KR20040063124A - 경금속 합금으로 이루어진 중공 프로파일의 주조 결합부 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 원통형 중공 프로파일의 주조 결합부를 제조하여 이 결합부를 내연 기관의 실린더 블럭 또는 크랭크 하우징내에 주조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 따라서, 연속적인 단계, 즉 스프레이 압축 단계, 열간 압출 단계 및 열간 성형 단계로 제조되는 인레이드 (inlaid) 경질상을 함유하고 경금속 합금으로 이루어지는 원통형 중공 프로파일이 일렬로 배열되고, 상기 중공 프로파일의 축들간의 거리는 실린더 블럭간의 실린더 보어 중심 간격에 대응하며, 상기 프로파일 주위에서 인레이드 경질상이 없는 경금속 합금이 주조된다. 그 후, 주조 결합부는 실린더 블럭을 형성하는 금형내에 위치되어, 상기 결합부 주위에서 경금속 재료가 주조된다.

Description

경금속 합금으로 이루어진 중공 프로파일의 주조 결합부{CAST COMBINATION OF HOLLOW PROFILES CONSISTING OF A LIGHT-METAL ALLOY}

오늘날 내연 기관의 실린더 블록 또는 크랭크 케이스는 경량화하기 위해서 일반적으로 알루미늄 합금으로 제작된다. 그러나 비용면에서 유리하고 성형 가능성 및 가공 가능성이 우수한 알루미늄 합금은, 비교적 낮은 내열성을 가지고 실린더 보어의 피스톤 작동면에서의 내마모성이 불량하다는 단점을 가지고 있다. 그렇기 때문에 상기와 같은 작동면은 피스톤 링을 구비한 피스톤용으로 직접적인 주행 파트너로서 부적합하다.

피스톤 작동면의 내마모성을 향상시키기 위해, 예를 들어 과공융 알루미늄-실리콘-합금으로 제작된 실린더 부싱 슬리브를 제공하는 것은 공지되어 있다.

이 경우에는 실린더 부싱 슬리브를 변위 및 회전에 대해 안전하게 실린더 블록 또는 크랭크 케이스 내에 고정시키는 것이 문제가 된다. 이 목적을 위해, 실린더 부싱 슬리브는 가공을 마친 실린더 블록 내부로 추후에 삽입되거나, 특히프레스되거나 열에 의해 결합되거나, 또는 실린더 블록을 주조할 때 알루미늄 합금이 둘레에 주입되며, 이 경우 실린더 부싱 슬리브의 주조는 바람직한 제조 공정으로 간주될 수 있다.

실린더 부싱 슬리브를 주조할 때는 상기 실린더 부싱 슬리브가 지금까지 개별적으로 크랭크 하우징의 주조 금형 내부로, 예컨대 원추형 스핀들 슬리브 (spindle sleeve) 위로 삽입된 다음에 알루미늄 합금이 둘레에 주입된다 (예컨대 독일 공개 특허 출원 제 19904971 호 참조). 특별한 예방 조치가 취해지지 않으면, 상기 방법으로 특히 주조시에 부싱 슬리브 사이에서 최소로 유지될 바아 폭으로부터 기인하는 기술적인 문제점들이 발생하게 된다. 따라서 통상적으로 사용되는 다이 캐스팅 (die casting) 방법에서는, 부싱 슬리브 사이의 공간이 용융물로 완전히 채워지고 부싱 슬리브가 상기 용융물의 냉각 후에 변위 및 회전에 대해 안전하게 실린더 블록 내에 고정되도록 하기 위해, 부싱 슬리브 사이에서 적어도 수 밀리미터 (일반적으로 2 ~ 3 mm) 의 간격을 유지할 필요가 있다. 이와 같은 내용은 부싱 슬리브의 완전한 주조를 위해 부싱 슬리브 사이에 훨씬 더 큰 간격이 유지되어야 하는 중력 주조 (gravity die casting) 및 사형 주조 (sand casting) 와 같이 서서히 충진되는 주조 방법에 훨씬 더 많이 적용된다.

내연 기관의 제조시 실린더 보어 중심 간격은 엔진 설계시에 중앙 크기가 되며, 상기 크기의 변동은 더 나아가 구조적인 변동을 초래할 수 있다. 이와 같은 어려움을 피하기 위해, 실린더 보어 중심 간격은 실제로 거의 일정한 값으로 간주된다. 동일한 조건들은 실린더 블록의 전체 길이에도 적용되는 동시에 상기실린더 블록 내에 주조된 부싱 슬리브의 최대 길이에도 적용되며, 상기 최대 길이는 최대로 가능한 피스톤 행정을 결정한다. 그 결과, 실린더 공간의 직경을 제한하고 주조 기술과 연관이 있는 부싱 슬리브 사이의 필수적인 최소 간격으로 인해, 주어진 엔진 설계에서 최대로 달성가능한 행정 공간에 불리하게 작용하는 조건들이 부과되었다.

