KR20080021125A - 실린더 라이너 및 실린더 라이너 제조 방법 - Google Patents

실린더 라이너 및 실린더 라이너 제조 방법 Download PDF

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Abstract

실린더 블록에 사용되는 인서트 주조용 실린더 라이너를 개시한다. 실린더 라이너는 외주면, 그리고 실린더 라이너의 축선 방향에 대한 상부, 중간부 및 하부를 구비한다. 고열전도막이 상부에 대응하는 외주면의 구간에 형성되어 있고, 저열전도막이 하부에 대응하는 외주면의 구간에 형성되어 있다. 고열전도막 및 저열전도막은 중간부에 대응하는 외주면의 구간에서 적층되어 적층형 막 부분을 형성한다. 그 결과, 실린더의 축선 방향에 따른 온도차가 감소한다.

Description

실린더 라이너 및 실린더 라이너 제조 방법{CYLINDER LINER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 실린더 블록에 사용되는 인서트 주조용 실린더 라이너, 및 실린더 라이너 제조 방법에 관한 것이다.
실린더 라이너를 구비하는 엔진용 실린더 블록은 실용적으로 사용되어 왔다. 실린더 라이너는 알루미늄 합금으로 만들어진 실린더 블록에 전형적으로 적용된다. 인서트 주조용 실린더 라이너로서, 일본공개실용신안공보 제 62-52255 호에 개시된 것이 공지되어 있다.
엔진에서, 실린더의 온도 증가는 실린더 보어가 열적으로 팽창되게 한다. 나아가, 실린더의 온도는 축선 방향을 따라 변한다. 따라서, 실린더 보어의 변형량은 축선 방향을 따라 변한다. 실린더의 이러한 변형량의 변화는 피스톤의 마찰을 증가시키고, 이는 연료 소비율을 저하시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 실린더의 축선 방향에 따른 온도차를 억제하여, 연료 소비율을 향상시키는 실린더 라이너 및 실린더 라이너 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해서, 그리고 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 실린더 블록에 사용되는 인서트 주조용 실린더 라이너가 제공된다. 실린더 라이너는 외주면, 그리고 실린더 라이너의 축선 방향에 따른 상부, 중간부 및 하부를 구비한다. 고열전도막이 상부에 대응하는 외주면의 구간에 형성되어 있으며, 저열전도막이 하부에 대응하는 외주면의 구간에 형성되어 있다. 고열전도막 및 저열전도막이 중간부에 대응하는 외주면 구간에 적층되어, 적층형 막 부분을 형성한다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 실린더 블록에 사용되는 인서트 주조용 실린더 라이너가 제공된다. 실린더 라이너는 외주면, 그리고 실린더 라이너의 축선 방향에 따른 상부 및 하부를 구비한다. 용사층이 외주면상에 형성되어 있다. 용사층은 상부로부터 하부까지 연속된다. 하부에 대응하는 용사층 구간은 상부에 대응하는 용사층의 구간의 두께보다 작은 두께를 갖는다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 실린더 블록에 사용되는 인서트 주조용 실린더 라이너의 제조 방법이 제공된다. 실린더 라이너는 외주면, 그리고 실린더 라이너의 축선 방향에 따른 상부 및 하부를 구비한다. 용사층이 외주면상에 형성된다. 용사층은 상부로부터 하부까지 연속된다. 하부에 대응하는 용사층의 구간은 상부에 대응하는 용사층의 구간의 두께보다 더 작은 두께를 갖는다. 상기 방법은, 외주면의 구간으로부터 제 1 거리 만큼 이격되어 있는 분사 장치를 사용하여 상부에 대응하는 상기 외주면의 구간에 용사층을 형성하는 단계, 및 외주면의 구간으로부터 제 1 거리보다 큰 제 2 거리 만큼 이격되어 있는 분사 장치를 사용하여 하부에 대응하는 상기 외주면의 구간에 용사층을 형성하는 단계를 포함한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더 라이너를 구비하는 엔진을 도시하는 개략도이다.
도 2 는 제 1 실시예의 실린더 라이너를 도시하는 사시도이다.
도 3 은 제 1 실시예의 실린더 라이너의 재료인 주철의 조성비의 일 예를 도시하는 표이다.
도 4 는 축선 방향을 따라 취한 제 1 실시예에 따른 실린더 라이너의 단면도이다.
도 5 는 축선 방향을 따라 취한 제 1 실시예에 따른 실린더 라이너의 단면도이다.
도 6 의 (a) 는 축선 방향을 따라 취한 제 1 실시예에 따른 실린더 라이너의 단면도이다.
도 6 의 (b) 는 제 1 실시예에 따른 실린더 라이너의 축선 위치와 실린더 벽의 온도 사이의 관계의 일 예를 도시하는 그래프이다.
도 7 의 (a) 는 본 실시예의 제 2 실시예에 따른 실린더 라이너를 도시하는, 축선 방향을 따라 취한 단면도이다.
도 7 의 (b) 는 축선 위치와 막 두께 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c 는 제 2 실시예의 실린더 라이너상에 막을 형성하기 위한 절차의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 실린더 라이너를 도시하는 사시도이다.
도 10 은 제 3 실시예의 실린더 라이너상에 형성된 수축된 형상의 돌출부를 도시하는 모델도이다.
도 11 은 제 3 실시예의 실린더 라이너상에 형성된 수축된 형상의 돌출부를 도시하는 모델도이다.
도 12 는 도 9 의 원부분 (ZA) 을 도시하는 제 3 실시예에 따른 실린더 라이너의 확대 단면도이다.
도 13 은 도 9 의 원부분 (ZB) 을 도시하는 제 3 실시예에 따른 실린더 라이너의 확대 단면도이다.
도 14 는 원심 주조를 통해 실린더 라이너를 생산하는 단계를 도시하는 공정도이다.
도 15a 내지 도 15c 는 원심 주조를 통한 실린더 라이너의 생산시에 도형제층에 수축된 형상의 홈을 형성하는 단계를 도시하는 공정도이다.
도 16a 및 도 16b 는 3차원 레이저를 이용하여 제 3 실시예에 따른 실린더 라이너의 변수를 측정하기 위한 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 17 은 3차원 레이저를 이용하는 측정을 통해 획득된 제 3 실시예에 따른 실린더 라이너의 등고선을 도시하는 도면이다.
도 18 은 제 3 실시예의 실린더 라이너의 측정 높이와 등고선 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 19 는 3차원 레이저를 이용하는 측정을 통해 획득된 제 3 실시예에 따른 실린더 라이너의 등고선을 도시하는 도면이다.
도 20 은 3차원 레이저를 이용하는 측정을 통해 획득된 제 3 실시예에 따른 실린더 라이너의 등고선을 도시하는 도면이다.
(제 1 실시예 )
이제, 본 발명의 제 1 실시예를 도 1 내지 도 6b 를 참조하여 설명할 것이다.
본 실시예는 본 발명이 알루미늄 합금으로 만들어진 엔진의 실린더 라이너에 적용되는 경우에 관한 것이다.
<엔진의 구조>
도 1 은 본 발명에 따른 실린더 라이너 (2) 를 구비하는 전체 엔진 (1) 의 구조를 도시한다.
엔진 (1) 은 실린더 블록 (11) 및 실린더 헤드 (12) 를 포함한다.
실린더 블록 (11) 은 복수의 실린더 (13) 를 포함한다.
각각의 실린더 (13) 는 하나의 실린더 라이너 (2) 를 포함한다.
각각의 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (라이너 내주면 (21)) 은 실린더 블록 (11) 의 대응하는 실린더 (13) 의 내벽 (실린더 내벽 (14)) 을 형성한다. 각각의 내주면 (21) 은 실린더 보어 (15) 를 한정한다.
주조 재료의 인서트 주조를 통해, 각각의 실린더 라이너 (2) 의 외주면 (라이너 외주면 (22)) 은 실린더 블록 (11) 과 접촉하게 된다.
실린더 블록 (11) 의 재료인 알루미늄 합금으로서, 예컨대 일본공업규격 (JIS) ADC10 (관련 미국규격, ASTM A380.0) 에 명기된 합금, 또는 JIS ADC12 (관련 미국규격, ASTM A383.0) 에 명기된 합금이 사용될 수 있다. 본 실시예에 있어서, ADC12 의 알루미늄 합금은 실린더 블록 (11) 을 형성하는데 사용된다.
<실린더 라이너의 구조>
도 2 는 본 발명에 따른 실린더 라이너 (2) 를 도시하는 사시도이다.
실린더 라이너 (2) 는 주철로 만들어진다.
주철의 조성은 예컨대 도 3 에 도시되어 있는 바와 같이 설정되어 있다. 기본적으로, 표의 "기본 성분" 에 표기된 성분이 주철의 조성물로서 선택될 수 있다. 필요에 따라, 표의 "보조 성분" 에 표기된 성분이 첨가될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 실린더 라이너 (2) 의 각 부분을 이하와 같이 말한다.
실린더 라이너 (2) 의 상단부는 라이너 상단부 (23) 라 한다.
실린더 라이너 (2) 의 하단부는 라이너 하단부 (24) 라 한다.
라이너 상단부 (23) 로부터 축선 방향에 따른 소정 위치까지의 구간을 라이너 상부 (25) 라 한다.
라이너 하단부 (24) 로부터 축선 방향에 따른 소정 위치까지의 구간을 라이너 하부 (26) 라 한다.
라이너 상부 (25) 와 라이너 하부 (26) 사이의 구간을 라이너 중간부 (27) 라 한다.
라이너 상단부 (23) 는 엔진 (1) 의 연소실에 위치하는 실린더 라이너 (2) 의 단부이다. 라이너 하단부 (24) 는 엔진 (1) 의 연소실에 대향하는 부분에 위치하는 실린더 라이너 (2) 의 단부이다.
도 4 는 축선 방향에 따른 실린더 라이너 (2) 의 단면도이다.
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 이 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있다.
고열전도막 (3) 은, 고열전도막이 형성되어 있지 않은 경우에 비해 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 사이의 열전도성을 증가시키는 재료로 형성되어 있다. 고열전도막 (3) 의 재료 및 형성 방법을 이하에 기술한다.
저열전도막 (4) 은, 저열전도막이 형성되어 있지 않은 경우에 비해 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 사이의 열전도성을 감소시키는 재료로 형성되어 있다. 저열전도막 (4) 의 재료 및 형성 방법을 하술할 것이다.
고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 은 이하와 같은 구성을 갖는다.
고열전도막 (3) 은 라이너 상부 (25) 및 라이너 중간부 (27) 에 대응하는 외주면 (22) 상에 형성되어 있다. 즉, 고열전도막 (3) 은 라이너 상단부 (23) 으로부터 라이너 하부 (26) 까지의 구간에 형성되어 있다.
고열전도막 (3) 은 라이너 상부 (25) 에 위치하는 기초 막 부분 (31), 및 라이너 중간부 (27) 에 위치하는 경사진 막 부분 (32) 을 포함한다.
기초 막 부분 (31) 및 경사진 막 부분 (32) 은 연속적인 막으로 형성되어 있 다.
기초 막 부분 (31) 은 실질적으로 일정한 두께를 갖도록 형성되어 있다. 한편, 경사진 막 부분 (32) 은, 그 두께가 라이너 상단부 (23) 로부터 라이너 하단부 (24) 쪽으로 점진적으로 감소하도록 형성되어 있다.
저열전도막 (4) 은 라이너 하부 (26) 및 라이너 중간부 (27) 에 대응하는 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있다. 즉, 저열전도막 (4) 은 라이너 하단부 (24) 로부터 라이너 상부 (25) 까지의 구간에 형성되어 있다.
저열전도막 (4) 은, 라이너 하부 (26) 에 위치하는 기초 막 부분 (41), 및 라이너 중간부 (27) 에 위치하는 경사진 막 부분 (42) 을 포함한다.
기초 막 부분 (41) 및 경사진 막 부분 (42) 은 연속적인 막으로 형성되어 있다.
기초 막 부분 (41) 은 실질적으로 일정한 두께를 갖도록 형성되어 있다. 한편, 경사진 막 부분 (42) 은, 그 두께가 라이너 하단부 (24) 로부터 라이너 상단부 (23) 쪽으로 점진적으로 감소하도록 형성되어 있다.
적층형 막 부분 (30) 이 실린더 라이너 (2) 의 라이너 중간부 (27) 의 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있다. 적층형 막 부분 (30) 은 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 의 적층에 의해 형성된다. 적층형 막 부분 (30) 에 있어서, 고열전도막 (3) 이 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있으며, 저열전도막 (4) 이 고열전도막 (3) 상에 형성되어 있다.
