重量基準で、 ケイ素：１４〜１６％、 銅：１．９〜２．２％、 ニッケル：１．０〜１．４％、 マグネシウム：０．４〜０．５５％、 鉄：０．６〜１．０％、 マンガン：０．３〜０．６％、 ケイ素改良剤：０．０２〜０．１％、 を含有し残部がアルミニウム及び可避不純物である組成から実質的になる溶湯か ら製造したアルミニウム−ケイ素合金を用いて、１０％以下の一次α−アルミニ ウムデンドライトを含有する実質的に共晶微細構造を有し且つ直径１０μｍを超 える金属間化合物粒子を実質的に含有しないシリンダライナをスキーズ鋳造によ り製造する工程と、前記シリンダブロックを鋳型に入れる工程と、その周囲にア ルミニウム合金を鋳込んでシリンダライナを中に閉じ込めた主シリンダブロック 体を形成する工程とを含んでなるシリンダブロックの製造方法。 ２．前記主シリンダブロックを前記シリンダライナ周囲にダイカストする請求 の範囲第１項に記載の方法。 ３．シリンダライナ周囲への主シリンダブロック体の鋳造中に、前記シリンダ ライナを冷却する請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。 ４．前記主シリンダブロック体の鋳造中のシリンダライナの冷却は、前記シリ ンダライナの単一又は各円筒状開口部に冷却剤を通過させることにより行う請求 の範囲第３項に記載の方法。 ５．複数のシリンダを覆うためのインテグラルボディを含んでなるシリンダラ イナを製造することを含んでなる請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に 記載の方法。 ６．前記インテグラルボディが前記シリンダを覆う複数のシリンダ部を含ん でなり、シリンダ部の隣接対の各シリンダ部又はシリンダ部の隣接対の少なくと も一つのシリンダ部がウエブにより互いに接続され、各シリンダ部がその中央か らシリンダ部の最外面までの外半径を有し、２つのそれぞれの隣接シリンダ部の 中央間の距離がそれぞれのシリンダ部の外半径の合計よりも小さい請求の範囲第 ５項に記載の方法。 ７．前記インテグラルボディが前記シリンダを覆う複数のシリンダ部を含んで なり、各シリンダ部がそれぞれの壁厚を有し、シリンダ部の隣接対の各シリンダ 部又はシリンダ部の隣接対の少なくとも一つのシリンダ部がウエブにより互いに 接続され、前記対の二つのそれぞれのシリンダ部の中央を接続するラインに沿っ たウエブの厚さが二つのシリンダ部の合計壁厚よりも小さい請求の範囲第５項に 記載の方法。 ８．冷却路を形成し、続いてシリンダブロックが使用中であるときにそこを通 って冷却剤が流れることができる少なくとも一つの一体壁部を備えた前記シリン ダライナを製造する請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の方法。 ９．前記壁部が２つの隣接シリンダ部の外面間に延び、前記冷却路が壁部と、 ウエブと、２つの隣接シリンダ部の外面との間に設けられる請求の範囲第項６又 は第７項に従属している請求の範囲第８項に記載の方法。 １０．前記シリンダブロックが内燃機関である請求の範囲第１項乃至第９項の いずれか１項に記載の方法。 １１．実質的に添付図面を参照して前記で説明したか、添付図面示されている シリンダブロックの製造方法。 １２．請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれか１項に記載の方法により製造 されたシリンダブロック。 １３．その内部にピストンを収容する、少なくとも一つのシリンダを含んでな るシリンダブロックであって、アルミニウム合金を含んでなる主シリンダブロッ ク体と、前記シリンダブロック体の中に閉じ込められるように鋳造され、重量基 準で、 ケイ素：１４〜１６％、 銅：１．９〜２．２％、 ニッケル：１．０〜１．４％、 マグネシウム：０．４〜０．５５％、 鉄：０．６〜１．０％、 マンガン：０．３〜０．６％、 ケイ素改良剤：０．０２〜０．１％、 を含有し残部がアルミニウム及び可避不純物である組成から実質的になるアルミ ニウム−ケイ素合金を含んでなり、１０％以下の一次α−アルミニウムデンドラ イトを含有する実質的に共晶微細構造を有し且つ直径１０μｍを超える金属間化 合物粒子を実質的に含有しないシリンダライナと、を含んでなるシリンダブロッ ク。 １４．前記シリンダライナが複数のシリンダを覆うためのインテグラルボディ を含んでなる請求の範囲第１３項に記載のシリンダブロック。 １５．前記インテグラルボディが前記シリンダを覆う複数のシリンダ部を含ん でなり、各シリンダ部又はシリンダ部の各隣接対がウエブにより互いに接続され 、各シリンダ部がその中央からシリンダ部の最外面までの外半径を有し、２つの それぞれの隣接シリンダ部の中央間の距離がそれぞれのシリンダ部の外半径の合 計よりも小さい請求の範囲第１４項に記載のシリンダブロック。 １６．前記インテグラルボディが前記シリンダを覆う複数のシリンダ部を含ん でなり、各シリンダ部がそれぞれの壁厚を有し、前記又は各隣接対のシリンダ部 がウエブにより互いに接続され、前記対の二つのシリンダ部の中央を接続するラ インに沿ったウエブの厚さが二つのシリンダ部の合計壁厚よりも小さい請求の範 囲第１４項に記載の方法。 １７．前記シリンダライナが、冷却路を形成し、続いてシリンダブロックが使 用中であるときにそこを通って冷却剤が流れることができる少なくとも一つの一 体壁部を備えている請求の範囲第１３項乃至第１６項のいずれか１項に記載のシ リンダブロック。 １８．前記壁部が２つの隣接シリンダ部の外面間に延び、前記冷却路が壁部と 、ウエブと、２つの隣接シリンダ部の外面との間に設けられる請求の範囲第 １５項又は第１６項に従属している請求の範囲第１７項に記載のシリンダブロッ ク。 １９．前記シリンダブロックが内燃機関のシリンダブロックである請求の範囲 第１３項乃至第１９項のいずれか１項に記載のシリンダブロック。 ２０．実質的に添付図面を参照して前記で説明したか、添付図面示されている シリンダブロック。 ２１．本明細書及び／又は添付図面に記載されている新規な特徴又は新規な特 徴の組み合わせ。