또한, 실린더 블록 내로 주입된 부싱 슬리브 사이의 간격이 작으면, 상기 부싱 슬리브 사이에 있는 바아 영역의 강도가 감소된다고 나타났다. 이와 같은 사실은, 특히 내연 기관의 작동시 공지된 바와 같이 높은 토크 발생 부하를 견뎌야 하는 실린더 크랭크 케이스의 비틀림에 대한 강성에 적용된다. 특히 무엇보다도 내연 기관이 높은 회전수로 주행하면, 부싱 슬리브 사이의 바아 영역에서 균열 또는 파괴가 나타날 위험이 있으며, 이와 같은 균열 또는 파괴는 최악의 경우에 부싱 슬리브의 느슨해짐 및 그에 의해 엔진의 고장을 야기할 수 있다.

추가 사항으로서 인용될 수 있는 사실은, 근대의 내연 기관에서는 실린더 헤드와 실린더 블록 사이에 있는 실린더 헤드 시일이 연소실 내에서 점진적으로 증가하는 온도 및 압력으로 인해 더욱 더 강한 부하를 받게 된다는 것이다. 그렇기 때문에 밀봉 불량 상태를 피하기 위해서는 실린더 헤드가 충분히 높은 파워로 실린더 블록에 프레스되어야 ("초기 응력을 받아야") 하지만 이 경우에 주의해야 할 점은, 지나치게 높은 압착력이 실린더 헤드 또는 실린더 블록의 원치 않는 형태 변경을 야기할 수 있다는 것이다. 특히 실린더 헤드의 높은 압착력에 의해서는 실린더 헤드 시일 아래에서의 재료의 가소성 변형 ("압축 변형") 이 촉진된다.상기 효과가 특히 이와 같은 내용을 고려할 때 단점이 되는 실린더 헤드 시일의 주름 아래에 있는 바아의 영역에서 나타남으로써, 특히 실린더 보어 중심 간격이 작은 경우에는 밀봉 불량이 나타날 수 있다.

또한 부싱 슬리브를 크랭크 하우징 또는 실린더 블록 내부로 주입하기 위한 종래의 방법에서는 종종, 스핀들 슬리브 위로 삽입되는 부싱 슬리브가 충분히 견고하게 고정될 수 없어 주입 공정 동안 움직이게 되는 문제가 발생하며, 이와 같은 사실은 실제로 폐기물 제조에 대한 빈번한 원인으로 증명되었다.

또한 중력 주조 또는 사형 주조와 같이 서서히 충진되는 주조 방법을 이용하여 부싱 슬리브를 주입하는 경우에는, 용융물을 둘러싸는 산화물 막이 크랭크 하우징의 경금속 합금과 실린더 부싱 슬리브의 경금속 합금 사이의 금속 결합을 방해하는 매우 심각한 문제가 발생한다. 그러나 부싱 슬리브의 우수한 연결을 위해서는, 부싱 슬리브의 외부 막이 둘레에 주입된 재료에 의해서 용이하게 용융되어야 한다. 이를 위해 용융물의 온도는 상승되어야 하지만, 이와 같은 온도 상승은 - 부싱 슬리브 및 크랭크 하우징이 일반적으로 매우 유사한 합금으로 이루어지기 때문에 - 적어도 부분적으로 실린더 부싱 슬리브의 완전 용융을 가능하게 한다. 그러나 부싱 슬리브 및 실린더 블록 또는 크랭크 하우징의 충분한 연결을 위한 프로세스 윈도우는 - 이 경우에는 부싱 슬리브의 적어도 부분적인 완전 용융이 나타날 수 없다 - 부싱 슬리브에 비해 크랭크 하우징의 부피가 훨씬 더 크기 때문에 대량 생산용으로 적용될 수 없다. 그렇기 때문에 서서히 충진되는 주조 방법에서는 적어도 부분적인 완전 용융을 저지하기 위해서 예방 조치가 취해져야 한다.

