JP2002178132A - Cylinder sleeve and its method for producing the same, and cylinder block for internal combustion engine - Google Patents
Cylinder sleeve and its method for producing the same, and cylinder block for internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、シリンダスリー
ブ及びシリンダスリーブの製造方法並びに内燃機関用シ
リンダブロックに関する。The present invention relates to a cylinder sleeve, a method for manufacturing a cylinder sleeve, and a cylinder block for an internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】内燃機関には、アルミニウム合金製のス
リーブを、アルミニウム合金鋳造製のシリンダ本体に鋳
包みスリーブ内面に所定のメッキを施すようにして製造
する内燃機関用シリンダブロックを備えるものがあり、
内燃機関用シリンダブロックは軽量で良好な熱伝導性に
よって高性能エンジンを成立させる重要な要素である。2. Description of the Related Art Some internal combustion engines have a cylinder block for an internal combustion engine, which is manufactured by casting a sleeve made of aluminum alloy into a cylinder body made of aluminum alloy casting and applying predetermined plating to the inner surface of the sleeve. ,
The cylinder block for an internal combustion engine is an important element for achieving a high-performance engine with light weight and good thermal conductivity.
【0003】この内燃機関用シリンダブロックに鋳包ま
れるアルミニウム合金製のスリーブは、例えば鋳造パイ
プや連続鋳造押し出しパイプ材に所定の加工を施して製
作していた。The aluminum alloy sleeve to be cast in the cylinder block for internal combustion engines has been manufactured by, for example, subjecting a cast pipe or a continuously cast extruded pipe material to a predetermined processing.
【0004】また、従来スリーブ材には、12Si−3
Cu−アルミニウム材等の材料を使用していた。シリン
ダ本体は鋳造性の良い金型鋳造の場合にはJIS AC
2B等、ダイカスト製造の場合にはJIS ADC12
材等鋳造性の良い材料を使用していた。Conventional sleeve materials include 12Si-3.
Materials such as Cu-aluminum materials were used. The cylinder body is JIS AC in case of mold casting with good castability.
JIS ADC12 for die-cast manufacturing such as 2B
Materials with good castability such as materials were used.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、アルミニウ
ム合金製のスリーブを、鋳造して形成するアルミニウム
合金のシリンダ本体に鋳包む場合、スリーブの外周にシ
リンダ本体側の溶湯が取り囲み、スリーブが加熱されて
熱膨張する一方、シリンダ本体が鋳包み後次第に冷却さ
れるに伴ってスリーブも冷却されて熱収縮する。シリン
ダ本体側の溶湯は、冷却凝固するとき相変態により収縮
し、さらに温度が低下するに伴って熱収縮する。スリー
ブの線膨張係数が高いと、シリンダ本体側の凝固収縮及
び凝固後の熱収縮によるスリーブ締め付け力が緩和され
てしまい、著しい場合には、スリーブとシリンダ本体の
間に隙間が生じてしまう。When an aluminum alloy sleeve is cast into an aluminum alloy cylinder body formed by casting, the molten metal on the cylinder body side surrounds the outer periphery of the sleeve, and the sleeve is heated. While the cylinder expands thermally, the sleeve also cools and shrinks as the cylinder body is gradually cooled after casting. The molten metal on the cylinder body side shrinks due to phase transformation when solidified by cooling, and further thermally shrinks as the temperature decreases. If the linear expansion coefficient of the sleeve is high, the sleeve tightening force due to solidification shrinkage on the cylinder body side and heat shrinkage after solidification is reduced, and in a significant case, a gap is formed between the sleeve and the cylinder body.
【0006】また、内燃機関の運転状態においてもスリ
ーブの温度は鋳包む時の温度(アルミニウム合金の溶融
温度に近い値)より低くなる(空冷、水冷がなされるの
で、100℃〜300℃程度)。内燃機関では、スリー
ブの線膨張係数が高いと、スリーブ締め付け力が緩和さ
れたままであり、シリンダ本体との間で隙間が発生する
場合がある。このシリンダ本体との間で隙間でスリーブ
からシリンダ本体側への熱伝達が阻害され、ホットスポ
ット化し、ピストンとの焼き付きが発生したりする。ま
た、スリーブの変形が大きくなり、ピストンリングの追
従が不充分となる場合には、オイル消費量が増加してし
まう。Further, even in the operating state of the internal combustion engine, the temperature of the sleeve is lower than the temperature at the time of casting (a value close to the melting temperature of the aluminum alloy) (about 100 ° C. to 300 ° C. because air cooling and water cooling are performed). . In the internal combustion engine, when the coefficient of linear expansion of the sleeve is high, the sleeve tightening force remains relaxed, and a gap may be generated between the sleeve and the cylinder body. Heat transfer from the sleeve to the cylinder main body side is hindered by a gap between the cylinder main body and the cylinder main body, resulting in a hot spot and seizure with the piston. Further, when the deformation of the sleeve becomes large and the follow-up of the piston ring becomes insufficient, the oil consumption increases.
【0007】この発明は、かかる実情に鑑みてなされた
もので、シリンダ本体との接合を強固にし、かつ熱の伝
達を均一にしてピストンとの焼き付きを防止することや
オイル消費量を低下することが可能なシリンダスリーブ
及びシリンダスリーブの製造方法並びに内燃機関用シリ
ンダブロックを提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an object to strengthen the connection with the cylinder body, to make the heat transfer uniform, to prevent seizure with the piston, and to reduce oil consumption. It is an object of the present invention to provide a cylinder sleeve, a method of manufacturing a cylinder sleeve, and a cylinder block for an internal combustion engine, which can perform the above-described operations.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ
目的を達成するために、この発明は、以下のように構成
した。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention has the following constitution.
【0009】請求項1に記載の発明は、『スリーブ基材
を、アルミニウム合金に過共晶組成となる量のシリコン
(Si)を加えた化学組成をもつ急冷凝固粉末固化押し
出し形成材料を用いて形成し、このスリーブ基材の外表
面に、高さ0.1〜2mmの長さ方向に平行が連続した
突起を形成すると共に、表面に深さ10μm〜最大でス
リーブ基材厚さの20%の微小クラックを一様に分布さ
せたことを特徴とするシリンダスリーブ。』である。[0009] The invention described in claim 1 is based on a method of forming a sleeve base material using a rapidly solidified powder solidified extrusion forming material having a chemical composition obtained by adding an amount of silicon (Si) to a hypereutectic composition to an aluminum alloy. The protrusions are formed on the outer surface of the sleeve base material and have a height of 0.1 to 2 mm and are continuous in the length direction. The surface has a depth of 10 μm to a maximum of 20% of the thickness of the sleeve base material. Characterized by uniformly distributing the minute cracks of the above. ].
【0010】請求項1に記載の発明によれば、スリーブ
基材の外表面に、高さ0.1〜2mmの長さ方向に平行
が連続した突起を形成すると共に、表面に深さ10μm
〜最大でスリーブ基材厚さの20%の微小クラックを一
様に分布させたことで、この微小クラックに鋳包み時の
溶湯が入り込みシリンダ本体との接合を強固にし、かつ
熱の伝達を均一にすることができる。According to the first aspect of the present invention, a projection is formed on the outer surface of the sleeve base material, the projection being continuous in the length direction of 0.1 to 2 mm, and the surface has a depth of 10 μm.
-By uniformly distributing microcracks up to 20% of the thickness of the sleeve base material, the molten metal at the time of cast-in enters these microcracks, strengthening the joint with the cylinder body and uniform heat transfer. Can be
【0011】請求項2に記載の発明は、『前記アルミニ
ウム合金にシリコン(Si)を15〜38重量%含有さ
せたことを特徴とする請求項1に記載したシリンダスリ
ーブ。』である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a cylinder sleeve according to the first aspect, wherein the aluminum alloy contains 15 to 38% by weight of silicon (Si). ].
【0012】請求項2に記載の発明によれば、アルミニ
ウム合金に、シリコン(Si)を15〜38重量%含有
させることで、スリーブの線膨張係数を小さくでき、し
かも熱伝導性、加工性、メッキ性を損なうことがない。According to the second aspect of the present invention, the linear expansion coefficient of the sleeve can be reduced by adding 15 to 38% by weight of silicon (Si) to the aluminum alloy. There is no loss of plating.
【0013】請求項3に記載の発明は、『前記シリコン
(Si)を平均粒径が20μm以下の初晶シリコン(S
i)としたことを特徴とする請求項1または請求項2に
記載したシリンダスリーブ。』である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method as described above, wherein "the primary crystal silicon (S) having an average particle size of 20 μm or less is used.
3. The cylinder sleeve according to claim 1, wherein i) is set. ].
【0014】請求項3に記載の発明によれば、シリコン
(Si)を平均粒径が20μm以下の初晶シリコン(S
i)とすることで、スリーブの線膨張係数をより小さく
でき、しかも熱伝導性、加工性、メッキ性を損なうこと
がない。According to the third aspect of the present invention, silicon (Si) is a primary crystal silicon (S) having an average particle diameter of 20 μm or less.
By adopting i), the coefficient of linear expansion of the sleeve can be reduced, and the thermal conductivity, workability, and plating properties are not impaired.
