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KR0120307B1 - 실린더 블록 - Google Patents

실린더 블록

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KR0120307B1
KR0120307B1 KR1019950009225A KR19950009225A KR0120307B1 KR 0120307 B1 KR0120307 B1 KR 0120307B1 KR 1019950009225 A KR1019950009225 A KR 1019950009225A KR 19950009225 A KR19950009225 A KR 19950009225A KR 0120307 B1 KR0120307 B1 KR 0120307B1
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KR
South Korea
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cylinder
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cylinder sleeve
cylinder block
sleeve
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KR1019950009225A
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쓰네히사 하따
히데오 시미즈
겐지 마쓰모도
Original Assignee
오오쓰까 노부유끼
혼다 기껭 고오교오 가부시기가이샤
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Publication date
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Abstract

주철제인 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면을 쇼트블라스트 처리한 다음 Si, Cu 등을 함유하는 알루미늄 계열 재료로 된 제1중간층(31)을 용사에 의하여 형성하고, 그 위에 알루미늄 합금제의 실린더 배럴(1U)에서 주괄함에 따라 실린더 블록에 구성되어 있다. 제1중간층(31)에 의하여 실린더 배럴(1U)사이의 전위차가 감소하여 전기부식에 의한 내구성이 향상하며, 또한 양자간의 상호확산 작용에 의하여 밀착성 향상한다. 실린더 배럴(1U)에 주괄되는 부분에서, 제1중간층(31)의 하측에 Ni-Al 계열 재료로 된 제2중간층(32)을 형성하면 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

실린더 블록
제1도는 실린더 블록의 평면도.
제2도는 제1도의 2-2선 단면도.
제3도는 제1도의 3-3선 단면도
제4도는 제1도의 4-4선 단면도.
제5도는 제3도의 5부분 확대도.
제6도는 금형의 단면도.
제7도는 본 발명의 제2실시예에 관한 제5도에 대응하는 단면도.
제8도는 본 발명의 제3실시예에 관한 제5도에 대응하는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 제1중간층 32 : 제2중간층
Sc : 실린더 슬라이브 lu : 실린더 배럴
Bc : 실린더 블록
본 발명은 철 계열로 된 실린더 슬리이브를 알루미늄 계열 재료로 된 실린더 배럴의 내부에 주괄(鑄括 : internal chill)하여서 된 습식라이너형의 실린더 블럭에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관의 습식라이너형의 실린더 블록은 주철제의 실린더 슬리이브를 알루미늄 합금제의 실린더 배럴의 내부에 주괄함에 따라 제조된다.
주철의 열 팽창률과 알루미늄 합금의 열 팽창률과는 크게 다르기 때문에, 내연기관의 운전에 따른 열이나 진동에 의하여 양자 사이의 밀착성이 손감되어서 박리가 발생하는 경우가 있었다.
이와 같은 불합리를 해소하기 위하여 외표면에 철 혹은 몰리브덴을 용사(溶射)함에 따라 입상(粒狀)으로 부착시켜서 요철을 형성한 실린더 슬리이브를 실린더 배럴에서 주괄함에 따라, 실린더 슬리이브와 실린더 배럴의 밀착성을 향상시키 실린더 블록은 공지되어 있다.(일본국 실용신안 공개공보 소 57-13391호 참조)
그러나, 상기 종래의 실린더 블록은 알루미늄 합금으로 된 실린더 배럴이 이종금속인 철이나 몰리브덴에 접촉하고 있기 때문에, 그 경계면에 전위차가 발생하여 이른바 전기부식이 진행하기 쉬운 문제가 있었다. 또, 그 밀착성의 향상이 실린더 슬리이브의 용사에 의해 형성한 요철부에 알루미늄 합금이 유입함에 의한 쐐기효과에 기초한 것이기 때문에, 반드시 충분한 밀착성을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 사정에 비추어서 이루어진 것으로, 실린더 슬리이브와 실린더 배럴의 경계면에서 발생하는 전기부식을 방지함과 동시에 양자 사이의 밀착성을 향상시키는 것을 목적으로 한 것이다.