본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 적층형 막 부분 (30) 은 상술한 바와 같이 구성되어 있다. 그러나, 적층형 막 부분 (30) 에서의 고열전도막 (3) 과 저열전도막 (4) 사이의 관계는 도 5 에 도시되어 있는 바와 같이 변경될 수 있다. 즉, 적층형 막 부분 (30) 은, 저열전도막 (4) 이 라이너 외주면 (22) 상에 형성되고, 고열전도막 (3) 이 저열전도막 (4) 상에 형성되도록 구성될 수 있다.
<막의 형성>
실린더 라이너 (2) 상에서의 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 의 형성 (막의 위치 및 두께) 을 이하에 기술한다.
[1] 막의 위치
도 6a 및 도 6b 를 참조하여, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 의 위치를 설명할 것이다. 도 6a 는 축선 방향에 따른 실린더 라이너 (2) 의 단면도이다. 도 6b 는 엔진의 통상의 작동 상태에서 실린더의 축선 방향에 따른 온도 변화의 일 예 (실린더 벽 온도 (TW)) 를 도시한다. 이하에서, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 이 제거된 실린더 라이너 (2) 를 기준 실린더 라이너라 할 것이다. 기준 실린더 라이너를 구비하는 엔진을 기준 엔진이라 말할 것이다.
이 실시예에 있어서, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 의 위치는 기준 엔진의 실린더 벽 온도 (TW) 에 기초하여 결정된다.
실린더 벽 온도 (TW) 의 변화를 설명할 것이다. 도 6b 에 있어서, 실선은 기준 엔진의 실린더 벽 온도 (TW) 를 나타내고, 파선은 본 실시예의 엔진 (1) 의 실린더 벽 온도를 나타낸다. 이하에서, 실린더 벽 온도 (TW) 의 가장 높은 온도를 최대 실린더 벽 온도 (TWH) 라 하고, 실린더 벽 온도 (TW) 의 가장 낮은 온 도를 최소 실린더 벽 온도 (TWL) 라 한다.
기준 엔진에 있어서, 실린더 벽 온도 (TW) 는 다음과 같이 변한다.
(A) 라이너 하단부 (24) 로부터 라이너 중간부 (27) 까지의 영역에서, 실린더 벽 온도 (TW) 는 연소 가스의 작은 영향으로 인해 라이너 하단부 (24) 로부터 라이너 중간부 (27) 까지 점진적으로 증가한다. 라이너 하단부 (24) 부근에서, 실린더 벽 온도 (TW) 는 최소 실린더 벽 온도 (TWL1) 이다.
(B) 라이너 중간부 (27) 로부터 라이너 상단부 (23) 까지의 영역에서, 실린더 벽 온도 (TW) 는 연소 가스의 큰 영향으로 인해 급격하게 증가한다. 라이너 상단부 (23) 부근에서, 실린더 벽 온도 (TW) 는 최대 실린더 벽 온도 (TWH1) 이다.
상술한 기준 엔진을 포함하는 연소 엔진에 있어서, 실린더 벽 온도 (TW) 의 증가는 실린더 보어의 열 팽창을 일으킨다. 한편, 실린더 벽 온도 (TW) 는 축선 방향을 따라 변하기 때문에, 실린더 보어의 변형량은 축선 방향을 따라 변한다.이러한 실린더의 변형량의 변화는 피스톤의 마찰을 증가시키고, 이는 연료 소비율을 저하시킨다.
따라서, 본 실시예에 따른 각각의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 저열전도막 (4) 은 라이너 하부 (26) 에서 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있으며, 고열전도막 (3) 은 라이너 상부 (25) 에서 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있다. 이러한 구성은 최대 실린더 벽 온도 (TWH) 와 최소 실린더 벽 온도 (TWL) 사이의 차 (실린더 벽 온도 차 (ΔTW)) 를 감소시킨다.
본 실시예의 엔진 (1) 에 있어서, 고열전도막 (3) 은 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 열전도성을 증가시킨다. 따라서, 라이너 상부 (25) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 낮아진다. 이는 최대 실린더 벽 온도 (TWH) 가 최대 실린더 벽 온도 (TWH1) 보다 낮은 최대 실린더 벽 온도 (TWH2) 가 되게 한다.
엔진 (1) 에 있어서, 저열전도막 (4) 은 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성을 낮춘다. 따라서, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 증가된다. 이는 최소 실린더 벽 온도 (TWL) 가 최소 실린더 벽 온도 (TWL1) 보다 높은 최소 실린더 벽 온도 (TWL2) 가 되게 한다.
이러한 방식으로, 엔진 (1) 에서, 최대 실린더 벽 온도 (TWH) 와 최소 실린더 벽 온도 (TWL) 사이의 차 (실린더 벽 온도 차 (ΔTW)) 가 감소된다. 따라서, 실린더의 축선 방향에 따른 실린더 보어 (15) 의 변형의 변화가 감소된다 (변형량이 균등해짐). 이는 마찰을 감소시켜, 연료 소비율을 향상시킨다. 또한, 적층형 막 부분 (30) 은 라이너 중간부 (27) 에서의 시린더 벽 온도 (TW) 의 급격한 변화를 억제한다. 이는 실린더 보어 (15) 의 변형량을 더 신뢰적으로 균등화시킨다.
라이너 상부 (25) 와 라이너 중간부 (27) 사이의 경계 (벽 온도 경계 (28)) 는 기준 엔진의 실린더 벽 온도 (TW) 에 기초하여 획득될 수 있다. 한편, 많은 경우에, 라이너 상부 (25) 의 길이 (라이너 상단부 (23) 로부터 벽 온도 경계 (28) 까지의 길이) 는 실린더 라이너 (2) 의 전체 길이 (라이너 상단부 (23) 로부터 라이너 하단부 (24) 까지의 길이) 의 3 분의 1 내지 4 분의 1 인 것을 알아내었다. 그러므로, 고열전도막 (3) 의 위치를 결정할 때, 벽 온도 경계 (28) 를 정확히 결정하지 않고서도, 전체 라이너 길이에서 라이너 상단부 (23) 로부터 3 분의 1 내지 4 분의 1 이 라이너 상부 (25) 로서 처리될 수 있다.
[2] 막의 두께
이제, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 의 두께의 설정을 설명할 것이다.
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 고열전도막 (3) 의 기부 막 부분 (31) 의 두께, 및 저열전도막 (4) 의 기부 막 부분 (41) 의 두께는 실질적으로 서로 동일하다. 또한, 적층형 막 부분 (30) 의 두께는 고열전도막 (3) 의 기부 막 부분 (31) 의 두께, 및 저열전도막 (4) 의 기부 막 부분 (41) 의 두께는 실질적으로 동일하다. 즉, 고열전도막 (3) 의 두께 및 저열전도막 (4) 의 두께는, 실질적으로 일정한 두께를 갖는 막이 라이너 상단부 (23) 로부터 라이너 하단부 (24) 까지 형성되도록 결정된다.
< 고열전도막의 형성>
고열전도막 (3) 을 위한 재료로서, 다음의 상태 (A) 및 (B) 중 하나 이상을 충족하는 재료가 사용될 수 있다.
(A) 용융점이 주조 재료의 용탕의 온도 (기준 용탕 온도 (TC)) 이하인 재료, 또는 그러한 재료를 포함하는 재료. 더 구체적으로는, 기준 용탕 온도 (TC) 는 이하와 같이 설명될 수 있다. 즉, 기준 용탕 온도 (TC) 는, 실린더 라이너 (2) 의 인서트 주조를 실행하기 위해 몰드에 주조 재료가 공급될 때의 실린더 블록 (11) 의 주조 재료의 용탕의 온도를 말한다.
(B) 실린더 블록 (11) 의 주조 재료에 야금적으로 결합될 수 있는 재료, 또 는 그러한 재료를 포함하는 재료.
고열전도막 (3) 을 형성하기 위한 방법으로서, 다음의 방법들 중 어떤 것도 사용될 수 있다.
[1] 용사
[2] 숏 코팅 (shot coating)
[3] 도금
이하, 고열전도막 (3) 의 주요 예를 나타낸다.
[1] 고열전도막의 제 1 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 용사에 의해 형성된 층이 고열전도막 (3) 으로서 적용될 수 있다. 용사층의 재료로서, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 또는 구리 합금이 주로 사용될 수 있다.
고열전도막 (3) 이 용사된 알루미늄 합금 (Al-Si 합금) 층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 및 실린더 라이너 (2) 는 다음의 방식으로 서로 결합된다.
라이너 상부 (25) 및 고열전도막 (3) 의 결합 상태에 관하여, 고열전도막 (3) 은 용사에 의해 형성되기 때문에, 라이너 상부 (25) 및 고열전도막 (3) 은 충분한 점착력 및 결합 강도로 서로 기계적으로 결합된다. 라이너 상부 (25) 및 고열전도막 (3) 의 점착력은 기준 엔진에서의 실린더 블록과 기준 실린더 라이너의 점착력보다 크다.
실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 의 결합 상태에 있어서, 고열전도막 (3) 은 기준 용탕 온도 (TC) 보다 낮은 용융점을 가지며, 실린더 블록 (11) 의 주 조 재료와의 젖음성이 높은 Al-Si 합금으로 형성된다. 따라서, 실린더 블록 (11) 및 고열전도막 (3) 은 충분한 점착력 및 결합 강도로 서로 기계적으로 연결된다. 실린더 블록 (11) 및 고열전도막 (3) 의 점착력은 기준 엔진의 실린더 블록 및 기준 실린더 라이너의 점착력보다 높다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 및 라이너 상부 (25) 는 이러한 상태로 서로 결합되기 때문에, 다음의 이점이 달성된다.
[A] 고열전도막 (3) 은 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 점착력을 보장하기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 열전도성은 증가한다.
[B] 고열전도막 (3) 은 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 결합 강도를 보장하기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 의 박리가 억제된다. 그러므로, 실린더 보어 (15) 가 팽창하더라도, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 의 점착력은 유지된다. 이는 열전도성의 감소를 억제한다.
또한, 상기 구성이 고열전도막 (3) 에 적용될 때, 다음의 이점이 달성된다.
[C] 고열전도막 (3) 은 Al-Si 합금의 용사에 의해 형성되기 때문에, 실린더 블록 (11) 의 팽창도와 고열전도막 (3) 의 팽창도와의 차가 감소된다. 따라서, 실린더 보어 (15) 가 팽창할 때, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 사이의 점착력이 보장된다.
[D] 실린더 블록 (11) 의 주조 재료와의 젖음성이 높은 Al-Si 합금이 사용되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 사이의 점착력 및 결합 강도는 더 증가한다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 사이의 점착력, 및 라이너 상부 (25) 와 고열전도막 (3) 사이의 점착력이 낮아짐에 따라, 이 구성품들 사이의 간극의 양은 증가한다. 따라서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 열전도성은 감소한다. 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 사이의 결합 강도, 및 라이너 상부 (25) 와 고열전도막 (3) 사이의 결합 강도가 감소함에 따라, 이 구성품들 사이의 박리는 더 잘 나타난다. 그러므로, 실린더 보어 (15) 가 팽창할 때, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 점착력은 감소한다.
고열전도막 (3) 의 용융점이 기준 용탕 온도 (TC) 이하인 경우, 고열전도막 (3) 은 실린더 블록 (11) 의 생산시에 용융되어 주조 재료에 야금적으로 결합된다. 그러나, 본 발명자에 의해 실행된 실험의 결과에 따르면, 상술한 바와 같은 실린더 블록 (11) 은 고열전도막 (3) 에 기계적으로 결합된다는 것이 확인되었다. 나아가, 야금적으로 결합된 부분을 발견하였다. 그러나, 실린더 블록 (11) 및 고열전도막 (3) 은 주로 기계적인 방식으로 결합되었다.
실험을 통해, 발명자는 이하와 같은 것도 발견하였다. 즉, 주조 재료 및 고열전도막 (3) 이 야금적으로 결합되어 있지 않더라도 (또는, 부분적으로만 야금적인 방식으로 결합되었더라도), 고열전도막 (3) 이 기준 용탕 온도 (TC) 이하의 용융점을 갖는 한, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 의 점착력 및 결합 강도는 증가하였다. 메커니즘이 정확히 밝혀지지는 않았지만, 주조 재료의 열이 고 열전도막 (3) 에 의해 원활하게 제거되지 않는다는 사실로 인해 주조 재료의 응고율은 감소한다.
[2] 고열전도막의 제 2 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 숏 코팅에 의해 형성된 층이 고열전도막 (3) 으로서 적용될 수 있다. 숏 코팅 층의 재료로서, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 및 아연이 주로 사용될 수 있다.
고열전도막 (3) 이 숏 코팅 알루미늄 층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 는 이하의 방식으로 서로 결합된다.
