JP2002361398A - Cylinder liner for engine - Google Patents
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- JP2002361398A JP2002361398A JP2001250294A JP2001250294A JP2002361398A JP 2002361398 A JP2002361398 A JP 2002361398A JP 2001250294 A JP2001250294 A JP 2001250294A JP 2001250294 A JP2001250294 A JP 2001250294A JP 2002361398 A JP2002361398 A JP 2002361398A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は鋳包み構造のエンジ
ンのシリンダライナに関する。The present invention relates to a cylinder liner for an engine having a cast-in structure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】エンジン軽量化のためにアルミニウム合
金の鋳造体でシリンダブロックを形成し、シリンダボア
に耐磨耗性の高いシリンダライナを鋳包み、このシリン
ダライナの内面に硬質メッキを施したエンジンが用いら
れている。2. Description of the Related Art An engine in which a cylinder block is formed from an aluminum alloy casting to reduce the weight of an engine, a cylinder liner having a high wear resistance is cast in a cylinder bore, and an inner surface of the cylinder liner is hard-plated. Used.
【０００３】従来の鋳包み構造のシリンダライナは、ア
ルミニウム合金のダイカスト成形体からなるシリンダブ
ロックに、アルミニウム合金からなる円筒状のシリンダ
ライナを鋳包み、ピストン摺動面に硬質メッキを施した
ものである。このシリンダライナの母材としては、Si:9
-10.5，Fe:0.3，Cu:2.5-3.5，Mg:0.5-0.8，Mn:0.3，Cr:
0.2，Zn:0.2，Al:bal．のような組成の溶製押出し材に
溶体化時効硬化処理（Ｔ６処理など）を施した材料が使
用されていた。この場合、熱処理を施す関係上シリンダ
ライナとシリンダブロックの熱膨張係数はなるべく近い
ものが好ましいと考えられ、シリンダライナの材料選定
に関し、シリンダブロックの熱膨張係数に近づくように
組成を選んでいた。A conventional cylinder liner having a cast-in structure is one in which a cylinder block made of an aluminum alloy die-cast molded body is cast-in with a cylindrical cylinder liner made of an aluminum alloy, and a piston sliding surface is hard-plated. is there. The base material of this cylinder liner is Si: 9
-10.5, Fe: 0.3, Cu: 2.5-3.5, Mg: 0.5-0.8, Mn: 0.3, Cr:
0.2, Zn: 0.2, Al: bal. A material obtained by subjecting a solution extruded material having the following composition to a solution age hardening treatment (T6 treatment or the like) has been used. In this case, it is considered that the thermal expansion coefficients of the cylinder liner and the cylinder block are preferably as close to each other as possible due to the heat treatment. In selecting the material of the cylinder liner, the composition was selected so as to approach the thermal expansion coefficient of the cylinder block.
【０００４】従来のシリンダライナの化学組成は、Si:1
0%，Fe:0.3%，Cu:3%，Mg:0.8%，Mn:0.3%，Cr:0.2%，Zn:
0.2%，Alおよび不可避的不純物：残部（数値はすべてma
ss%）である。The chemical composition of a conventional cylinder liner is Si: 1
0%, Fe: 0.3%, Cu: 3%, Mg: 0.8%, Mn: 0.3%, Cr: 0.2%, Zn:
0.2%, Al and unavoidable impurities: balance (all figures are ma
ss%).
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
シリンダライナの材料では、図１４に示すように、シリ
ンダライナ１０とこれを鋳包むシリンダブロック１１と
の間の接合境界面の一部が剥離したり隙間１２を生じる
ことがあった。この原因として、以下のことが考えられ
る。However, in the material of the conventional cylinder liner, as shown in FIG. 14, a part of a joining boundary surface between the cylinder liner 10 and the cylinder block 11 which casts the cylinder liner is peeled off. In some cases, a gap 12 was formed. The following can be considered as the cause.
【０００６】従来のシリンダライナの材料は、その熱膨
張係数が鋳包み材であるアルミニウムダイカスト合金の
熱膨張係数とほぼ等しいものであった。そのため、鋳包
み工程の冷却過程で、アルミニウムダイカストのシリン
ダブロック側は凝固収縮（液固変態）と熱収縮により、
シリンダライナとの接触界面は内面側へ移動しようとす
るのに対し、シリンダライナは溶湯からの熱伝導により
一旦膨張し、高温でのアルミニウムダイカストの締付け
により降伏して界面が内面側に移動したのち、冷却収縮
する。このため常温に戻ったときには、シリンダライナ
の外表面は鋳包み前の表面位置より内面側に移動してい
る。この移動量が、アルミニウムダイカストの収縮量を
上回った場合に、界面に隙間が生じることになる。な
お、ここでは、界面に接合力が作用していないと仮定し
ている。界面の接合力が十分大きければ、隙間は生じな
いでその分の歪が内部応力として材料内に蓄積される。[0006] The material of the conventional cylinder liner has a thermal expansion coefficient substantially equal to the thermal expansion coefficient of an aluminum die-cast alloy as a cast-in material. Therefore, during the cooling process of the cast-in process, the cylinder block side of the aluminum die casting is solidified and contracted (liquid-solid transformation) and heat contracted,
While the contact interface with the cylinder liner tends to move to the inner surface side, the cylinder liner once expands due to heat conduction from the molten metal, yields due to the aluminum die casting tightening at high temperature, and after the interface moves to the inner surface side. , Cooling shrink. Therefore, when the temperature returns to room temperature, the outer surface of the cylinder liner has moved to the inner surface side from the surface position before cast-in. If the amount of movement exceeds the amount of shrinkage of the aluminum die-cast, a gap is generated at the interface. Here, it is assumed that no bonding force acts on the interface. If the bonding strength at the interface is sufficiently large, no gap is generated and the corresponding strain is accumulated in the material as internal stress.
【０００７】上記のような剥離あるいは隙間１２が生じ
ると、鋳包み後のシリンダライナ１０の内面加工におい
て、隙間の有無によりシリンダライナを背面から支持す
るバックアップ力がばらついてシリンダライナの撓み剛
性が部分的に異なってくる。これにより、加工の押圧力
で隙間部が凹み、内径研削による真円度や円筒度が所定
の公差内に入らなくなる。このため、円滑なピストン摺
動動作が損なわれるおそれを生じる。[0007] When the peeling or the gap 12 occurs as described above, in the inner surface processing of the cylinder liner 10 after casting, the backup force for supporting the cylinder liner from the back varies depending on the presence or absence of the gap, and the bending rigidity of the cylinder liner partially increases. Will be different. As a result, the gap is dented by the pressing force of the processing, and the roundness or cylindricity due to the inner diameter grinding does not fall within a predetermined tolerance. For this reason, there is a possibility that the smooth piston sliding operation is impaired.
【０００８】さらに、部分的な隙間の存在により、熱伝
導が不均一になり、エンジン運転中に、シリンダの内面
形状が不均一に熱変形して、オイル消費量の増大やエン
ジン性能および耐久性の低下を来たす原因となってい
た。Further, due to the existence of the partial gaps, the heat conduction becomes uneven, and the inner surface shape of the cylinder becomes uneven during the operation of the engine, resulting in an increase in oil consumption, engine performance and durability. Was causing the decline.
【０００９】一方、シリンダライナは鋳包み工程の前に
単体でＴ６処理等による表面硬化処理が施される。この
単体での表面硬化処理後に鋳包み工程での熱処理が施さ
れるため、この後工程の熱処理による焼き鈍し作用でシ
リンダライナ表面硬度が低下する。このような硬度低下
を補うために、高温での強度を高めるＦｅ（鉄）やＣｕ
（銅）等の硬度増強のための元素が添加される。On the other hand, the cylinder liner is subjected to a surface hardening treatment by T6 treatment or the like alone before the cast-in process. Since the heat treatment in the cast-in step is performed after the surface hardening treatment of the single body, the surface hardness of the cylinder liner decreases due to the annealing effect by the heat treatment in the subsequent step. In order to compensate for such a decrease in hardness, Fe (iron) or Cu that increases strength at high temperatures is used.