전술함 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 철 계열 재료로 된 실린더 슬리이브를 알루미늄 계열 재료로된 실린더 블록의 내부에 주괄하여서 된 습식라이너형의 실린더 블록으로서, 실린더 슬리이브 외주의 실린더 배럴과의 접촉면 및 냉각수와의 접촉면에 알루미늄 계열 재료로 된 중간층을 설치한 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 실린더 슬리이브 및 실린더 배럴 사이의 밀착성이 뛰어나서 박리에 대한 신뢰성이 대폭 향상된다. 또 실린더 슬리이브 및 실린더 배럴 사이의 전위차가 감소하여 전기부식에 대한 내구성이 향상하고, 더욱이 실린더 슬리이브의 냉각수에 접촉하는 부분의 내식성 및 방열성이 높아지게 된다.
또, 실린더 슬리이브 외주와 중간층 사이에 니켈 알루미늄 계열 재료로 된 제2중간충을 설치하면, 중간층을 실린더 슬리이브 외주에 밀착시켜서 실린더 슬리이브와 실린더 배럴 등이 한층 강고하게 결합할 수 있다.
또, 제2중간층 실린더 슬리이브 외주에 실린더 배럴에 주괄되는 부위에만 형성하면 실린더 슬리이브와 실린더 배럴의 밀착성을 확보하면서 제2중간층에 의한 방열성의 저하를 회피할 수 있다.
다음에 본 발명의 상기 및 그 밖의 목적의 특징 및 이점은 첨부도면을 참조한 다음의 가장 적합한 실시예의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
다음에, 도면에 따라서 본 발명의 실시예를 설명한다.
제1도~제4도에 나타낸 바와 같이 직렬 4기통 내연기관용 실린더 블록(Bc)은 4중(quadruple) 습식형 실린더 슬리이브(Sc)를 구비하여 오우픈테크(open deck)형으로 구성되었고, 그 주체부를 이루는 실린더 블록 본체(1)는, 알루미늄 합금의 다이캐스트 구조로 구성되어 있다.
실린더 블록 본체(1)는, 그 상단부, 즉 실린더 배럴(1U)과 그 하단부, 즉 크랭크케이스(1L) 등으로 되었고, 상단부(1U)에는 실린더 블록 본체(1)의 간판면(2)에 개방하는 4중 배럴구명(3)이 새로 설치되었고, 이 배럴 구명(3)내에는 주철제의 실린더 슬리이브(Sc)가 일체로 주괄형성되어 있다. 실린더 슬리이브(Sc)는 4개의 슬리이브(4)가 직렬로 연결설치되었고, 각 슬리이브(4)에는 각기 도면에 없는 피스톤이 슬라이딩이 자유롭도록 끼워맞춤하고 있다.
실린더 슬리이브(Sc)의 외벽면과 배럴구멍(3)의 내벽면 사이에는 간판면(2)이 개방하는 물재킷(water jacket)(5)이 형성되었고, 그 물재킷(5)내에는 언제나와 같이 냉각수가 순환되고 있다.
또 실린더 배럴(1U)의 외벽에는 그 간판면(2) 위에 도면이 없는 실린더 헤드를 부착하기 위한 볼트구멍(6), 윤활유가 흐르는 오일통로(7) 등으로 천설되어 있다.
실린더 블록 본체(1)의 하단부분을 구성하는 크랭크 케이스(1L)는 실린더 배럴(1U)의 하부에서 일체로 하방으로 뻗는 좌우스커트(skirt)벽(8,9)과, 실린더 블록(1U)의 길이방향 양단벽(10,11) 및 슬리이브(4) 사이의 잘룩해진 부분(12)에서 하방으로 연장 설치되어서 좌우스커어트벽(8,9)을 일체로 연락결합하는 여러개의 축받침벽(13)등을 구비하고 있다. 각축 받침벽(13)에는 실린더 슬리이브(Sc)에 일체로 형성된 보강벽(23)이 주괄되어 있어, 거기에 크랭크축의 반원형상 베어링구멍(14)및 그 하면에 베어링갭(도면에 없음)을 부착하기 위한 한쌍의 볼트구멍(15) 등이 형성되어 있다.
