JPH0318027B2 - - Google Patents
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- JPH0318027B2 JPH0318027B2 JP4644485A JP4644485A JPH0318027B2 JP H0318027 B2 JPH0318027 B2 JP H0318027B2 JP 4644485 A JP4644485 A JP 4644485A JP 4644485 A JP4644485 A JP 4644485A JP H0318027 B2 JPH0318027 B2 JP H0318027B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/18—Other cylinders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0436—Iron
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は内燃機関用のシリンダライナ（以下ラ
イナと称する）更に詳しくは断熱エンジン用セラ
ミツクス−金属複合ライナに関する。
イナと称する）更に詳しくは断熱エンジン用セラ
ミツクス−金属複合ライナに関する。
（従来の技術と問題点）
近年内燃機関の高性能化に伴い各機能部品に対
して益々苛酷な条件が課せられ且つ機関寿命の延
長が望まれている。
して益々苛酷な条件が課せられ且つ機関寿命の延
長が望まれている。
従来のライナは主として摺動性の良好な特殊鋳
鉄が使用されているが、ライナに要求される諸条
件つまり耐摩性において不充分であり且つ断熱性
の面から性能、寿命の面が困難であるという難点
があつた。エンジンの効率を増大させるために断
熱式の燃焼室が提案されている。これによるとエ
ンジンの冷却積置に棄てられる燃焼熱量が最小と
されるので効率は増大されその上タ−ボ過給機エ
ンジンのタ−ビン駆動するのに得られる温度も極
めて増大される。
鉄が使用されているが、ライナに要求される諸条
件つまり耐摩性において不充分であり且つ断熱性
の面から性能、寿命の面が困難であるという難点
があつた。エンジンの効率を増大させるために断
熱式の燃焼室が提案されている。これによるとエ
ンジンの冷却積置に棄てられる燃焼熱量が最小と
されるので効率は増大されその上タ−ボ過給機エ
ンジンのタ−ビン駆動するのに得られる温度も極
めて増大される。
ライナは他の燃焼室構成部材と同様に熱応力と
機械的応力に対する充分な強度を要求されるが従
来の公知材料はこれらの要求を満足させるもので
なかつた。
機械的応力に対する充分な強度を要求されるが従
来の公知材料はこれらの要求を満足させるもので
なかつた。
燃焼室を断熱する方法として表面をセラミツク
ス断熱材で塗布する方法である。この方法は燃焼
サイクルによる応力及び熱膨脹の問題によつて該
断熱層を完全に維持する点において困難であつ
た。他の方法は燃焼室を構成する部材を断熱材料
で作るがこれは一方側が高温の燃焼ガスにさらさ
れ且つ他方側が冷たい支持構造体或いは冷却水に
接するので多くの問題が起こり部品が極めて低い
熱膨脹材料以外の材料であれば過剰な熱応力歪が
生ずることになる。
ス断熱材で塗布する方法である。この方法は燃焼
サイクルによる応力及び熱膨脹の問題によつて該
断熱層を完全に維持する点において困難であつ
た。他の方法は燃焼室を構成する部材を断熱材料
で作るがこれは一方側が高温の燃焼ガスにさらさ
れ且つ他方側が冷たい支持構造体或いは冷却水に
接するので多くの問題が起こり部品が極めて低い
熱膨脹材料以外の材料であれば過剰な熱応力歪が
生ずることになる。
周知の如くセラミツクスと金属の複合体は断熱
性に優れ且つ機械的な強度も充分であることから
熱効率の向上を必要とする構成部材として多くの
工業分野において用いられている。セラミツクス
を利用する場合セラミツクスと金属部材との接合
が不可欠となる。熱効率、断熱性の向上が可能と
なつても接合が良好でないとセラミツクス化して
も役立たない。セラミツクスと金属の接合が難か
しいのは２つの材料の熱膨脹や弾性率が違うため
高温状態では耐熱衝撃、熱サイクル等を受けると
剥離を生じる可能性がある。
性に優れ且つ機械的な強度も充分であることから
熱効率の向上を必要とする構成部材として多くの
工業分野において用いられている。セラミツクス
を利用する場合セラミツクスと金属部材との接合
が不可欠となる。熱効率、断熱性の向上が可能と
なつても接合が良好でないとセラミツクス化して
も役立たない。セラミツクスと金属の接合が難か
しいのは２つの材料の熱膨脹や弾性率が違うため
高温状態では耐熱衝撃、熱サイクル等を受けると
剥離を生じる可能性がある。
ライナに適用する場合、第２図に示すようにラ
イナの金属円筒上にセラミツクスの内筒を形成す