【0015】請求項4に記載の発明は、『前記スリーブ
を平均粒径が20〜100μmのアルミニウム合金粉末
を凝集固化して形成したことを特徴とする請求項1乃至
請求項4のいずれか1項に記載のシリンダスリーブ。』
である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method as set forth in any one of the first to fourth aspects, wherein the sleeve is formed by coagulating and solidifying an aluminum alloy powder having an average particle diameter of 20 to 100 μm. Cylinder sleeve according to item. 』
It is.
【0016】請求項4に記載の発明によれば、スリーブ
を平均粒径が20〜100μmのアルミニウム合金粉末
を凝集固化して形成することで、スリーブの線膨張係数
をより小さくすることができ、しかも熱伝導性、加工
性、メッキ性を損なうことがない。According to the fourth aspect of the present invention, the sleeve is formed by agglomerating and solidifying an aluminum alloy powder having an average particle diameter of 20 to 100 μm, whereby the coefficient of linear expansion of the sleeve can be further reduced. Moreover, thermal conductivity, workability, and plating properties are not impaired.
【0017】請求項5に記載の発明は、『スリーブ基材
に、アルミニウム合金にシリコン(Si)を加えた化学
組成をもつ急冷凝固粉末固化押し出し形成材料を用いて
押出加工により形成し、この押出加工条件を調整するこ
とによってスリーブ基材の外表面に、高さ0.1〜2m
mの長さ方向に平行な連続した突起を形成すると共に、
表面に深さ10μm〜最大でスリーブ基材厚さの20%
の微小クラックを一様に分布させたことを特徴とするシ
リンダスリーブの製造方法。』である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for forming a sleeve base material by an extrusion process using a rapidly solidified powder solidified extrusion forming material having a chemical composition obtained by adding silicon (Si) to an aluminum alloy. By adjusting the processing conditions, the outer surface of the sleeve substrate has a height of 0.1 to 2 m.
While forming a continuous projection parallel to the length direction of m,
10 μm depth on the surface up to 20% of the sleeve base material thickness
A method for manufacturing a cylinder sleeve, characterized in that minute cracks are uniformly distributed. ].
【0018】請求項5に記載の発明によれば、押出加工
条件を調整することによってスリーブ基材の外表面に、
高さ0.1〜2mmの長さ方向に平行な連続した突起を
形成すると共に、表面に深さ10μm〜最大でスリーブ
基材厚さの20%の微小クラックを一様に分布させたこ
とで、シリンダ本体との接合を強固にし、かつ熱の伝達
を均一にすることができる。According to the fifth aspect of the present invention, the outer surface of the sleeve base material is adjusted by adjusting the extrusion processing conditions.
By forming continuous projections parallel to the length direction with a height of 0.1 to 2 mm and uniformly distributing minute cracks on the surface from a depth of 10 μm to a maximum of 20% of the sleeve base material thickness. In addition, the connection with the cylinder body can be strengthened and the heat transfer can be made uniform.
【0019】請求項6に記載の発明は、『アルミニウム
合金製のスリーブを、アルミニウム合金鋳造製のシリン
ダ本体に鋳込んだ内燃機関用シリンダブロックであり、
前記スリーブは、請求項1乃至請求項4のいずれか1項
に記載のスリーブ基材を用いて形成したことを特徴とす
る内燃機関用シリンダブロック。』である。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a cylinder block for an internal combustion engine in which a sleeve made of aluminum alloy is cast into a cylinder body made of aluminum alloy casting.
A cylinder block for an internal combustion engine, wherein the sleeve is formed using the sleeve base material according to any one of claims 1 to 4. ].
【0020】請求項6に記載の発明によれば、シリンダ
本体との接合を強固にし、かつ熱の伝達を均一にしてピ
ストンとの焼き付きを防止することができる。According to the sixth aspect of the present invention, the joint with the cylinder body can be strengthened, and the heat can be uniformly transmitted to prevent the seizure with the piston.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、この発明のシリンダスリー
ブ及びシリンダスリーブの製造方法並びに内燃機関用シ
リンダブロックの実施の形態について図面に基づいて説
明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a cylinder sleeve, a method of manufacturing the cylinder sleeve and a cylinder block for an internal combustion engine according to the present invention.
【0022】この発明は、内燃機関用シリンダブロック
を備える水冷式あるいは空冷式の4サイクル内燃機関及
び2サイクル内燃機関に適用され、またスリーブは湿式
構造あるいは乾式構造に適用される。The present invention is applied to a water-cooled or air-cooled 4-stroke internal combustion engine and a 2-stroke internal combustion engine having a cylinder block for an internal combustion engine, and the sleeve is applied to a wet or dry structure.
【0023】図1は水冷式4サイクル内燃機関の断面
図、図2は図1のII−II線に沿う断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a water-cooled four-cycle internal combustion engine, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG.
【0024】この内燃機関の一例として、図1及び図2
にスリーブが乾式構造の水冷式4サイクル内燃機関を示
すが、この発明はこの実施の形態に限定されない。FIGS. 1 and 2 show an example of this internal combustion engine.
1 shows a water-cooled four-cycle internal combustion engine having a dry-type sleeve, but the present invention is not limited to this embodiment.
【0025】車両の4サイクルエンジン1は、直列4気
筒エンジンが用いられる。4サイクルエンジン1のシリ
ンダブロック2は、シリンダ本体2aとスリーブ3から
構成され、このスリーブ3にピストン4が往復動可能に
設けられている。このピストン4の往復動でコンロッド
5を介してクランク室7に配置された図示しないクラン
ク軸が回転する。シリンダブロック2にはシリンダヘッ
ド6が設けられ、ボルト8によりシリンダブロック2に
締付固定されている。ピストン4には、ピストンリング
4bが設けられている。シリンダヘッド6にはヘッドカ
バー80が設けられている。An in-line four-cylinder engine is used as the four-cycle engine 1 of the vehicle. The cylinder block 2 of the four-cycle engine 1 includes a cylinder body 2a and a sleeve 3, and a piston 4 is provided on the sleeve 3 so as to be able to reciprocate. The reciprocating motion of the piston 4 rotates a crankshaft (not shown) disposed in the crank chamber 7 via the connecting rod 5. The cylinder block 2 is provided with a cylinder head 6, which is fastened and fixed to the cylinder block 2 by bolts 8. The piston 4 is provided with a piston ring 4b. A head cover 80 is provided on the cylinder head 6.
【0026】シリンダブロック2のスリーブ3、ピスト
ン4の頭部4aと、シリンダヘッド6とで燃焼室12が
形成されている。シリンダヘッド6には燃焼室12に臨
むように点火プラグ86が取り付けられている。A combustion chamber 12 is formed by the sleeve 3 of the cylinder block 2, the head 4a of the piston 4, and the cylinder head 6. An ignition plug 86 is attached to the cylinder head 6 so as to face the combustion chamber 12.
【0027】また、シリンダヘッド6には吸気通路13
と排気通路14が形成され、吸気通路13には集合吸気
管15が接続される。また、排気通路14には集合排気
管16が接続される。The cylinder head 6 has an intake passage 13.
And an exhaust passage 14, and a collective intake pipe 15 is connected to the intake passage 13. A collective exhaust pipe 16 is connected to the exhaust passage 14.
【0028】吸気通路13の燃焼室12に臨む開口部は
吸気弁18で開閉され、排気通路14の燃焼室12に臨
む開口部は排気弁19で開閉される。吸気弁18及び排
気弁19のタペット30,31には、カム軸32,33
のカム32a,33aが当接しており、カム軸32,3
3の回転によってカム32a,33aがタペット30,
31を介して吸気弁18及び排気弁19を押動し、これ
により吸気通路13と排気通路14を開閉する。The opening of the intake passage 13 facing the combustion chamber 12 is opened and closed by an intake valve 18, and the opening of the exhaust passage 14 facing the combustion chamber 12 is opened and closed by an exhaust valve 19. Tappets 30, 31 of the intake valve 18 and the exhaust valve 19 have camshafts 32, 33, respectively.
Cams 32a, 33a are in contact with each other, and the camshafts 32, 3
3, the cams 32a, 33a cause the tappet 30,
The intake valve 18 and the exhaust valve 19 are pushed via 31, thereby opening and closing the intake passage 13 and the exhaust passage 14.
【0029】シリンダブロック2のシリンダ本体2aに
は水ジャケット20が形成され、この水ジャケット20
に連通してシリンダヘッド6に水ジャケット21が形成
されている。この水ジャケット20,21の冷却水によ
り燃焼室12の周りを冷却するようになっており、スリ
ーブ3が乾式構造である。A water jacket 20 is formed on the cylinder body 2a of the cylinder block 2.
, A water jacket 21 is formed in the cylinder head 6. The surroundings of the combustion chamber 12 are cooled by the cooling water of the water jackets 20 and 21, and the sleeve 3 has a dry structure.
【0030】図3にスリーブが湿式構造の水冷式4サイ
クル内燃機関を示し、水ジャケット20の冷却水により
燃焼室12の周りを冷却すると共に、冷却水によりスリ
ーブ3を直接冷却するようになっている。水ジャケット
20の下部には、シリンダ本体2aとスリーブ3との間
にOリング85を設けてシールしている。FIG. 3 shows a water-cooled four-stroke internal combustion engine having a wet-type sleeve, in which cooling water around a combustion chamber 12 is cooled by cooling water in a water jacket 20, and the sleeve 3 is directly cooled by cooling water. I have. An O-ring 85 is provided under the water jacket 20 between the cylinder body 2a and the sleeve 3 for sealing.
