(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボア部の化学組成が、
Ｃ：２．５〜３．９ｗｔ％、
Ｓｉ：１．５〜２．６ｗｔ％、
Ｎｉ：３．０〜１４．０ｗｔ％、
Ｃｒ：０．５〜２．５ｗｔ％、
Ｃｕ：０．５〜８．０ｗｔ％、
Ｖ：０．５〜１．０ｗｔ％、
Ｂ：０．０５〜０．１０ｗｔ％、
残部が実質的にＦｅであることを特徴とする内燃機関のシリンダ。
【請求項２】
シリンダボア部がシリンダライナで形成された内燃機関のシリンダにおいて、上記シリンダライナを、化学組成が、
Ｃ：２．５〜３．９ｗｔ％、
Ｓｉ：１．５〜２．６ｗｔ％、
Ｎｉ：３．０〜１４．０ｗｔ％、
Ｃｒ：０．５〜２．５ｗｔ％、
Ｃｕ：０．５〜８．０ｗｔ％、
Ｖ：０．５〜１．０ｗｔ％、
Ｂ：０．０５〜０．１０ｗｔ％、
残部が実質的にＦｅであるシリンダライナ材料で鋳造形成したことを特徴とする内燃機関のシリンダ。
【請求項３】
シリンダボア面に溶射皮膜が形成された内燃機関のシリンダにおいて、上記溶射皮膜を、化学組成が、
Ｃ：２．５〜３．９ｗｔ％、
Ｓｉ：１．５〜２．６ｗｔ％、
Ｎｉ：３．０〜１４．０ｗｔ％、
Ｃｒ：０．５〜２．５ｗｔ％、
Ｃｕ：０．５〜８．０ｗｔ％、
Ｖ：０．５〜１．０ｗｔ％、
Ｂ：０．０５〜０．１０ｗｔ％、
残部が実質的にＦｅである溶射材料で溶射形成したことを特徴とする内燃機関のシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダに係り、特に、ディーゼルエンジンのシリンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のシリンダにおいては、耐摩耗性、耐食性を向上させるべく、シリンダボア部にシリンダライナを設けたり、溶射皮膜を形成していた。
【０００３】
シリンダライナ用鋳鉄としては、ベース材料のねずみ鋳鉄に若干の合金（Ｂ、Ｍｏなど）を添加して耐摩耗性の向上を図った各種鋳鉄材（例えば、ターカロイ）が用いられている。
【０００４】
ディーゼルエンジンでは、燃焼により、軽油中に含まれる硫黄分から硫酸が生成する。従来のシリンダライナ用鋳鉄として挙げられるターカロイは、ねずみ鋳鉄をベース材としているため、酸（特に硫酸）に対する耐食性はそれほど良好ではなく、ライナーの腐食摩耗を引き起こし、ＬＯＣ（Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｏｉｌ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ  ）の悪化等といった問題を招いてしまう。
【０００５】
そこで、鋳鉄の耐食性を向上させるべく、母材にＰ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等を添加して基地組織をオーステナイト化した鋳鉄（以下、オーステナイト鋳鉄と示す）が、特公平４−６８３７３等に開示されている。この時、オーステナイト鋳鉄におけるＮｉの配合量としては１３〜２０ｗｔ％、Ｃｕの配合量としては４．０〜８．０ｗｔ％が好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したオーステナイト鋳鉄において、Ｎｉの配合量が多いと、製造コストの上昇を招くばかりでなく、オーステナイト鋳鉄からなる鋳物の機械加工性が悪くなる。特に、シリンダライナの場合、機械加工性が悪いと、ライナ内周面を真円に形成することが難しく、ブローバイガス量が増えたり、ピストンとの摩擦が過大になって焼き付け等の問題が起こる。