독일 특허 출원서 제 3300924 호는, 실린더 블록의 좁게 그리고 직접 함께 주조된 실린더 (예컨대 쌍둥이 부시) 가 사용되는 실린더 바아를 냉각시키기 위한 장치를 보여준다. 독일 특허 출원서 제 19532252 호는 과공융 알루미늄-실리콘-합금으로 이루어진 실린더 부싱 슬리브의 제조 방법을 보여준다. 독일 출원서 제 69611751 호는, 먼저 실린더 부시가 부시 장치 내에서 연결된 다음에 상기 부시 장치가 주조 금형 내에서 둘레에 주입되는 실린더 블록의 제조 방법을 보여준다. 독일 출원서 제 69228954 호는, 서로 연결된 실린더 부시가 실린더 블록의 제조를 위해 주입되는 실린더 블록의 주조 방법을 보여준다. 독일 특허 출원서 제 10019793 호는, 마모층과 커버층을 지지 바디 상에 열에 의해 분사함으로써 연소 기관용 실린더 부싱 슬리브를 제조하기 위한 방법을 보여주며, 이 경우 상기 마모층은 과공융 알루미늄-실리콘-합금을 포함하는 한편, 상기 커버층은 공융 또는 저공융 알루미늄-실리콘-합금을 포함한다. 독일 공개 특허 출원서 제 4328619 호는 부분적으로 보강된 성형부, 그리고 상기 성형부의 제조 방법을 보여준다.

본 발명은 자동차 엔진 공학 분야에 관한 것으로, 특히 자세하게는 실린더 부싱 슬리브로서 왕복 피스톤-내연 기관의 실린더 블록 또는 크랭크 케이스 내부로 삽입되어야 하는 원통형 중공 프로파일에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 주조 결합부의 중공 프로파일의 축에 대해 가로로 절단한 단면도이다.

본 발명의 과제는, 중공 프로파일을 실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내에 주입하기 위한 선행 기술에 공지된 방법의 전술한 단점들을 극복하는 것이다.

상기 과제는, 본 발명에 따라서, 원통형 중공 프로파일의 주조 결합부를 제조하여 이 주조 결합부를 내연 기관의 실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내에 주입함으로써 해결되며, 상기 방법에서는 연속적인 여러 단계, 즉 스프레이 압축 단계,열간 압출 단계 및 열간 성형 단계에 의해 제조되고 경질상 (hard phase) 을 함유하는 경금속 합금으로 이루어진 원통형 중공 프로파일에 의해서 일렬로 배열되고, 이 배열 상태에서는 중공 프로파일의 축 간격이 실린더 블록의 축 간격에 상응하며, 경질상이 없는 경금속 합금은 프로파일 주위에서 주조되고, 주조 결합부는 실린더 블록을 형성하는 주조 금형 내에 배치되어 경금속 재료로 둘레에 주입된다.

상기 목적을 위해 본 발명에 따라서는 경질상이 삽입된 경금속 합금으로 이루어진 원통형 중공 프로파일로 된 주조 결합부는 실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내부로의 주입을 위해 내연 기관의 실린더 부싱 슬리브로서 나타나며, 이 경우에는 다수의 중공 프로파일이 일렬로 배열된 상태로 (이 배열 상태에서는 중공 프로파일 축 사이의 간격이 실린더 블록 또는 크랭크 하우징의 실린더 보어 중심 간격에 상응함) 경금속 합금으로 둘레에 주입된다. 따라서 둘레에 주입된 중공 프로파일의 배열 상태는 실린더 블록의 실린더 공간의 소정의 배열 상태에 상응한다.

둘레 주입부 및 중공 프로파일의 부피가 바람직하게는 실제로 거의 동일한 크기로 선택될 수 있기 때문에, 본 발명에 따라서는 중공 프로파일의 외부 둘레면의 약간의 용융에 의해 - 그와 동시에 중공 프로파일이 완전 용융될 가능성은 없다 - 둘레 주입부에 중공 프로파일이 우수하게 연결될 수 있다. 후속의 제 2 단계에서는 중공 프로파일로 된 주조 결합부가 실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내부로 주입되며, 이 경우 둘레에 주입되는 재료는 "희생 재료"로서 이해될 수 있다. 둘레에 주입되는 재료의 외피는 실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내에서의 주조 결합부의 우수한 연결을 위해 중공 프로파일의 완전 용융을 염려할 필요 없이 용융물에 의해서 용융되는데, 그 이유는 용융물이 중공 프로파일에 도달하기 전에 상기 용융물이 일반적으로 응고되기 때문이다. 그럼으로써, 바람직하게는 특히 중력 주조 및 사형 주조와 같이 서서히 응고되는 주조 방법도 주조 결합부를 실린더 블록 내부로 주입하기 위해서 사용될 수 있다.