An element such as (copper) for increasing hardness is added.
【００１０】しかしながら、このような強度を高める添
加元素であるＦｅやＣｕは、シリンダライナ表面の硬質
メッキの密着性を低下させる。したがって、Ｔ６処理等
による表面硬化状態を維持するためにＦｅやＣｕを多く
添加すると、硬質メッキが剥がれやすくなって加工中あ
るいはエンジン運転中にメッキ剥離を起こし、ピストン
動作やエンジン性能に悪影響を及ぼすおそれを生じる。
このような問題は、製造プロセスの簡素化のためにＴ６
処理を省略してＦｅ等の硬度増強元素を添加する場合に
も同様に生じる。[0010] However, Fe or Cu, which is an additive element for increasing the strength, lowers the adhesion of hard plating on the cylinder liner surface. Therefore, if a large amount of Fe or Cu is added to maintain the surface hardened state by the T6 treatment or the like, the hard plating tends to peel off, causing plating peeling during processing or engine operation, and adversely affecting piston operation and engine performance. Cause fear.
Such a problem is caused by the simplification of the manufacturing process.
This also occurs when the treatment is omitted and a hardness enhancing element such as Fe is added.
【００１１】また、シリンダライナを形成する場合、Ｆ
ｅやＣｕ等の添加元素により強度を高めた場合に、密着
性の低下を防止するとともに、被削性等の加工性を高
め、かつ十分良好な押出し成形性を維持することが必要
である。Further, when forming a cylinder liner, F
When the strength is increased by an additional element such as e or Cu, it is necessary to prevent a decrease in adhesion, to enhance workability such as machinability, and to maintain sufficiently good extrusion moldability.
【００１２】一方、シリンダライナの内面にメッキを施
すことなく、切削加工により摺動面を形成したエンジン
のシリンダライナが特許第２９３２２４８号公報に記載
されている。このように摺動面を切削加工により形成す
れば、メッキ剥れの問題は生じない。この公報記載の特
許に係るシリンダライナは、３．０〜４．５ｍａｓｓ％
のＣｕを含むＡｌ−Ｓｉ合金により形成されている。ま
た、Ｆｅについては、最大０．２５ｍａｓｓ％の合金ま
たは１．０〜１．４ｍａｓｓ％の合金を択一的に用いて
いる。On the other hand, Japanese Patent No. 2932248 discloses an engine cylinder liner in which a sliding surface is formed by cutting without plating the inner surface of the cylinder liner. If the sliding surface is formed by cutting in this manner, the problem of plating peeling does not occur. The cylinder liner according to the patent described in this publication has a mass of 3.0 to 4.5 mass%.
Of an Al-Si alloy containing Cu. As for Fe, an alloy having a maximum of 0.25 mass% or an alloy having a content of 1.0 to 1.4 mass% is alternatively used.
【００１３】しかしながら、上記特許公報記載のシリン
ダライナでは、ＣｕおよびＦｅの含有量のバランスか
ら、押出し性が低下し生産性を充分に高めることができ
ず、また鋳込み時に硬度低下のおそれがある。However, in the cylinder liner described in the above-mentioned patent publication, the extrudability is reduced due to the balance between the contents of Cu and Fe, so that the productivity cannot be sufficiently increased, and the hardness may be reduced during casting.
【００１４】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、鋳包まれたシリンダライナとシリンダブロックと
の界面での隙間の発生を防止してシリンダライナの変形
を抑えるとともに、硬質メッキを施した場合にはその密
着性を向上させかつ充分良好な加工性が得られるととも
に、切削加工摺動面とする場合においても充分良好な押
出し性と硬度を備えたエンジンのシリンダライナの提供
を目的とする。The present invention has been made in consideration of the above-mentioned prior art, and prevents the occurrence of a gap at an interface between a cylinder liner and a cylinder block which is cast and sealed, thereby suppressing deformation of the cylinder liner and applying hard plating. The purpose of the present invention is to provide a cylinder liner for an engine that has an improved adhesion and a sufficiently good workability, and has a sufficiently good extrudability and hardness even when used as a cutting sliding surface. I do.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、アルミニウム合金からなるシリンダブ
ロックに鋳包まれたエンジンのシリンダライナにおい
て、前記シリンダライナの熱膨張係数がシリンダブロッ
クの熱膨張係数の約９０％以下であることを特徴とする
エンジンのシリンダライナを提供する。In order to achieve the above object, according to the present invention, in a cylinder liner of an engine cast in a cylinder block made of an aluminum alloy, a coefficient of thermal expansion of the cylinder liner is set to a value corresponding to a thermal expansion coefficient of the cylinder block. An engine cylinder liner characterized by being less than about 90% of the coefficient.
【００１６】この構成によれば、シリンダライナの熱膨
張係数をシリンダブロックの熱膨張係数より１０％以上
小さくすることにより、アルミニウムダイカストの鋳造
体からなるシリンダブロックとこれに鋳包まれたシリン
ダライナとの間の界面での隙間の発生が防止される。こ
のことは実験的に確認されている。According to this structure, the thermal expansion coefficient of the cylinder liner is made at least 10% smaller than the thermal expansion coefficient of the cylinder block. At the interface between them is prevented. This has been confirmed experimentally.
【００１７】好ましい構成例では、前記シリンダブロッ
クは７〜１２ｍａｓｓ％のＳｉを含み、前記シリンダラ
イナは２０〜３０ｍａｓｓ％のＳｉおよび０．０５〜
２．０ｍａｓｓ％のＣｕを含むアルミニウム合金からな
ることを特徴としている。In a preferred embodiment, the cylinder block contains 7 to 12 mass% of Si, and the cylinder liner has 20 to 30 mass% of Si and 0.05 to 30 mass% of Si.
It is characterized by being made of an aluminum alloy containing 2.0 mass% of Cu.
【００１８】この構成によれば、例えばＡＤＣ１０〜１
２（Ｓｉ含有量：７〜１２ｍａｓｓ％）をシリンダブロ
ック材料として用いて、シリンダライナの材料がＳｉを
２０〜３０ｍａｓｓ％を含むアルミニウム合金であるこ
とにより、シリンダブロックに対するシリンダライナの
熱膨張係数の比率を約９０％以下にすることができ、こ
れにより界面での隙間の発生を防止することができる。According to this configuration, for example, ADCs 10-1
2 (Si content: 7 to 12 mass%) as the cylinder block material, and the material of the cylinder liner is an aluminum alloy containing 20 to 30 mass% of Si, so that the ratio of the coefficient of thermal expansion of the cylinder liner to the cylinder block Can be reduced to about 90% or less, whereby the generation of a gap at the interface can be prevented.
【００１９】また、シリンダライナ材料のＣｕ含有量を
０．０５〜２．０ｍａｓｓ％とすることにより、充分な
硬度を維持するとともに、良好な押出し加工性を得るこ
とができる。By setting the Cu content of the cylinder liner material to 0.05 to 2.0 mass%, sufficient hardness can be maintained and good extrusion processability can be obtained.
【００２０】好ましい構成例では、前記シリンダブロッ
クは、７〜１２ｍａｓｓ％のＳｉ及び１〜４ｍａｓｓ％
のＣｕを含むことを特徴としている。In a preferred configuration example, the cylinder block includes 7 to 12 mass% of Si and 1 to 4 mass%.
Of Cu.
【００２１】この構成によれば、シリンダブロックが前
述のように７〜１２ｍａｓｓ％のＳｉを含むとともに１
〜４ｍａｓｓ％のＣｕを含んでいるため、シリンダブロ
ックの加工性を良好に保つとともに充分な強度が得られ
る。Ｃｕが１ｍａｓｓ％未満では強度が不足するおそれ
が生じ、４ｍａｓｓ％を越えると加工性が低下するおそ
れが生じる。According to this configuration, the cylinder block contains 7 to 12 mass% of Si as described above and
Since it contains ４4 mass% of Cu, sufficient workability of the cylinder block is maintained and sufficient strength is obtained. If Cu is less than 1 mass%, the strength may be insufficient, and if it exceeds 4 mass%, the workability may be reduced.
