JP2012167603A

JP2012167603A - シリンダライナ

Info

Publication number: JP2012167603A
Application number: JP2011029395A
Authority: JP
Inventors: Kiyoyuki Kawai; 清行川合; Yasutomo Takahashi; 康智高橋; Daisuke Araki; 大介荒木
Original assignee: TPR Co Ltd; TPR Industry Co Ltd
Current assignee: TPR Co Ltd; TPR Industry Co Ltd
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】ライナ軸方向における温度差を小さくしつつ、シリンダブロックとの密着性を改善できるシリンダライナを提供する。
【解決手段】シリンダブロック１に鋳包まれるシリンダライナ２において、外周面３の軸方向における上部と中間部と下部に皮膜４，５，６が被覆され、前記上部と中間部に被覆されている皮膜４，５は皮膜材料が相違し、前記中間部と下部に被覆されている皮膜５，６は皮膜材料が相違している。次の構成でもよい。すなわち、シリンダブロック１に鋳包まれるシリンダライナ２において、外周面３の軸方向における上部と下部にブラスト処理面８，９が形成され、中間部に皮膜５が被覆されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダブロックに鋳包まれるシリンダライナに関する。

自動車用エンジンにおいてアルミニウム合金等からなるシリンダブロックに鋳鉄製等のシリンダライナが鋳包まれる場合がある。この場合、エンジン稼動時に、シリンダライナの温度は軸方向において上部で高く、下部で低くなり、軸方向に温度差を生じる。この温度差を解消するために、特許文献１では、シリンダライナの外周上部に高熱伝導皮膜（Ａｌ−Ｓｉ合金）を被覆し、外周下部に低熱伝導皮膜（鉄系材料）を被覆している。これにより、シリンダライナ上部とシリンダブロックとの熱伝導性が向上し、シリンダライナ下部とシリンダブロックとの熱伝導性が低下するので、シリンダライナの軸方向における温度差を小さくすることができる。

特開２００７−０１６７３５号公報

特許文献１では、シリンダライナの下部に低熱伝導材（鉄系材料）を被覆しているが、密着性の点で改善の余地がある。

本発明の目的は、ライナ軸方向における温度差を小さくしつつ、シリンダブロックとの密着性を改善できるシリンダライナを提供することである。

本発明は、シリンダブロックに鋳包まれるシリンダライナにおいて、外周面の軸方向における上部と中間部と下部に皮膜が被覆され、前記上部と中間部に被覆されている皮膜は皮膜材料が相違し、前記中間部と下部に被覆されている皮膜は皮膜材料が相違していることを特徴とする。

前記上部と中間部と下部に被覆されている皮膜は例えば、熱伝導率が上部の皮膜で高く、中間部の皮膜で低く、接合強度は中間部の皮膜で低い場合、上部の皮膜と下部の皮膜で高くする。

前記上部と下部に被覆された皮膜はＡｌ−Ｓｉ合金からなり、膜厚は１０〜３００μｍであり、前記中間部に被覆された皮膜は鉄系材料（例えば高合金鋼又はＳＵＳ等）からなり、膜厚は５００〜１０００μｍであることが好ましい。

本発明は、次の構成でもよい。すなわち、本発明は、シリンダブロックに鋳包まれるシリンダライナにおいて、外周面の軸方向における上部と下部にブラスト処理面が形成され、中間部に皮膜が被覆されていることを特徴とする。

前記上部と下部のブラスト処理面と中間部に被覆されている皮膜は例えば、熱伝導率が上部のブラスト処理面で高く、中間部の皮膜で低く、接合強度は中間部の皮膜で低い場合、上部と下部のブラスト処理面で高くする。

前記中間部に被覆されている皮膜は鉄系材料からなり、膜厚は５００〜１０００μｍであることが好ましい。

本発明によれば、シリンダライナにおいて、外周面の軸方向における上部と中間部と下部に皮膜が被覆され、前記上部と中間部に被覆されている皮膜は皮膜材料が相違しているので、上部に被覆される皮膜を中間部に被覆される皮膜の熱伝導率より高い皮膜とすることで、シリンダライナの軸方向における温度差を小さくすることができる。また、前記上部と中間部に被覆されている皮膜は皮膜材料が相違し、前記中間部と下部に被覆されている皮膜は皮膜材料が相違しているので、中間部の皮膜の接合強度が低い場合でも、上部と下部に接合強度の高い皮膜を被覆することでシリンダライナの密着性を高めることができる。