또한 희생 재료의 제공에 의해서는 부싱 슬리브로서 주입될 중공 프로파일의 벽 두께가 줄어들 수 있고, 그럼으로써 경제적인 방식으로 부싱 슬리브로서의 요구 조건에 특별히 일치하고 일반적으로 비교적 저렴한 재료가 절감될 수 있다.

실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내부로 주조 결합부를 주입하기 위해 희생 재료를 충분히 이용하기 위해서는, 둘레 주입부가 바람직하게 2 ~ 5 mm 범위의 최소 두께를 갖는다.

중공 프로파일을 둘레에 주입하기 위한 확실한 주조 방법은 예를 들어 저압 사형 주조 또는 저압 중력 주조이다. 그러나 기본적으로는 각각의 임의의 주조 방법이 상기 목적을 위해 사용될 수 있다.

중공 프로파일을 둘레에 주입하기 위한 재료로서는 바람직하게 성형 가능성이 우수한 경금속 합금, 예컨대 알루미늄 합금이 다루어지며, 상기 알루미늄 합금에서는 경질상의 과공융 함량을 나타내는 부재가 포기될 수 있다. 바람직하게는 중공 프로파일을 둘레에 주입하기 위해서 그리고 실린더 블록 또는 크랭크 하우징을 주조하기 위해서 동일한 경금속 합금이 사용된다.

중공 프로파일이 이미 둘레에 주입되어 있고, 그로 인해 주조 결합부를 실린더 블록 내부로 주입할 때, 용융물이 더 이상 중공 프로파일 사이의 중간 공간 내부로 흘러 들어갈 필요가 없기 때문에, 부싱 슬리브로서 주입될 중공 프로파일 사이의 간격은 소수의 부싱 슬리브를 종래 방식으로 주입하는 경우보다 더 작게 선택되는 것이 바람직할 수 있다. 중공 프로파일은 외부 둘레면의 접촉시에 간격 없이도 둘레에 주입될 수 있고, 주조 결합시에는 실린더 부싱 슬리브로서 실린더 블록 내부로 주입될 수 있다. 이와 같은 특성에 의해서는 주어진 실린더 보어 중심 간격에서 부싱 슬리브의 직경이 선행 기술에 비해 확대될 수 있고, 그럼으로써 상대적으로 큰 실린더 행정 공간의 제공이 가능해진다. 바람직하게는 행정 길이 및 실린더 보어 중심 간격이 동일한 경우에는 상대적으로 큰 행정 공간 및 그와 더불어 내연 기관의 상대적으로 높은 출력이 가능해진다.

실린더 부싱 슬리브의 회전 및 이동에 안전한 고정은 본 발명에 따른 중공 프로파일 주조 결합에서, 특히 부싱 슬리브 간격이 매우 작거나 또는 없어질 정도의 크기에서, 둘레 주입시의 중공 프로파일의 우수한 연결 및 실린더 블록 또는 크랭크 하우징에 대한 둘레 주입부의 우수한 연결에 의해서 지속적으로 보장된다. 특히 부싱 슬리브 사이의 바아 폭이 매우 작고 내연 기관의 회전수가 높은 경우에는 개별 부싱 슬리브가 풀어질 위험이 존재하는 선행 기술에서와 달리, 내연 기관의 작동 동안 개별 부싱 슬리브가 구조 결합부로부터 풀릴 것을 염려할 필요가 없다. 더 나아가 중공 프로파일의 단단한 주조 결합에 의해서는 실린더 블록 또는 크랭크 하우징의 비틀림에 대한 강성이 현저하게 개선된다.

주조 결합부를 주입할 때는 또한, 각각의 부싱 슬리브가 개별적으로 위치 설정되어 고정되어야 하는 선행 기술에서와 달리 주조 결합부가 단지 전체로서 위치설정되어 고정되면 된다는 장점이 있다. 주입시 개별 중공 프로파일의 이동은 주조 결합부에 의해서 저지된다. 주조 결합부의 위치 설정 및 고정은 기본적으로 보다 간단하고 보다 확실하게, 특히 개별 부싱 슬리브의 경우보다 더 신속하게 실행될 수 있다. 이와 같은 특성은 바람직하게는 실린더 블록 또는 크랭크 하우징의 제조시 폐기율을 감소시키는 데 기여하며, 획득된 시간적 장점에 의해서 상기 방법을 가속시키는 데 기여한다.