【０００７】
このため、Ｎｉの配合量はできるだけ少ない方が望ましいが、Ｎｉの配合量が前記範囲よりも少ないと、オーステナイト組織が不安定となり、耐食性効果が十分に得られなくなってしまう。
【０００８】
そこで本発明は、上記課題を解決し、酸に対する耐食性が良好で、安価で、機械加工性が良好なシリンダライナ材料或いは溶射材料、及びそれらを用いた内燃機関のシリンダを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、シリンダボア部の化学組成が、
Ｃ：２．５〜３．９ｗｔ％、
Ｓｉ：１．５〜２．６ｗｔ％、
Ｎｉ：３．０〜１４．０ｗｔ％、
Ｃｒ：０．５〜２．５ｗｔ％、
Ｃｕ：０．５〜８．０ｗｔ％、
Ｖ：０．５〜１．０ｗｔ％、
Ｂ：０．０５〜０．１０ｗｔ％、
残部が実質的にＦｅである内燃機関のシリンダライナ。
【００１０】
請求項２の発明は、シリンダボア部がシリンダライナで形成された内燃機関のシリンダにおいて、上記シリンダライナを、化学組成が、
Ｃ：２．５〜３．９ｗｔ％、
Ｓｉ：１．５〜２．６ｗｔ％、
Ｎｉ：３．０〜１４．０ｗｔ％、
Ｃｒ：０．５〜２．５ｗｔ％、
Ｃｕ：０．５〜８．０ｗｔ％、
Ｖ：０．５〜１．０ｗｔ％、
Ｂ：０．０５〜０．１０ｗｔ％、
残部が実質的にＦｅであるシリンダライナ材料で鋳造形成した内燃機関のシリンダ。
【００１１】
請求項３の発明は、シリンダボア面に溶射皮膜が形成された内燃機関のシリンダにおいて、上記溶射皮膜を、化学組成が、
Ｃ：２．５〜３．９ｗｔ％、
Ｓｉ：１．５〜２．６ｗｔ％、
Ｎｉ：３．０〜１４．０ｗｔ％、
Ｃｒ：０．５〜２．５ｗｔ％、
Ｃｕ：０．５〜８．０ｗｔ％、
Ｖ：０．５〜１．０ｗｔ％、
Ｂ：０．０５〜０．１０ｗｔ％、
残部が実質的にＦｅである溶射材料で溶射形成した内燃機関のシリンダ。
【００１２】
かかる内燃機関のシリンダによれば、基地組織をオーステナイト組織に改善するＮｉと共に、Ｃｒ，Ｃｕ，Ｖ，Ｂの耐食性向上元素を所定の範囲で添加することで、製造コストが安価で、かつ、耐食性、耐摩耗性、および機械加工性のバランスが良好となる。
【００１３】
上記化学組成に限定した理由を以下に述べる。
【００１４】
Ｃは黒鉛晶出のため及び炭化物生成のために必要な元素である。含有量が２．５ｗｔ％よりも少ないと炭化物生成量が少なくなり、耐摩耗性および耐食性が低下する。また、含有量が３．９ｗｔ％よりも多いと硬くなり過ぎて機械加工性が悪化する。
【００１５】
Ｓｉの含有量は、一般的なオーステナイト鋳鉄における場合と同じ範囲であり、かつ、範囲限定理由もよく知られた理由に基づいているため、説明を省略する。
【００１６】
Ｎｉは基地をオーステナイト組織とするのに有効な元素である。含有量が３．０ｗｔ％よりも少ないとオーステナイト組織が形成されず、耐食性が低下する。また、含有量が１４．０ｗｔ％よりも多いと製造コストが上昇すると共に機械加工性が悪化する。
【００１７】
Ｃｒは、炭化物生成元素であり、耐摩耗性を向上させるのに有効な元素である。含有量が０．５ｗｔ％よりも少ないと炭化物生成量が少なくなり、耐摩耗性および耐食性が低下する。また、含有量が２．５ｗｔ％よりも多いと硬くなり過ぎて機械加工性が悪化する。
【００１８】
Ｃｕは、弱い黒鉛化促進元素であると共に、希硫酸のような鉱酸だけでなく、大気、特に硫黄を含む雰囲気に対する耐食性向上に有効な元素であり、Ｃｒとの複合添加により機械的性質が向上する。含有量が０．５ｗｔ％よりも少ないとパーライト組織が微細化されず、かつ、フェライト組織も多くなり、耐摩耗性および耐食性が低下する。また、含有量が８．０ｗｔ％よりも多いと鋳造性および機械加工性が悪化する。