上部と下部に被覆される皮膜がＡｌ−Ｓｉ合金からなる場合、膜厚が１０μｍ未満であると、シリンダライナとシリンダブロックとの密着性を充分確保できない。膜厚が１０μｍ以上で、熱伝導性及び密着性とも優れるが、膜厚を３００μｍより厚くしても、熱伝導性や密着性の両方ともほとんど変化がなく、これ以上厚くしても経済的でない。中間部に被覆される皮膜が鉄系材料からなる場合、膜厚が５００μｍ以上で、断熱効果が優れ、シリンダライナの軸方向における温度差を効果的に小さくすることができる。膜厚が１０００μｍを越えると、熱伝導性が低下するが、重量が増加するとともに、ライナ外周径が大きくなり、シリンダブロック全体の体積が増えてしまう不都合を生じる。また、これ以上厚くしても経済的でない。

シリンダライナにおいて、外周面の軸方向における上部と下部にブラスト処理面が形成され、中間部に皮膜が被覆されている場合、中間部に被覆される皮膜を上部のブラスト処理面の熱伝導率より低い皮膜とすることで、シリンダライナの軸方向における温度差を小さくすることができる。また、上部と下部はブラスト処理面であるので、中間部の皮膜の接合強度が低い場合でも、ブラスト処理により密着性を高めることができる。ブラスト処理面より熱伝導性が低い皮膜は、鉄系材料からなり、膜厚は５００〜１０００μｍであることが好ましい。

本発明の一実施形態を示し、シリンダブロックに鋳包まれたシリンダライナを示す縦断面図である。本発明の別の実施形態を示し、シリンダブロックに鋳包まれたシリンダライナを示す縦断面図である。テストピース作製のための説明図で、（ａ）は鋳包構造体を示す平面図、（ｂ）は鋳包構造体から切り出されたテストピースを示す斜視図、（ｃ）はテストピースの一部分を示す図である。熱伝導率の測定方法を示す図である。接合強度の測定方法を示す図である。熱伝導率の試験結果を示すグラフである。接合強度の試験結果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１において、シリンダブロック１はＡｌ合金等の軽合金から形成され、シリンダライナ２は鋳鉄やＡｌ合金から形成されている。シリンダライナ２は外周面３の軸方向における上部と中間部と下部に皮膜４，５，６が被覆されている。前記上部と中間部と下部に被覆されている皮膜４，５，６は熱伝導率が上部の皮膜４で高く、中間部の皮膜５で低く、接合強度が上部の皮膜４と下部６の皮膜で高く、中間部の皮膜５で低い。前記上部と下部に被覆された皮膜４，６は例えばＡｌ−Ｓｉ合金からなる皮膜で、膜厚は１０〜３００μｍであり、前記中間部に被覆された皮膜５は例えば鉄系材料（ＳＵＳや高合金鋼等）からなる皮膜で、膜厚は５００〜１０００μｍである。皮膜は例えば溶射によって被覆される。溶射は大きな面積を得るのに有利なワイヤー状の溶射材料を用いたアーク溶射又はフレーム溶射が好ましい。

上部に被覆された皮膜４はシリンダライナ２の上面から３０〜４０ｍｍ下方の位置まで施されている。中間部に被覆された皮膜５は上部の皮膜４の下に、シリンダブロック１に形成されているウォータジャケット７の下端位置に対応する位置まで施されている。下部に被覆された皮膜６は中間部の皮膜５の下にシリンダライナ２の下端まで施されている。