【００２２】さらに好ましい構成例では、前記シリンダ
ライナの内面にＳｉＣを含むＮｉ−Ｐメッキが施されて
いることを特徴としている。In a further preferred embodiment, Ni-P plating containing SiC is applied to the inner surface of the cylinder liner.
【００２３】この構成によれば、シリンダライナ内面
に、ＳｉＣを含むＮｉ−Ｐメッキによる硬質メッキが、
密着性を良好に維持して剥離することなく形成され、ピ
ストンの円滑な摺動動作が得られる。According to this configuration, hard plating by Ni-P plating containing SiC is applied to the inner surface of the cylinder liner.
It is formed without peeling while maintaining good adhesion, and a smooth sliding operation of the piston can be obtained.
【００２４】さらに好ましい構成例では、前記シリンダ
ライナは、さらにＭｇ：０．１〜１．５ｍａｓｓ％，Ｃ
ｒ：０．０４〜０．３５ｍａｓｓ％，Ｍｎ：０．１〜４
ｍａｓｓ％，Ｎｉ：１〜４ｍａｓｓ％及び２．０ｍａｓ
ｓ％以下のＦｅのうちいずれか１種以上を含み、残部が
Ａｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金からなる
ことを特徴としている。In a further preferred embodiment, the cylinder liner further comprises Mg: 0.1-1.5 mass%, C
r: 0.04 to 0.35 mass%, Mn: 0.1 to 4
mass%, Ni: 1-4 mass% and 2.0mass
It is characterized by containing at least one of Fe of s% or less, and the balance consisting of Al and an aluminum alloy which is an unavoidable impurity.
【００２５】この構成によれば、Ｍｇ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｎ
ｉ及びＦｅを所定量含ませることにより適正な強度及び
硬度が得られる。特に、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎを充分添加す
ることにより、高温強度を向上させることができるとと
もに、Ｆｅ添加量を２．０ｍａｓｓ％以下とすることに
よりメッキの密着性が良好に維持される。また、含有量
がＭｇ：１．５％，Ｃｒ：０．３５％，Ｍｎ：４％，Ｎ
ｉ：４％をそれぞれ越えると加工性や靭性が低下する。According to this configuration, Mg, Cr, Mn, N
Proper strength and hardness can be obtained by including a predetermined amount of i and Fe. In particular, by sufficiently adding Fe, Ni, and Mn, the high-temperature strength can be improved, and the adhesion of the plating can be favorably maintained by controlling the amount of Fe to be 2.0 mass% or less. Further, when the content is Mg: 1.5%, Cr: 0.35%, Mn: 4%, N
i: When the content exceeds 4%, workability and toughness decrease.
【００２６】別の好ましい構成例では、前記シリンダラ
イナの内面に切削加工によるピストンとの摺動面が形成
され、前記摺動面に初晶Ｓｉが露出していることを特徴
としている。Another preferred configuration is characterized in that a sliding surface with a piston is formed by cutting on the inner surface of the cylinder liner, and primary crystal Si is exposed on the sliding surface.
【００２７】この構成によれば、切削加工によりシリン
ダライナの内面にピストン摺動面を形成する場合に、初
晶Ｓｉを露出させることにより、摺動面の耐磨耗性を確
保するとともに、ピストン表面およびピストンリングに
対する磨耗作用の少ない摺動面を得ることができる。According to this configuration, when the piston sliding surface is formed on the inner surface of the cylinder liner by cutting, the wear resistance of the sliding surface is ensured by exposing the primary crystal Si, A sliding surface with less wear on the surface and the piston ring can be obtained.
【００２８】さらに好ましい構成例では、前記シリンダ
ライナは、０．６ｍａｓｓ％以上で５．０ｍａｓｓ％以
下のＦｅを含み、前記摺動面にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉの金属
間化合物が露出していることを特徴としている。In a further preferred configuration example, the cylinder liner contains Fe of 0.6 mass% or more and 5.0 mass% or less, and an intermetallic compound of Fe-Al-Si is exposed on the sliding surface. It is characterized by.
【００２９】この構成によれば、メッキを施さない切削
加工による摺動面において、メッキ剥離の問題を生じる
ことなくＦｅを充分に含有させて強度を高めるととも
に、初晶ＳｉおよびＦｅ，Ａｌ，Ｓｉの金属間化合物を
露出させて、摺動面の耐磨耗性をさらに充分確保すると
ともに、ピストン表面およびピストンリングに対するさ
らに磨耗作用の少ない摺動面を得ることができる。According to this configuration, on the sliding surface formed by cutting without plating, the strength is increased by sufficiently containing Fe without causing the problem of plating delamination, and the primary crystal Si and Fe, Al, Si By exposing the intermetallic compound described above, it is possible to further secure the wear resistance of the sliding surface, and to obtain a sliding surface with less wear on the piston surface and the piston ring.
【００３０】Ｆｅが０．６％未満では、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓ
ｉの金属間化合物が少なく充分な強度及び耐摩耗性が得
られない。強度や耐摩耗性を考慮するとＦｅは２．０％
以上が好ましい。逆に５％以上としても、強度や耐摩耗
性はほとんど変わらない。When Fe is less than 0.6%, Fe—Al—S
The amount of the intermetallic compound of i is small and sufficient strength and wear resistance cannot be obtained. Considering strength and wear resistance, Fe is 2.0%
The above is preferred. Conversely, if it is 5% or more, the strength and wear resistance hardly change.
【００３１】本発明では前述のシリンダライナを得る製
造方法として、前記シリンダライナ材料の急冷凝固粉末
を作製するステップと、前記急冷凝固粉末からビレット
を成形するステップと、前記ビレットから押出し成形お
よび切断加工により円筒状シリンダライナを形成するス
テップと、前記シリンダライナを熱処理により表面硬化
させるステップと、前記熱処理後のシリンダライナをシ
リンダブロックで鋳包むステップと、前記鋳包まれたシ
リンダライナを熱処理するステップとを有することを特
徴とするエンジンのシリンダライナの製造方法を提供す
る。In the present invention, as a manufacturing method for obtaining the above-mentioned cylinder liner, a step of preparing a rapidly solidified powder of the cylinder liner material, a step of forming a billet from the rapidly solidified powder, and an extrusion and cutting process from the billet Forming a cylindrical cylinder liner by, heat-treating the cylinder liner by heat treatment, casting the cylinder liner after the heat treatment with a cylinder block, and heat-treating the cast-filled cylinder liner. And a method for manufacturing a cylinder liner for an engine.
【００３２】この構成によれば、急冷凝固粉末を用い
て、これを燒結固化後、熱間押出し法により中空円筒状
のシリンダライナを形成することにより、初晶Ｓｉ粒子
の大きさを最大でも２０μｍ以下、平均でほぼ５μｍ以
下とすることができる。このような微細な初晶Ｓｉ粒に
より、被削性およびメッキの密着性が向上する。According to this structure, the quench-solidified powder is sintered and solidified, and then the hollow cylindrical cylinder liner is formed by hot extrusion, so that the size of the primary crystal Si particles is at most 20 μm. Hereinafter, it can be set to approximately 5 μm or less on average. Such fine primary crystal Si grains improve machinability and plating adhesion.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は、本発明に係るシリン
ダライナが鋳包まれたシリンダブロックの平面図であ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a cylinder block in which a cylinder liner according to the present invention is cast.
【００３４】多気筒エンジン１のシリンダブロック２の
各気筒にピストン（不図示）が摺動するシリンダボア３
が形成され、各シリンダボア３にシリンダライナ４が鋳
包んで形成される。５はシリンダヘッド（不図示）と結
合するためのボルトであり、６は冷却ジャケットであ
る。シリンダライナ４の内面（ピストン摺動面）には硬
質メッキ皮膜７が形成される。A cylinder bore 3 in which a piston (not shown) slides in each cylinder of the cylinder block 2 of the multi-cylinder engine 1.