る方法としては焼嵌め法ろう付け法鋳包み
法等があるがセラミツクスが金属材に比して極め
て小さい熱膨脹率を有するためいずれも均一の厚
さのため爆発温度により温度差が生じて熱膨脹係
数の差により剥離を生じたり亀裂を生ずる欠点が
ある。
イナの金属円筒上にセラミツクスの内筒を形成す
る方法としては焼嵌め法ろう付け法鋳包み
法等があるがセラミツクスが金属材に比して極め
て小さい熱膨脹率を有するためいずれも均一の厚
さのため爆発温度により温度差が生じて熱膨脹係
数の差により剥離を生じたり亀裂を生ずる欠点が
ある。
特に複合強度の大きい鋳包み法は円筒状ライナ
を溶融金属で鋳ぐるむことにより金属の凝固過程
での収縮力を利用してセラミツクスに圧縮力が働
き一種の焼嵌め状態となるが鋳包み後金属材が冷
却固化する際にセラミツクス材が強く圧縮されて
クラツクが生じたり或いはクラツクが生じなくと
も圧縮応力がセラミツクスに残るため機械強度が
著じるしく損われたりする欠点がある。
を溶融金属で鋳ぐるむことにより金属の凝固過程
での収縮力を利用してセラミツクスに圧縮力が働
き一種の焼嵌め状態となるが鋳包み後金属材が冷
却固化する際にセラミツクス材が強く圧縮されて
クラツクが生じたり或いはクラツクが生じなくと
も圧縮応力がセラミツクスに残るため機械強度が
著じるしく損われたりする欠点がある。
焼嵌め法はセラミツクスと金属との熱膨脹差を
利用したもので再び熱が加わつたとき金属の熱膨
脹によつて接合力が低下すること及びセラミツク
スと金属の加工精度を厳しくする必要があり加工
費が高価になる欠点を有している。
利用したもので再び熱が加わつたとき金属の熱膨
脹によつて接合力が低下すること及びセラミツク
スと金属の加工精度を厳しくする必要があり加工
費が高価になる欠点を有している。
又ろう付け法は長時間にわたる処理が必要であ
るなど生産上の欠点を有しており構造用部材に適
用できるものは少ない。
るなど生産上の欠点を有しており構造用部材に適
用できるものは少ない。
断熱効果をあげるためには耐熱耐食に優れ熱伝
導率の小さいZrO2のようなセラミツクス材料に
限定される。
導率の小さいZrO2のようなセラミツクス材料に
限定される。
セラミツクスライナはその表面の状態が平滑に
過ぎると自己潤滑性及び油膜保持性に乏しくなつ
てピストンリングとの摺動性が低下する。しかも
セラミツクスは耐摩耗性に著じるしく優れている
ので使用中表面状態が改善されることは期待され
ず最初から適切な粗さに表面加工をしておく必要
がある。
過ぎると自己潤滑性及び油膜保持性に乏しくなつ
てピストンリングとの摺動性が低下する。しかも
セラミツクスは耐摩耗性に著じるしく優れている
ので使用中表面状態が改善されることは期待され
ず最初から適切な粗さに表面加工をしておく必要
がある。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上記のセラミツクス−金属の複合ライ
ナの問題を解決するためになされたもので金属製
の内筒と外筒が同心に配設され、環状の底蓋板を
内筒と外筒の底部の空〓部に嵌入し公知の接合方
法により固着して一体形とし形成された空洞部に
セラミツクスの粉体を充填し、環状の上蓋板にて
上部の開放部を閉塞してセラミツクス粉体を密封
した２重管状とし、セラミツクスと金属との接合
を無用とし接合に伴う前述の一切の問題点を解決
すると共にセラミツクスの粉末を充填することに
より粉体の周囲に空〓が生じてより優れた断熱効
果を発揮する。
ナの問題を解決するためになされたもので金属製
の内筒と外筒が同心に配設され、環状の底蓋板を
内筒と外筒の底部の空〓部に嵌入し公知の接合方
法により固着して一体形とし形成された空洞部に
セラミツクスの粉体を充填し、環状の上蓋板にて
上部の開放部を閉塞してセラミツクス粉体を密封
した２重管状とし、セラミツクスと金属との接合
を無用とし接合に伴う前述の一切の問題点を解決
すると共にセラミツクスの粉末を充填することに
より粉体の周囲に空〓が生じてより優れた断熱効
果を発揮する。
爆発温度による高温はセラミツクス粉体層で断
熱されることによりエンジンの冷却装置に棄てら
れる燃焼熱量が最小となるので燃効率は向上す
る。
熱されることによりエンジンの冷却装置に棄てら
れる燃焼熱量が最小となるので燃効率は向上す
る。
セラミツクス粉体層の厚みは約0.5mmあれば以
上の断熱効果をあげることができるが、エンジン
の性能とセラミツクス粉体の使用量の経済性等を
加味して適宜選定される。
上の断熱効果をあげることができるが、エンジン
の性能とセラミツクス粉体の使用量の経済性等を
加味して適宜選定される。
実施例
本発明の実施例を図面について説明する。
第１図に示すように鋳鉄製の内筒１と該内筒と
同心に配設された鋳鉄製の外筒２とからなり、下
端部を鋳鉄製の底蓋板３を嵌入し公知の接合方法