라이너 상부 (25) 와 고열전도막 (3) 의 결합 상태에 관해서, 고열전도막 (3) 은 숏 코팅으로 형성되기 때문에, 라이너 상부 (25) 와 고열전도막 (3) 은 충분한 점착력 및 결합 강도로 서로 기계적 및 야금적으로 결합된다. 즉, 라이너 상부 (25) 와 고열전도막 (3) 은, 기계적으로 결합된 부분 및 야금적으로 결합된 부분이 뒤섞여 있는 상태로 서로 결합된다. 라이너 상부 (25) 와 고열전도막 (3) 의 점착력은 기준 엔진의 실린더 블록과 기준 실린더 라이너의 점착력보다 크다.
실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 의 결합 상태에 관하여, 고열전도막 (3) 은, 기준 용탕 온도 (TC) 보다 낮은 용융점을 가지며, 실린더 블록 (11) 의 주조 재료와의 젖음성이 높은 알루미늄으로 형성된다. 따라서, 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 은 충분한 점착력 및 결합 강도로 서로 기계적으로 결합된다. 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 의 점착력은 기준 엔진의 실린더 블록과 기 준 실린더 라이너의 점착력보다 크다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 는 이러한 상태로 서로 결합되기 때문에, "[1] 고열전도막의 제 1 구성" 에서의 이점 [A] 및 [B] 이 달성된다. 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 사이의 기계적인 연결에 관하여, "[1] 고열전도막의 제 1 구성" 의 설명과 동일한 설명이 적용될 수 있다.
나아가, 상술한 구성이 고열전도막 (3) 에 적용될 때, 이하의 이점이 달성된다.
[C] 숏 코팅에 있어서, 고열전도막 (3) 은 코팅 재료의 용융없이도 형성된다. 그러므로, 고열전도막 (3) 은 어떠한 산화물도 함유하지 않는다. 그러므로, 고열전도막 (3) 의 열전도성이 산화에 의해 저하되는 것이 방지된다.
[3] 고열전도막의 제 3 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 도금에 의해 형성된 층이 고열전도막 (3) 으로서 적용될 수 있다. 도금층의 재료로서, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 또는 구리 합금이 주로 사용될 수 있다.
고열전도막 (3) 이 구리 합금의 도금층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 는 이하의 방식으로 서로 결합된다. 적층형 막 부분 (30) 은 도 5 에 도시되어 있는 바와 같이 구성된다.
라이너 상부 (25) 와 고열전도막 (3) 의 결합 상태에 관하여, 고열전도막 (3) 은 도금에 의해 형성되기 때문에, 라이너 상부 (25) 및 고열전도막 (3) 은 충분한 점착력 및 결합 강도로 서로 기계적으로 결합된다. 라이너 상부 (25) 와 고열전도막 (3) 의 점착력은 기준 엔진의 실린더 블록과 기준 실린더 라이너의 점착력보다 크다.
실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 의 결합 상태에 관하여, 고열전도막 (3) 은 기준 용탕 온도 (TC) 보다 높은 용융점을 갖는 구리 합금으로 형성된다. 그러나, 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 은 충분한 점착력 및 결합 강도로 서로 야금적으로 결합된다. 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 의 점착력은 기준 엔진의 실린더 블록과 기준 실린더 라이너의 점착력보다 높다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 및 라이너 상부 (25) 는 이러한 상태로 서로 결합되기 때문에, "[1] 고열전도막의 제 1 구성" 에서의 이점 [A] 및 [B] 이 달성된다.
나아가, 상술한 구성이 고열전도막 (3) 에 적용되는 경우, 이하의 이점이 달성된다.
[C] 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 이 서로 야금적으로 결합되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 점착력 및 결합 강도는 더 증가한다.
[D] 고열전도막 (3) 은 실린더 블록 (11) 의 열전도성보다 더 큰 열전도성을 갖는 구리 합금으로 형성되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 열전도성은 더 증가한다.
실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 을 서로 야금적으로 결합시키기 위해서는, 고열전도막 (3) 은 기본적으로 기준 용탕 온도 (TC) 이하의 용융점을 갖는 금 속으로 형성되어야 한다. 그러나, 본 발명자에 의해 실행된 실험의 결과에 따르면, 고열전도막 (3) 이 기준 용탕 온도 (TC) 보다 큰 용융점을 갖는 금속으로 형성되더라도, 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 은 어떤 경우 서로 야금적으로 결합된다.
< 저열전도막의 형성>
저열전도막 (4) 을 위한 재료로서, 이하의 조건 (A) 및 (B) 중 하나 이상을 충족하는 재료가 사용될 수 있다.
(A) 실린더 블록 (11) 과 주조 재료와의 점착력을 감소시키는 재료, 또는 그러한 재료를 포함하는 재료.
(B) 실린더 블록 (11) 및 실린더 라이너 (2) 중 하나 이상의 열전도성보다 열전도성이 낮은 재료, 또는 그러한 재료를 포함하는 재료.
저열전도막 (4) 을 형성하기 위한 방법으로서, 이하의 방법 중 어떠한 것도 사용될 수 있다.
[1] 용사
[2] 도장
[3] 수지 코팅
[4] 화학 변환 처리
이하, 저열전도막 (4) 의 주요 예를 나타낸다.
[1] 저열전도막의 제 1 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 용사에 의해 형성된 층이 저열전도막 (4) 으 로서 적용될 수 있다. 용사층의 재료로서, 알루미나 및 지르코니아 등과 같은 세라믹 재료가 주로 사용될 수 있다. 선택적으로는, 저열전도막 (4) 은, 산화물 및 다수의 기공을 포함하는 철계 재료의 용사층으로 형성될 수 있다.
저열전도막 (4) 이 알루미나의 용사층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 는 이하의 방식으로 서로 결합될 수 있다.
실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 의 결합 상태에 관해서, 저열전도막 (4) 은 실린더 블록 (11) 의 열전도성보다 낮은 열전도성을 갖는 알루미나로 형성되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 은 저열전도성의 상태에서 서로 기계적으로 결합된다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 는 이러한 상태에서 서로 결합되기 때문에, 이하의 이점이 달성된다. 즉, 저열전도막 (4) 은 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성을 감소시키기 때문에, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 증가한다.
[2] 저온전도막의 제 2 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 도장에 의해 형성된 다이캐스팅용 이형제 층이 저열전도막 (4) 으로서 적용될 수 있다. 이형제로서, 이하의 이형제가 사용될 수 있다.
질석, 히타졸 (Hitazol), 및 물유리를 혼합하여 획득한 이형제.
주 성분이 실리콘 및 물유리인 액상 재료를 혼합하여 획득한 이형제.
저열전도막 (4) 이 이형제 층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 과 실린 더 라이너 (2) 는 이하의 방식으로 서로 결합된다.
실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 의 결합 상태에 관하여, 저열전도막 (4) 은 실린더 블록 (11) 과의 접착력이 낮은 이형제로 형성되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 은 간극이 있는 상태로 서로 결합된다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 는 이러한 상태에서 서로 결합되기 때문에, 이하의 이점이 획득된다. 즉, 간극은 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성을 감소시키기 때문에, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 증가한다. 또한, 실린더 블록 (11) 의 생산시에 사용되는 다이캐스팅용 이형제, 또는 그러한 이형제를 위한 재료가 사용될 수 있다. 따라서, 생산 단계의 수 및 비용은 감소된다.
[3] 저열전도막의 제 3 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 도장에 의해 형성된 원심 주조를 위한 도형제 (mold wash) 층이 저열전도막 (4) 으로서 적용될 수 있다. 도형제로서, 이하의 도형제가 사용될 수 있다.
주성분으로서 규조토를 함유하는 도형제.
주성분으로서 흑연을 함유하는 도형제.
저열전도막 (4) 이 도형제 층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 는 이하의 방식으로 서로 결합된다.
실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 의 결합 상태에 관하여, 저열전도막 (4) 은 실린더 블록 (11) 과의 점착력이 낮은 도형제로 형성되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 은 간극이 있는 상태로 서로 결합된다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 는 이러한 상태에서 서로 결합되기 때문에, 이하의 이점이 획득된다. 즉, 간극은 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성을 감소시키기 때문에, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 증가한다. 또한, 실린더 라이너 (2) 의 생산시에 사용되는 원심 주조용 도형제, 또는 그러한 도형제를 위한 재료가 사용될 수 있다. 따라서, 생산 단계의 수 및 비용은 감소된다.
[4] 저열전도막의 제 4 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 도장에 의해 형성된 금속 도료층이 저열전도막 (4) 으로서 적용될 수 있다.
저열전도막 (4) 이 금속 도료층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 는 이하의 방식으로 서로 결합된다.
실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 의 결합 상태에 관하여, 저열전도막 (4) 은 실린더 블록 (11) 과의 점착력이 낮은 금속 도료로 형성되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 은 간극이 있는 상태로 서로 결합된다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 는 이러한 상태에서 서로 결합되기 때문에, 이하의 이점이 달성된다. 즉, 간극은 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성을 감소시키기 때문에, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 증가한다.
[5] 저열전도막의 제 5 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 도장에 의해 형성된 저점착력의 작용제 층이 저열전도막 (4) 으로서 적용될 수 있다. 저점착력의 작용제로서, 이하의 작용제가 사용될 수 있다.
흑연, 물유리, 및 물을 혼합함으로써 획득되는 저점착력의 작용제.
붕소질화물 및 물유리를 혼합함으로써 획득되는 저점착력의 작용제.
저열전도막 (4) 이 저점착력의 작용제 층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 는 이하의 방식으로 서로 결합된다.
실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 의 결합 상태에 관하여, 저열전도막 (4) 은 실린더 블록 (11) 과의 점착력이 낮은 저점착력의 작용제로 형성되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 은 간극이 있는 상태로 서로 결합된다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 는 이러한 상태에서 서로 결합되기 때문에, 이하의 이점이 획득된다. 즉, 간극은 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성을 감소시키기 때문에, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 증가한다.
[6] 저열전도막의 제 6 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 수지 코팅에 의해 형성된 고온 수지층이 저열전도막 (4) 으로서 적용될 수 있다.
저열전도막 (4) 이 고온 수지층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 는 이하의 방식으로 서로 결합된다.
실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 의 결합 상태에 관하여, 저열전도막 (4) 은 실린더 블록 (11) 과의 점착력이 낮은 고온 수지로 형성되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 은 간극이 있는 상태로 서로 결합된다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 는 이러한 상태에서 서로 결합되기 때문에, 이하의 이점이 획득된다. 즉, 간극은 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성을 감소시키기 때문에, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 증가한다.
[7] 저열전도막의 제 7 구성
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 화학 변환 처리에 의해 형성된 층이 저열전도막 (4) 으로서 적용될 수 있다. 화학 변환 처리층으로서, 이하의 층이 형성될 수 있다.
흑연의 화학 변환 처리층.
사산화철의 화학 변환 처리층.
저열전도막 (4) 이 화학 변환 처리층으로 형성되는 경우, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 는 이하의 방식으로 서로 결합된다. 적층형 막 부분 (30) 은 도 5 에 도시되어 있는 바와 같이 구성된다.
실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 의 결합 상태에 관하여, 저열전도막 (4) 은 화학 변환 처리층으로 형성되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 은 간극이 있는 상태로 서로 결합된다.
엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 는 이러한 상태에서 서로 결합되기 때문에, 이하의 이점이 획득된다. 즉, 간극은 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성을 감소시키기 때문에, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 증가한다. 저열전도막 (4) 은 하술할 돌출부 (6) 각각의 수축부 (63) 에서 충분한 두께를 갖도록 형성된다. 그러므로, 간극은 수축부 (63) 주위에 쉽게 형성된다. 따라서, 열전도성의 저하가 효과적으로 방지된다.
<적측형 막 부분의 구조>
고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 의 구성은 형성 방법 (주로, 도금 및 화학 변환 처리) 에 따라 자유로운 선택이 어려울 수 있다. 그러므로, 필요에 따라 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 을 조합하여 실린더 라이너 (2) 를 생산할 때, 각각의 방법에 적합한 적층형 막 부분 (30) 의 구성이 적용될 필요가 있다. 즉, 형성 방법에 따른 막의 형성 순서의 적절한 선택은 막이 비실용적으로 조합되는 단점을 없앤다.
적층형 막 부분 (30) 의 구성은 제 1 적층 구성 및 제 2 적층 구성으로 분류된다.
제 1 적층 구성은, 고열전도막 (3) 이 라이너 외주면 (22) 상에 위치되고, 저열전도막 (4) 이 고열전도막 (3) 상에 위치되는 구성을 말한다. 즉, 제 1 적층 구성은 도 4 에 도시되어 있는 적층형 막 부분 (30) 에 대응한다.