Is formed, and a cylinder liner 4 is cast in each cylinder bore 3. 5 is a bolt for connecting to a cylinder head (not shown), and 6 is a cooling jacket. A hard plating film 7 is formed on the inner surface (piston sliding surface) of the cylinder liner 4.
【００３５】本発明では、以下に説明するように、シリ
ンダライナ４とこれを鋳包むシリンダブロック２の鋳包
み部２ａとの間の界面８に隙間が発生せず良好に密着接
合している。また、メッキ皮膜７はシリンダライナ４の
内面に確実に密着し剥離等は生じない。In the present invention, as will be described below, the interface 8 between the cylinder liner 4 and the cast-in portion 2a of the cylinder block 2 that casts the cylinder liner 4 is tightly joined without any gap. Further, the plating film 7 surely adheres to the inner surface of the cylinder liner 4 and does not peel off.
【００３６】図２は、シリンダライナの熱膨張係数とこ
れを鋳包み形成したときの隙間量の関係を示す実験結果
のグラフである。実験は、鋳包み側の材料としてアルミ
ニウムダイカスト合金（ＡＤＣ：熱膨張係数20×10-6／
℃）を用い、これに鋳包まれるシリンダライナの材料と
してＳｉを含むアルミニウム合金を用いて、そのＳｉ含
有量を変えることにより、シリンダライナの熱膨張係数
を変えて行った。縦軸は隙間量（μｍ）であり、横軸下
辺はシリンダライナの熱膨張係数、上辺はＡＤＣに対す
るシリンダライナの熱膨張係数の比率を示す。FIG. 2 is a graph of experimental results showing the relationship between the coefficient of thermal expansion of the cylinder liner and the amount of gap when the cylinder liner is formed by casting. The experiment was conducted using an aluminum die-cast alloy (ADC: coefficient of thermal expansion 20 × 10 -6 /
° C), an aluminum alloy containing Si was used as the material of the cylinder liner to be cast therein, and the Si content was changed to change the coefficient of thermal expansion of the cylinder liner. The vertical axis represents the gap amount (μm), the lower side of the horizontal axis represents the coefficient of thermal expansion of the cylinder liner, and the upper side represents the ratio of the coefficient of thermal expansion of the cylinder liner to ADC.
【００３７】グラフから分かるように、隙間量はシリン
ダライナの熱膨張係数が小さい程小さくなり、シリンダ
ライナの熱膨張係数がアルミニウムダイカストの熱膨張
係数の９０％以下では、加工変形を起すおそれが殆どな
い程度に小さくなり、８０％以下では隙間量がほぼゼロ
になる。As can be seen from the graph, the gap amount becomes smaller as the thermal expansion coefficient of the cylinder liner becomes smaller, and when the thermal expansion coefficient of the cylinder liner is 90% or less of the thermal expansion coefficient of the aluminum die-cast, there is almost no possibility of deformation. When it is 80% or less, the gap amount becomes almost zero.
【００３８】図３は、アルミニウム合金におけるＳｉ含
有量と熱膨張係数の関係を示すグラフである。グラフか
ら分かるように、Ｓｉ量が増える程、熱膨張係数はほぼ
リニアに低くなる。このグラフと図２の隙間量のグラフ
との関係から、アルミニウムダイカスト合金のＳｉ含有
量に対しシリンダライナのＳｉ含有量を調整する（Ｓｉ
含有量を多くする）ことにより、隙間量をゼロにできる
ことが分かる。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the Si content in the aluminum alloy and the coefficient of thermal expansion. As can be seen from the graph, the thermal expansion coefficient decreases almost linearly as the amount of Si increases. From the relationship between this graph and the graph of the gap amount in FIG. 2, the Si content of the cylinder liner is adjusted with respect to the Si content of the aluminum die-cast alloy (Si
It can be seen that the gap amount can be reduced to zero by increasing the content).
【００３９】図４は、実機エンジンにおけるシリンダラ
イナを従来材Ａと本発明材Ｂとで構成したときの隙間量
を比較した図である。FIG. 4 is a diagram comparing the gap amounts when the cylinder liner in the actual engine is composed of the conventional material A and the material B of the present invention.
【００４０】従来材Ａの組成は、Si:10%，Fe:0.3%，Cu:
3%，Mg:0.8%，Mn:0.3%，Cr:0.2%，Zn:0.2%，Alおよび不
可避的不純物：残部（数値はすべてmass%）である。The composition of the conventional material A is as follows: Si: 10%, Fe: 0.3%, Cu:
3%, Mg: 0.8%, Mn: 0.3%, Cr: 0.2%, Zn: 0.2%, Al and inevitable impurities: The balance (all numerical values are mass%).
【００４１】本発明材Ｂの組成は、 （ｉ）Si:20-30%，Cu:0.05-2.0%（ただし、Ｃｕはメッ
キ材や他の組成材あるいはメッキ条件等によりメッキの
密着性に実用上影響を与えなければ0.2%程度あるいは0.
2-2.0%程度が好ましい、Ｃｕを多くすれば硬度・強度が
高まる），Fe:2.0%以下，Alおよび不可避的不純物：残
部 （ii）Mg:0.1-1.5%を含む上記（ｉ）の素材 （iii）Cr:0.04-0.35%を含む上記（ii）の素材 （iv）Mn:0.1-4%を含む上記（iii）の素材 （v）Ni:1-4%を含む上記（iv）の合金 である。The composition of the material B of the present invention is as follows: (i) Si: 20-30%, Cu: 0.05-2.0% (where Cu is practically used for the adhesion of plating depending on the plating material or other composition materials or plating conditions, etc.) If it does not affect the above, about 0.2% or 0.
About 2-2.0% is preferable, the hardness and strength increase as the amount of Cu increases), Fe: 2.0% or less, Al and inevitable impurities: balance (ii) Material of the above (i) containing Mg: 0.1-1.5% (Iii) Material of the above (ii) containing Cr: 0.04-0.35% (iv) Material of the above (iii) containing 0.1-4% Mn: (v) Ni of the above (iv) containing 1-4% Ni Alloy.
【００４２】ここで、Ｓｉは熱膨張係数を調整するため
及び耐磨耗性向上のための元素であり、Ｃｕ，Ｍｇおよ
びＭｎは強度および硬度調整用の元素である。Ｆｅは一
般に高温強度を向上させるが、ここでは不純物元素とし
てメッキ皮膜の密着性を確保するための含有量の上限を
定めたものである。また、Ｃｒは靭性の調整用添加元素
である。Here, Si is an element for adjusting the coefficient of thermal expansion and improving wear resistance, and Cu, Mg and Mn are elements for adjusting strength and hardness. Fe generally improves the high-temperature strength. Here, the upper limit of the content for securing the adhesion of the plating film as an impurity element is determined. Cr is an additional element for adjusting toughness.
【００４３】この図４から分かるように、ＡＤＣ１０で
鋳包まれるシリンダライナの材料を従来材Ａから本発明
材Ｂに代えることにより、隙間量を５５〜１００μｍか
らほぼゼロにすることができた。As can be seen from FIG. 4, the gap amount could be reduced from 55 to 100 μm to almost zero by changing the material of the cylinder liner cast-in by the ADC 10 from the conventional material A to the material B of the present invention.
【００４４】実験において、ＡＤＣ１０〜１２（Ｓｉ含
有量：７〜１２ｍａｓｓ％）のアルミニウムダイカスト
合金を鋳包み材とし、これによって鋳包まれるシリンダ
ライナの材料として、組成が（Si:20-30%，Cu:0.05-2.0
%，Fe:2.0%以下，Alおよび不可避的不純物：残部）とな
る材料を急冷凝固粉末化し、これを成形固化して用い
た。このような材料を用いることにより、アルミニウム
ダイカスト合金に対するシリンダライナの熱膨張係数の
比率がほぼ９０％以下になり、隙間が生じることを防止
できた。In the experiment, an aluminum die casting alloy of ADC10 to 12 (Si content: 7 to 12 mass%) was used as a cast-in material, and as a material of a cylinder liner to be cast-in therewith, the composition was (Si: 20-30%, Cu: 0.05-2.0
%, Fe: 2.0% or less, Al and unavoidable impurities: the remainder) were rapidly solidified and powdered, and this was solidified and used. By using such a material, the ratio of the coefficient of thermal expansion of the cylinder liner to the aluminum die-cast alloy was reduced to approximately 90% or less, and the generation of a gap was prevented.