により固着し形成された空洞部４にセラミツクス
の粉体５を充填し、上部の開放部を鋳鉄製の上蓋
板６にて閉塞しセラミツクス粉体を密封する。
同心に配設された鋳鉄製の外筒２とからなり、下
端部を鋳鉄製の底蓋板３を嵌入し公知の接合方法
により固着し形成された空洞部４にセラミツクス
の粉体５を充填し、上部の開放部を鋳鉄製の上蓋
板６にて閉塞しセラミツクス粉体を密封する。
セラミツクス粉体としてZrO2の平均粒径44μm
の粉体を用いセラミツクス粉体層の厚さ（空洞部
４の巾）ｔは３mmとした。
の粉体を用いセラミツクス粉体層の厚さ（空洞部
４の巾）ｔは３mmとした。
底蓋板は本実施例の如く単体にて形成される他
第５図に示すように内筒と一体形に形成される
Ａ、外筒と一体形に形成されるＢ、内筒及び外筒
と一体形に形成されるＣことにより底蓋板を接合
する手間が省け或いは接合が容易となる。
第５図に示すように内筒と一体形に形成される
Ａ、外筒と一体形に形成されるＢ、内筒及び外筒
と一体形に形成されるＣことにより底蓋板を接合
する手間が省け或いは接合が容易となる。
上蓋板は本実施例の如く内筒と外筒の空〓部に
嵌入され固着される他、第３図、第４図に示すよ
うに環状の平板６に或いは内筒と外筒の空〓部に
嵌合する環状の凸起部８を有する平板６に形成し
てライナ上部端面に公知の接合方法にて固着され
るか或いはシリンダヘツドをシリンダブロツクに
締付けることによりライナ上部端面に固着される
ことにより接合の手間が省かれる。
嵌入され固着される他、第３図、第４図に示すよ
うに環状の平板６に或いは内筒と外筒の空〓部に
嵌合する環状の凸起部８を有する平板６に形成し
てライナ上部端面に公知の接合方法にて固着され
るか或いはシリンダヘツドをシリンダブロツクに
締付けることによりライナ上部端面に固着される
ことにより接合の手間が省かれる。
ピストンリングの摺動面となる内筒の内周面に
耐摩耗、摩擦性を向上させるため摩擦係数が鋳鉄
より低く安定した摩擦特性の優れた純度96％以上
でTiO2を１％程度残酸化物を含む酸化クロムを
溶射した厚さ0.5mmの酸化クロム層７を形成する。
酸化クロム層と鋳鉄及び焼結セラミツクスSic各
同士の摩擦係数の実験デ−タを第６図に示す。実
験はピンデイスク摩擦試験機にて摩擦速度
0.23m／ｓ、荷重20Kg／cm2、温度300℃無潤滑の
条件にて行なつた。
耐摩耗、摩擦性を向上させるため摩擦係数が鋳鉄
より低く安定した摩擦特性の優れた純度96％以上
でTiO2を１％程度残酸化物を含む酸化クロムを
溶射した厚さ0.5mmの酸化クロム層７を形成する。
酸化クロム層と鋳鉄及び焼結セラミツクスSic各
同士の摩擦係数の実験デ−タを第６図に示す。実
験はピンデイスク摩擦試験機にて摩擦速度
0.23m／ｓ、荷重20Kg／cm2、温度300℃無潤滑の
条件にて行なつた。
摩擦係数は鋳鉄同志の0.38に比し焼結セラミツ
クスSic同士0.19、上記酸化クロム同士は0.14と大
巾に改善されている。
クスSic同士0.19、上記酸化クロム同士は0.14と大
巾に改善されている。
効 果
金属製の内筒と外筒を底蓋板にて２重管状に一
体形に形成し空洞部にセラミツクスの粉体を充填
し上蓋板にて密封してなるセラミツクス−金属の
複合ライナを提供することにより １ 製造技術上非常に難かしく且つ問題が多いセ
ラミツクスと金属との接合が不用となり、製造
が容易となり且つ接合に伴うセラミツクスと金
属との熱膨脹係数の差によるセラミツクスの剥
離や亀裂の発生等の一切の問題がなくなつた。
体形に形成し空洞部にセラミツクスの粉体を充填
し上蓋板にて密封してなるセラミツクス−金属の
複合ライナを提供することにより １ 製造技術上非常に難かしく且つ問題が多いセ
ラミツクスと金属との接合が不用となり、製造
が容易となり且つ接合に伴うセラミツクスと金
属との熱膨脹係数の差によるセラミツクスの剥
離や亀裂の発生等の一切の問題がなくなつた。
２ セラミツクスの粉体を充填することにより粉
体の囲りに空〓が生じ断熱効果がより向上し
た。
体の囲りに空〓が生じ断熱効果がより向上し
た。
３ １，２より使用されるセラミツクスの制限は
なくなりいかなるセラミツクスの使用も可能と
なつた。
なくなりいかなるセラミツクスの使用も可能と
なつた。
ことによりセラミツクスの特性と金属の特性を充
分にいかした相乗効果により耐摩性、耐熱性、断
熱性、熱応力と機械的応力に対する充分な強度等
に優れた断熱用ライナを提供し得る実用上顕著な
効果を有するものである。
分にいかした相乗効果により耐摩性、耐熱性、断
熱性、熱応力と機械的応力に対する充分な強度等
に優れた断熱用ライナを提供し得る実用上顕著な
効果を有するものである。
第１図、本発明の断熱用ライナの断面図、第２
図、従来のセラミツクス−金属複合ライナの断面
図、第３図、第４図、本発明の上蓋板の形状を示
すライナ上端部の断面図、第５図、本発明の底蓋