【0031】次に、内燃機関用シリンダブロックの製造
について説明する。図4は内燃機関用シリンダブロック
の製造工程を示す図である。Next, the manufacture of a cylinder block for an internal combustion engine will be described. FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of a cylinder block for an internal combustion engine.
【0032】急冷凝固粉末材料を形成し(ステップS
1)、この急冷凝固粉末材料を冷間静水圧プレスしてス
リーブ素材(ビレット)を成形し(ステップS2)、真
空焼結する(ステップS3)。その後、加熱・熱間押し
出し、スリーブ中空素形材を形成し、冷却する(ステッ
プS4)。必要に応じて熱処理し、このスリーブ中空素
形材を切断・加工し(ステップS5)、スリーブ3を形
成する。このスリーブ3をシリンダ本体2aに鋳包み
(ステップS6)、焼鈍(ステップS7)、メッキを行
ない(ステップS8)、ホーニング処理する(ステップ
S9)。A rapidly solidified powder material is formed (Step S)
1) The rapidly solidified powder material is cold isostatically pressed to form a sleeve material (a billet) (step S2) and vacuum-sintered (step S3). Thereafter, heating and hot extrusion is performed to form a hollow hollow material, and the material is cooled (step S4). If necessary, heat treatment is performed, and the sleeve hollow material is cut and processed (step S5) to form the sleeve 3. The sleeve 3 is cast in the cylinder body 2a (step S6), annealed (step S7), plated (step S8), and subjected to honing (step S9).
【0033】ステップS1における急冷凝固粉末材料
は、例えばアルミニウム(A1)の基材に対してシリコ
ン(Si)、鉄(Fe)及びその他の成分を含有させた
アルミニウム合金のインゴットを準備して、これを約7
00℃以上で溶解してから、霧状に散布して冷却速度1
00℃/sec以上で急激に冷やして凝固させること
で、アルミニウム合金の急冷凝固粉末(パウダーメタ
ル)として形成する。As the rapidly solidified powder material in step S1, for example, an ingot of an aluminum alloy containing silicon (Si), iron (Fe) and other components with respect to a base material of aluminum (A1) is prepared. About 7
Dissolve at 00 ° C or higher, then spray in mist and cool at a cooling rate of 1
By rapidly cooling and solidifying at a temperature of 00 ° C./sec or more, it is formed as a rapidly solidified powder (powder metal) of an aluminum alloy.
【0034】スリーブ素材(ビレット)を形成するため
のアルミニウム合金粉末材料としては、例えば、初晶シ
リコンの平均粒径が20μm以下であるシリコン(S
i)を15〜38重量%の範囲で含むようなアルミニウ
ム合金の急冷凝固粉末が使用される。As an aluminum alloy powder material for forming the sleeve material (billet), for example, silicon (S) having an average grain size of primary crystal silicon of 20 μm or less is used.
A rapidly solidified powder of an aluminum alloy containing i) in the range of 15 to 38% by weight is used.
【0035】このようなアルミニウム合金の急冷凝固粉
末として、アルミニウム(Al)を基材とし、全体中
に、シリコン(Si)を15〜38重量%、鉄(Fe)
を1.5重量%以下、銅(Cu)を6.8重量%以下、
マグネシウム(Mg)を0.2〜2重量%、マンガン
(Mn)を1.5重量%以下、クロム(Cr)を0.4
重量%以下、亜鉛(Zn)を0.3重量%以下の範囲で
含むようなものがある。As a rapidly solidified powder of such an aluminum alloy, aluminum (Al) is used as a base material, silicon (Si) is 15 to 38% by weight, iron (Fe) is contained in the whole.
1.5% by weight or less, copper (Cu) 6.8% by weight or less,
0.2 to 2% by weight of magnesium (Mg), 1.5% by weight or less of manganese (Mn), 0.4% by weight of chromium (Cr)
% Or less, and zinc (Zn) in a range of 0.3% by weight or less.
【0036】このようなJISに規定の2000番台あ
るいは6000のアルミニウム合金をベースにSi含有
量を増加させて15〜38重量%としたアルミニウム合
金の急冷凝固粉末の含有成分において、シリコン(S
i)は、金属組織中に硬質の初晶や共晶のシリコン粒を
晶出させることで耐摩耗性及び耐焼付性を高めるために
添加され、鉄(Fe)は、金属組織を分散強化して20
0℃以上で高い強度を得るために添加され、また、銅
(Cu)及びマグネシウム(Mg)は、200℃以下で
の強度を高めるために添加されるものであって、それら
の添加量については、前記の範囲で所望の耐摩耗性や耐
焼付性及び高温での必要な強度を得ることができる。In the rapidly solidified powder of the aluminum alloy whose silicon content is increased to 15 to 38% by weight based on the aluminum alloy of 2000 series or 6000 specified in JIS, silicon (S
i) is added in order to increase wear resistance and seizure resistance by crystallizing hard primary crystals and eutectic silicon grains in the metal structure. Iron (Fe) disperses and strengthens the metal structure. 20
Copper (Cu) and magnesium (Mg) are added to obtain high strength at 0 ° C. or higher, and are added to increase the strength at 200 ° C. or lower. In the above range, desired wear resistance and seizure resistance and required strength at high temperature can be obtained.
【0037】前記のようなアルミニウム合金の急冷凝固
粉末を固化したスリーブ素材では、溶解したアルミニウ
ム合金を霧状に散布して急冷凝固させることにより粉末
化しているため、アルミニウム合金粉末は平均粒径で約
20〜100μm程度となり、その中に含まれているシ
リコン(Si)は、粉末化しつつ凝固するアルミニウム
合金の金属組織中に晶出させた硬質の初晶シリコン(S
i)が平均粒径が20μm以下となるように微細化され
ていて、各アルミニウム合金粒子毎に分散されている。In the sleeve material in which the rapidly solidified powder of the aluminum alloy is solidified as described above, the molten aluminum alloy is sprayed in the form of a mist and solidified by rapid cooling, so that the aluminum alloy powder has an average particle size. Approximately 20 to 100 μm, and silicon (Si) contained therein is hard primary crystal silicon (S) crystallized in a metal structure of an aluminum alloy which solidifies while powdering.
i) is finely divided so as to have an average particle diameter of 20 μm or less, and is dispersed for each aluminum alloy particle.
【0038】ステップS2において、一方あるいは複数
方向に開放口を有する型内に上記アルミニウム合金の急
冷凝固粉末材を込め、エアー抜きしつつプランジャーを
開放口から型内に挿入し、しかる後プランジャーと型と
を水密状態に保ったまま、プランジャーに静水圧を負荷
する、静水圧プレスが実施され、急冷凝固粉末材料が固
められる。In step S2, the rapidly solidified powder material of the aluminum alloy is placed in a mold having an opening in one or a plurality of directions, and the plunger is inserted into the mold through the opening while bleeding air. While maintaining the mold and the mold in a water-tight state, a hydrostatic press is applied to apply a hydrostatic pressure to the plunger, and the rapidly solidified powder material is solidified.
【0039】ステップS3において、予固めされた急冷
凝固粉末材料が燒結型内に収容され、型内部の真空引き
が実施されるとともに加熱加圧され、空気の混入のほと
んど無いより緻密な固形塊とされる。In step S3, the pre-solidified rapidly solidified powder material is accommodated in a sintering mold, and the inside of the mold is evacuated and heated and pressurized to form a denser solid mass substantially free of air. Is done.
【0040】ステップS4において、押し出し型に固形
塊が収容されて加熱され、押し出し型の口金部から中空
の丸棒状すなわち中空素形状に押し出され、冷却された
部分で切断されて、所定長の中空丸棒とされる。なお、
このステップS4において、押し出し・冷却後のスリー
ブ中空素形材の硬度をロックウェル硬度(HRB)40
以上となるように工程上のパラメータを調整する。In step S4, the solid mass is accommodated in the extrusion die, heated, extruded from the die portion of the extrusion die into a hollow round bar shape, that is, a hollow element shape, cut at the cooled portion, and cut into a predetermined length of hollow. It is a round bar. In addition,
In step S4, the hardness of the extruded and cooled sleeve hollow material is set to a Rockwell hardness (HRB) of 40.
The parameters in the process are adjusted so as to be as described above.
【0041】ステップS5において、スリーブ素材長さ
に切断され、内外形及び端部が加工されて、鋳包み用ス
リーブが形成される。In step S5, the sleeve is cut to the length of the sleeve material, and the inner and outer shapes and the end portions are processed to form a cast-in sleeve.