실린더 슬리이브(Sc)는 원통형 4개의 슬리이브(4)를 연결설치하여 구성되었고, 서로 이웃하는 슬리이브(4)끼리는 공통의 경계벽(20)을 개재하여 접속되어 있으며, 이 실런더 슬리이브(Sc)는 이른바 사이어미스(Siamese)하게 구성되어 있다. 그리고 각 슬리이브(4)내에는 각기 도면에 없는 피스톤이 슬라이딩이 자유롭도록 끼워맞춤하는 실린더 반지름(21)이 형성되어 있다.
실린더 슬리이브(Sc)의 하부외주에는 실린더 축선과 대략직교하는 방향으로 대략 수평되게 그 전체주위에 걸쳐서 시일플랜지(22)가 일체로 돌출설치되었고, 이 시일플랜지(22)의 상면은 평탄한 시일면(221)에 형성되었으며, 이 시일면(221) 위에 나중에 설명하는 다이캐스트금형(M)이 물재킷 형성용 재킷 핀(45)의 자유단이 용탕에 밀접하게 맞대도록 되어 있다.
제5도로 부터 명백한 바와 같이 실린더 배럴(1U)을 포함하는 실린더 블록 본체(1)의 재료는 다이캐스트용 알루미늄 합금(ADC 12)으로서, 그 조성은 Al 80~90%, Si 9.6~12%, Cu 1.3~3.5%, MgO 0.3% 이하, Zn 1.0% 이하, Fe 1.3% 이하, Mn 0.5% 이하, Sn 0.3% 이하이며, 또 실린더 슬리이브(Sc) 재료는 회색주철(FC 250)이다. 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 형성되는 중간층(31) 알루미늄 계열의 것으로 그 조성은 Al 80~90%, Si 4~13%, Cu 0.3~6%로 Ag, Zn, Fe, Cr, Be, Li, Mn, Ti, Sb 중의 어느 것인가 1~4원소를 0.9% 이하 첨가한 것이다.
중간층(31)은 전술한 조성을 구비한 알루미늄 왁스재의 용사층(溶射層)으로 되었고, 다음의 차례로 형성되어 있다. 먼저, 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 쇼트 블라스트(shot blast)를 함에 따라 표면에 산화스케일 이거나 녹 등의 오염을 제거함과 동시에 표면에 미소한 요철을 형성한다. 이어서 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 용사총으로 알루미늄 왁스재를 용사하여 중간층(31)을 형성한다. 이 때, 쇼트블라스트에 의하여 형성된 미소한 요철에 의한 표면적의 증가와 쐐기효과 등에 의하여, 중간층(31)은 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 강고하게 결합된다.
다음에, 제6도를 참조하여 실린더 블록(Bc)를 다이캐스트 주조하기 위한 금형에 대하여 설명한다.
다이캐스트금형(M)은 고정형(40), 서로 접근, 이간할 수 있도록 가로방향으로 이동할 수 있는 좌 · 우 측면 가동형(41,42) 및 고정형(40)에 대하여 승강할 수 있는 상면가동형(43)으로 구성되어 있고, 고정형(40)에는 블록형의 성형면(401)이 형성되었으며, 좌우측면 가동형(41,42)에는 서로 대향하여 성형면(411,421)이 형성되었고, 또한 상면가동형(43)에는 고정형(40)의 성형면(401)에 대항하여 성형면(431)이 형성되었고, 이 성형면(431)에는 실린더 반지름(21)을 형성하기 위한 원통형 반지름핀(44)이 종렬로 일체가 되도록 드리워 설치됨과 동시에 이 반지름 핀(44)을 링형상의 간극을 두고 둘러쌓도록 중공원통형의 재킷 핀(45)이 일체로 드리워 설치되었고, 이 재킷 핀(45)은 반지름 핀 (44)의 도중까지 뻗어 있다.
각 반지름 핀(44)의 외주에는 중간층(31)을 구비한 실린더 슬이이브(Sc) 가 끼워맞추어지고, 또 실린더 슬리이브(Sc)의 외주에는 재킷 핀(45)이 끼워맞추어져 있다. 재킷 핀(45)의 자유단은 시일플랜지(22)의 밀봉면(221)위에 맞대었고, 그 맞댄면은 주조시의 용탕이 유통하지 않도록 용탕에 밀접한 시일면에 형성되어 있다.