板の形状を示すライナ下端部の断面図。Ａ：内筒
と一体形、Ｂ：外筒と一体形、Ｃ：内筒及び外筒
と一体形、第６図、酸化クロム溶射層と鋳鉄及び
焼結セラミツクスSicの各同士の摩擦係数の実験
デ−タ。 １……内筒、２……外筒、３……底蓋板、４…
…空洞部、５……セラミツクス粉体、６……上蓋
板、７……酸化クロム溶射層。
図、従来のセラミツクス−金属複合ライナの断面
図、第３図、第４図、本発明の上蓋板の形状を示
すライナ上端部の断面図、第５図、本発明の底蓋
板の形状を示すライナ下端部の断面図。Ａ：内筒
と一体形、Ｂ：外筒と一体形、Ｃ：内筒及び外筒
と一体形、第６図、酸化クロム溶射層と鋳鉄及び
焼結セラミツクスSicの各同士の摩擦係数の実験
デ−タ。 １……内筒、２……外筒、３……底蓋板、４…
…空洞部、５……セラミツクス粉体、６……上蓋
板、７……酸化クロム溶射層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関用のシリンダライナであつて、金属
性の内筒１と該内筒と同心に配設される金属製の
外筒２とからなり、環状の底蓋板３を内筒１と外
筒２の底部の空〓部に嵌入し公知の接合方法によ
り固着して一体形とし形成された空洞部４にセラ
ミツクスの粉体５を充填し環状の上蓋板６にて上
部の開放部を閉塞しセラミツクスの粉体５を密封
したことを特徴とするシリンダライナ。 ２ 金属製の内筒及び外筒が鋳鉄よりなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリンダ
ライナ。 ３ 底蓋板３が内筒１と又は外筒２と一体に形成
されているか、あるいは内筒１と外筒２と一体に
形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のシリンダライナ。 ４ 内筒１の内周面に酸化クロムを溶射した層７
を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のシリンダライナ。 ５ 上蓋板６が環状の平板或いは内筒と外筒との
空〓部に嵌合する環状の凸起部８を有する平板か
らなり公知の接合法によりライナに固着されるか
或いはシリンダヘツドをシリンダブロツクに締付
けることによりライナに固着されることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のシリンダライ
ナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4644485A JPS61207860A (ja) | 1985-03-11 | 1985-03-11 | シリンダライナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4644485A JPS61207860A (ja) | 1985-03-11 | 1985-03-11 | シリンダライナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61207860A JPS61207860A (ja) | 1986-09-16 |
| JPH0318027B2 true JPH0318027B2 (ja) | 1991-03-11 |
Family
ID=12747334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4644485A Granted JPS61207860A (ja) | 1985-03-11 | 1985-03-11 | シリンダライナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61207860A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10044770B4 (de) * | 2000-09-10 | 2012-01-19 | Gerd Hörmansdörfer | Kurbelgehäuse |
| DE102009059057A1 (de) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | MAHLE International GmbH, 70376 | Baueinheit aus Zylinderlaufbuchse und Kurbelgehäuse |
-
1985
- 1985-03-11 JP JP4644485A patent/JPS61207860A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61207860A (ja) | 1986-09-16 |
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