【0042】ステップS6におけるスリーブ3のシリン
ダ本体2aへの鋳包みは、スリーブ3を鋳包むシリンダ
ダイカスト成形が実施される。この場合の鋳包みはスリ
ーブ3を金型内に収容し、スリーブ内周の一部を支持部
材で支えた状態で、金型とスリーブ外周との間の空隙
に、所定のアルミニウム合金の溶湯を高圧で導くことに
より行う。そしてシリンダブロック2の各部及びシリン
ダボアの機械加工が実施される。In step S6, the sleeve 3 is cast into the cylinder main body 2a by cylinder die casting in which the sleeve 3 is cast. In this case, the sleeve 3 is housed in a mold, and a part of the inner periphery of the sleeve is supported by a supporting member, and a molten metal of a predetermined aluminum alloy is poured into a gap between the mold and the outer periphery of the sleeve. This is done by guiding at high pressure. Then, machining of each part of the cylinder block 2 and the cylinder bore is performed.
【0043】スリーブの鋳包み前にスリーブ外周面に凹
凸を形成することにより、運転中の母材とスリーブの熱
膨張率の違いにより締め付け力が低下しても、スリーブ
の抜けを確実に防止できる。このようなスリーブ外周面
の凹凸は、ビレットを押し出し成形する際に、押し出し
速度と温度などの成形条件を調整することにより、人工
的に微細なクラックを形成することができる。また、シ
ョットブラストを用いることも可能である。ショットブ
ラスト以外にも他の機械加工あるいはスリーブ全体の酸
洗い(エッチング)等により形成することができる。ま
た、ショットブラスト等によりスリーブ外周に凹凸を形
成して母材との接合性を高める方法に代えて、低融点半
田を用いてスリーブと母材とを接合しスリーブの抜け防
止を図ってもよい。By forming irregularities on the outer peripheral surface of the sleeve before casting the sleeve, even if the fastening force is reduced due to a difference in the coefficient of thermal expansion between the base material and the sleeve during operation, the sleeve can be reliably prevented from coming off. . Such irregularities on the outer peripheral surface of the sleeve can artificially form fine cracks by adjusting molding conditions such as extrusion speed and temperature when extruding the billet. Also, shot blasting can be used. In addition to shot blasting, it can be formed by other machining or pickling (etching) of the entire sleeve. Further, instead of a method of forming irregularities on the outer periphery of the sleeve by shot blasting or the like to enhance the bonding property with the base material, the sleeve and the base material may be bonded by using low melting point solder to prevent the sleeve from coming off. .
【0044】ここでショットブラストとは、粒径が50
〜150μmの鋼球、超硬ビーズ、ステンレス鋼球、亜
鉛ビーズ、ガラスビーズや、粒径はもう少し大きい石英
を多く含む川砂等を、投射機で、例えば40〜80m/
sの投射速度でワークを投射するものを言う。Here, the shot blast means that the particle size is 50.
150150 μm steel balls, carbide beads, stainless steel balls, zinc beads, glass beads, river sand containing a lot of quartz having a slightly larger particle size, etc., with a projector, for example, 40 to 80 m /
This means that a workpiece is projected at a projection speed of s.
【0045】ステップS7において焼鈍が実施される。
この焼鈍後のスリーブ3の硬度をロックウェル硬度(H
RB)40以上となるように熱処理条件を調整する。In step S7, annealing is performed.
The hardness of the sleeve 3 after the annealing is defined as Rockwell hardness (H
RB) The heat treatment conditions are adjusted so as to be 40 or more.
【0046】ステップS8におけるメッキ処理は、スリ
ーブ内面のメッキであり、基本的には、脱脂処理、アル
カリエッチング処理、混酸エッチング処理からなる前処
理と、下地処理のアルマイト処理と、複合メッキ処理の
5つの工程からなり、各工程の後に水洗処理が施され
る。The plating process in step S8 is plating of the inner surface of the sleeve. Basically, the plating process includes pretreatment including degreasing treatment, alkali etching treatment, and mixed acid etching treatment, alumite treatment as a base treatment, and composite plating treatment. It consists of two steps, and a water washing process is performed after each step.
【0047】そして以上のメッキ処理(ステップS8)
の後、ホーニング(ステップS9)でスリーブ内周面の
メッキ層にホーニング仕上げを施し、メッキ皮膜の厚み
を望ましくは約50μm、場合によっては20μm〜1
00μmとするとともに、メッキ層の面粗さを1.0μ
mRz以下にする。これにより、確実にメッキ層表面を
滑らかにすることができてピストン4及びピストンリン
グ4bの摺動時の摩擦係数を小さくすることができると
ともに、エンジンオイルの保持性が向上し潤滑性を向上
させることができる。なお、RzとはJIS規格のB0
601に定められたものである。The above plating process (step S8)
After that, the plating layer on the inner peripheral surface of the sleeve is subjected to honing by honing (step S9), and the thickness of the plating film is preferably about 50 μm, and in some cases, 20 μm to 1 μm.
00 μm and the surface roughness of the plating layer is 1.0 μm.
mRz or less. As a result, the surface of the plating layer can be surely smoothed, the coefficient of friction at the time of sliding of the piston 4 and the piston ring 4b can be reduced, and the retention of engine oil is improved and lubricity is improved. be able to. In addition, Rz is B0 of JIS standard.
601.
【0048】従来のスリーブ基材には、溶製押し出し材
が用いられ、この溶製押し出し材は比較的低いシリコン
含有量をもち、熱膨張係数は周囲のシリンダ本体のアル
ミニウム鋳物材料と同等かそれ以下であり、このシリン
ダブロックを製造する際、スリーブ基材をアルミニウム
ダイカスト鋳物によって鋳込む際に、鋳物材が凝固する
過程において、スリーブ基材とアルミニウム鋳物の間に
隙間が生じ、このために後工程における内径研削加工時
の精度が悪化することがあリ、さらに隙間の存在は、熱
伝導性が部分的に悪くなることから、スリーブの円筒
度、真円度などの形状の悪化を招き、オイル消費の増
大、性能の劣化の原因となっている。A conventional extruded material is used for the sleeve base material. The extruded material has a relatively low silicon content, and its thermal expansion coefficient is equal to or less than that of the aluminum casting material of the surrounding cylinder body. When manufacturing the cylinder block, when the sleeve base material is cast by the aluminum die casting, a gap is generated between the sleeve base material and the aluminum casting in a process of solidification of the casting material. The accuracy at the time of inner diameter grinding in the process may deteriorate, and the presence of the gap further deteriorates the shape such as the cylindricity and roundness of the sleeve because the thermal conductivity partially deteriorates, This causes an increase in oil consumption and a deterioration in performance.
【0049】このようにシリコン(Si)含有量を15
〜38重量%としたアルミニウム合金鋳物を使用するこ
とがスリーブ基材とアルミニウム鋳物の間に隙間が生じ
させないことで有効であるが、通常の鋳物材料では初晶
Si粒が数10μm以上にもなってしまうため、表面に
メッキ層を形成しようとしても、密着性が悪く、加工時
にメッキ剥離を生じることがあるだけでなく、運転中に
もメッキ剥離を生じるなど充分な耐久性が得られない。As described above, the silicon (Si) content is reduced to 15
It is effective to use an aluminum alloy casting with a content of about 38% by weight so as not to form a gap between the sleeve base material and the aluminum casting. However, in a normal casting material, primary crystal Si grains are several tens μm or more. Therefore, even if an attempt is made to form a plating layer on the surface, the adhesion is poor, and not only may plating peel off during processing, but also sufficient durability cannot be obtained, such as plating peeling during operation.
【0050】このためスリーブ3は平均粒径が20〜1
00μmのアルミニウム合金粉末を凝集固化して形成す
ることで、このシリコン(Si)を平均粒径が20μm
以下の初晶シリコン(Si)としている。メッキの前処
理であるアルカリエッチング工程において、シリコン
(Si)粒径が20μm以下と十分小さいために、Ni
−Pメッキの析出が阻害されない。このためメッキの密
着性を確保することができる。For this reason, the sleeve 3 has an average particle size of 20 to 1
The silicon (Si) having an average particle diameter of 20 μm was formed by coagulating and solidifying an aluminum alloy powder of 00 μm.
The following primary crystal silicon (Si) is used. In the alkali etching step, which is a pretreatment for plating, the silicon (Si) particle size is sufficiently small as 20 μm or less.
-Deposition of P plating is not hindered. For this reason, the adhesion of plating can be ensured.
【0051】このように、スリーブ3を構成するアルミ
ニウム合金にシリコン(Si)を含有させ、このシリコ
ン(Si)を平均粒径が20μm以下の初晶シリコン
(Si)とし、スリーブ3の内周面にアルカリエッチン
グ処理することで、スリーブ内周面のシリコン(Si)
がアルカリエッチング処理で除去されて、スリーブ内周
面に凹凸が形成され、しかもシリコン(Si)粒子の平
均粒径は小さいので、微細な凹凸を緻密に形成でき、ス
リーブ内周面とメッキ層との結合面積が増加し結合性の
より一層の向上が可能で、凹凸によるアンカー効果があ
り、さらに結合面積の増加で熱伝達面積が増加し、メッ
キ層に加えられる燃焼ガスの熱を速やかに放熱可能で、
メッキ層の剥離を起こしにくい。As described above, the aluminum alloy forming the sleeve 3 contains silicon (Si), and the silicon (Si) is converted into primary crystal silicon (Si) having an average particle diameter of 20 μm or less. (Si) on the inner peripheral surface of the sleeve by alkali etching
Is removed by alkali etching to form irregularities on the inner peripheral surface of the sleeve, and since the average particle size of the silicon (Si) particles is small, fine irregularities can be formed densely. The bonding area can be increased to further improve the bonding property, and there is an anchor effect due to the unevenness. Further, the increase in the bonding area increases the heat transfer area, and quickly dissipates the heat of the combustion gas added to the plating layer. Possible,
Hardly causes peeling of plating layer.