중공 프로파일의 본 발명에 따른 주조 결합부의 한 바람직한 실시예에서는 상기 중공 프로파일이 자신의 외부 둘레면에 상호 지지를 위해서 임팩트면을 포함한다. 상기 임팩트면은 예를 들어 평탄부일 수 있다. 평탄부는, 중공 프로파일이 훨씬 더 작은 간격으로 주입될 수 있고, 그럼으로써 실린더 보어 중심 간격 및 종방향 행정이 주어진 경우, 그리고 적어도 필수적인 중공 프로파일의 벽두께를 고려한 경우에는 중공 프로파일의 횡단면 및 그와 더불어 부싱 슬리브의 행정 공간이 더욱 확대될 수 있다는 장점을 갖는다.

중공 프로파일이 주조 결합부 내에서 둘레에 주입될 수 있음으로써, 상기 중공 프로파일의 외부 둘레면들은 직접 접촉된다. 이에 대한 대안으로서, 중공 프로파일이 상호 간격을 가짐으로써, 중공 프로파일 사이에는 바아 영역이 계속 남겨진다. 특히, 한 바아 영역의 폭을 통해서 인접하는 중공 프로파일 사이의 간격이 변동될 수 있고, 주입된 부싱 슬리브는 미리 주어진 실린더 보어 중심 간격에 상응하게 선택될 수 있다.

최근의 내연 기관에서는 실린더 헤드 시일이 높은 온도 및 압력으로 인해 연료실 내에서 보다 강한 부하에 노출되기 때문에, 실린더 헤드는 매우 높은 압착력으로 실린더 블록 상에 프레스되어야 한다. 이와 연관된 단점적인 결과적 현상들 (예컨대 압축 변형) 을 피하기 위해서는, 냉각에 의해 재료의 유동 한계에 도달되지 않음으로 가소성 변형이 피해질 수 있는 것이 바람직하다.

상기 목적을 위해, 둘레에 주입된 중공 프로파일 사이의 본 발명에 따른 주조 결합부는 바람직하게는 1 개의 면 또는 2 개의 면이 개방된 적어도 하나의 채널을 냉각 유체의 이송을 위해 포함할 수 있다. 중공 프로파일이 둘레에 주입되어 상기 중공 프로파일의 외부 둘레면이 직접 접촉되지 않는 경우에는, 상기와 같은 채널이 특히 중공 프로파일 사이의 바아 영역에도 존재한다.

채널 내에서 냉각 유체를 둘레에 펌핑하여 채널을 둘러싸는 재료를 냉각시킴으로써, 바람직하게는 실린더 헤드의 높은 초기 응력으로 인한 서문에 언급된 재료의 압축 변형이 피해질 수 있다.

중공 프로파일이 자신의 외부 둘레면에서 접촉되는 경우에는, 상기와 같은 냉각 채널이 중공 프로파일의 접촉 장소 내부에서 상기 중공 프로파일의 적어도 하나의 외부 둘레면에서는 리세스를 갖도록 형성된다. 따라서 상기 채널은 단 하나의 외부 둘레면의 리세스에 의해서 형성될 수 있거나, 또는 2 개의 중공 프로파일의 외부 둘레면에서의 리세스에 의해서 얻어질 수 있으며, 이 경우 상기 리세스는 하나의 채널로 보완된다.

이에 대한 대안으로서 채널은 중공 프로파일 사이에 배치된 채널 중공 프로파일로부터 형성될 수 있으며, 상기 채널 중공 프로파일은 연결부의 제조시 중공프로파일 사이에 위치 설정된 다음에 둘레에 주입된다. 또한 상기 채널은 중공 프로파일 사이에 배치된 간격 프로파일로부터 냉각 유체를 이송하기 위해서 형성될 수 있으며, 상기 간격 프로파일은 연결부의 제조시 중공 프로파일 사이에 위치 설정된 다음에 둘레에 주입되었다. 상기 간격 프로파일은 채널이 다만 채널 중공 프로파일에 의해서만 형성된다는 점에서 채널 중공 프로파일과 구분되는 한편, 이 목적을 위해서는 간격 프로파일에서 또한 인접하는 중공 프로파일의 외부 둘레면의 섹션들도 관여한다.

일렬로 배열된 중공 프로파일을 따라 채널 중공 프로파일 또는 간격 프로파일의 치수를 적절하게 선택함으로써, 중공 프로파일의 간격은 소정의 실린더 보어 중심 간격과 관련하여 변동될 수 있다.

또한 냉각 유체를 이송하기 위한 채널은 중공 프로파일의 둘레 주입부에도 리세스를 가질 수 있다. 상기와 같은 채널을 형성하기 위해서는 중공 프로파일의 둘레 주입시 적합한 염 코어 또는 모래 코어가 둘레 주입 재료 내에 위치 설정된다.

고온에 매우 심하게 노출된 영역을 냉각시키기 위해, 바람직하게는 냉각 유체를 이송하기 위한 채널은 실제로 다만 부싱 슬리브로서 주입된 중공 프로파일의 연료를 연소시키기 위해 제공된 공간의 높이로만 존재한다.