【００４５】図５は、メッキ処理を行なう場合の本発明
の実施形態に係るシリンダライナの製造プロセスを示す
フローチャートである。 ステップＳ１：前述のシリンダライナの材料を用いて急
冷凝固粉末を作製する。この急冷凝固粉末とは、毎秒１
０の２乗Ｋ（絶対温度）以上の冷却速度で冷却した急冷
固体をいう。このステップＳ１では、材料成分を調整し
て溶解し、これをエアアトマイズ法により粉体化して回
収、選別、検査を行なう。FIG. 5 is a flowchart showing a manufacturing process of the cylinder liner according to the embodiment of the present invention when performing a plating process. Step S1: A rapidly solidified powder is produced using the above-described material of the cylinder liner. This rapidly solidified powder is 1 per second
A quenched solid cooled at a cooling rate of 0 squared K (absolute temperature) or higher. In this step S1, the material components are adjusted and dissolved, and this is pulverized by an air atomizing method, collected, sorted, and inspected.
【００４６】ステップＳ２：ビレットを成形する。ここ
では、まず粉末の組成や粒度を検査し、これをゴム型に
充填し、冷間静水圧加圧を行った後、真空燒結して所定
形状のビレットを作製する。このような急冷凝固粉末を
燒結固化することにより、初晶Ｓｉ粒子の大きさが最大
でも２０μｍ以下にすることができる。このような微細
な初晶Ｓｉ粒子は、通常の溶製材（鋳造材）では得られ
ない（図６：光学顕微鏡による急冷凝固粉末固化材と溶
製材の微細組織写真参照）。Ｓｉ含有量が同じであれ
ば、初晶Ｓｉ粒子が微細になればなるほど、被削性およ
びメッキの密着性が向上する（図７：メッキ密着性と初
晶Ｓｉ平均粒子径の関係参照）。例えば、６０００系合
金の基本組成に１５〜３５％のＳｉを添加した材料にお
いて、Ｓｉ粒径を２０μｍ以下とすることで、良好なメ
ッキ密着性が得られる。Step S2: A billet is formed. Here, first, the composition and particle size of the powder are inspected, and the powder is filled in a rubber mold, cold isostatic pressing is performed, and then vacuum sintering is performed to produce a billet having a predetermined shape. By sintering and solidifying such rapidly solidified powder, the size of the primary crystal Si particles can be reduced to 20 μm or less at the maximum. Such fine primary crystal Si particles cannot be obtained with a normal ingot material (cast material) (see FIG. 6: microstructure photograph of rapidly solidified powder solidified material and ingot material by an optical microscope). For the same Si content, the finer the primary crystal Si particles, the better the machinability and plating adhesion (see FIG. 7: relationship between plating adhesion and primary crystal Si average particle diameter). For example, in a material obtained by adding 15 to 35% of Si to the basic composition of a 6000 series alloy, good plating adhesion can be obtained by setting the Si particle size to 20 μm or less.
【００４７】ステップＳ３：ビレットを加熱軟化させて
押出し成形により連続した中空円筒状の管体を形成す
る。このとき加熱温度は４２５〜５２０℃である。この
管体を切断してシリンダライナの素材を形成する。ここ
で、シリンダライナの合金成分のうちＣｕの含有量を２
％以下にすることにより、良好な押出し加工性が得られ
る（図８：Ｃｕ含有量と押出し性の関係参照）。また、
Ｃｕを低く抑えることにより、固相線を高く保つことが
でき、テアリングの発生を防止する効果もある。Step S3: The billet is heat-softened and extruded to form a continuous hollow cylindrical tube. At this time, the heating temperature is 425 to 520 ° C. The tube is cut to form a cylinder liner material. Here, the content of Cu in the alloy components of the cylinder liner was set to 2
%, Excellent extrusion processability can be obtained (see FIG. 8: Relationship between Cu content and extrudability). Also,
By keeping Cu low, the solidus line can be kept high and there is also the effect of preventing tearing from occurring.
【００４８】ステップＳ４：Ｔ６処理による表面硬化処
理を施す。このＴ６処理は、まず加熱溶体化し（加熱温
度５４５℃）、これを水焼入れする。その後一旦１８０
℃で時効処理してから自然空冷させる。なお、材料によ
っては、１８０℃の時効処理を行わないＴ４処理を施し
てもよい。Step S4: A surface hardening treatment by T6 treatment is performed. In this T6 treatment, first, a heat solution is formed (heating temperature: 545 ° C.), and this is water-quenched. Then once 180
After aging at ℃, cool naturally. Note that, depending on the material, a T4 treatment without performing the aging treatment at 180 ° C. may be performed.
【００４９】ステップＳ５：電気伝導度の検査を行な
う。 ステップＳ６：シリンダライナの端面や内面を平滑に加
工処理し、必要に応じて外面を加工処理する。Step S5: An electric conductivity test is performed. Step S6: The end face and the inner face of the cylinder liner are processed smoothly, and the outer face is processed as necessary.
【００５０】ステップＳ７：シリンダブロックの金型に
シリンダライナを装着してアルミニウムダイカスト合金
により鋳包み成形加工を行う。このとき溶湯による熱処
理を伴うが、前述のように、ＦｅやＣｕ等の適度な強度
向上用の元素が添加されているため、硬度は低下しな
い。Step S7: A cylinder liner is mounted on a mold of the cylinder block, and a cast-in molding process is performed with an aluminum die-cast alloy. At this time, a heat treatment with a molten metal is involved, but the hardness does not decrease because an appropriate element for improving the strength such as Fe or Cu is added as described above.
【００５１】ステップＳ８：シリンダライナの内面に機
械研削加工を施して平滑化する。 ステップＳ９：酸による洗浄後アルカリ脱脂を行い、下
地処理としてアルマイト皮膜を形成し、Ｎｉ−Ｐ−Ｓｉ
Ｃの分散メッキ処理を施す。この場合、シリンダライナ
合金のＦｅの含有量を２％以下とすることで、良好なメ
ッキ密着性が得られる（図９：Ｆｅ含有量とメッキ密着
性の関係参照）。Step S8: The inner surface of the cylinder liner is subjected to mechanical grinding to smooth it. Step S9: After cleaning with acid, alkali degreasing is performed to form an alumite film as a base treatment, and Ni-P-Si
A dispersion plating process of C is performed. In this case, by setting the Fe content of the cylinder liner alloy to 2% or less, good plating adhesion can be obtained (see FIG. 9: Relationship between Fe content and plating adhesion).
【００５２】ステップＳ１０：シリンダライナの内面を
ホーニング加工により精密な寸法公差に仕上げる。この
メッキ皮膜の硬度、被削性およびホーニング性について
は、以下の表１に示すように、充分良好な実験結果が得
られた。Step S10: The inner surface of the cylinder liner is finished to a precise dimensional tolerance by honing. As shown in Table 1 below, sufficiently good experimental results were obtained for the hardness, machinability and honing property of the plating film.
【００５３】[0053]
【表１】 [Table 1]
【００５４】次に本発明によるシリンダライナの機械的
性質について説明する。本発明材料として、２５％Ｓ
ｉ，０．７％Ｆｅ，０．２５％Ｃｕ，０．７％Ｍｇ，
０．２％Ｃｒを添加したアルミニウム合金製シリンダラ
イナ用材料のＴ６材について、その機械的性質は前述の
表１に示されている。Next, the mechanical properties of the cylinder liner according to the present invention will be described. 25% S
i, 0.7% Fe, 0.25% Cu, 0.7% Mg,
The mechanical properties of the aluminum alloy cylinder liner T6 to which 0.2% Cr has been added are shown in Table 1 above.