【００１９】
Ｖは、強力な炭化物生成元素であり、少量の添加によって、黒鉛組織を改善し、パーライトを微細化して機械的性質を改善する。含有量の限定理由は、Ｃｒの場合と同様である。
【００２０】
Ｂは、黒鉛化を阻止して鋳鉄の強さを大にすると共に、希硫酸のような鉱酸だけでなく、大気、特に硫黄を含む雰囲気に対する耐食性向上に有効な元素であり、Ｃｒとの複合添加により機械的性質が向上する。含有量の限定理由は、Ｃｒの場合と同様である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を説明する。
【００２２】
本発明の内燃機関のシリンダは、シリンダボア部がシリンダライナによって形成され、そのシリンダライナが、化学組成が、
Ｃ：２．５〜３．９ｗｔ％、
Ｓｉ：１．５〜２．６ｗｔ％、
Ｎｉ：３．０〜１４．０ｗｔ％、
Ｃｒ：０．５〜２．５ｗｔ％、
Ｃｕ：０．５〜８．０ｗｔ％、
Ｖ：０．５〜１．０ｗｔ％、
Ｂ：０．０５〜０．１０ｗｔ％、
残部が実質的にＦｅであるシリンダライナ材料からなるものである。
【００２３】
シリンダライナ材料中に、Ｎｉを３．０〜１４．０ｗｔ％の範囲で含有させることで、基地組織を耐食性の良好なオーステナイト組織とすることができる。ここで、Ｎｉ含有量が３．０〜４．０ｗｔ％の範囲では、パーライト組織中にオーステナイト組織が分散した状態の基地組織となる。また、Ｎｉ含有量が４．０〜８．０ｗｔ％の範囲では、マルテンサイト組織中にオーステナイト組織が分散した状態の基地組織となる。さらに、Ｎｉ含有量が１２．０〜１４．０ｗｔ％の範囲では、鋳造のままで、基地組織全面がオーステナイト組織となる。
【００２４】
また、シリンダライナ材料中に、各種の耐食性元素（Ｃｒ、Ｃｕ、Ｖ、Ｂ）を所定の範囲で含有させることで、各元素の相乗効果により、耐食性、特に硫黄分を含む雰囲気での耐食性の改善を図ることができる。ここで、Ｃｕの添加は、パーライト組織の微細化により基地強度を向上させ、かつ、耐摩耗性および耐食性を向上させる。しかし、シリンダライナ材料中におけるＮｉ含有量が少なく（例えば、３．０〜８．０ｗｔ％）、基地にオーステナイト組織が分散した状態の基地組織の場合、Ｃｕ含有量を多くし過ぎると耐食性が低下する。このため、この場合のＣｕ含有量は少ない方がよく、０．５〜１．０ｗｔ％が好ましい。
【００２５】
上記成分からなる鋳鉄溶湯を鋳型に注いだ後、所定の冷却速度で冷却を行い、例えば、肉厚が１．５〜３ｍｍ程度で、かつ、略円筒状のシリンダライナを鋳造形成する。
【００２６】
このシリンダライナを、鋳鉄又はアルミ合金にて鋳造形成したシリンダブロックのシリンダボア部に、挿入（又は圧入）する或いは鋳包ませることで、シリンダライナの内周面がシリンダボア面となった本発明の内燃機関のシリンダを得ることができる。
【００２７】
かかるシリンダライナは、基地組織の改善と硫黄分を含む雰囲気での耐食性の向上を図ったシリンダライナ材料を用いて鋳造形成されているため、硫酸に対する耐食性が良好となる。よって、このシリンダライナをシリンダボア部に設けた内燃機関のシリンダにおいて、腐食摩耗が生じるおそれがなく、ＬＯＣの悪化を招くこともない。
【００２８】