【0052】また、スリーブ3を構成するアルミニウム
合金に、シリコン(Si)を15〜38重量%含有させ
ることで、シリコン(Si)含有量が多く、かつシリコ
ン(Si)粒子の平均粒径は小さいので、より微細な凹
凸を緻密に形成でき、スリーブ内周面とメッキ層との結
合面積が増加し結合性のより一層の向上が可能である。Further, by containing 15 to 38% by weight of silicon (Si) in the aluminum alloy constituting the sleeve 3, the silicon (Si) content is large and the average particle size of the silicon (Si) particles is small. Therefore, finer irregularities can be formed densely, and the bonding area between the inner peripheral surface of the sleeve and the plating layer increases, so that the bonding property can be further improved.
【0053】また、スリーブ3を構成するアルミニウム
合金には、前記したようにシリコン(Si)を15〜3
8重量%含有させ、スリーブ3の線膨張係数を15〜2
2(200℃にて)とし、シリンダ本体2aの線膨張係
数より小さく(例えば、JISダイカスト用アルミニウ
ム合金ADC12の線膨張係数20(200℃にて)
と)し、スリーブ3の線膨張係数をシリンダ本体2aの
線膨張係数より少なくとも10%小さな値にしている。As described above, the aluminum alloy forming the sleeve 3 is made of silicon (Si) of 15 to 3 times.
8% by weight, and the coefficient of linear expansion of the sleeve 3 is 15 to 2
2 (at 200 ° C.), which is smaller than the linear expansion coefficient of the cylinder body 2a (for example, the linear expansion coefficient of the aluminum alloy ADC12 for JIS die casting is 20 (at 200 ° C.)
The coefficient of linear expansion of the sleeve 3 is at least 10% smaller than the coefficient of linear expansion of the cylinder body 2a.
【0054】したがって、アルミニウム合金製のスリー
ブ3を、アルミニウム合金鋳造のシリンダ本体2aに鋳
包む場合、スリーブ3の外周にシリンダ本体2a側の溶
湯が取り囲み、スリーブ3が加熱されて熱膨張する一
方、シリンダ本体2aが湯込め後次第に冷却されるに伴
ってスリーブ3も冷却されて熱収縮し、シリンダ本体2
a側の溶湯は、冷却凝固するとき収縮し、さらに温度が
低下するに伴って熱収縮するが、シリコン(Si)を1
5〜38重量%含有させ、スリーブ3の線膨張係数をシ
リンダ本体2aの線膨張係数より少なくとも10%小さ
な値であり、シリンダ本体2a側の凝固収縮及び凝固後
の熱収縮によるスリーブ締め付け力が緩和されず、スリ
ーブ3とシリンダ本体2aとの間に隙間が生じない。Therefore, when the sleeve 3 made of aluminum alloy is cast into the cylinder body 2a of aluminum alloy casting, the molten metal on the cylinder body 2a side surrounds the outer periphery of the sleeve 3, and the sleeve 3 is heated and thermally expanded. As the cylinder body 2a is gradually cooled after filling, the sleeve 3 is also cooled and thermally contracted.
The molten metal on the side a shrinks when solidified by cooling, and further shrinks as the temperature decreases.
5 to 38% by weight, the coefficient of linear expansion of the sleeve 3 is at least 10% smaller than the coefficient of linear expansion of the cylinder body 2a, and the sleeve tightening force due to solidification shrinkage on the cylinder body 2a side and heat shrinkage after solidification is reduced. Therefore, no gap is formed between the sleeve 3 and the cylinder body 2a.
【0055】また、スリーブ基材に、アルミニウム合金
にシリコン(Si)を加えた化学組成をもつ急冷凝固粉
末固化押し出し形成材料を用いて押出加工により形成
し、この押出加工条件、例えば押出速度、温度等を調整
することによって中空丸棒、高さ0.1〜2mmの長さ
方向に平行な連続した突起を形成する、あるいは及び、
表面に深さ10μm〜最大でスリーブ基材厚さの20%
の微小クラックを一様に分布させ、スリーブに加工した
後も外周表面に突起、あるいは及び微小クラックを残す
ようにすることで、シリンダ本体2aとの接合を強固に
し、かつ熱の伝達を均一にすることができる。Further, a sleeve base material is formed by extrusion using a rapidly solidified powder solidified extrusion forming material having a chemical composition obtained by adding silicon (Si) to an aluminum alloy, and the extrusion processing conditions, for example, extrusion speed, temperature By forming a hollow round bar, a continuous projection parallel to the length direction of 0.1 to 2 mm in height is adjusted, or
10 μm depth on the surface up to 20% of the sleeve base material thickness
Micro cracks are uniformly distributed, and projections or micro cracks are left on the outer peripheral surface even after processing into a sleeve, so that bonding with the cylinder body 2a is strengthened and heat transfer is uniform. can do.
【0056】また、運転状態においてもスリーブ3の温
度は鋳包む時の温度(アルミニウム合金の溶融温度に近
い値)より低くなるが(空冷、水冷がなされるので、1
00℃〜300℃程度)、シリコン(Si)を15〜3
8重量%含有させ、スリーブ3の線膨張係数をシリンダ
本体2aの線膨張係数より少なくとも10%小さな値で
あり、スリーブ締め付け力が維持され、スリーブ3とシ
リンダ本体2aとの間で隙間が発生することがなく、ス
リーブ内周の円筒度、真円度が維持され、スリーブ3円
周表面からの熱は、メッキ層、スリーブ3本体内を経て
シリンダ本体側へ良好に熱伝達されるのでホットスポッ
トができにくく、ピストン4との焼き付きを防止するこ
とができる。In the operating state, the temperature of the sleeve 3 is lower than the temperature at the time of casting (a value close to the melting temperature of the aluminum alloy) (air cooling and water cooling are performed.
About 00 ° C. to 300 ° C.) and 15 to 3 pieces of silicon (Si).
8% by weight, the coefficient of linear expansion of the sleeve 3 is at least 10% smaller than the coefficient of linear expansion of the cylinder body 2a, the sleeve tightening force is maintained, and a gap is generated between the sleeve 3 and the cylinder body 2a. The cylindrical shape and roundness of the inner circumference of the sleeve are maintained, and the heat from the circumferential surface of the sleeve 3 is transferred well to the cylinder body side via the plating layer and the inside of the sleeve 3 body, so that the hot spot is formed. And seizure with the piston 4 can be prevented.
【0057】また、鋳包み完了後(常温状態)、所定の
メッキを施し、ホーニング仕上げをしてスリーブ3内周
の円筒度、真円度を上げて、シリンダブロック2にクラ
ンク軸やピストン等を組み付け、さらにシリンダヘッド
6をボルト8により締結して内燃機関として組み立て完
了した後、内燃機関を運転すると、スリーブ3が熱膨張
し、この時シリンダヘッド6がボルト締結されるスリー
ブ外周のシリンダ本体2の複数のボルト穴回りは剛性が
上がり、熱膨張に抵抗する一方、スリーブ外周のボルト
穴の中間部となるシリンダ本体2aは熱膨張に対しての
抵抗性は小さいが、シリコン(Si)を15〜38重量
%含有させ、スリーブ3の線膨張係数をシリンダ本体2
aの線膨張係数より10%小さな値であり、スリーブ3
が熱膨張が小さくてスリーブ内周の円筒度、真円度が維
持され、ピストンリング4bによる燃焼室12とクラン
ク室7との隔離性が向上し、オイル消費量の増大、燃焼
ガスの吹き抜けによる燃費悪化、オイル劣化を防止する
ことができる。After completion of casting (normal temperature condition), predetermined plating is performed, honing is performed to increase the cylindricity and roundness of the inner periphery of the sleeve 3, and the crankshaft and piston are mounted on the cylinder block 2. When the internal combustion engine is operated after assembling and further fastening the cylinder head 6 with bolts 8 to complete the assembly as an internal combustion engine, the sleeve 3 thermally expands, and at this time, the cylinder body 2 around the sleeve to which the cylinder head 6 is bolted is bolted. The plurality of bolt holes have increased rigidity and resist thermal expansion. On the other hand, the cylinder body 2a, which is an intermediate portion between the bolt holes on the outer periphery of the sleeve, has low resistance to thermal expansion. And a linear expansion coefficient of the sleeve 3 of the cylinder body 2
a is 10% smaller than the linear expansion coefficient of
Has a small thermal expansion, maintains the cylindricality and roundness of the inner circumference of the sleeve, improves the isolation between the combustion chamber 12 and the crank chamber 7 by the piston ring 4b, increases the oil consumption, and causes the combustion gas to flow through. Fuel economy deterioration and oil deterioration can be prevented.