특히 바람직한 것은, 상기와 같은 채널이 실제로 다만 부싱 슬리브로서 주입된 중공 프로파일의 실린더 헤드 시일에 인접하는 단부의 높이로만 존재함으로써, 무엇보다도 실린더 헤드 시일에 인접하는 영역이 냉각되고, 상기 실린더 헤드 시일바로 아래에 있는 재료의 압축 변형이 억제될 수 있다는 것이다.

본 발명에 따라서는 경질상이 삽입된 경금속 합금으로부터 형성된 중공 프로파일이 경우에 따라 과공융 알루미늄-실리콘-합금으로 이루어질 수 있다. 상기 합금 내에서는 삽입된 경질상이 실리콘에 의해 형성된다. 경질상과 달리 알루미늄 매트릭스에 적합한 원소들은 예컨대 SiC, TiO 또는 AlO 일 수 있다.

상기 알루미늄-실리콘-합금에서의 실리콘 함량은 각각 전체 합금 중량에 대해 12-40 중량%, 바람직하게는 17-30 중량%, 그리고 보다 바람직하게는 25 중량%인 것이 바람직하다.

경질상이 삽입된 경금속 합금, 예컨대 과공융 알루미늄-실리콘-합금으로 이루어지고 부싱 슬리브로서 주입될 중공 프로파일은 바람직하게 스프레이 압축 방법에 의해 제조되며, 상기 방법은 공지되어 있기 때문에 본 명세서에서는 자세하게 설명할 필요가 없다.

냉각 채널을 형성하는 채널 중공 프로파일을 제조하기 위한 재료로서는 바람직하게는 성형 가능성이 우수한 경금속 합금, 예컨대 알루미늄 합금이 다루어지며, 상기 합금에서는 경질상을 나타내는 원소의 과공융 함량이 없어도 된다.

중공 프로파일의 둘레에 주입하기 위해 사용되는 경금속 합금은 알루미늄-실리콘-합금일 수 있으며, 상기 합금은 우수한 성형 가능성으로 인해 바람직하게는 실리콘을 저공융 함유하는 합금이다. 또한 중공 프로파일이 알루미늄-실리콘-합금으로 이루어지면, 중공 프로파일의 둘레에 주입하기 위해 사용되는 알루미늄-실리콘-합금은 바람직하게는 중공 프로파일을 위해 사용된 알루미늄-실리콘-합금보다 더 적은 Si-함량을 갖는다. 예를 들어 중공 프로파일의 합금은 각각 합금의 전체 중량에 대해 25 중량%의 실리콘-함량 및 9 중량%의 둘레 주입부 함량을 가질 수 있다. 또한 실린더 블록을 위해 알루미늄-실리콘-합금이 사용되면, 일반적으로 상기 합금의 실리콘 함량은 중공 프로파일의 주조 결합부의 합금에서보다 더 적을 수 있으며, 그 결과 사용된 합금의 Si-함량은 내부로부터 외부로 가면서 점차 감소된다. 이와 같은 특성은 바람직하게 사용된 합금의 상이함으로 인해 열 응력이 감소되는 데 기여한다.

본 발명에 따른 중공 프로파일 주조 결합에서는 부싱 슬리브로서 주입될 중공 프로파일이 바람직하게는 3 ~ 8 mm, 보다 바람직하게는 대략 4 mm 범위의 벽두께를 갖는다.

주조 결합부는 바람직하게 2, 3, 4, 5, 6 또는 8 개의 중공 프로파일을 포함한다. 예를 들어 둘레에 주입된 4개의 중공 프로파일로 이루어진 하나의 주조 결합부는 4기통-직렬 엔진의 실린더 블록 내부로, 또는 2중 복사 방식에 의해 V8-엔진 (4 개 실린더 당 2 개의 열) 의 실린더 블록 내부로 부싱 슬리브로서 주입될 수 있다. 그와 상응하는 방식으로 각각 3 개의 둘레 주입된 중공 프로파일로 이루어진 2 개의 개별 주조 결합부를 가진 V6-엔진은 부싱 슬리브로서 장착될 수 있다.

중공 프로파일 주조 결합부에는 실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내부로의 주입시 정확하고 간단한 위치 설정을 위해서 바람직하게 위치 설정 마아크 또는 식별 마아크가 설치되며, 상기 마아크는 상기 목적으로 주조 결합부에 제공될 수 있다.