제 2 적층 구성은, 저열전도막 (4) 이 라이너 외주면 (22) 상에 위치되고, 고열전도막 (3) 이 저열전도막 (4) 상에 위치되는 구성을 말한다. 즉, 제 2 적층 구성은 도 5 에 도시되어 있는 적층형 막 구성 (30) 에 대응한다.
이하, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 을 형성하기 위한 방법에 적합한 적층형 막 부분 (30) 의 구성 (막의 형성 순서) 을 설명할 것이다.
(A) 용사 또는 숏 코팅이 고열전도막 (3) 을 형성하기 위한 방법으로서 적용되는 경우, 제 1 적층 구성 및 제 2 적층 구성 모두가 적층형 막 부분 (30) 의 구성으로서 선택될 수 있다. 즉, 막의 형성 순서는 임의적으로 선택될 수 있다.
(B) 도금이 고열전도막 (3) 을 형성하기 위한 방법으로서 적용되는 경우, 제 2 적층 구성만이 적층형 막 부분 (30) 의 구성으로서 선택될 수 있다. 즉, 하술한 바와 같이 막의 형성 순서를 설정함으로써, 적층형 막 부분 (30) 은 적절한 구성을 갖도록 형성된다.
[1] 용사, 도장, 또는 수지 코팅으로 저열전도막 (4) 을 형성.
[2] 저열전도막 (4) 의 형성 이후에 도금으로 고열전도막 (3) 을 형성.
(C) 용사가 저열전도막 (4) 을 형성하기 위한 방법으로서 적용되는 경우, 제 1 적층 구성 및 제 2 적층 구성 모두는 적층형 막 부분 (30) 의 구성으로서 선택될 수 있다. 즉, 막의 형성 순서는 임의적으로 선택될 수 있다.
(D) 도장 또는 수지 코팅이 저열전도막 (4) 을 형성하기 위한 방법으로서 적용되는 경우, 아주 만족스럽지는 않지만 제 1 적층 구성 및 제 2 적층 구성 모두는 적층형 막 부분 (30) 의 구성으로서 선택될 수 있다. 그러나, 재료에 따라 막의 형성력은 상당히 저하된다. 따라서, 적층형 막 부분 (30) 에 대해 제 1 적층 구성을 선택하는 것이 바람직하다. 즉, 막의 형성 순서를 이하와 같이 설정함으로써, 적층형 막 부분 (30) 의 형성력은 향상된다.
[1] 용사 또는 숏 코팅으로 고열전도막 (3) 을 형성.
[2] 고열전도막 (3) 의 형성 이후에 도장 또는 수지 코팅으로 저열전도막 (4) 을 형성.
(E) 화학 변환 처리가 저열전도막 (4) 을 형성하기 위한 방법으로서 적용되는 경우, 제 1 적층 구성만이 적층형 막 부분 (30) 의 구성으로서 선택될 수 있다. 즉, 막의 형성 순서를 이하와 같이 설정함으로써, 적층형 막 부분 (30) 은 적절한 구성을 갖도록 형성된다.
[1] 용사 또는 숏 코팅으로 고열전도막 (3) 을 형성.
[2] 고열전도막 (3) 의 형성 이후에 화학 변환 처리로 저열전도막 (4) 을 형성.
< 실시예의 이점>
본 실시예에 따른 실린더 라이너 및 실린더 라이너 제조 방법은 이하의 이점을 제공한다.
(1) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 저열전도막 (4) 은 라이너 하부 (26) 의 라이너 외주면 (22) 상에 형성되며, 고열전도막 (3) 은 라이너 상부 (25) 의 라이너 외주면 (22) 상에 형성된다. 따라서, 엔진 (1) 에서의 최대 실린더 벽 온도 (TWH) 와 최소 실린더 벽 온도 (TWL) 사이의 차는 감소된다. 따라서, 실린더 (13) 의 축선 방향에 따른 각각의 실린더 보어 (15) 의 변형의 변화는 감소된다. 따라서, 각각의 실린더 보어 (15) 의 변형의 변형량은 균등해진다. 이는 마찰을 감소시켜 연료 소비율을 향상시킨다.
(2) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 적층형 막 부분 (30) 은 라이너 중간부 (27) 의 라이너 외주면 (22) 상에 형성된다. 이는 실린더 (13) 의 축선 방향으로 실린더 벽 온도 (TW) 가 급격하게 변하는 것을 방지한다. 따라서, 실린더 보어 (15) 의 변형은 안정화되고, 따라서 연료 소비율은 향상된다.
(3) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 고열전도막 (3) 의 경사진 막 부분 (32) 의 두께는 라이너 상단부 (23) 로부터 라이너 하단부 (24) 쪽으로 점진적으로 감소된다. 따라서, 고열전도막 (3) 의 열전도성은 라이너 상부 (25) 로부터 라이너 하부 (26) 쪽으로 감소된다. 이는 실린더 벽 온도 (TW) 의 급격한 변화를 신뢰적으로 억제한다.
(4) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 저열전도막 (4) 의 경사진 막 부분 (42) 의 두께는 라이너 하단부 (24) 로부터 라이너 상단부 (23) 쪽으로 점진적으로 감소된다. 따라서, 저열전도막 (4) 의 열전도성은 라이너 하부 (26) 로부터 라이너 상부 (25) 쪽으로 감소된다. 이는 실린더 벽 온도 (TW) 의 급격한 변화를 신뢰적으로 억제한다.
(5) 기준 엔진에 있어서, 라이너 상부 (25) 의 실린더 벽 온도 (TW) 가 과도하게 증가될 경우, 엔진 오일의 소비가 촉진되기 때문에, 피스톤 링의 장력은 비교적 클 필요가 있다. 즉, 피스톤 링의 장력의 증가에 의해 연료 소비율은 필연적으로 저하된다.
본 실시예에 따른 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이에 충분한 점착력이 달성되는데, 다시 말해 각각의 라이너 상부 (25) 주위에 간극이 거의 만들어지지 않는다. 이는 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이에 열전도성을 보장한다. 따라서, 라이너 상부 (25) 의 실린더 벽 온도 (TW) 가 낮아져, 엔진 오일의 소비가 감소된다. 엔진 오일의 소비는 이러한 방식으로 억제되기 때문에, 기준 엔진의 피스톤 링에 비해 장력이 더 작은 피스톤 링이 사용될 수 있다. 이는 연료 소비율을 향상시킨다.
(6) 기준 엔진 (1) 에 있어서, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 비교적 낮다. 따라서, 라이너 하부 (26) 의 라이너 내주면 (21) 에서의 엔진 오일의 점도는 과도하게 크다. 즉, 실린더 (13) 의 라이너 하부 (26) 에서의 피스톤의 마찰은 크기 때문에, 마찰의 증가로 인한 연료 소비율의 저하는 필연적이다. 실린더 벽 온도 (TW) 로 인한 이러한 연료 소비율의 저하는, 알루미늄 합금으로 만들어진 엔진 등과 같이, 실린더 블록의 열전도성이 비교적 큰 엔진에서 특히 현저하다.
본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성은 낮기 때문에, 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 는 증가한다. 이는 라이너 하부 (26) 의 라이너 내주면 (21) 상에서의 엔진 오일의 점도를 감소시켜, 마찰을 감소시킨다. 따라서, 연료 소비율은 향상된다.
< 실시예의 변경>
상술한 제 1 실시예는 이하와 같이 변경될 수 있다.
제 1 실시예에 있어서, 적층형 막 부분 (30) 은 라이너 중간부 (27) 에 형성 된다. 그러나, 적층형 막 부분의 위치는 요구된 실린더 벽 온도 (TW) 와의 관계에 따라 필요할 경우 변화될 수 있다. 예컨대, 적층형 막 부분 (30) 의 위치는 이하의 구성 [A] 내지 [D] 으로부터 선택될 수 있다.
[A] 라이너 상부 (25) 상에 적층형 막 부분 (30) 을 형성.
[B] 라이너 상부 (25) 와 라이너 중간부 (27) 에 걸쳐 넓게 적층형 막 부분 (30) 을 형성.
[C] 라이너 중간부 (27) 와 라이너 하부 (26) 에 걸쳐 넓게 적층형 막 부분 (30) 을 형성.
[D] 라이너 상부 (25) 와 라이너 하부 (26) 에 걸쳐 넓게 적층형 막 부분 (30) 을 형성.
[E] 라이너 하부 (26) 상에 적층형 막 부분 (30) 을 형성.
고열전도막 (3) 을 형성하기 위한 방법은 제 1 실시예에 도시된 방법 (용사, 숏 코팅, 및 도금) 으로 제한되지 않는다. 어떤 다른 방법도 필요에 따라 적용될 수 있다.
저열전도막 (4) 을 형성하기 위한 방법은 제 1 실시예에 도시된 방법 (용사, 코팅, 수지 코팅, 및 화학 변환 처리) 으로 제한되지 않는다. 어떤 다른 방법도 필요에 따라 적용될 수 있다.
제 1 실시예에 있어서, 고열전도막 (3) 이 막 두께 (TP) 는 라이너 상단부 (23) 로부터 라이너 중간부 (27) 까지 점진적으로 증가될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 열전도성은 라이너 상 단부 (23) 로부터 라이너 중간부 (27) 까지 감소한다. 따라서, 축선 방향에 따른 라이너 상부 (25) 의 실린더 벽 온도 (TW) 의 차는 감소된다.
제 1 실시예에 있어서, 저열전도막 (4) 의 막 두께 (TP) 는 라이너 하단부 (24) 로부터 라이너 중간부 (27) 까지 점진적으로 감소될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성은 라이너 하단부 (24) 로부터 라이너 중간부 (27) 까지 증가한다. 따라서, 축선 방향에 따른 라이너 하부 (26) 의 실린더 벽 온도 (TW) 의 차는 감소된다.
제 1 실시예에 따른 고열전도막 (3) 의 형성의 구성은 이하와 같이 변경될 수 있다. 즉, 고열전도막 (3) 은, 이하의 상태 (A) 및 (B) 중 하나 이상의 충족되는 한, 어떠한 재료로도 형성될 수 있다.
(A) 고열전도막 (3) 의 열전도성은 실린더 라이너 (2) 의 열전도성보다 크다.
(B) 고열전도막 (3) 의 열전도성은 실린더 블록 (11) 의 열전도성보다 크다.
상기 실시예에 따른 저열전도막 (4) 의 형성의 구성은 이하와 같이 변경될 수 있다. 즉, 저열전도막 (4) 은, 이하의 상태 (A) 및 (B) 중 하나 이상이 충족되는 한, 어떠한 재료로도 형성될 수 있다.
(A) 저열전도막 (4) 의 열전도성은 실린더 라이너 (2) 의 열전도성보다 작다.
(B) 저열전도막 (4) 의 열전도성은 실린더 블록 (11) 의 열전도성보다 작다.
제 1 실시예에 있어서, 저열전도막 (4) 은 실린더 라이너 (2) 의 전체 외주 를 따라 형성된다. 그러나, 저열전도막 (4) 의 위치는 이하와 같이 변화될 수 있다. 즉, 실린더 (13) 가 배치되는 방향에 대해, 인접한 실린더 보어 (15) 를 향하는 라이너 외주면 (22) 의 구간에는 막 (4) 이 생략될 수 있다. 즉, 저열전도막 (4) 은, 실린더 (13) 의 배치 방향에 대해 인접한 실린더 라이너 (2) 의 라이너 외주면 (22) 을 향하는 라이너 외주면 (22) 의 구간을 제외한 구간에 형성될 수 있다. 이러한 구성은 이하의 이점 (ⅰ) 및 (ⅱ) 을 제공한다.
(i) 각각의 인접한 실린더 (13) 쌍으로부터의 열은 대응하는 실린더 보어 (15) 사이의 구간에 가두어질 수 있다. 따라서, 이 구간의 실린더 벽 온도 (TW) 는 실린더 보어 (15) 사이의 구간 이외의 구간에서보다 높을 수 있다. 그러므로, 저열전도막 (4) 형성의 상술한 변경에 의해, 실린더 (13) 의 원주 방향에 대해 인접한 실린더 보어 (15) 를 향하는 구간의 실린더 벽 온도 (TW) 가 과도하게 증가하는 것이 방지된다.
(ⅱ) 각각의 실린더 (13) 에 있어서, 실린더 벽 온도 (TW) 는 원주 방향을 따라 변하기 때문에, 실린더 보어 (15) 의 변형량은 원주 방향을 따라 변한다. 이러한 실린더 보어 (15) 의 변형량의 변화는 피스톤의 마찰을 증가시키고, 이는 연료 소비율을 저하시킨다.