【００５５】アルミニウム合金は、Ｔ６処理を施さなけ
れば、マトリクスの硬度が充分に高くないため使用上支
障を来たす場合がある。また、たとえシリンダライナ素
材形状の単体状態でＴ６処理を施しても、その後の鋳包
み工程において、再度溶体化された状態に近い状態にな
り、以下の表２に示すように、充分な硬度・強度が得ら
れなくなる。Unless the aluminum alloy is subjected to the T6 treatment, the hardness of the matrix is not sufficiently high, which may cause a problem in use. Further, even if the T6 treatment is performed on the cylinder liner material in a single state, in a subsequent casting-in process, the state becomes a state close to a solution-resolved state again, and as shown in Table 2 below, sufficient hardness and hardness are obtained. Strength cannot be obtained.
【００５６】[0056]
【表２】 [Table 2]
【００５７】この問題に対する対策として、Ｃｕ，Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｍｎなどを添加することが有効である。これ
らの添加元素は、固溶強化によってマトリクスの硬度を
底上げする効果がある。このため、Ｔ６処理後の鋳包み
工程を経た後も十分な硬度・強度を維持することができ
るばかりでなく、Ｔ６処理そのものを省略することも可
能である。熱処理を省略すれば、単に熱処理コストを低
減できるばかりでなく、熱処理に伴う歪や矯正の廃止、
不均一性の解消が図れることになり、品質の向上をも同
時に実現できる。As a countermeasure against this problem, Cu, F
It is effective to add e, Ni, Mn and the like. These additional elements have the effect of raising the hardness of the matrix by solid solution strengthening. For this reason, not only can sufficient hardness and strength be maintained after the casting-in step after the T6 treatment, but also the T6 treatment itself can be omitted. Omitting the heat treatment not only reduces the heat treatment cost, but also eliminates distortion and correction due to heat treatment,
The non-uniformity can be eliminated, and the quality can be improved at the same time.
【００５８】しかし、実験結果より、Ｆｅの添加は、以
下の表３に示すように、メッキの密着性を損なうことが
判明した。これは、メッキの下地処理として行っている
アルマイト皮膜形成の過程で、母材へのＦｅ添加の影響
が現れていることが考えられる。However, from the experimental results, it was found that the addition of Fe impairs the adhesion of plating, as shown in Table 3 below. This is considered to be due to the effect of the addition of Fe to the base material in the process of forming the alumite film, which is performed as a base treatment for plating.
【００５９】[0059]
【表３】 [Table 3]
【００６０】本実施形態では、このＦｅ含有量を２ｍａ
ｓｓ％以下、あるいは無添加とすることにより、メッキ
の密着性を良好に維持している。In this embodiment, the Fe content is set to 2 ma
By setting the content to ss% or less or no addition, good adhesion of plating is maintained.
【００６１】次に、本発明のシリンダライナの物理的性
質について説明する。本発明のシリンダライナを構成す
る６０６１−２５Ｓｉは、前述の表１に示したように、
従来のシリンダライナの材料に比べ、密度は−６％、ヤ
ング率は＋９％、熱伝導度は−２２％となっている。密
度が小さいことで軽量化が図られる。ヤング率が高いこ
とは、剛性を向上させ変形に対し有利に作用する。ま
た、熱伝導度が低下しているが、エンジン性能に影響を
及ぼさないことが実機での温度測定により確認されてい
る。Next, the physical properties of the cylinder liner of the present invention will be described. 6061-25Si constituting the cylinder liner of the present invention, as shown in Table 1 above,
Compared to conventional cylinder liner materials, the density is -6%, the Young's modulus is + 9%, and the thermal conductivity is -22%. Lightening is achieved by the low density. A high Young's modulus improves rigidity and has an advantageous effect on deformation. In addition, it has been confirmed by a temperature measurement with an actual machine that the thermal conductivity is lowered, but does not affect the engine performance.
【００６２】本発明は、ピストン摺動面にメッキ処理を
施すシリンダライナだけでなく、ピストン摺動面を切削
加工により形成しメッキ層を設けないシリンダライナに
対しても適用可能である。The present invention can be applied not only to a cylinder liner in which a piston sliding surface is plated, but also to a cylinder liner in which a piston sliding surface is formed by cutting and a plating layer is not provided.
【００６３】これは、本発明のシリンダライナ合金の押
出し性が良好で熱処理による硬度変化が小さく、加工性
が優れているため、切削加工により充分円滑な摺動面が
得られるとともに、加工により表面に後述のように初晶
ＳｉやＦｅ，Ａｌ，Ｓｉの金属間化合物が露出するため
である。This is because the cylinder liner alloy of the present invention has good extrudability, small change in hardness due to heat treatment, and excellent workability, so that a sufficiently smooth sliding surface can be obtained by cutting, and This is because the primary crystal Si and the intermetallic compounds of Fe, Al, and Si are exposed as described later.
【００６４】押出し性についてみれば、日本金属学会会
報第２１巻第１号（１９８２）Ｐ１１〜Ｐ１８「アルミ
ニウム合金の押出加工性とそれを支配する因子」時沢貢
によれば、その表２に各種アルミニウム合金の相対押出
性が記載されている。この表によれば、従来材のベース
合金となる合金2014および合金2024の押出性がそれぞれ
２０および１５であるのに対し、本発明の開発材のベー
ス合金となる合金6061の押出性は６０であり、従来材に
比べ良好な押出性が得られ生産性を高めることができ
る。この原因の１つとして、本発明の開発材のＣｕ含有
量が、従来材（例えば前述の特許第2932248の組成）に
比べ少ないので押出し性が向上すると考えられる。Regarding the extrudability, according to the Journal of the Japan Institute of Metals, Vol. 21, No. 1 (1982), P11-P18 "Extrusion workability of aluminum alloys and factors controlling it" The relative extrudability of various aluminum alloys is described. According to this table, the extrudability of the base alloy of the conventional material, Alloy 2014 and Alloy 2024, is 20 and 15, respectively, whereas the extrudability of the alloy 6061, which is the base alloy of the developed material of the present invention, is 60. Yes, better extrudability than conventional materials can be obtained and productivity can be increased. One of the causes is considered to be that the extrudability is improved because the Cu content of the developed material of the present invention is smaller than that of the conventional material (for example, the composition of the aforementioned Japanese Patent No. 2932248).
【００６５】熱処理により硬度変化についてみれば、図
１２に示すように、焼鈍しによる本発明の開発材の硬度
変化ａは、従来材の硬度変化ｂに比べ小さい。また、硬
度値自体も従来材に比べ向上している。なお、焼鈍し
は、鋳包みを想定した熱処理である。このように、硬度
変化が抑えられることにより、充分な硬度を維持して安
定した加工ができる。Looking at the change in hardness due to the heat treatment, as shown in FIG. 12, the hardness change a of the developed material of the present invention due to annealing is smaller than the hardness change b of the conventional material. Also, the hardness value itself is improved as compared with the conventional material. Note that annealing is a heat treatment assuming cast-in. As described above, by suppressing the change in hardness, stable processing can be performed while maintaining sufficient hardness.
【００６６】図１３は、シリンダライナのピストン摺動
面を研削加工により形成した場合の研削表面の光学顕微
鏡による微細組織写真である。写真に示されるように、
研削表面にＳｉの一次結晶およびＦｅ，Ａｌ，Ｓｉの金
属間化合物が露出している。これにより、研削加工によ
る摺動面の耐磨耗性を充分確保するとともに、ピストン
表面およびピストンリングに対する磨耗作用の少ない摺
動面を得ることができる。FIG. 13 is a microstructure photograph by an optical microscope of the ground surface when the piston sliding surface of the cylinder liner is formed by grinding. As shown in the photo,
Primary crystals of Si and intermetallic compounds of Fe, Al and Si are exposed on the ground surface. This makes it possible to ensure sufficient wear resistance of the sliding surface due to the grinding process, and to obtain a sliding surface with little wear on the piston surface and the piston ring.