【0058】また、メッキ層を介して加わる燃焼圧力、
ピストンリングの張力等により、メッキ層を支えるスリ
ーブ材が降伏劣化し、メッキ層がスリーブ材から剥離す
る可能性があり、またシリンダヘッド締め付けによる剛
性アップがあり、運転時の熱膨張がスリーブの円周方向
の各部で均一になされないで、特に硬度が不足する場合
は剛性が低く、シリンダヘッド締め付けボルト穴の中間
部での熱膨張による変形が大きくなる等の問題がある
が、スリーブを構成するアルミニウム合金に、シリコン
(Si)を15〜38重量%と、マグネシウム(Mg)
を1.8重量%以下を含有させ、スリーブはロックウェ
ル硬度(HRB)40〜70とすることで、スリーブ3
の降伏劣化を防止すると共に、剛性が向上し、かつ熱膨
張による変形が軽減することができる。Also, the combustion pressure applied through the plating layer,
Due to the tension of the piston ring, the sleeve material that supports the plating layer may yield and deteriorate, the plating layer may peel off from the sleeve material, and the cylinder head may have increased rigidity due to cylinder head tightening. If the hardness is insufficient at each part in the circumferential direction, especially when the hardness is insufficient, the rigidity is low, and there is a problem that the deformation due to thermal expansion at the middle part of the cylinder head tightening bolt hole becomes large, but there is a problem that the sleeve is constituted. 15-38% by weight of silicon (Si) and magnesium (Mg) in aluminum alloy
1.8% by weight or less, and the sleeve has a Rockwell hardness (HRB) of 40 to 70.
In addition to preventing yield deterioration, the rigidity is improved, and deformation due to thermal expansion can be reduced.
【0059】また、スリーブを構成するアルミニウム合
金に、銅(Cu)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)の
いずれか少なくとも1つあるいは複数を合計で1.7〜
8.3重量%含有させたから、スリーブの降伏劣化を防
止すると共に、剛性が向上し、かつ熱膨張による変形が
軽減することができる。Further, at least one or more of copper (Cu), manganese (Mn) and zinc (Zn) is added to the aluminum alloy constituting the sleeve in a total of 1.7 to 1.7.
By containing 8.3% by weight, it is possible to prevent the sleeve from deteriorating in yield, improve rigidity, and reduce deformation due to thermal expansion.
【0060】さらに、シリンダブロック2を製造する
際、例えばスリーブ基材をアルミニウムダイカスト鋳物
によって鋳包む際に、アルミニウムダイカスト鋳物が凝
固する過程において、スリーブ基材とアルミニウム鋳物
の間に隙間が生じ、このために後工程における内径研削
加工時の精度が悪化することがあり、さらに、隙間の存
在は、熱伝導性が部分的に悪くなることから、スリーブ
の円筒度、真円度などの形状の悪化を招き、オイル消費
の増大、性能の劣化の原因となっているが、ピストン
4、スリーブ3、シリンダ本体2aを、シリコン(S
i)を含有するアルミニウム合金で形成し、シリコン
(Si)を含有量を調整し、ピストン4、スリーブ3、
シリンダ本体2aのシリコン(Si)含有率の比を、1
7:25:12としてピストン4、スリーブ3、シリン
ダ本体2aの線膨張係数の比を、18:16:20とす
ることで、内燃機関を運転すると、ピストン4の熱膨張
に伴うピストンクリアランスの変化を理想的な状態に保
つことができ、これによって、ロス及び騒音の低減をは
かることができ、出力性能を維持したまま、オイル消費
量を低減することができる。Further, when the cylinder block 2 is manufactured, for example, when the sleeve base material is cast with an aluminum die casting, a gap is formed between the sleeve base material and the aluminum casting in a process of solidifying the aluminum die casting. Therefore, the accuracy during the inner diameter grinding process in the subsequent process may be deteriorated, and further, the presence of the gap deteriorates the heat conductivity partially, so that the shape of the sleeve such as cylindricity, roundness, etc. is deteriorated. Cause increase in oil consumption and deterioration of performance. However, the piston 4, the sleeve 3, and the cylinder body 2a are made of silicon (S
i) is formed of an aluminum alloy containing silicon (Si), the content of which is adjusted, and the piston 4, the sleeve 3,
The ratio of the silicon (Si) content of the cylinder body 2a is 1
When the ratio of the coefficient of linear expansion of the piston 4, the sleeve 3, and the cylinder body 2a is set to 18:16:20 at 7:25:12, when the internal combustion engine is operated, the change in the piston clearance accompanying the thermal expansion of the piston 4 is achieved. Can be kept in an ideal state, whereby loss and noise can be reduced, and oil consumption can be reduced while maintaining output performance.
【0061】実施例としては、スリーブ基材に、JIS
2000系またはJIS6000系の基本化学成分に2
5重量%のシリコン(Si)を加えた化学組成をもつ急
冷凝固粉末固化押し出し形成材料を用いるときの製造工
程を、図4の工程によって製造した。As an example, JIS is used for the sleeve base material.
2 for basic chemical components of 2000 or JIS 6000 series
A manufacturing process using a rapidly solidified powder solidified extrusion forming material having a chemical composition to which 5% by weight of silicon (Si) was added was manufactured by the process of FIG.
【0062】このJIS2000系をベースとし過共晶
組成となる量のシリコン(Si)を加えたアルミニウム
合金の急冷凝固粉末は、アルミニウム(Al)を基材と
し、全体中に、シリコン(Si)を15〜38重量%、
鉄(Fe)を1.5重量%以下、銅(Cu)を1.5〜
6.8重量%、マグネシウム(Mg)を1.8重量%以
下、マンガン(Mn)を0.2〜1.2重量%、クロム
(Cr)を0.1重量%以下、亜鉛(Zn)0.3重量
%以下、チタン(Ti)0.2重量%以下とした。The rapidly solidified powder of an aluminum alloy based on this JIS 2000 system and added with an amount of silicon (Si) that becomes a hypereutectic composition is based on aluminum (Al) and contains silicon (Si) throughout. 15-38% by weight,
1.5% by weight or less of iron (Fe) and 1.5% or less of copper (Cu)
6.8 wt%, magnesium (Mg) 1.8 wt% or less, manganese (Mn) 0.2-1.2 wt%, chromium (Cr) 0.1 wt% or less, zinc (Zn) 0 0.3% by weight or less and titanium (Ti) 0.2% by weight or less.
【0063】このJIS6000系をベースとし過共晶
組成となる量のシリコン(Si)を加えたアルミニウム
合金の急冷凝固粉末は、アルミニウム(Al)を基材と
し、全体中に、シリコン(Si)を15〜38重量%、
鉄(Fe)を1.0重量%以下、銅(Cu)を0.4重
量%以下、マグネシウム(Mg)を0.35〜1.5重
量%以下、マンガン(Mn)を0.8重量%以下、クロ
ム(Cr)を0.35重量%以下、亜鉛(Zn)0.2
5重量%以下、チタン(Ti)0.15重量%以下とし
た。A rapidly solidified powder of an aluminum alloy based on JIS 6000 and to which an amount of silicon (Si) to give a hypereutectic composition is based on aluminum (Al), and silicon (Si) is contained in the whole. 15-38% by weight,
1.0 wt% or less of iron (Fe), 0.4 wt% or less of copper (Cu), 0.35 to 1.5 wt% of magnesium (Mg), 0.8 wt% of manganese (Mn) Hereinafter, chromium (Cr) content is 0.35% by weight or less, and zinc (Zn) 0.2
5% by weight or less and titanium (Ti) 0.15% by weight or less.
【0064】実施例1は、JIS6000系で6061
−25Si急冷凝固粉末固化押し出し材をスリーブ基材
として、この内面にNi−P−SiC分散複合メッキを
施した。In Example 1, JIS 6000-based 6061
Using an extruded material of -25Si rapidly solidified powder solidified powder as a sleeve substrate, Ni-P-SiC dispersed composite plating was applied to the inner surface thereof.
【0065】実施例2は、JIS6000系で6061
+2〜4Fe−25Si急冷凝固粉末固化押し出し材を
スリーブ基材として、この内面にNi−P−SiC分散
複合メッキを施した。In Example 2, JIS 6000-based 6061
+ 2-4Fe-25Si rapidly solidified powder solidified extruded material was used as a sleeve substrate, and Ni-P-SiC dispersed composite plating was applied to the inner surface thereof.
【0066】実施例3は、JIS2000系で2017
または2024−25Si急冷凝固粉末固化押し出し材
をスリーブ基材として、この内面にNi−P−SiC分
散複合メッキを施した。The third embodiment uses the JIS2000 system in 2017.
Alternatively, Ni-P-SiC-dispersed composite plating was applied to the inner surface of the quenched and solidified powder of 20224-25Si as a sleeve substrate.
【0067】この実施例では、オイル消費量低減はシリ
ンダ変形の改善であり、これに鋳込み後スリーブ密着を
改善することに着目した。スリーブ密着の改善には、低
線膨張係数スリーブ材へ変更することに着目し、通常の
低線膨張係数材は鉄系から軽量、熱伝達良好材の選定を
行ない、アルミニウム複合材とした。In this embodiment, the reduction in oil consumption is an improvement in cylinder deformation, and attention has been paid to improving the close contact of the sleeve after casting. In order to improve the adhesion of the sleeve, attention was paid to changing to a sleeve material having a low coefficient of linear expansion, and a material having a low coefficient of linear expansion was selected from an iron-based material, which was lightweight and excellent in heat transfer, and was made an aluminum composite material.