상기 막 (3, 4) 형성의 구성이 적용될 때, 실린더 (13) 의 원주 방향에 대해 인접한 실린더 보어 (15) 를 향하는 구간 이외의 구간에서는 열전도성이 낮아진다. 한편, 인접한 실린더 보어 (15) 를 향하는 구간의 열전도성은 종래 엔진의 열전도성과 같다. 이는 인접한 실린더 보어 (15) 를 향하는 구간 이외의 구간에서 의 실린더 벽 온도 (TW) 와 실린더 보어 (15) 를 향하는 구간에서의 실린더 벽 온도 (TW) 사이의 차를 감소시킨다. 따라서, 원주 방향에 따른 각각의 실린더 보어 (15) 의 변형의 변화는 감소된다 (변형량이 균등해짐). 이는 피스톤의 마찰을 감소시켜 연료 소비율을 향상시킨다.
(제 2 실시예 )
이제, 본 발명의 제 2 실시예를 도 7a 내지 도 8c 를 참조하여 설명할 것이다.
제 2 실시예는 이하의 방식으로 제 1 실시예에 따른 실린더 라이너의 막의 형성을 변화시킴으로써 구성된다. 제 2 실시예에 따른 실린더 라이너는 하술한 구성을 제외하고는 제 1 실시예의 실린더 라이너와 동일하다.
<막의 형성>
도 7a 및 도 7b 를 참조하여, 막의 형성을 설명할 것이다. 도 7a 는 축선 방향에 따른 실린더 라이너 (2) 의 단면도이다. 도 7b 는 축선 위치와 막 두께 사이의 관계를 도시한다.
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 막 (51) 이 라이너 상단부 (23) 로부터 라이너 하단부 (24) 까지 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있다.
막 (51) 은 Al-Si 합금의 용사층으로 형성된다. 막 (51) 은 라이너 상부 (25) 에 위치한 고열전도부 (51A), 라이너 하부 (26) 에 위치한 저열전도부 (51B), 및 라이너 중간부 (27) 에 위치한 경사진 막 부분 (51C) 을 포함한다. 고열전도부 (51A), 저열전도부 (51B), 및 경사진 막 부분 (51C) 이 연속적인 막으로 형성 되어 있다.
막 (51) 의 각 부분의 두께는 이하와 같이 설정된다.
고열전도부 (51A) 의 두께는 실질적으로 일정하다.
저열전도부 (51B) 의 두께는 실질적으로 일정하다.
저열전도부 (51B) 의 두께는 고열전도부 (51A) 의 두께보다 작다.
경사진 막 부분 (51C) 의 두께는 라이너 상단부 (23) 로부터 라이너 하단부 (24) 쪽으로 점진적으로 감소된다.
<막을 생산 방법>
막 (51) 을 형성하는 방법을 도 8a 내지 도 8c 를 참조하여 설명할 것이다.
이 실시예에 있어서, 용사에 의해 막 (51) 을 형성할 때, 용사 장치 (52) 와 라이너 외주면 (22) 사이의 거리 (용사 거리 (L)) 는 조정된다. 즉, 저율 용사 거리 (LB) 에서의 용사에 의해 라이너 하부 (26) 의 라이너 외주면 (22) 상에 막이 형성되며, 기준 용사 거리 (LA) 에서의 용사에 의해 라이너 상부 (25) 의 라이너 외주면 (22) 상에 막이 형성된다.
기준 용사 거리 (LA) 및 저율 용사 거리 (LB) 는 이하의 방식으로 설정된다.
(A) 기준 용사 거리 (LA) 는 용사 재료 (53) 의 퇴적 효율이 가장 높을 때의 용사 거리 (L) 로 설정된다.
(B) 저율 용사 거리 (LB) 는, 용사 재료 (53) 의 퇴적 효율이 용사 거리 (L) 가 기준 용사 거리 (LA) 로 설정되는 경우에서의 퇴적 효율보다 낮을 때의 용사 거리 (L) 로 설정된다. 즉, 저율 용사 거리 (LB) 는 기준 용사 거리 (LA) 보다 크다.
용사를 실행할 때, 재료 (53) 의 일부는 외주면 (22) 상에 쌓이지 않고, 표면 (22) 주위에서 산화된다. 용사 재료 (53) 의 퇴적 효율이 낮으면, 산화되는 재료 (53) 부분이 증가한다. 산화된 용사 재료 (53) 부분 중 일부는, 라이너 외주면 (22) 상에 형성되는 용사층과 뒤섞인다. 따라서, 최종 용사층은 대량의 산화물을 함유한다.
그러므로, 용사 거리 (L) 가 저율 용사 거리 (LB) 로 설정되는 경우, 대량의 산화물을 함유하는 용사층이 라이너 외주면 (22) 상에 형성된다. 즉, 저열전도성을 갖는 용사층이 형성된다. 한편, 용사 거리 (L) 가 기준 용사 거리 (LA) 로 설정되는 경우, 용사 거리 (L) 가 저율 용사 거리 (LB) 로 설정되는 경우에서의 열전도성보다 더 큰 열전도성을 갖는 용사층이 라이너 외주면 (22) 상에 형성된다.
본 실시예에 있어서, 라이너 하부 (26) 상에 용사층을 형성할 때, 용사 거리 (L) 는 저율 용사 거리 (LB) 로 설정되며, 라이너 상부 (25) 상에 용사층을 형성할 때는, 용사 거리 (L) 는 기준 용사 거리 (LA) 로 설정된다. 그러므로, 라이너 상부 (25) 의 고열전도부 (51A) 와 라이너 하부 (26) 의 저열전도부 (51B) 사이에서 열전도성의 차가 발생하고, 고열전도부 (51A) 의 열전도성은 저열전도부 (51B) 의 열전도성보다 크다. 이는 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 열전도성을 증가시킨다. 한편, 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 열전도성은 감소되기 때문에, 엔진 (1) 에서 최대 실린더 벽 온도 (TWH) 와 최소 실린더 벽 온도 (TWL) 사이의 차가 감소된다.
이하, 막 (51) 을 형성하는 구체적인 방법을 설명할 것이다.
구체적으로는, 막 (51) 은 이하의 과정을 통해 형성될 수 있다.
[1] 기준 용사 거리 (LA) 로 설정된 용사 거리 (L) 에서, 용사 장치 (52) 가 라이너 상단부 (23) 로부터 라이너 상부 (25) 와 라이너 중간부 (27) 사이의 경계까지 이동하여, 라이너 상부 (25) 의 라이너 외주면 (22) 상에 막 (51) 의 고열전도부 (51A) 를 형성시킨다 (도 8a 참조).
[2] 용사 장치 (52) 가 라이너 상부 (25) 와 라이너 중간부 (27) 사이의 경계까지 이동한 이후에, 용사 장치 (52) 는, 기준 용사 거리 (LA) 로부터 저율 용사 거리 (LB) 까지 용사 거리 (L) 를 변화시키면서 라이너 중간부 (27) 와 라이너 하부 (26) 사이의 경계까지 이동한다. 이는 라이너 중간부 (27) 의 라이너 외주면 (22) 상에 막 (51) 의 경사진 막 부분 (51C) 을 형성한다 (도 8b 참조).
[3] 용사 장치 (52) 가 라이너 중간부 (27) 와 라이너 하부 (26) 사이의 경계까지 이동한 이후에, 용사 장치 (52) 는 저율 용사 거리 (LB) 로 설정된 용사 거리 (L) 에서 라이너 하단부 (24) 까지 이동한다. 이는 라이너 하부 (26) 의 라이너 외주면 (22) 상에 막 (51) 의 저열전도부 (51B) 를 형성시킨다 (도 8c 참조).
< 실시예의 이점>
상술한 바와 같이, 제 1 실시예의 이점 (5) 및 (6) 이외에, 제 2 실시예에 따른 실린더 라이너 및 실린더 라이너 제조 방법은 이하의 이점을 제공한다.
(7) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 막 (51) 의 저열전도부 (51B) 는 라이너 하부 (26) 의 라이너 외주면 (22) 상에 형성되며, 막 (51) 의 고 열전도부 (51A) 는 라이너 상부 (25) 의 라이너 외주면 (22) 상에 형성된다. 따라서, 엔진 (1) 에서의 최대 실린더 벽 온도 (TWH) 와 최소 실린더 벽 온도 (TWL) 의 차가 감소된다. 따라서, 실린더 (13) 의 축선 방향에 따른 각각의 실린더 보어 (15) 의 변형의 변화는 감소된다. 따라서, 각각의 실린더 보어 (15) 의 변형의 변형량은 균등해진다. 이는 마찰을 감소시켜 연료 소비율을 향상시킨다.
(8) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 막 (51) 의 경사진 막 부분 (51C) 은 라이너 중간부 (27) 의 라이너 외주면 (22) 상에 형성된다. 이는 실린더 (13) 의 축선 방향으로 실린더 벽 온도 (TW) 가 균격하게 변하는 것을 방지한다. 따라서, 실린더 보어 (15) 의 변형은 안정화되고, 이에 따라 연료 소비율은 향상된다.
(9) 본 실시예에 따른 실린더 라이너 (2) 를 제조하는 방법에 있어서, 용사 거리 (L) 는, 막 (51) 의 고열전도부 (51A) 및 저열전도부 (51B) 를 형성하기 위해 기준 용사 거리 (LA) 와 저율 용사 거리 사이에서 변한다. 막 (51) 을 형성하는데 하나의 용사 재료 (53) 를 사용하여 실린더 벽 온도 차 (ΔTW) 를 감소시키기 때문에, 용사 재료 (53) 에 필요한 노력 및 비용이 감소된다.
< 실시예의 변경>
상술한 제 2 실시예는 이하와 같이 변경될 수 있다.
막 (51) 을 위한 재료로서, 이하의 조건 (A) 및 (B) 중 하나 이상을 충족하는 재료가 사용될 수 있다.
(A) 용융점이 기준 용탕 온도 (TC) 이하인 재료, 또는 그러한 재료를 포함하는 재료.
(B) 실린더 블록 (11) 의 주조 재료에 야금적으로 결합될 수 있는 재료, 또는 그러한 재료를 포함하는 재료.
제 2 실시예에 따른 막 (51) 을 형성하는 방법은 이하와 같이 변경될 수 있다.
[1] 저율 용사 거리 (LB) 로 설정된 용사 거리 (L) 에서, 용사 장치 (52) 는 라이너 하단부 (24) 로부터 라이너 하부 (26) 와 라이너 중간부 (27) 사이의 경계까지 이동하고, 이에 따라 라이너 하부 (26) 의 라이너 외주면 (22) 상에 막 (51) 의 저열전도부 (51B) 를 형성시킨다.
[2] 용사 장치 (52) 가 라이너 하부 (26) 와 라이너 중간부 (27) 사이의 경계까지 이동한 이후에, 용사 장치 (52) 는, 저율 용사 거리 (LB) 로부터 기준 용사 거리 (LA) 까지 용사 거리 (L) 를 변화시키면서, 라이너 중간부 (27) 와 라이너 상부 (25) 사이의 경계까지 이동한다. 이는 라이너 중간부 (27) 의 라이너 외주면 (22) 상에 막 (51) 의 경사진 막 부분 (51C) 을 형성시킨다.
[3] 용사 장치 (52) 가 라이너 중간부 (27) 와 라이너 상부 (25) 사이의 경계까지 이동한 이후에, 용사 장치 (52) 는 기준 용사 거리 (LA) 로 설정된 용사 거리 (L) 에서 라이너 상단부 (23) 까지 이동한다. 이는 라이너 상부 (25) 의 라이너 외주면 (22) 상에 막 (51) 의 고열전도부 (51A) 을 형성시킨다.
제 2 실시예에 있어서, 기준 용사 거리 (LA) 는 용사 재료 (53) 의 퇴적 효 율이 최대일 때의 용사 거리 (L) 로 결정된다. 그러나, 기준 용사 거리 (LA) 는 상이한 값을 가질 수 있다. 요컨대, 형성된 고열전도부 (51A) 가 열전도성을 증가시키는 한, 용사 거리 (L) 의 어떠한 값도 기준 용사 거리 (LA) 로서 적용될 수 있다.
(제 3 실시예 )
이제, 본 발명의 제 3 실시예를 도 9 내지 도 20 을 참조하여 설명할 것이다.
제 3 실시예는 이하의 방식으로 제 1 실시예에 따른 실린더 라이너의 구조를 변화시킴으로써 구성된다. 제 3 실시예에 따른 실린더 라이너는 하술한 구성을 제외하고는 제 1 실시예의 실린더 라이너와 동일한다.