【００６７】なお、従来材と本発明の開発材の磨耗量の
比較のために、従来材の試験プレートと開発材の試験プ
レートの各々に対し、ＳＫＤ１１からなるピンを擦りつ
けて磨耗量を測定する摩耗試験を行ったところ、従来材
は約５．５μｍ摩耗したのに対し本発明の開発材の摩耗
量は約４μｍであり、本発明の開発材は耐摩耗性に優れ
ていることが確認された。In order to compare the amount of wear between the conventional material and the developed material of the present invention, a pin made of SKD11 was rubbed against each of the test plate of the conventional material and the test plate of the developed material to measure the amount of wear. A wear test was conducted to confirm that the conventional material had worn about 5.5 μm, while the developed material of the present invention had a wear amount of about 4 μm, confirming that the developed material of the present invention had excellent wear resistance. Was done.
【００６８】[0068]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、シリ
ンダライナの熱膨張係数をシリンダブロックの熱膨張係
数より１０％以上小さくすることにより、アルミニウム
ダイカストの鋳造体からなるシリンダブロックとこれに
鋳包まれたシリンダライナとの間の界面での隙間の発生
が防止される。これにより、加工時の変形が防止されシ
リンダライナの真円度や円筒度が向上する。要約すれば
以下の通りである。As described above, according to the present invention, the cylinder block made of aluminum die-casting and the cylinder block are formed by reducing the coefficient of thermal expansion of the cylinder liner by at least 10% from the coefficient of thermal expansion of the cylinder block. The generation of a gap at the interface between the wrapped cylinder liner is prevented. Thereby, deformation during processing is prevented, and the roundness and cylindricity of the cylinder liner are improved. The summary is as follows.
【００６９】１．シリンダ加工精度の向上：鋳包まれた
シリンダライナとシリンダブロックとの界面での隙間の
発生を防止して、シリンダライナ内面の切削加工時の押
圧力が作用したとしても、シリンダライナの変形を抑え
ることができる。これにより、シリンダライナがシリン
ダブロックと良好に密着一体化されるため、シリンダラ
イナの剛性が高まり、加工精度が向上して歩留まりが高
まり加工不良率を低減させて生産性を高めることができ
る。1. Improved cylinder processing accuracy: Prevents the formation of gaps at the interface between the cylinder block and the cylinder liner, and suppresses deformation of the cylinder liner even if a pressing force is applied during the cutting of the inner surface of the cylinder liner. be able to. As a result, the cylinder liner is satisfactorily integrated with the cylinder block, so that the rigidity of the cylinder liner is increased, the processing accuracy is improved, the yield is increased, and the processing defect rate is reduced, thereby increasing the productivity.
【００７０】２．シリンダ締付け変形の低減：シリンダ
ライナがシリンダブロックと密着一体化されるため、締
付け時の多次変形、特に４次成分が減少する（図１０：
シリンダ締付け時の本発明材ライナと従来材ライナの変
形比較参照）。この結果、ピストンリングの追従性やシ
ール性が向上し、オイル消費量が大幅に低減する。2. Reduction of cylinder tightening deformation: Since the cylinder liner is tightly integrated with the cylinder block, multi-order deformation, particularly quaternary components during tightening is reduced (FIG. 10:
(Refer to the deformation comparison between the liner of the present invention and the conventional liner when tightening the cylinder. As a result, the followability and sealing performance of the piston ring are improved, and the oil consumption is significantly reduced.
【００７１】３．熱伝導性の向上：シリンダライナの密
着性を向上させたことで、燃焼室からの熱伝達を確実に
行うことができ、不均一な変形や局部的な温度上昇によ
る焼付きなどが防止される。また、シリンダライナの材
料成分のＦｅの含有量を制限することにより、熱伝導度
を高い水準に維持できる（図１１：6061-25Siにおける
Ｆｅ量と熱伝導率の関係参照）。3. Improved thermal conductivity: Improved adhesion of the cylinder liner ensures heat transfer from the combustion chamber, preventing uneven deformation and seizure due to local temperature rise. . Further, by limiting the Fe content of the material component of the cylinder liner, the thermal conductivity can be maintained at a high level (see FIG. 11: Relationship between Fe amount and thermal conductivity in 6061-25Si).
【００７２】４．軽量化：従来に比べ、比重が約６％小
さい材料を使えるため、そのままの比率での軽量化が可
能になる。4. Lighter weight: A material having a specific gravity of about 6% smaller than that of the conventional material can be used, so that the weight can be reduced as it is.
【００７３】５．シリンダ剛性の向上：従来に比べ、シ
リンダライナのヤング率が約９％高い材料を使えるた
め、加工時やエンジン駆動時の変形が抑制される。さら
に、強度低下を来たすことなく、Ｃｕの含有量を小さく
して押出性を高め生産性を向上させることができる。ま
た、Ｆｅの含有量を適正に調整して鋳込み時の硬度低下
を抑え安定した研削加工により摺動面を形成することが
できる。5. Improvement of cylinder rigidity: A material having a Young's modulus of about 9% higher than that of the conventional cylinder liner can be used, so that deformation during processing or engine driving is suppressed. Furthermore, the extrudability can be increased and the productivity can be improved by reducing the Cu content without lowering the strength. In addition, by appropriately adjusting the Fe content, a decrease in hardness during casting can be suppressed, and a sliding surface can be formed by stable grinding.
【００７４】また、研削加工により摺動面を形成する場
合、研削表面にＳｉの一次結晶およびＦｅ，Ａｌ，Ｓｉ
の金属間化合物が露出させることにより、研削加工によ
る摺動面の耐磨耗性を充分確保するとともに、ピストン
表面およびピストンリングに対する磨耗作用の少ない摺
動面を得ることができる。When the sliding surface is formed by grinding, the primary crystal of Si and Fe, Al, Si
By exposing the intermetallic compound described above, it is possible to secure sufficient abrasion resistance of the sliding surface due to the grinding process, and to obtain a sliding surface having less wear on the piston surface and the piston ring.
【図１】 本発明に係る鋳包みシリンダライナの構成
図。FIG. 1 is a configuration diagram of a cast-in cylinder liner according to the present invention.
【図２】 シリンダライナの熱膨張係数と隙間量の関係
を示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a thermal expansion coefficient of a cylinder liner and a gap amount.
【図３】 Ａｌ合金におけるＳｉ含有量と熱膨張係数の
関係を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the Si content and the coefficient of thermal expansion in an Al alloy.
【図４】 実機エンジンにおける隙間量の従来材と本発
明材を比較した図。FIG. 4 is a diagram comparing a conventional material with a gap amount in an actual engine and a material of the present invention.
【図５】 本発明のシリンダライナ製造方法のフローチ
ャート。FIG. 5 is a flowchart of a cylinder liner manufacturing method according to the present invention.
【図６】 溶製材と急冷凝固粉末による初晶Ｓｉ粒子を
比較した写真。FIG. 6 is a photograph comparing primary crystal Si particles of an ingot and a rapidly solidified powder.
【図７】 メッキ密着性と初晶Ｓｉ粒径の関係を示すグ
ラフ。FIG. 7 is a graph showing the relationship between plating adhesion and primary crystal Si particle size.
【図８】 素材中のＣｕ含有量と押出し性の関係を示す
グラフ。FIG. 8 is a graph showing the relationship between Cu content in a material and extrudability.
【図９】 Ｆｅ含有量とメッキ皮膜の密着性の関係を示
すグラフ。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the Fe content and the adhesion of a plating film.
【図１０】 シリンダ締付け時の変形に及ぼすライナ材
変形の効果を示す図。FIG. 10 is a diagram showing the effect of liner material deformation on deformation during cylinder tightening.
【図１１】 6061-25SiにおけるＦｅ含有量と熱伝導率
の関係を示すグラフ。FIG. 11 is a graph showing the relationship between Fe content and thermal conductivity in 6061-25Si.