【0068】このスリーブ材の物性、機械的性質を比較
して表1に示し、低線膨張係数アルミニウムを基材と
し、内表面に硬質皮膜を形成したスリーブであり、表1
に示すようにスリーブ基材の線膨張係数αを12Si−
3Cuのアルミニウム合金材、シリンダ本体ADC12
と比較して低減した。鋳包み材であるシリンダ本体AD
C12の線膨張係数との比率は0.85であり、スリー
ブの鋳包む時の締め付け変形が改善された。The physical properties and mechanical properties of this sleeve material are compared and shown in Table 1. Table 1 shows a sleeve having a low coefficient of linear expansion aluminum as a base material and a hard film formed on the inner surface.
As shown in FIG.
3Cu aluminum alloy material, cylinder body ADC12
Reduced compared to. Cylinder body AD which is cast-in material
The ratio of C12 to the coefficient of linear expansion was 0.85, and the tightening deformation when casting the sleeve was improved.
【0069】[0069]
【表1】 また、250℃×1時間の加熱後除冷する焼鈍により鋳
包み時の界面隙間が表2に示すように減少する。スリー
ブの円周方向に8箇所でスリーブとシリンダ本体との界
面隙間を測定した。ボアNo4のものは異常として金型
冷却を停止する。[Table 1] Further, the interfacial gap at the time of cast-in is reduced as shown in Table 2 by annealing at 250 ° C. × 1 hour followed by cooling. The interface gap between the sleeve and the cylinder body was measured at eight points in the circumferential direction of the sleeve. In the case of the bore No. 4, the mold cooling is stopped as an abnormality.
【0070】[0070]
【表2】 鋳包み時の界面隙間が減少すると、表1に示すように、
ライナー基材のヤング率が向上し、ホーニング後のシリ
ンダの真円度、円筒度が改善され、ピストンリングの追
従性、シール性が改善される。[Table 2] When the interface gap at the time of cast-in decreases, as shown in Table 1,
The Young's modulus of the liner substrate is improved, the roundness and cylindricity of the cylinder after honing are improved, and the followability and sealing performance of the piston ring are improved.
【0071】また、鋳包み時の界面隙間が減少すると、
熱伝達性の均一化と改善が行なわれ、運転中の局部変形
の改善が可能になり、ホーニング後のシリンダの真円
度、円筒度が改善され、ピストンリングの追従性、シー
ル性が改善され、オイル消費の改善された。Further, when the interface gap at the time of casting is reduced,
Uniformity and improvement of heat transfer have been achieved, local deformation during operation has been improved, the roundness and cylindricity of the cylinder after honing have been improved, and the followability and sealability of the piston ring have been improved. The oil consumption was improved.
【0072】前記実施例1乃至実施例3において、急冷
凝固粉末固化押し出し形成材料を用いて押出加工し、こ
の押出加工条件、例えば押出速度、温度等を調整するこ
とによって、図5に示すように、スリーブ基材の外表面
に、高さ0.1〜2mmの長さ方向に平行な連続した突
起100を形成すると共に、表面に深さ10μm〜最大
でスリーブ基材厚さの20%の微小クラック101を一
様に分布させた。In the above Examples 1 to 3, extrusion was performed using a rapidly solidified powder solidified extrusion forming material, and by adjusting the extrusion processing conditions, for example, the extrusion speed and temperature, as shown in FIG. A continuous protrusion 100 having a height of 0.1 to 2 mm parallel to the longitudinal direction is formed on the outer surface of the sleeve base material, and the surface has a depth of 10 μm to a maximum of 20% of the thickness of the sleeve base material at the maximum. The cracks 101 were uniformly distributed.
【0073】図6はスリーブ表面き烈深さとスリーブ強
度及び界面隙間の関係を示す図であり、表面に深さ10
μm〜最大でスリーブ基材厚さの20%がスリーブ強度
が大きく、界面隙間を小さくすることができ烈深さの最
適範囲であり、この深さ10μm〜最大でスリーブ基材
厚さの20%の微小クラック101を一様に分布させる
ことで、この微小クラックに鋳包み時の溶湯が入り込み
鋳物のシリンダ本体2aとの接合を強固にし、かつ熱の
伝達を均一にすることができる。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the sleeve surface sharpness depth, the sleeve strength, and the interface gap.
20% of the sleeve base material thickness is 20% of the sleeve base material thickness at the maximum and the optimum range of the intense depth which can reduce the interfacial gap, and this depth is 10% to the maximum of 20% of the sleeve base material thickness at the maximum. By uniformly distributing the small cracks 101, the molten metal at the time of casting can enter the small cracks, and the joining of the casting with the cylinder body 2a can be strengthened and the heat transfer can be uniform.
【0074】前記実施例1乃至実施例3において、リン
及び共析物を含むニッケル系の分散メッキを高速で行な
い、ニッケル(Ni)−リン(P)−シリコンカーバイ
ト(SiC)の分散メッキを高速で行うものであるが、
このNi−P−SiC分散メッキは、次のような性質を
有する。In Examples 1 to 3, nickel-based dispersion plating containing phosphorus and eutectoids was performed at high speed, and nickel (Ni) -phosphorus (P) -silicon carbide (SiC) dispersion plating was performed. It is done at high speed,
This Ni-P-SiC dispersion plating has the following properties.
【0075】スリーブ3の内周面にNi−P−SiC分
散メッキを施した場合に、スリーブ3の内周面に、図7
に示すようなNi−Pマトリックス51及びSiCの共
析粒子52を含むメッキ膜50が形成される。このメッ
キ膜50の表面には、潤滑のためにホーニング目からな
るオイルポケット53が形成される(図7(a))が、
さらに、運転によるピストン5の摺動が繰り返される
と、図7(b)のように、硬いシリコンカーバイト(S
iC)の共析粒子52は残つてNi−Pマトリックス5
1が摩耗することにより、新たなオイルポケット54が
生じる。従つて、長期間にわたつてオイル潤滑を良好に
行わせることができる。When the Ni-P-SiC dispersion plating is applied to the inner peripheral surface of the sleeve 3, the inner peripheral surface of the sleeve 3 is
The plating film 50 including the Ni-P matrix 51 and the eutectoid particles 52 of SiC as shown in FIG. On the surface of the plating film 50, an oil pocket 53 composed of a honing eye is formed for lubrication (FIG. 7A).
Further, when the sliding of the piston 5 due to the operation is repeated, as shown in FIG. 7B, the hard silicon carbide (S
The eutectoid particles 52 of iC) are left with the Ni-P matrix 5
As a result, the new oil pocket 54 is generated. Therefore, oil lubrication can be favorably performed over a long period of time.
【0076】また、温度とメッキ硬度との関係を、上記
のNi−P−SiC分散メッキと、Ni−SiC分散メ
ッキと、ハードクロムメッキとについて調べると、Ni
−P−SiC分散メッキは、とくに350℃程度で熱処
理すれば、ハードクロムメッキよりも硬度が高く、リン
(P)を含まないNi−SiC分散メッキと比べると硬
度が大幅に高められる。このことから、リンを含有させ
ることで熱処理後の硬度が高められることがわかる。The relationship between the temperature and the plating hardness was examined for Ni-P-SiC dispersed plating, Ni-SiC dispersed plating, and hard chromium plating.
The hardness of the -P-SiC dispersion plating is higher than that of the hard chromium plating, especially when heat-treated at about 350 [deg.] C., and is significantly higher than that of the Ni-SiC dispersion plating containing no phosphorus (P). This indicates that the inclusion of phosphorus increases the hardness after the heat treatment.
【0077】この実施例では、板状試験片にメッキを施
したものについてやすり試験、ドリル孔あけ試験、加熱
急冷試験等によりメッキの密着性を評価したところ、溶
製材に比べ明らかに密着性が向上していることが確認さ
れた。また、内燃機関の耐久試験を行なったところ、出
力性能を維持したまま、オイル消費量が、従来の約1/
2に低減することが確認され、メッキ剥離等のトラブル
はまったく発生しなかった。In this example, the adhesion of the plating was evaluated by a file test, a drilling test, a heating and quenching test, etc., on a plate-shaped test piece plated. It has been confirmed that it has improved. Further, when an endurance test of the internal combustion engine was performed, the oil consumption was reduced to about 1 /
2 was confirmed, and no trouble such as peeling of the plating occurred at all.
【0078】[0078]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明では、スリーブ基材の外表面に、高さ0.1〜2m
mの長さ方向に平行な連続した突起を形成すると共に、
表面に深さ10μm〜最大でスリーブ基材厚さの20%
の微小クラックを一様に分布させたことで、この微小ク
ラックに鋳包み時の溶湯が入り込みシリンダ本体との接
合を強固にし、かつ熱の伝達を均一にすることができ
る。As described above, according to the first aspect of the present invention, the outer surface of the sleeve substrate has a height of 0.1 to 2 m.
While forming a continuous projection parallel to the length direction of m,
10 μm depth on the surface up to 20% of the sleeve base material thickness
By uniformly distributing the minute cracks, the molten metal at the time of cast-in enters into the minute cracks, whereby the joining with the cylinder body can be strengthened and the heat transfer can be uniform.