図６は、Ａｌ合金製のシリンダライナの外周面にＡｌ−Ｓｉ合金からなる溶射皮膜とＳＵＳ材からなる溶射皮膜を施した場合のシリンダライナとシリンダブロックとの熱伝導率を示す。熱伝導率は、Ａｌ−Ｓｉ合金からなる溶射皮膜の膜厚１５０μｍのときの熱伝導率を１として相対的に示している。

熱伝導率はレーザフラッシュ法により求めた。図３に示すように、所定の溶射皮膜を外周面に被覆したＡｌ合金製のシリンダライナ２をＡｌ合金製のシリンダブロック１に鋳包んで形成された鋳包構造体１０から、ライナ部２Ａの肉厚をＬ１、ライナ部２Ａとブロック部１Ａとの一体部の肉厚をＬ２としたときＬ１／Ｌ２＝０．４５となるように、テストピース２０が切り出される。図３（ａ）に示されている二点鎖線は切り出し線を示す。すなわち、テストピース２０は外径１０ｍｍ、ライナ部２Ａの肉厚１．３５ｍｍ、ライナ部２Ａとブロック部１Ａとの一体部の肉厚３ｍｍとなるように鋳包構造体１０から切り出された。熱伝導率は、レーザ照射開始からテストピース２０の裏面に熱が伝わるまでの時間を計測し、テストピース２０の厚みより算出される。図４において、２０はテストピース、２１はレーザ装置、２２は熱電対、２３は直流アンプ、２４はレコーダである。

Ａｌ−Ｓｉ合金からなる溶射皮膜の場合、膜厚が１０μｍ、１５０μｍ、３００μｍで熱伝導率が０．９９、１．０、０．９８となり、熱伝導率は略一定である。ＳＵＳ材からなる溶射皮膜の場合、膜厚が１５０μｍ、５００μｍ、７５０μｍで熱伝導率が０．５８、０．２３、０．１４となり、熱伝導率が低く、膜厚が増加するに従い、熱伝導率は減少し、断熱効果が大きくなる。膜厚が１５０μｍでは、熱伝導率が０．５８とやや高く、より高い断熱効果を得るためには膜厚が不足する。

したがって、シリンダライナ２の上部に被覆される皮膜４を熱伝導率の高いＡｌ−Ｓｉ合金からなる皮膜とし、中間部に被覆される皮膜を熱伝導率の低いＳＵＳ材からなる皮膜とすれば、シリンダライナ２の軸方向における温度差を小さくすることができる。

なお、Ａｌ−Ｓｉ合金からなる皮膜をシリンダライナ２の下部に施した場合、Ａｌ−Ｓｉ合金からなる皮膜は熱伝導率が高いが、軸方向の下部（例えばウォータジャケット７の下端よりも下方位置）ではライナ自体の温度が低く、高熱伝導皮膜を施してもシリンダブロック１に伝導する熱が少ないため、シリンダライナ２の軸方向の温度差を小さくする効果に与える影響は少ない。

図７は、Ａｌ合金製のシリンダライナの外周面にＡｌ−Ｓｉ合金からなる溶射皮膜とＳＵＳ材からなる溶射皮膜を施した場合のシリンダライナとシリンダブロックとの接合強度を示す。接合強度は、Ａｌ−Ｓｉ合金からなる溶射皮膜の膜厚１５０μｍのときの接合強度を１として相対的に示している。

接合強度は以下のようにして求めた。鋳包構造体１０から２０ｍｍ×２０ｍｍのテストピース３０（図５参照）を作製する。ライナ部２Ａとブロック部１Ａの各々に専用治具３１，３２を接着剤で接着する。テストピース３０を引張り試験機で矢印方向に引っ張り、ライナ部２Ａとブロック部１Ａが剥がれた強度を接合強度とする。

Ａｌ−Ｓｉ合金からなる溶射皮膜の場合、膜厚５μｍで接合強度が０．１となり、シリンダブロックとの接合強度が低い。膜厚が１０μｍ、１５０μｍ、３００μｍでは、接合強度が０．７２、１．０、０．９６となり、シリンダブロックとの接合強度が高い。また、膜厚を厚くしていくと、接合強度の変化が少なくなることがわかる。