본 발명의 대상은 또한 중공 프로파일로 이루어진 전술한 본 발명에 따른 주조 결합부를 제조하기 위한 방법으로, 상기 방법에서는 연속적인 여러 단계, 즉 스프레이 압축 단계, 열간 압출 단계 및 열간 성형 단계에 의해 제조된 원통형 중공 프로파일이 경금속 합금으로 둘레 주입된다. 특히 이 경우에는 스프레이 압축에 의해 제작된 볼트가 300 ~ 550 ℃ 범위의 온도에서 열에 의해 압출된 다음에 300 ~ 450 ℃의 온도에서 라운딩 템퍼링 된다.

별도의 중공 프로파일을 부싱 슬리브로서 실린더 블록 내부로 종래 방식에 따라 주입하는 경우에는 종종, 실린더 헤드 시일에 인접하는 단부로 흘러가는 용융물이 중공 프로파일의 완전한 둘레 주입이 더 이상 이루어지지 않아 부싱 섹션이 노출될 정도까지 냉각되는 문제가 발생된다.

이와 같은 문제점으로 인해 상기와 같이 불량하게 주입된 부싱 슬리브는 내연 기관의 작동 중에 진동하기 시작하며, 이 경우 부싱 슬리브는 최악의 경우 느슨해져서 엔진 고장을 야기할 수 있다.

상기와 같은 문제를 피하기 위해서는, 중공 프로파일이 본 발명에 따라 결합부로 둘레 주입될 때, 주입된 부싱 슬리브로서 실린더 헤드 시일 쪽을 향하고 있는 단부에서 중공 프로파일이 부어지는 것이 특히 바람직하다. 따라서 "차가운" 용융물에 의한 중공 프로파일의 불량 둘레 주입은 사소한 문제가 되는데, 그 이유는 중공 프로파일이 이미 제대로 주입되었기 때문이다. 부어진 재료는 후속적으로 실린더 블록을 제조할 때 재차 처리될 수 있다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같은 중공 프로파일의 본 발명에 따른 주조 결합부를 주입하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 주조 결합부는 실린더 블록을 형성하는 주조 금형 내에 위치 설정되어 경금속 재료로 둘레 주입된다. 이 경우에는 바람직하게 다이 캐스팅 방법이 사용된다. 바람직하게 중공 프로파일 주조 결합부의 주조 금형 내에서의 위치 설정은 중공 프로파일 결합부에 제공된 위치 설정 마아크에 의해서 이루어진다. 중공 프로파일 결합부에 채널이 제공되었다면, 상기 채널 내부에 용융물을 투과시킬 수 없는 염 코어 또는 모래 코어가 삽입되는 것이 바람직하다.

본 발명은 첨부된 도면을 인용하는 실시예를 참조하여 하기에서 자세히 설명된다.

도 1 에 도시된 본 발명에 따른 주조 결합부 내에서는 3 개의 개별 원통형 중공 프로파일 (1, 2, 3) 이 둘레 주입되어 있다. 상기 3 개의 원통형 중공 프로파일 (1, 2, 3) 은 중간 간격 없이 일렬로 외부 둘레면에 직접 주입되며, 이 경우 상기 중공 프로파일의 축은 실린더 블록의 미리 주어진 실린더 보어 중심 간격에 상응하는 간격을 갖는다.

중공 프로파일은 스프레이 압축에 의해서 제조되었고, 전체 합금 중량에 대해 25 중량%의 실리콘을 함유하는 알루미늄-실리콘-합금으로 이루어진다. 중공 프로파일의 벽두께는 4 mm 에 달한다.

중공 프로파일 (1, 2, 3) 은 주조 가능성이 우수한 알루미늄-실리콘-합금으로 이루어진 둘레 주입부 (4) 내에 주입되며, 상기 합금은 전체 합금 중량에 대해 9 중량%의 실리콘을 함유한다. 상기 둘레 주입부의 최소 두께는 적어도 2 mm 에 달한다.

주조 결합부에는 실린더 블록 내부로 주조 결합부를 주입하기 위해 위치 설정 마아크 (5) 가 제공되어 있다.

3 개의 중공 프로파일로 이루어진 결합부는 2중 제조 방식으로 예를 들어 V6-엔진용 부싱 슬리브로서 주입하기에 적합하다 (3 개 실린더 당 2 개의 열).