그리고 금형(M)의 성형면과 실린더 슬리이브(Sc) 등에 의하여 공동(46)이 형성되었고, 이 공동(46)내에 탕구(47)을 통하여 알루미늄 용탕을 일정한 압력하에서 주입하여 냉각하면 알루미늄 합금 매트릭스(matrix)내에 실린더 슬리이브(Sc)가 일체로 주괄되어 실린더 블록(Bc)이 성형되어 있다.
상술한 바와 같이 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 알루미늄 계열 재료로 된 중간층(31)을 형성한 다음 이 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 알루미늄 계열 재료로 된 실린더 블록 본체(1)의 내부에 주괄하였으므로, 중간층(31)과 실린더 배럴(1U)사이에 상호확산이 발생하여 실린더 슬리이브(Sc)와 실린더 배럴(1U)이 강고하게 결합되어, 박리에 대한 신뢰성이 대폭향상 하였다.
더욱이 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 형성된 중간층(31)과 실린더 배럴(1U)이 같은 종류의 알루미늄 계열 금속이기 때문에, 양자사이의 전위차가 감소하여 전기부식에 대한 내구성이 향상한다.
또한, 중간층(31)에 의하여 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 있어서의 몰재킷(5)에 대향하는 부분의 내식성 및 방열성이 높아지게 된다. 즉 중간층(31)이 존재하지 않을 경우에는 냉각수와의 접촉에 의하여 철 계열 재료로된 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면이 전면적으로 부식하지만, 알루미늄 계열 재료로 된 중간층(31)의 외표면은 점식 상태로 되기 때문에 부식에 의한 방열성의 저하가 방지된다.
다음에, 제7도에 기초하여 본 발명의 제2실시예를 설명한다.
제2실시예는, 중간층(31) 밑에 제2중간층(32)을 구비한 점에 특징을 갖고 있다. 즉, 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 쇼트 블라스트를 한 다음 Ni 81%, Al 20% 조성을 지닌 니켈 알루미늄재를 용사총으로 용사함에 따라 제2중간층(32)을 형성하고, 그 외표면에 제1실시예의 중간층(31)과 동일한 제1중간층(31)을 형성한다.
용사총으로 니켈 알루미늄재를 용사하면, 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 충돌한 용탕 방울에 포함되는 Ni 및 Al이 발열반응 하여 금속간 화합물의 니켈 알루미나이트가 형성되어 그 니켈 알루미나이트가 실린더 슬리이브(Sc) 내부에 확산침투하여 표면에 면성형층으로서의 요철이 형성된다. 따라서, 그 위에 용사되는 제1중간층(31)을 제2중간층(32)을 개재하여 실린더 슬리이브(Sc)의 외표면에 강고하게 밀착시킬 수 있으며, 그 결과 실린더 슬이이브(Sc)와 실린더 배럴(1U)의 경계면의 밀착성이 더욱 향상하여 양자가 한층 강고하게 결합된다.
본 제2실시예는 실린더 슬리이브(Sc)와 실린더 배럴(1U)을 강고하게 결합할 수 있지 때문에 진동이 큰 디이젤 엔진에 적용하면 특히 유효하다.
다음에 제8도에 따라서 본 발명의 제3실시예를 설명한다.
제3실시예는, 제2실시예의 제2중간층(32)이 실린더 배럴(1U)에 주괄되는 부분에만 형성되어, 몰재킷(5)에 대향하는 부분에는 형성하지 않는 점에 특징을 갖고 있다. 즉, 실린더 슬리이브(Sc)의 물재킷(5)에 대향하는 부분은 실린더 배럴(1U)에 주괄되지 않기 때문에 밀착성에는 직접 관계 없으며, 그 부분에는 제2중간층(32)을 설치할 필요가 없다. 더욱이, 니켈알루미나이트로 된 제2중간층(32)은 전도성이 낮기 때문에, 몰재킷(5)에 대향하는 부분에서 제2중간층(32)을 생략함에 따라 방열성의 저하를 회피할 수 있다.