【図１２】 熱処理による硬度変化のグラフ。FIG. 12 is a graph showing a change in hardness due to heat treatment.
【図１３】 本発明による開発材の研削加工表面の顕微
鏡写真。FIG. 13 is a micrograph of a ground surface of a developed material according to the present invention.
【図１４】 従来のシリンダライナにおける隙間発生を
示す説明図。FIG. 14 is an explanatory view showing the generation of a gap in a conventional cylinder liner.
１：エンジン、２：シリンダブロック、２ａ：鋳包み
部、３：シリンダボア、４：シリンダライナ、５：ボル
ト、６：冷却ジャケット、７：硬質メッキ皮膜、８：界
面、１０：シリンダライナ、１１：シリンダブロック、
１２：隙間。1: engine, 2: cylinder block, 2a: cast-in part, 3: cylinder bore, 4: cylinder liner, 5: bolt, 6: cooling jacket, 7: hard plating film, 8: interface, 10: cylinder liner, 11: Cylinder block,
12: gap.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｊ 10/04 Ｆ１６Ｊ 10/04 // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｄ ６５０ ６５０ ６８３ ６８３ ６９１ ６９１Ｂ ６９４ ６９４Ｂ (72)発明者 安達 修平 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内 (72)発明者 楠井 潤 大阪府大阪市中央区久太郎町三丁目６番８ 号 東洋アルミニウム株式会社内 (72)発明者 岡庭 茂 東京都品川区東品川二丁目２番20号 日本 軽金属株式会社内 (72)発明者 稲波 純一 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内 (72)発明者 鈴木 貴春 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G024 AA21 AA26 FA06 FA13 FA14 GA02 GA08 GA10 GA18 GA22 HA07 HA19 3J044 AA10 AA18 BA04 BC12 BC15 DA09 EA01 EA02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F16J 10/04 F16J 10/04 // C22F 1/00 630 C22F 1/00 630D 650 650 683 683 691 691B 694 694B (72) Inventor Shuhei Adachi 2500 Shinkai, Iwata City, Shizuoka Prefecture Inside Yamaha Motor Co., Ltd. (72) Inventor Jun Kusui 3-6-8 Kutaro-cho, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Toyo Aluminum Co., Ltd. Inventor Shigeru Owaniwa Japan Light Metal Co., Ltd., 2-2-2 Higashi Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo (72) Inventor Junichi Inami 2500 Shinkai, Iwata-shi, Shizuoka Yamaha Motor Co., Ltd. 2500 Shinkai, Iwata-shi, Yamaha F-term in Yamaha Motor Co., Ltd. (reference) 3G024 AA2 1 AA26 FA06 FA13 FA14 GA02 GA08 GA10 GA18 GA22 HA07 HA19 3J044 AA10 AA18 BA04 BC12 BC15 DA09 EA01 EA02
Claims (8)
クに鋳包まれたエンジンのシリンダライナにおいて、 前記シリンダライナの熱膨張係数がシリンダブロックの
熱膨張係数の約９０％以下であることを特徴とするエン
ジンのシリンダライナ。1. A cylinder liner for an engine cast in a cylinder block made of an aluminum alloy, wherein a coefficient of thermal expansion of the cylinder liner is about 90% or less of a coefficient of thermal expansion of the cylinder block. Cylinder liner.
％のＳｉを含み、 前記シリンダライナは２０〜３０ｍａｓｓ％のＳｉおよ
び０．０５〜２．０ｍａｓｓ％のＣｕを含むアルミニウ
ム合金からなることを特徴とする請求項１に記載のエン
ジンのシリンダライナ。2. The cylinder block has a mass of 7 to 12 mass.
The cylinder liner of claim 1, wherein the cylinder liner is made of an aluminum alloy containing 20 to 30% by mass of Si and 0.05 to 2.0% by mass of Cu.
ｓ％のＳｉ及び１〜４ｍａｓｓ％のＣｕを含み、残部が
アルミニウム及び不可避不純物であることを特徴とする
請求項１または２に記載のエンジンのシリンダライナ。3. The cylinder block according to claim 1, wherein said cylinder block is 7 to 12 mas.
The cylinder liner for an engine according to claim 1 or 2, comprising s% Si and 1-4 mass% Cu, with the balance being aluminum and unavoidable impurities.
Ｎｉ−Ｐメッキが施されていることを特徴とする請求項
１、２または３に記載のエンジンのシリンダライナ。4. The cylinder liner for an engine according to claim 1, wherein an inner surface of the cylinder liner is plated with Ni-P containing SiC.
１〜１．５ｍａｓｓ％，Ｃｒ：０．０４〜０．３５ｍａ
ｓｓ％，Ｍｎ：０．１〜４ｍａｓｓ％，Ｎｉ：１〜４ｍ
ａｓｓ％及び２．０ｍａｓｓ％以下のＦｅのうちいずれ
か１種以上を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物である
アルミニウム合金からなることを特徴とする請求項２、
３または４に記載のエンジンのシリンダライナ。5. The cylinder liner further comprises Mg: 0.5.
1 to 1.5 mass%, Cr: 0.04 to 0.35 ma
ss%, Mn: 0.1 to 4 mass%, Ni: 1 to 4 m
3. The method according to claim 2, wherein the alloy contains one or more of Fe and 2.0 mass% or less, and the balance is made of Al and an aluminum alloy that is an unavoidable impurity.
The cylinder liner for an engine according to 3 or 4.
ストンとの摺動面が形成され、 前記摺動面に初晶Ｓｉが露出していることを特徴とする
請求項１、２または３に記載のエンジンのシリンダライ
ナ。6. The cylinder liner according to claim 1, wherein a sliding surface with the piston is formed on the inner surface of the cylinder liner by cutting, and primary crystal Si is exposed on the sliding surface. Engine cylinder liner.
ａｓｓ％のＦｅ、さらにＭｇ：０．１〜１．５ｍａｓｓ
％，Ｃｒ：０．０４〜０．３５ｍａｓｓ％，Ｍｎ：０．
１〜４ｍａｓｓ％，Ｎｉ：１〜４ｍａｓｓ％のいずれか
１種以上を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物であるア
ルミニウム合金からなり、 前記摺動面にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉの金属間化合物が露出し
ていることを特徴とする請求項６に記載のエンジンのシ
リンダライナ。7. The cylinder liner has a length of 0.6 to 5.0 m.
ass% Fe and further Mg: 0.1 to 1.5 mass
%, Cr: 0.04 to 0.35 mass%, Mn: 0.
1 to 4 mass%, Ni: at least one of 1 to 4 mass%, the balance being Al and an aluminum alloy which is an unavoidable impurity, and the intermetallic compound of Fe-Al-Si is exposed on the sliding surface. The cylinder liner for an engine according to claim 6, wherein:
作製するステップと、 前記急冷凝固粉末からビレットを成形するステップと、 前記ビレットから押出し成形および切断加工により円筒
状シリンダライナを形成するステップと、 前記シリンダライナを熱処理により表面硬化させるステ
ップと、 前記熱処理後のシリンダライナをシリンダブロックで鋳
包むステップと、 前記鋳包まれたシリンダライナを熱処理するステップと
を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに
記載のエンジンのシリンダライナの製造方法。8. A step of producing a rapidly solidified powder of the cylinder liner material; a step of forming a billet from the rapidly solidified powder; a step of forming a cylindrical cylinder liner by extrusion and cutting from the billet; The method according to claim 1, further comprising: a step of surface hardening the cylinder liner by heat treatment; a step of casting the cylinder liner after the heat treatment in a cylinder block; and a step of heat treating the cylinder liner that has been cast. 8. The method for manufacturing a cylinder liner for an engine according to any one of items 7.
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|---|---|---|---|---|
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| CN102200068A (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-28 | 帝国活塞环株式会社 | Cylinder liner |
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-
2001
- 2001-08-21 JP JP2001250294A patent/JP2002361398A/en active Pending
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