【0079】請求項2に記載の発明では、アルミニウム
合金に、シリコン(Si)を15〜38重量%含有させ
ることで、スリーブの線膨張係数を小さくでき、しかも
熱伝導性、加工性、メッキ性を損なうことがない。According to the second aspect of the present invention, the linear expansion coefficient of the sleeve can be reduced by adding 15 to 38% by weight of silicon (Si) to the aluminum alloy, and the thermal conductivity, workability, and plating property can be reduced. Does not impair.
【0080】請求項3に記載の発明では、シリコン(S
i)を平均粒径が20μm以下の初晶シリコン(Si)
とすることで、スリーブの線膨張係数をより小さくで
き、しかも熱伝導性、加工性、メッキ性を損なうことが
ない。According to the third aspect of the present invention, silicon (S
i) is a primary crystal silicon (Si) having an average particle size of 20 μm or less.
By doing so, the coefficient of linear expansion of the sleeve can be further reduced, and the thermal conductivity, workability and plating properties are not impaired.
【0081】請求項4に記載の発明では、スリーブを平
均粒径が20〜100μmのアルミニウム合金粉末を凝
集固化して形成することで、スリーブの線膨張係数をよ
り小さくすることができ、しかも熱伝導性、加工性、メ
ッキ性を損なうことがない。According to the fourth aspect of the present invention, the sleeve is formed by agglomerating and solidifying aluminum alloy powder having an average particle diameter of 20 to 100 μm, so that the coefficient of linear expansion of the sleeve can be further reduced, and the thermal expansion coefficient can be reduced. Does not impair conductivity, workability, and plating properties.
【0082】請求項5に記載の発明では、押出加工条件
を調整することによってスリーブ基材の外表面に、高さ
0.1〜2mmの長さ方向に平行な連続した突起を形成
すると共に、表面に深さ10μm〜最大でスリーブ基材
厚さの20%の微小クラックを一様に分布させたこと
で、シリンダ本体との接合を強固にし、かつ熱の伝達を
均一にすることができる。According to the fifth aspect of the present invention, a continuous projection parallel to the length direction of 0.1 to 2 mm is formed on the outer surface of the sleeve base by adjusting the extrusion processing conditions. By uniformly distributing microcracks having a depth of 10 μm to a maximum of 20% of the thickness of the sleeve base material on the surface, bonding to the cylinder body can be strengthened and heat transfer can be uniform.
【0083】請求項6に記載の発明では、シリンダ本体
との接合を強固にし、かつ熱の伝達を均一にしてピスト
ンとの焼き付きを防止することができる。According to the sixth aspect of the present invention, the connection with the cylinder body can be strengthened, and the heat can be uniformly transmitted to prevent seizure with the piston.
【図1】スリーブが乾式構造の水冷式4サイクル内燃機
関の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a water-cooled four-stroke internal combustion engine having a dry-type sleeve.
【図2】図1のII−II線に沿う断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
【図3】スリーブが湿式構造の水冷式4サイクル内燃機
関の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a water-cooled four-stroke internal combustion engine having a wet-type sleeve.
【図4】内燃機関用シリンダブロックの製造工程を示す
図である。FIG. 4 is a view showing a manufacturing process of a cylinder block for an internal combustion engine.
【図5】スリーブ基材の外表面の状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a state of an outer surface of a sleeve base material.
【図6】スリーブ表面き烈深さとスリーブ強度及び界面
隙間の関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the sleeve surface sharpness depth, the sleeve strength, and the interface gap.
【図7】Ni−P−SiC分散複合メッキを示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing Ni—P—SiC dispersed composite plating.
1 水冷式4サイクル内燃機関 2 内燃機関用シリンダブロック 2a シリンダ本体 3 スリーブ 4 ピストン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water-cooled 4-cycle internal combustion engine 2 Cylinder block for internal combustion engines 2a Cylinder main body 3 Sleeve 4 Piston
───────────────────────────────────────────────────── 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) B22F 7/08 B22F 7/08 D C22C 21/02 C22C 21/02 F02F 1/00 F02F 1/00 C G F (72)発明者 荒木 健志 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 中尾 大介 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 AA25 AA26 AA27 AA30 BA05 BA06 BA09 CA02 DA01 DA03 DA08 DA18 DA22 EA01 FA06 FA07 FA08 GA03 GA16 GA31 HA07 4K018 AA16 BA08 BD10 EA33 JA34 KA02 KA08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) B22F 7/08 B22F 7/08 D C22C 21/02 C22C 21/02 F02F 1/00 F02F 1/00 CG F (72) Inventor Kenji Araki 2500 Shinkai, Iwata-shi, Shizuoka Yamaha Motor Co., Ltd. (72) Inventor Daisuke Nakao 2500 Shinkai, Iwata-shi, Shizuoka Yamaha Motor F-term (reference) 3G024 AA25 AA26 AA27 AA30 BA05 BA06 BA09 CA02 DA01 DA03 DA08 DA18 DA22 EA01 FA06 FA07 FA08 GA03 GA16 GA31 HA07 4K018 AA16 BA08 BD10 EA33 JA34 KA02 KA08
Claims (6)
晶組成となる量のシリコン(Si)を加えた化学組成を
もつ急冷凝固粉末固化押し出し形成材料を用いて形成
し、 このスリーブ基材の外表面に、高さ0.1〜2mmの長
さ方向に平行が連続した突起を形成すると共に、表面に
深さ10μm〜最大でスリーブ基材厚さの20%の微小
クラックを一様に分布させたことを特徴とするシリンダ
スリーブ。A sleeve base material is formed by using a rapidly solidified powder solidified extrusion forming material having a chemical composition obtained by adding an amount of silicon (Si) to a hypereutectic composition to an aluminum alloy. On the outer surface, protrusions that are continuous in the length direction are continuously formed in the length direction of 0.1 to 2 mm, and minute cracks having a depth of 10 μm to a maximum of 20% of the thickness of the sleeve base material are uniformly distributed on the surface. A cylinder sleeve characterized in that:
を15〜38重量%含有させたことを特徴とする請求項
1に記載したシリンダスリーブ。2. The method according to claim 1, wherein said aluminum alloy is silicon (Si).
The cylinder sleeve according to claim 1, wherein 15 to 38% by weight is contained.
m以下の初晶シリコン(Si)としたことを特徴とする
請求項1または請求項2に記載したシリンダスリーブ。3. The silicon (Si) has an average particle size of 20 μm.
The cylinder sleeve according to claim 1 or 2, wherein the primary crystal silicon (Si) is not more than m.
mのアルミニウム合金粉末を凝集固化して形成したこと
を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記
載のシリンダスリーブ。4. The sleeve having an average particle size of 20 to 100 μm.
The cylinder sleeve according to any one of claims 1 to 4, wherein m aluminum alloy powder is formed by coagulation and solidification.
コン(Si)を加えた化学組成をもつ急冷凝固粉末固化
押し出し形成材料を用いて押出加工により形成し、 この押出加工条件を調整することによってスリーブ基材
の外表面に、高さ0.1〜2mmの長さ方向に平行な連
続した突起を形成すると共に、表面に深さ10μm〜最
大でスリーブ基材厚さの20%の微小クラックを一様に
分布させたことを特徴とするシリンダスリーブの製造方
法。5. A sleeve base material is formed by extrusion using a rapidly solidified powder solidified extrusion forming material having a chemical composition obtained by adding silicon (Si) to an aluminum alloy, and by adjusting the extrusion processing conditions, the sleeve is formed. On the outer surface of the base material, continuous projections are formed in parallel with the length direction of the base material at a height of 0.1 to 2 mm, and minute cracks having a depth of 10 μm to a maximum of 20% of the thickness of the sleeve base material are formed on the surface. A method for manufacturing a cylinder sleeve, wherein the cylinder sleeves are distributed in the following manner.
ニウム合金鋳造製のシリンダ本体に鋳込んだ内燃機関用
シリンダブロックであり、 前記スリーブは、請求項1乃至請求項4のいずれか1項
に記載のスリーブ基材を用いて形成したことを特徴とす
る内燃機関用シリンダブロック。6. A cylinder block for an internal combustion engine in which a sleeve made of an aluminum alloy is cast into a cylinder body made of an aluminum alloy casting, wherein the sleeve is according to any one of claims 1 to 4. A cylinder block for an internal combustion engine, formed using a sleeve base material.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1293216C (en) * | 2005-03-05 | 2007-01-03 | 戴亚洲 | High-strength antiwear silicon-base aluminum alloy cylinder liner and its producing method |
US7412955B2 (en) | 2004-02-27 | 2008-08-19 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Engine component part and method for producing the same |
JP2012215140A (en) * | 2011-04-01 | 2012-11-08 | Toyota Industries Corp | Cylinder liner and cylinder block with the same |
-
2000
- 2000-12-07 JP JP2000372752A patent/JP2002178132A/en active Pending
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CN1293216C (en) * | 2005-03-05 | 2007-01-03 | 戴亚洲 | High-strength antiwear silicon-base aluminum alloy cylinder liner and its producing method |
JP2012215140A (en) * | 2011-04-01 | 2012-11-08 | Toyota Industries Corp | Cylinder liner and cylinder block with the same |
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