그리고, 실린더 슬리이브(Sc)의 실린더 배럴(1U)에 주괄하는 부분은, 제2실시예와 마찬가지로 제2중간층(32) 및 제1중간층(31)에 존재함에 따라서 밀착성의 향상을 도모할 수 있다. 더욱이, 제2 및 제 3실시예에 있어서 몰재킷(5)에 제1중간층(31)을 대향시킴에 따라 내식성 및 방열성이 향상하는 것은 제1실시예와 마찬가지이다. 본 제3실시예는 실린더 슬리이브(Sc)와 실린더 배럴(1U)의 밀착성 및 실린더 슬리이브(Sc)에서 냉가수에의 방열성에 뛰어나 있기 때문에 고출력엔진 적용하면 특히 유효하다.
이상 본 발명 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 여러가지 설계변경을 할 수 있다.
예컨대, 실시예에서는 알루미늄 계열 재료로 된 중간층(31)(제1중간층 31)을 용사에 의하여 형성하고 있으나, 용사이외에 도금등의 적당한 수단을 채용할 수 있다. 즉, 용탕주입 압력이 높은 다이캐스트를 하는 경우에는, 도금에 의한 중간층에서 용출하여 버릴 염려가 있기 때문에, 실시예와 같이 용사이에 의하여 중간층을 형성하는 것이 바람직하거나, 중력구조등을 하는 경우에는 도금에 의한 중간층을 채용할 수 있다. 물재킷에 노출한 실린더 슬리이브의 부분을 중간층(31) 이외의 재료 혹은 방법으로 보호하여도 좋다. 제2중간층(32)은 실린더 슬리이브의 면성형성을 향상시켜서 제1중간층에의 밀착성을 높이는 재료로 형성된다.
또, 본 발명의 4기통이외의 다른 기통수의 실린더 블록(Bc)이거나, 사이어미즈 이외의 실린더 블록(Bc)에 대하여도 적용할 수 있음은 더말할 것 없다.

Claims (9)

  1. 철 계열 재료로 된 실린더 슬리이브를 알루미늄 계열 재료로 된 실린더 배럴의 내부에 주괄하므로서 실린더 슬리이브 외표면과 실린더 내표면과의 사이에 물재킷을 형성하여서 된 습식라이너형의 실린더 블록에 있어서, 실린더 배럴에 접촉하는 실린더 슬리이브 외표면과, 물재킷내의 냉각수에 접촉하는 실린더 슬리이브의 외표면에 알루미늄 계열 재료로 된 중간층을 설치한 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
  2. 제1항에 있어서, 실린더 슬리이브 외주와 중간층 사이에, 니켈 알루미늄 계열 재료로 된 제2중간층을 설치한 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
  3. 제2항에 있어서, 제2중간층을 실린더 슬리이브 외주에 실린더 배럴에 주괄하게 되는 부위에만 형성한 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
  4. 알루미늄 계열 재료로 된 실린더 배럴과 실린더 배럴에 주괄된 철 계열 재료로 된 실린더 슬리이브와, 적어도 실린더 슬리이브의 외주와 실린더 배럴의 접촉면에 접촉되는 중간층 등으로 된 습식라이너형임을 특징으로 하는 실린더 블록.
  5. 제4항에 있어서, 실린더 슬리이브 외주의 접촉면과 중간층 사이에 면성형층이 설치되었고, 면성형층은 중간층의 실린더 슬리이브에의 밀착성을 향상시키는 재료로 된 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
  6. 제4항에 있어서, 중간층 실린더 블록내의 물재킷의 일부를 형성하는 실린더 슬리이브의 외주의 일부에도 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
  7. 제1항~제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 중간층은 Al 80~90%, Si 4~13%, Cu 0.5~6%에 Ag, Zn, Fe, Cr, Be, Li, Mn, Ti 피스톤 조립체 Sb 원소 중의 어느 것이건 1~4 원소를 각 0.9%이하로 첨가하여된 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
  8. 제1항~제6항에 중의 어느 한 항에 있어서, 외주는 중간층을 형성하기 전에 쇼트블라스트를 실시할 수 있음을 특징으로 한느 실린더 블록.
  9. 제8항에 있어서, 중간층은 용사함에 따라 외주에 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
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