<실린더 라이너의 구조>
도 9 는 실린더 라이너를 도시하는 사시도이다.
각각 수축된 형상을 갖는 돌출부 (6) 가 실린더 라이너 (2) 의 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있다.
돌출부 (6) 는 실린더 라이너 (2) 의 상단부 (라이너 상단부 (23)) 로부터 실린더 라이너 (2) 의 하단부 (라이너 하단부 (24)) 까지 전체 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있다.
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 이, 돌출부 (6) 의 표면을 포함하는 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있다.
<돌출부의 구조>
도 10 은 돌출부 (6) 를 도시하는 모델도이다. 이하, 실린더 라이너 (2) 의 반경 방향 (화살표 (A) 방향) 이 돌출부 (6) 의 축선 방향을 말한다. 또한, 실린더 라이너 (2) 의 축선 방향 (화살표 (B) 방향) 은 돌출부 (6) 의 반경 방향을 말한다. 도 10 은 돌출부 (6) 의 반경 방향에서 바라본 돌출부 (6) 의 형상을 도시한다.
돌출부 (6) 는 실린더 라이너 (2) 와 일체로 형성되어 있다. 돌출부 (6) 는 선단부 (61) 에서 라이너 외주면 (22) 에 연결되어 있다.
돌출부 (6) 의 말단부 (62) 에, 돌출부 (6) 의 말단면에 대응하는 최상면 (62A) 이 형성되어 있다. 최상면 (62A) 은 실질적으로 평평하다.
돌출부 (6) 의 축선 방향으로, 수축부 (63) 가 선단부 (61) 와 말단부 (62) 사이에 형성되어 있다.
수축부 (63) 는, 반경 방향에 따른 단면적 (반경 방향 단면적 (SR)) 이 선단부 (61) 및 말단부 (62) 에서의 반경 방향 단면적 (SR) 보다 작도록 형성된다. "반경 방향 단면적" 은 돌출부 (6) 의 축선 방향에 직교하는 단면의 면적을 말한다.
돌출부 (6) 는, 반경 방향 단면적 (SR) 이 수축부 (63) 로부터 선단부 (61) 및 말단부 (62) 까지 점진적으로 증가하도록 형성된다.
도 11 은 실린더 라이너 (2) 의 수축 공간 (64) 이 표시된 돌출부 (6) 를 도시하는 모델도이다.
각각의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 각 돌출부 (6) 의 수축부 (63) 는 수 축 공간 (64) (음영 영역) 을 만들어낸다.
수축 공간 (64) 은, 돌출부 (6) 의 축선 방향에 따른 가장 큰 말단부 (62B) 를 포함하는 곡면 (도 11 에서, 선 D-D 가 원통형 표면인 곡면에 대응함), 및 수축부 (63) 의 표면 (수축면 (63A)) 에 의해 둘러싸이는 공간이다. 가장 큰 말단부 (62B) 는, 돌출부 (6) 의 반경방향 길이가 말단부 (62) 에서 가장 긴 부분을 나타낸다.
실린더 라이너 (2) 를 구비하는 엔진 (1) 에 있어서, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 는, 실린더 블록 (11) 의 일부가 수축 공간 (64) 에 위치한 상태로 (실린더 블록 (11) 이 돌출부 (6) 와 맞물린 상태로) 서로 결합된다. 그러므로, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 의 충분한 결합 강도 (라이너 결합 강도) 가 보장된다. 또한, 증가된 라이너 결합 강도는 실린더 보어 (15) 의 변형을 억제하기 때문에, 마찰은 감소된다. 따라서, 연료 소비율은 향상된다.
<막의 형성>
본 실시예에 있어서, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 은 기본적으로 제 1 실시예의 구성과 유사한 구성에 따라 형성된다. 또한, 돌출부 (6) 가 라이너 외주면 (22) 상에 형성되어 있기 때문에, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 의 두께는 이하의 방식으로 결정된다. 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 의 두께는 현미경을 사용하여 측정할 수 있다.
[1] 고열전도막의 두께
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 고열전도막 (3) 은 두께 (TP) 가 0.5 ㎜ 이하 가 되도록 형성된다. 막 두께 (TP) 가 0.5 ㎜ 보다 크면, 돌출부 (6) 의 앵커 효과 (anchor effect) 감소될 것이고, 이는 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 결합 강도를 현저히 감소시킨다.
본 실시예에 있어서, 고열전도막 (3) 은 라이너 상부 (25) 의 복수의 위치에서의 막 두께 (TP) 의 평균 값이 0.5 ㎜ 이하가 되도록 형성된다. 그러나, 고열전도막 (3) 은 막 두께 (TP) 가 전체 라이너 상부 (25) 에서 0.5 ㎜ 이하가 되도록 형성될 수 있다.
[2] 저열전도막의 두께
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 저열전도막 (4) 은 두께 (TP) 가 0.5 ㎜ 이하가 되도록 형성될 수 있다. 막 두께 (TP) 가 0.5 ㎜ 보다 크면, 돌출부 (6) 의 앵커 효과는 감소될 것이고, 이는 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 결합 강도를 현저히 감소시킨다.
본 실시예에 있어서, 저열전도막 (4) 은 라이너 하부 (26) 의 복수의 위치에서의 막 두께 (TP) 의 평균 값이 0.5 ㎜ 이하가 되도록 형성된다. 그러나, 저열전도막 (4) 은 막 두께 (TP) 가 전체 라이너 라이너 하부 (26) 에서 0.5 ㎜ 이하가 되도록 형성될 수 있다.
<돌출부 주위의 상태>
도 12 는 도 9 의 원 (ZA) 의 단면 구조를 도시한다.
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 고열전도막 (3) 은 라이너 외주면 (22) 및 돌출부 (6) 의 표면상에 형성된다. 또한, 고열전도막 (3) 은 수축 공간 (64) 이 채워지지 않도록 형성된다. 즉, 고열전도막 (3) 은, 실린더 라이너 (2) 의 인서트 주조를 실행할 때, 주조 재료가 수축 공간 (64) 을 채우도록 형성된다. 수축 공간 (64) 이 고열전도막 (3) 으로 채워져 있으면, 주조 재료는 수축 공간 (64) 을 채우지 않을 것이다. 따라서, 라이너 상부 (25) 에서 돌출부 (6) 의 앵커 효과는 달성되지 않을 것이다.
도 13 은 도 9 의 원 (ZB) 의 단면 구조를 도시한다.
실린더 라이너 (2) 에 있어서, 저열전도막 (4) 은 라이너 외주면 (22) 및 돌출부 (6) 의 표면상에 형성된다. 또한, 저열전도막 (4) 은 수축 공간 (64) 이 채워지지 않도록 형성된다. 즉, 저열전도막 (4) 은, 실린더 라이너 (2) 의 인서트 주조를 실행할 때, 주조 재료가 수축 공간 (64) 을 채우도록 형성된다. 수축 공간 (64) 이 저열전도막 (4) 으로 채워지면, 주조 재료는 수축 공간 (64) 을 채우지 않을 것이다. 따라서, 라이너 하부 (26) 에서 돌출부 (6) 의 앵커 효과는 달성되지 않을 것이다.
<돌출부의 형성>
표 1 을 참조하여, 실린더 라이너 (2) 상에 돌출부 (6) 를 형성하는 것을 설명할 것이다.
돌출부 (6) 의 형성 상태를 나타내는 변수 (형성 상태 변수) 로서, 제 1 면적비 (SA), 제 2 면적비 (SB), 표준 단면적 (SD), 표준 둘출부 수 (NP), 및 표준 돌출부 길이 (HP) 가 규정된다.
이제, 상기 형성 상태 변수에 대한 기본값인 측정 높이 (H), 제 1 기준면 (PA), 및 제 2 기준면 (PB) 을 설명할 것이다.
(A) 측정 높이 (H) 는 돌출부 (6) 의 축선 방향에 따른 돌출부 (6) 의 선단부로부터의 거리 (돌출부 (6) 의 높이) 를 나타낸다. 라이너 외주면 (22), 즉 돌출부 (6) 의 선단부에서, 측정 높이 (H) 는 0 ㎜ 이다. 돌출부 (6) 의 최상면 (62A) 에서, 측정 높이 (H) 는 최대 값을 갖는다.
(B) 제 1 기준면 (PA) 은 측정 높이 0.4 ㎜ 인 위치에서 돌출부 (6) 의 반경 방향을 따라 놓이는 면을 나타낸다 (도 18 참조).
(C) 제 2 기준면 (PB) 은 측정 높이 0.2 ㎜ 인 위치에서 돌출부 (6) 의 반경 방향을 따라 놓이는 면을 나타낸다 (도 18 참조).
이제, 형성 상태 변수를 설명할 것이다.
[A] 제 1 면적비 (SA) 는 제 1 기준면 (PA) 의 단위 면적 중 돌출부 (6) 의 반경 방향 단면적 (SR) 의 비를 나타낸다. 더 구체적으로는, 제 1 면적비 (SA) 는, 라이너 외주면 (22) 의 전체 등고선도 (86) 의 면적에 대한, 0.4 ㎜ 높이의 등고선 (HL4) 에 의해 각각 둘러싸이는 영역 (RA) 의 총 면적의 비를 나타낸다 (도 17 내지 도 19).
[B] 제 2 면적비 (SB) 는 제 2 기준면 (PB) 의 단위 면적 중 돌출부 (6) 의 반경 방향 단면적 (SR) 의 비를 나타낸다. 더 구체적으로는, 제 2 면적비 (SB) 는, 라이너 외주면 (22) 의 전체 등고선도 (86) 의 면적에 대한, 0.2 ㎜ 높이의 등고선 (HL2) 에 의해 각각 둘러싸이는 영역 (RB) 의 총 면적의 비를 나타낸다 (도 17 , 도 18 및 도 20 참조).
[C] 표준 단면적 (SD) 은 제 1 기준면 (PA) 중 하나의 돌출부 (6) 의 면적인 반경 방향 단면적 (SR) 을 나타낸다. 즉, 표준 단면적 (SD) 은 라이너 외주면 (22) 의 등고선도 (86) 에서 0.4 ㎜ 높이의 등고선 (HL4) 에 의해 둘러싸이는 각각의 영역 (RA) 의 면적을 나타낸다.
[D] 표준 돌출부 수 (NP) 는 라이너 외주면 (22) 의 단위 면적 (1 ㎠) 당 돌출부 (6) 의 수를 나타낸다.
[E] 표준 돌출부 길이 (HP) 는 복수의 위치에서의 돌출부 (6) 의 측정 높이 (H) 의 값의 평균값을 나타낸다.
Figure 112008001631766-PCT00001
본 실시예에 있어서, 형성 상태 변수 [A] 내지 [E] 는 표 1 의 선택 범위 내에서 설정되므로, 돌출부 (6) 의 라이너 결합 강도 및 돌출부 (6) 들 사이로 주조 재료가 충전될 요인은 증가된다. 주조 재료의 충전 요인은 증가되기 때문에, 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 사이에 간극이 잘 생기지 않는다. 실린더 블록 (11) 및 실린더 라이너 (2) 는 서로 가깝게 접촉하면서 결합된다.
본 실시예에 있어서, 상기 변수 [A] 내지 [E] 의 설정 이외에, 실린더 라이너 (2) 는 돌출부 (6) 가 제 1 기준면 (PA) 상에 각각 독립적으로 형성되도록 형성된다. 이는 점착력을 더 증가시킨다.
<실린더 라이너를 생산하는 방법>
도 14, 도 15a 내지 도 15c, 및 표 2 를 참조하여, 실린더 라이너 (2) 를 생산하는 방법을 설명할 것이다.
본 실시예에 있어서, 실린더 라이너 (2) 는 원심 주조로 생산된다. 상기 형성 상태 변수가 표 1 의 선택 범위 내에 있게 하기 위해서, 원심 주조의 변수 (이하의 변수 [A] 내지 [F]) 가 표 2 의 선택 범위 내에 설정되어 있다.
[A] 현탁액 (71) 중의 내화재 (71A) 의 조성비.
[B] 현탁액 (71) 중의 바인더 (71B) 의 조성비.
[C] 현탁액 (71) 중의 물 (71C) 의 조성비.
[D] 내화재 (71A) 의 평균 입도.
[E] 현탁액 (71) 에 첨가된 계면활성제 (72) 의 조성비.
[F] 도형제 (73) 의 층 (도형제층 (74)) 의 두께.
Figure 112008001631766-PCT00002
실린더 라이너 (2) 의 생산은 도 14 에 도시되어 있는 과정에 따라 실행된다.