これに対して、ＳＵＳ材からなる溶射皮膜の場合、膜厚が１５０μｍ、５００μｍ、７５０μｍで接合強度が０．６、０．５２、０．３６となり、シリンダブロックとの接合強度が低く、膜厚が厚くなるに従い、シリンダブロックとの接合強度が減少する。

したがって、本発明においては、シリンダライナ２の中間部に被覆される皮膜５が接合強度の低い鉄系材料からなる皮膜であっても、シリンダライナ２の上部と下部に被覆される皮膜４，６をシリンダブロック１との接合強度の高いＡｌ−Ｓｉ合金からなる皮膜とすれば、シリンダライナ２全体に対するシリンダブロック１とシリンダライナ２との密着性を高めることができる。

図２は本発明の別のシリンダライナを示す。このシリンダライナは上記実施形態で示したシリンダライナ２において、上部と下部の皮膜４，６をブラスト処理面としたものである。すなわち、本実施形態のシリンダライナ２はシリンダブロック１に鋳包まれるシリンダライナ２において、外周面３の軸方向における上部と下部にブラスト処理面８，９が形成され、中間部に皮膜５が被覆されている。

中間部に被覆される皮膜５を上部のブラスト処理面８の熱伝導率より低い皮膜とすることで、シリンダライナの軸方向における温度差を小さくすることができる。また、上部と下部はブラスト処理面８，９であるので、中間部の皮膜５より接合強度を高めることでシリンダブロック１とシリンダライナ２との密着性を高めることができる。

中間部に被覆される皮膜５は、例えば上記実施形態で示した鉄系材料（ＳＵＳや高合金鋼等）からなる皮膜が使用され、膜厚は５００〜１０００μｍである。皮膜は例えば溶射によって被覆される。溶射は大きな面積を得るのに有利なワイヤー状の溶射材料を用いたアーク溶射又はフレーム溶射が好ましい。

なお、熱伝導率は中間部の皮膜５より下部のブラスト処理面９で低くすることが望ましいが、熱伝導率が中間部の皮膜５より下部のブラスト処理面９で高い場合であっても、軸方向の下部（例えばウォータジャケット７の下端よりも下方位置）ではライナ自体の温度が低く、シリンダブロック１に伝導する熱が少ないため、シリンダライナ２の軸方向の温度差を小さくする効果に与える影響は少ない。

１シリンダブロック
２シリンダライナ
３ライナ外周面
４上部に被覆された皮膜
５中間部に被覆された皮膜
６下部に被覆された皮膜
７ウォータジャケット
８，９ブラスト処理面

Claims

シリンダブロックに鋳包まれるシリンダライナにおいて、外周面の軸方向における上部と中間部と下部に皮膜が被覆され、前記上部と中間部に被覆されている皮膜は皮膜材料が相違し、前記中間部と下部に被覆されている皮膜は皮膜材料が相違していることを特徴とするシリンダライナ。
前記上部と中間部と下部に被覆されている皮膜は、熱伝導率が上部の皮膜で高く、中間部の皮膜で低く、接合強度が上部の皮膜と下部の皮膜で高く、中間部の皮膜で低いことを特徴とする請求項１記載のシリンダライナ。
前記上部と下部に被覆された皮膜がＡｌ−Ｓｉ合金からなり、膜厚は１０〜３００μｍであり、前記中間部に被覆された皮膜が鉄系材料からなり、膜厚は５００〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のシリンダライナ。
シリンダブロックに鋳包まれるシリンダライナにおいて、外周面の軸方向における上部と下部にブラスト処理面が形成され、中間部に皮膜が被覆されていることを特徴とするシリンダライナ。
前記上部と下部のブラスト処理面と中間部に被覆されている皮膜は、熱伝導率が上部のブラスト処理面で高く、中間部の皮膜で低く、接合強度が上部と下部のブラスト処理面で高く、中間部の皮膜で低いことを特徴とする請求項４記載のシリンダライナ。
前記中間部に被覆されている皮膜が鉄系材料からなり、膜厚は５００〜１０００μｍであることを特徴とする請求項４又は５記載のシリンダライナ。