Claims (28)

1. 원통형 중공 프로파일의 주조 결합부를 제조하고 상기 주조 결합부를 내연 기관의 실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내부로 주입하기 위한 방법에 있어서,

   - 연속적인 여러 단계, 즉 스프레이 압축 단계, 열간 압출 단계 및 열간 성형 단계로 제조되고, 경질상이 삽입된 경금속 합금으로 이루어진 원통형 중공 프로파일에 의해서 일렬로 배열된 상태 (이 배열 상태에서는 중공 프로파일의 축 간격이 실린더 블록의 축 간격에 상응함) 로 경질상이 삽입되지 않은 경금속 합금에 의해 둘레에 주입되며,

   - 상기 주조 결합부는 실린더 블록을 형성하는 주조 금형 내에 배치되어 경금속 재료로 둘레에 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 주조 결합부의 제조시에는 중공 프로파일이 주입된 부싱 슬리브로서 실린더 헤드 시일을 향하고 있는 단부에 부어지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 주조 결합부의 제조시에는 용융물을 투과시키지 않는 모래 코어 또는 염 코어를 설치하여 둘레 주입 재료 내에 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 주조 결합부의 위치 설정이 상기 결합부에 제공된 위치 설정 마아크에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 채널 내부로 용융물을 투과시키지 않는 염 코어 또는 모래 코어가 삽입되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 실린더 부싱 슬리브로서 내연 기관의 실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내부로 주입하기 위해 경질상이 삽입된 경금속 합금으로 이루어진, 제 1 항에 따른 방법에 의해 제조된 원통형 중공 프로파일의 주조 결합부.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 중공 프로파일이 외부 둘레면에 상호 지지를 목적으로, 특히 평탄부의 형태로 된 임팩트 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
8. 제 6 항에 있어서, 1 개의 면 또는 2 개의 면이 개방된 적어도 하나의 채널이 냉각 유체를 이송하기 위해서 이웃하는 중공 프로파일 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 채널이 중공 프로파일의 적어도 하나의 외부 둘레면에 리세스를 형성하는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 채널이 이웃하는 중공 프로파일 사이에 배치된 채널 중공 프로파일에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 채널이 이웃하는 중공 프로파일 사이의 둘레 주입부에 있는 리세스에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 채널이 실제로는 부싱 슬리브로서 주입된 중공 프로파일의 연료 연소를 위해 제공된 공간의 높이로만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
13. 제 8 항에 있어서, 상기 채널이 실제로는 부싱 슬리브로서 주입된 중공 프로파일의 실린더 헤드 시일에 인접하는 단부의 높이로만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
14. 제 6 항에 있어서, 상기 중공 프로파일이 알루미늄-실리콘-합금으로 이루어지는 것을 특징으로하는 주조 결합부.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 알루미늄-실리콘-합금의 실리콘 함량이 상기 합금의 전체 중량에 대해 12 ~ 40 중량%인 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 알루미늄-실리콘-합금의 실리콘 함량이 상기 합금의 전체 중량에 대해 17 ~ 30 중량%인 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 알루미늄-실리콘-합금의 실리콘 함량이 상기 합금의 전체 중량에 대해 25 중량%인 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
18. 제 14 항에 있어서, 상기 중공 프로파일이 스프레이 압축에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
19. 제 14 항에 있어서, 중공 프로파일의 둘레 주입을 위해 사용되는 상기 경금속 합금이 알루미늄-실리콘-합금인 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
20. 제 14 항 및 제 19 항에 있어서, 중공 프로파일의 둘레 주입을 위해 사용되는 상기 알루미늄-실리콘-합금이 중공 프로파일을 위해 사용되는 알루미늄-실리콘-합금보다 적은 Si-함량을 갖는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
21. 제 20 항에 있어서, 중공 프로파일의 둘레 주입을 위해 사용되는 상기 알루미늄-실리콘-합금이 저공융 Si-함량을 갖는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
22. 제 14 항에 있어서, 상기 중공 프로파일이 3 ~ 8 mm 범위의 벽두께를 갖는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
23. 제 14 항에 있어서, 상기 중공 프로파일이 거의 4 mm의 벽두께를 갖는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
24. 제 14 항에 있어서, 실린더 블록 또는 크랭크 하우징 내부로 주입할 때 주조 결합부의 위치 설정을 위해 위치 설정 마아크를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
25. 제 6 항에 있어서, 2, 3, 4, 5, 6 또는 8 개의 중공 프로파일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
26. 제 6 항에 있어서, 중공 프로파일의 둘레 주입을 위해 사용되는 상기 경금속 합금이 실린더 블록용으로 사용되는 경금속 합금과 동일한 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
27. 제 6 항에 있어서, 상기 중공 프로파일의 둘레 주입부가 2 ~ 5 mm 범위의 최소 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 주조 결합부.
28. 제 6 항에 따른 중공 프로파일의 주입된 주조 결합부를 포함하는, 실린더 블록 또는 크랭크 하우징.