[단계 A] 내화재 (71A), 바인더 (71B), 및 물 (71C) 이 현탁액 (71) 을 조제하도록 혼합된다. 이 단계에 있어서, 내화재 (71A), 바인더 (71B), 및 물 (71C) 의 조성비, 및 내화재 (71A) 의 평균 입도는 표 2 의 선택 범위 내에 있도록 설정된다.
[단계 B] 소정량의 계면활성제 (72) 가 도형제 (73) 를 획득하기 위해 현탁액 (71) 에 첨가된다. 이 단계에 있어서, 현탁액 (71) 에 대한 첨가된 계면활성제 (72) 의 비는 표 2 에 도시되어 있는 선택 범위 내에 있도록 설정된다.
[단계 C] 회전 몰드 (75) 의 내주면을 소정의 온도로 가열한 이후에, 용사를 통해 도형제 (73) 를 모드 (75) 의 내주면에 공급한다 (몰드 내주면 (75A)). 이때, 도형제 (73) 는, 실질적으로 균일한 두께의 도형제 (73) 의 층 (도형제층 (74)) 이 전체 몰드 내주면 (75A) 상에 형성되도록 공급된다. 이 단계에 있어서, 도형제층 (74) 의 두께는 표 2 에 도시되어 있는 선택 범위 내에 있도록 선택된다.
몰드 (75) 의 도형제층 (74) 에 있어서, [단계 C] 이후에 수축된 형상을 갖는 구멍이 형성된다.
도 15a 내지 도 15c 를 참조하여, 수축된 형상을 갖는 구멍의 형성을 설명할 것이다.
[1] 복수의 기포 (74A) 를 갖는 도형제층 (74) 이 몰드 (75) 의 몰드 내주면 (75A) 상에 형성된다 (도 15a 참조).
[2] 계면활성제 (72) 가 기포 (74A) 에 작용하여 도형제층 (74) 의 내주면에 홈 (74B) 을 형성시킨다 (도 15b 참조).
[3] 홈 (74B) 의 바닥은 몰드 내주면 (75A) 에 도달하여, 수축된 형상을 갖는 구멍 (74C) 이 도형제층 (74) 에 형성된다 (도 15c 참조).
[단계 D] 도형제층 (74) 이 건조된 이후에, 주철의 용탕 (76) 을 회전하는 몰드 (75) 에 붓는다. 용탕 (76) 은 도형제층 (74) 의 수축된 형상의 구멍 (74C) 으로 흐른다. 따라서, 수축된 형상을 갖는 돌출부 (6) 가 주조된 실린더 라이너 (2) 상에 형성된다.
[단계 E] 용탕 (76) 이 경화되고, 실린더 라이너 (2) 가 형성된 이후에, 실린더 라이너 (2) 는 도형제층 (74) 과 함께 몰드 (75) 에서 꺼내진다.
[단계 F] 블라스팅 장치 (77) 를 사용하여, 실린더 라이너 (2) 의 외주면으로부터 도형제층 (74) (도형제 (73)) 을 제거한다.
<형성 상태 변수를 측정하는 방법>
도 16a 및 도 16b 를 참조하여, 3차원 레이저를 이용하는 형성 상태 변수를 측정하는 방법을 설명할 것이다. 표준 돌출부 길이 (HP) 는 다른 방법에 의해 측정된다.
각각의 형성 상태 변수를 이하의 방식으로 측정한다.
[1] 돌출부의 변수를 측정하기 위한 실험편 (81) 이 실린더 라이너 (2) 로부터 만들어진다.
[2] 비접촉식 3차원 레이저 측정 장치 (82) 에서, 돌출부 (6) 의 축선 방향이 레이저광 (83) 의 방사 방향에 실질적으로 병렬이 되도록 실험편 (81) 을 실험대 (84) 상에 배치한다 (도 16a 참조).
[3] 레이저광 (83) 은 3차원 레이저 측정 장치 (82) 로부터 실험편 (81) 으로 방사된다 (도 16b 참조).
[4] 3차원 레이저 층정 장치 (82) 의 측정 결과를 영상 처리 장치 (85) 로 보낸다.
[5] 영상 처리 장치 (85) 에 의해 실행되는 영상 처리를 통해, 라이너 외주면 (22) 의 등고선도 (86) (도 17) 를 표시한다. 형성 상태 변수를 등고선도 (86) 에 기초하여 계산한다.
<라이너 외주면의 등고선>
도 17 및 도 18 을 참조하여, 라이너 외주면 (22) 의 등고선도 (86) 를 설명할 것이다. 도 17 은 등고선도 (86) 의 일 예이다. 도 18 은 측정 높이 (H) 와 등고선 (HL) 사이의 관계를 도시한다. 도 17 의 등고선도 (86) 는 도 18 에 도시되어 있는 돌출부와 상이한 돌출부 (6) 를 도시한다.
등고선도 (86) 에 있어서, 등고선 (HL) 은 모든 소정 값의 측정 높이 (H) 에 도시되어 있다.
예컨대, 등고선 (HL) 이 등고선도 (86) 에서 0 ㎜ 의 측정 높이로부터 1.0 ㎜ 의 측정 높이까지 0.2 ㎜ 의 간격으로 도시되어 있는 경우, 0 ㎜ 의 측정 높이의 등고선 (HL0), 0.2 ㎜ 의 측정 높이의 등고선 (HL2), 0.4 ㎜ 의 측정 높이의 등고선 (HL4), 0.6 ㎜ 의 측정 높이의 등고선 (HL6), 0.8 ㎜ 의 측정 높이의 등고선 (HL8), 및 1.0 ㎜ 의 측정 높이의 등고선 (HL10) 이 도시된다.
도 18 에 있어서, 등고선 (HL4) 은 제 1 기준면 (PA) 에 대응한다. 또한, 등고선 (HL2) 은 제 2 기준면 (PB) 에 대응한다. 등고선 (HL) 이 0.2 ㎜ 간격으로 도시되어 있는 도표를 도시하였지만, 등고선 (HL) 들 사이의 거리는 실제 등고선도 (86) 에서 필요에 따라 변화될 수 있다.
도 19 및 도 20 을 참조하여, 등고선도 (86) 의 제 1 영역 (RA) 및 제 2 영역 (RB) 을 설명할 것이다. 도 19 는 측정 높이 0.4 ㎜ 의 등고선 (HL4) 이외의 등고선은 점선으로 도시되어 있는 등고선도 (86) (제 1 등고선도 (86A)) 이다. 도 20 은 측정 높이 0.2 ㎜ 의 등고선 (HL2) 이외의 등고선은 점선으로 도시되어 있는 등고선도 (86) (제 2 등고선도 (86B)) 이다. 도 19 및 도 20 에 있어서, 실선은 도시된 등고선 (HL) 을 나타내고, 점선은 다른 등고선 (HL) 을 나타낸다.
본 실시예에 있어서, 등고선도 (86) 에서 등고선 (HL) 에 의해 각각 둘러싸인 영역은 제 1 영역 (RA) 으로서 규정된다. 즉, 제 1 등고선도 (86A) 의 음영 영역은 제 1 영역 (RA) 에 대응한다. 등고선도 (86) 에서 등고선 (HL2) 에 의해 각각 둘러싸인 영역은 제 2 영역 (RB) 으로서 규정된다. 즉, 제 2 등고선도 (86B) 의 음영 영역은 제 2 영역 (RB) 에 대응한다.
<형성 상태 변수를 계산하는 방법>
본 실시예에 따른 실린더 라이너 (2) 에 관하여, 형성 상태 변수는 등고선도 (86) 에 기초하여 이하의 방식으로 계산된다.
[A] 제 1 면적비 ( SA )
제 1 면적비 (SA) 는 전체 등고선도 (86) 의 면적에 대한 제 1 영역 (RA) 의 총 면적의 비로 계산된다. 즉, 제 1 면적비 (SA) 는 이하의 공식을 사용하여 계산된다.
SA = SRA/ST × 100 [%]
상기 공식에 있어서, 기호 (ST) 는 전체 등고선도 (86) 의 면적을 나타낸다. 기호 (SRA) 는 등고선도 (86) 의 제 1 영역 (RA) 의 면적을 합쳐서 획득한 총 면적을 나타낸다. 예컨대, 도 19 의 제 1 등고선도 (86A) 가 모델로서 사용될 경우, 직사각형 영역의 면적은 면적 (ST) 에 대응한다. 음영 영역의 면적은 면적 (SRA) 에 대응한다. 제 1 면적비 (SA) 를 계산할 때, 등고선도 (86) 는 라이너 외주면 (22) 만을 포함하는 것으로 가정한다.
[B] 제 2 면적비 ( SB )
제 2 면적비 (SB) 는 전체 등고선도 (86) 의 면적에 대한 제 2 영역 (RB) 의 총 면적의 비로서 계산된다. 즉, 제 2 변적비 (SB) 는 이하의 공식을 사용하여 계산된다.
SB = SRB/ST × 100 [%]
상기 공식에 있어서, 기호 (ST) 는 전체 등고선도 (86) 의 면적을 나타낸다. 기호 (SRB) 는 등고선도 (86) 의 제 2 영역 (RB) 의 면적을 합한 총 면적을 나타낸다. 예컨대, 도 20 의 제 2 등고선도 (86B) 가 모델로서 사용되는 경우, 직사각형 영역의 면적은 면적 (ST) 에 대응한다. 음영 영역의 면적은 면적 (SRB) 에 대응한다. 제 2 면적비 (SB) 를 계산할 경우, 등고선도 (86) 는 라이너 외주면 (22) 만을 포함하는 것으로 가정한다.
[C] 표준 단면적 ( SD )
표준 단면적 (SD) 은 등고선도 (86) 에서 각각의 제 1 영역 (RA) 의 면적으로서 계산될 수 있다. 예컨대, 도 19 의 제 1 등고선도 (86A) 가 모델로서 사용되는 경우, 음영 영역의 면적은 표준 단면적 (SD) 에 대응한다.
[D] 표준 돌출부 수 ( NP )
표준 돌출부 수 (NP) 는 등고선도 (86) 에서의 단위 면적 (이 실시예에서는, 1 ㎠) 당 돌출부 (6) 의 수로서 계산될 수 있다. 예컨대, 도 19 의 제 1 등고선도 (86A) 또는 도 20 의 제 2 등고선도 (86B) 가 모델로서 사용될 경우, 각 도면에서의 돌출부의 수 (1 개) 가 표준 돌출부 수 (NP) 에 대응한다. 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 단위 면적 (1 ㎠) 당 5 내지 6 개의 돌출부 (6) 가 형성된다. 따라서, 실제 표준 돌출부 수 (NP) 는 제 1 등고선도 (86A) 및 제 2 등고선도 (86B) 의 기준 돌출부 수와 상이하다.
[E] 표준 돌출부 길이 ( HP )
표준 돌출부 길이 (HP) 는 하나 이상의 위치에 있는 돌출부 (6) 의 높이의 평균값으로서 계산될 수 있다. 돌출부 (6) 의 높이는 다이얼 깊이 게이지 등과 같은 측정 장치에 의해 측정될 수 있다.
돌출부 (6) 가 제 1 기준면 (PA) 상에 독립적으로 제공되는지가, 등고선도 (86) 에서의 제 1 영역 (RA) 에 기초하여 검사될 수 있다. 즉, 제 1 영역 (RA) 이 다른 제 1 영역 (RA) 을 간섭하지 않는 경우, 돌출부 (6) 는 제 1 기준면 (PA) 상에 독립적으로 제공된 것으로 확인된다.
< 실시예의 이점>
제 1 실시예의 이점 (1) 내지 (6) 이외에, 본 실시예에 따른 실린더 라이너 및 엔진은 이하의 이점을 제공한다.
(10) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 돌출부 (6) 는 라이너 외주면 (22) 상에 형성된다. 이는, 실린더 블록 (11) 과 돌출부 (6) 가 서로 맞물린 상태로 실린더 블록 (11) 및 실린더 라이너 (2) 가 서로 결합되게 한다. 실린더 블록 (11) 과 실린더 라이너 (2) 사이의 충분한 결합 강도가 보장된다. 결합 강도의 이러한 증가는, 실린더 블록 (11) 과 고열전도막 (3) 사이, 및 실린더 블록 (11) 과 저열전도막 (4) 사이의 박리를 방지한다. 막에 의해 달성되는 열전도성의 증가 및 감소의 효과는 신뢰적으로 유지된다. 또한, 결합 강도의 증가는 실린더 보어 (15) 가 변형되는 것을 방지한다.
(11) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 고열전도막 (3) 은 두께 (TP) 가 0.5 ㎜ 이하가 되도록 형성된다. 이는 실린더 블록 (11) 과 라이너 상부 (25) 사이의 결합 강도가 낮아지는 것을 방지한다.
(12) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 저열전도막 (4) 은 두께 (TP) 가 0.5 ㎜ 이하가 되도록 형성된다. 이는 실린더 블록 (11) 과 라이너 하부 (26) 사이의 결합 강도가 낮아지는 것을 방지한다.
(13) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 돌출부 (6) 는 표준 돌출부 수 (NP) 가 5 ~ 6 개가 되도록 형성된다. 이는 라이너 결합 강도를 더 증가시킨다. 또한, 돌출부 (6) 들 사이의 공간에 주조 재료가 충전될 요인이 증가된다.
표준 돌출부 수 (NP) 가 선택 범위 밖에 있으면, 이하의 문제가 발생될 것이다. 표준 돌출부 수 (NP) 가 5 개 미만이면, 돌출부 (6) 의 수는 불충분할 것이다. 이는 라이너 결합 강도를 감소시킬 것이다. 표준 돌출부 수 (NP) 가 6 개를 초과하면, 돌출부 (6) 들 사이의 공간이 좁아져 돌출부 (6) 들 사이의 공간에 주조 재료가 충전될 요인을 감소시킨다.
(14) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 돌출부 (6) 는 표준 돌출부 길이 (HP) 가 0.5 ㎜ ~ 1.0 ㎜ 가 되도록 형성된다. 이는 라이너 결합 강도 및 실린더 라이너 (2) 의 외경의 정확성을 증가시킨다.
표준 돌출부 길이 (HP) 가 선택 범위 밖에 있으면, 이하의 문제가 발생될 것이다. 표준 돌출부 길이 (HP) 가 0.5 ㎜ 미만이면, 돌출부 (6) 의 높이는 불충분할 것이다. 이는 라이너 결합 강도를 감소시킬 것이다. 표준 돌출부 길이 (HP) 가 1.0 ㎜ 를 초과하면, 돌출부 (6) 는 쉽게 파손될 것이다. 이 또한 라이너 결합 강도를 감소시킬 것이다. 또한, 돌출부 (6) 의 높이는 불균일하기 때문에, 외경의 정확성은 감소된다.
(15) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 돌출부 (6) 는 제 1 면적비 (SA) 가 10 % ~ 50 % 가 되도록 형성된다. 이는 충분한 라이너 결합 강도를 보장한다. 또한, 돌출부 (6) 들 사이의 공간에 주조 재료가 충전될 요인이 증가된다.
제 1 면적비 (SA) 가 선택 범위 밖에 있으면, 이하의 문제가 발생될 것이다. 제 1 면적비 (SA) 가 10 % 미만이면, 라이너 결합 강도는 제 1 면적비 (SA) 가 10 % 이상인 경우에 비해 상당히 감소될 것이다. 제 1 면적비 (SA) 가 50 % 를 초과하면, 제 2 면적비 (SB) 는 상한값 (55 %) 을 초과할 것이다. 따라서, 돌출부 (6) 들 사이의 공간에 주조 재료가 충전될 요인은 현저히 감소될 것이다.
(16) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 돌출부 (6) 는 제 2 면적비 (SB) 가 20 % ~ 55 % 가 되도록 형성된다. 이는 돌출부 (6) 들 사이의 공간으로 주조 재료가 충전될 요인을 증가시킨다. 또한, 충분한 라이너 결합 강도가 보장된다.
제 2 면적비 (SB) 가 선택 범위 밖에 있으면, 이하의 문제가 발생될 것이다. 제 2 면적비 (SB) 가 20 % 미만이면, 제 1 면적비 (SA) 는 하한값 (10 %) 미만으로 떨어질 것이다. 따라서, 라이너 결합 강도는 현저하게 감소될 것이다. 제 2 면적비 (SB) 가 55 % 를 초과하면, 돌출부 (6) 들 사이의 공간으로 주조 재료가 충전될 요인은 제 2 면적비 (SB) 가 55 % 이하인 경우에 비해 현저하게 감소될 것이다.
(17) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 돌출부 (6) 는 표준 단면적 (SD) 이 0.2 ㎟ ~ 3.0 ㎟ 가 되도록 형성된다. 따라서, 실린더 라이너 (2) 의 생산 공정 동안, 돌출부 (6) 가 손상되는 것이 방지된다. 또한, 돌출부 (6) 들 사이의 공간으로 주조 재료가 충전될 요인이 증가된다.
표준 단면적 (SD) 이 선택 범위 밖에 있으면, 이하의 문제가 발생될 수 있다. 표준 단면적 (SD) 이 0.2 ㎟ 미만이면, 돌출부 (6) 의 강도는 불충분해질 것이고, 돌출부 (6) 는 실린더 라이너 (2) 의 생산중에 쉽게 손상될 것이다. 표준 단면적 (SD) 이 3.0 ㎟ 를 초과하면, 돌출부 (6) 들 사이의 공간이 좁아져 돌출부 (6) 들 사이의 공간으로 주조 재료가 충전될 요인을 감소시킬 것이다.
(18) 본 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 있어서, 돌출부 (6) (제 1 영역 (RA)) 는 제 1 기준면 (PA) 상에 서로 독립적으로 형성된다. 이는 돌출부 (6) 들 사이의 공간에 주조 재료가 충전될 요인을 증가시킨다. 돌출부 (6) (제 1 영역 (RA)) 가 제 1 기준면 (PA) 에서 서로 독립적이지 않으면, 돌출부 (6) 들 사이의 공간이 좁아져 돌출부 (6) 들 사이의 공간으로 주조 재료가 충전될 요인을 감소시킨다.
< 실시예의 변경>
상술한 제 3 실시예는 이하에 도시된 바와 같이 변경될 수 있다.
제 3 실시예의 구성은 제 2 실시예의 실린더 라이너 (2) 에 적용될 수 있다.
제 3 실시예에 있어서, 제 1 면적비 (SA) 및 제 2 면적비 (SB) 의 선택 범위는 표 1 에 도시된 선택 범위에 있도록 설정된다. 그러나, 선택 범위는 이하에 도시된 바와 같이 변화될 수 있다.
제 1 변적비 (SA): 10 % ~ 30 %
제 2 면적비 (SB): 20 % ~ 45 %
이러한 설정은 라이너 결합 강도, 및 돌출부 (6) 들 사이의 공간으로 주조 재료가 충전될 요인을 증가시킨다.
제 3 실시예에 있어서, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 은, 돌출부 (6) 형성 변수가 표 1 의 선택 범위에 있는 상태에서, 실린더 라이너 (2) 상에 형성된다. 그러나, 고열전도막 (3) 및 저열전도막 (4) 은, 돌출부 (6) 가 형성되어 있는 한, 어떠한 실린더 라이너상에도 형성될 수 있다.
(다른 실시예 )
상기 실시예를 이하와 같이 변경할 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 본 실시예의 실린더 라이너는 알루미늄 합금으로 만들어진 엔진에 적용된다. 그러나, 본 발명의 실린더 라이너는 예컨대 마그네슘 합금으로 만들어진 엔진에 적용될 수 있다. 요컨대, 본 발명의 실린더 라이너는 실린더 라이너를 구비하는 어떠한 엔진에도 적용될 수 있다. 그러한 경우에도, 본 발명이 상기 실시예와 유사한 방식으로 구현되면, 상기 실시예의 이점과 유사한 이점이 달성된다.

Claims (24)

  1. 외주면, 및 실린더 라이너의 축선 방향에 대한 상부, 중간부 및 하부를 갖는, 실린더 블록에 사용되는 인서트 주조용 실린더 라이너로서,
    고열전도막이 상부에 대응하는 외주면의 구간에 형성되어 있고, 저열전도막이 하부에 대응하는 외주면의 구간에 형성되어 있으며, 고열전도막 및 저열전도막은 중간부에 대응하는 외주면의 구간에서 적층되어 적층형 막 부분을 형성하는 실린더 라이너.
  2. 제 1 항에 있어서, 적층형 막 부분에서, 고열전도막은 상부로부터 하부쪽으로 점진적으로 두께가 감소하는 실린더 라이너.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적층형 막 부분에서, 저열전도막은 하부로부터 상부쪽으로 점진적으로 두께가 감소하는 실린더 라이너.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 고열전도막은 실린더 블록에 대한 실린더 라이너의 점착력을 증가시키는 역할을 하는 실린더 라이너.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 고열전도막은 실린더 블록에 야금적으로 결합되는 실린더 라이너.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 고열전도막은 용융점이 실린더 라이너와 실린더 블록의 인서트 주조에 사용되는 주조 재료의 용탕의 온도 이하인 실린더 라이너.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 고열전도막은 실린더 라이너의 열전도성보다 큰 열전도성을 갖는 실린더 라이너.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 고열전도막은 실린더 블록의 열전도성보다 큰 열전도성을 갖는 실린더 라이너.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 저열전도막은 실린더 블록과 실린더 라이너 사이에 간극을 형성시키는 역할을 하는 실린더 라이너.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 저열전도막은 실린더 블록에 대한 실린더 라이너의 점착력을 낮추는 역할을 하는 실린더 라이너.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 저열전도막은 실린더 블록의 열전도성보다 낮은 열전도성을 갖는 실린더 라이너.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 저열전도막은 실린더 라이너의 열전도성보다 낮은 열전도성을 갖는 실린더 라이너.
  13. 외주면, 그리고 실린더 라이너의 축선 방향에 대한 상부 및 하부를 갖는, 실린더 블록에 사용되는 인서트 주조용 실린더 라이너로서,
    용사층이 외주면상에 형성되고, 용사층은 상부로부터 하부까지 연속되며, 하부에 대응하는 용사층의 구간의 두께는 상부에 대응하는 용사층의 구간의 두께보다 작은 실린더 라이너.
  14. 제 13 항에 있어서, 축선 방향에 대해 용사층의 적어도 일부에서, 용사층의 두께는 상부로부터 하부쪽으로 점진적으로 감소하는 실린더 라이너.
  15. 외주면의 구간으로부터 제 1 거리만큼 이격되어 있는 용사 장치를 사용하여, 상부에 대응하는 상기 외주면의 구간에 용사층을 형성하는 단계; 및
    외주면의 구간으로부터 제 1 거리보다 큰 제 2 거리만큼 이격되어 있는 용사 장치를 사용하여, 하부에 대응하는 상기 외주면의 구간에 용사층을 형성하는 단계를 포함하는 제 13 항 또는 제 14 항에 따른 실린더 라이너 제조 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 외주면은 수축된 형상을 각각 갖는 복수의 돌출부를 구비하는 실린더 라이너.
  17. 제 16 항에 있어서, 돌출부의 수는 외주면 1 ㎠ 당 5 ~ 6 개인 실린더 라이너.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 각각의 돌출부의 높이는 0.5 ㎜ ~ 1.0 ㎜ 인 실린더 라이너.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 돌출부는, 3차원 레이저 측정 장치에 의해 획득되는 외주면의 등고선도에서, 전체 등고선도의 면적에 대한 0.4 ㎜ 높이의 등고선에 의해 각각 둘러싸이는 영역의 총 면적의 비가 10 % 이상이 되도록 배치되고 형성되는 실린더 라이너.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 돌출부는, 3차원 레이저 측정 장치에 의해 획득되는 외주면의 등고선도에서, 전체 등고선도의 면적에 대한 0.2 ㎜ 높이의 등고선에 의해 각각 둘러싸이는 영역의 총 면적의 비가 55 % 이하가 되도록 배치되고 형성되는 실린더 라이너.
  21. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 돌출부는, 3차원 레이저 측정 장치에 의해 획득되는 외주면의 등고선도에서, 전체 등고선도의 면적에 대한 0.4 ㎜ 높이의 등고선에 의해 각각 둘러싸이는 영역의 총 면적의 비가 10 % ~ 50 % 가 되도록 배치되고 형성되는 실린더 라이너.
  22. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 돌출부는, 3차원 레이저 측정 장치에 의해 획득되는 외주면의 등고선도에서, 전체 등고선도의 면적에 대한 0.2 ㎜ 높이의 등고선에 의해 각각 둘러싸이는 영역의 총 면적의 비가 20 % ~ 55 % 가 되도록 배치되고 형성되는 실린더 라이너.
  23. 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 돌출부는, 3차원 레이저 측정 장치에 의해 획득되는 외주면의 등고선도에서, 0.4 ㎜ 높이의 등고선에 의해 둘러싸이는 각각의 영역의 면적이 0.2 ㎟ ~ 3.0 ㎟ 가 되도록 형성되는 실린더 라이너.
  24. 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 돌출부는, 3차원 레이저 측정 장치에 의해 획득되는 외주면의 등고선도에서, 0.4 ㎜ 높이의 등고선에 의해 각각 둘러싸이는 영역이 서로 독립적이 되도록 배치되고 형성되는 실린더 라이너.
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