また、シリンダライナ材料のＮｉ含有量が３．０〜１４．０ｗｔ％であり、前述した従来のオーステナイト鋳鉄と比較してＮｉ含有量が少ないため、シリンダライナの製造コスト、延いてはシリンダの製造コストが安価となる。さらに、同じ理由から、シリンダライナの機械加工性が良好となり、延いてはブローバイガス量の増加、焼き付け等を防止することができる。
【００２９】
なお、シリンダライナを構成するシリンダライナ材料中に、不可避不純物としてＳ等を微量含有していてもよいが、Ｓは材質を脆くするため、その含有量は少ないほど好ましく、０．０２ｗｔ％未満に止めておくのが望ましい。
【００３０】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００３１】
前述した本発明の内燃機関のシリンダは、シリンダボア部に、シリンダライナを設けたものであった。
【００３２】
これに対して、本実施の形態の内燃機関のシリンダは、鋳鉄又はアルミ合金にて予め鋳造形成しておいたシリンダブロックのシリンダボア部内周面に、前述したシリンダライナ材料と同一組成の溶射材料からなる溶射皮膜を形成したものである。
【００３３】
溶射皮膜の膜厚は、シリンダに要求される耐摩耗性能および耐食性能によって適宜決定されるものであるが、シリンダブロック軽量化の観点から１ｍｍ以下が好ましい。
【００３４】
溶射皮膜の形成方法は特に限定するものではなく、一般的な皮膜形成方法の全てが挙げられ、例えば、プラズマ溶射、ガス溶射などが挙げられる。
【００３５】
本実施の形態の内燃機関のシリンダにおいても、本発明の内燃機関のシリンダと同様の効果を発揮することは言うまでもなく、摺動面であるシリンダボア部内周面に、前述したシリンダライナ材料と同一組成の溶射材料からなる溶射皮膜が形成されているため、硫酸に対する耐食性は良好である。
【００３６】
また、シリンダライナを用いず、シリンダボア部内周面に膜厚が１ｍｍ以下の薄い溶射皮膜を形成したシリンダであるため、肉厚が数ｍｍ程度のシリンダライナをシリンダボア部に設けた本発明の内燃機関のシリンダよりも軽量となり、特に、アルミ合金からなるシリンダブロックに対して適用することで、その軽量化は一層効果的なものとなる。
【００３７】
【実施例】
（実施例）
下記表１の化学組成を有する鋳鉄溶湯をそれぞれ溶製し、各鋳鉄溶湯（実施例１〜５、比較例１，２）を、鋳込み温度１，５００℃で鋳型に注いだ後、所定の冷却速度で冷却を行い、幅が１０ｍｍ、肉厚が５ｍｍ、長さが５０ｍｍの試験片をそれぞれ鋳造形成する。ここで、比較例２は、現行シリンダライナ材料であるターカロイの化学組成である。
【００３８】
【表１】
0003555513.tif 000002
【００３９】
次に、各試験片を常温の２０ｗｔ％硫酸中に浸漬して腐食試験を行い、時間毎の重量変化（減少）を測定した。その測定結果を図１に示す。ここで、図中の横軸は腐食時間（ｈｒ）を、縦軸は腐食試験前の各試験片の重量を１００％とした時の相対重量（％）を示している。
【００４０】
図１に示すように、実施例１〜３の場合、Ｎｉ含有量が３．０ｗｔ％であるため、基地組織は、パーライト組織中にオーステナイト組織が分散した状態である。ここで、実施例１のＣｕ含有量（１．０ｗｔ％）は、実施例２，３のＣｕ含有量（０．５ｗｔ％）と比べて多いため、実施例１の耐食性は、実施例２，３よりも若干劣る。また、実施例３のＣｒ含有量（０．５ｗｔ％）は、実施例２のＣｒ含有量（１．５ｗｔ％）と比べて少ないため、実施例３の耐食性は、実施例２よりも若干劣る。すなわち、実施例２、実施例３、実施例１の順に耐食性が良好となっている。しかし、実施例２よりも耐食性が劣る実施例１，３においても、腐食試験開始から７０時間までの耐食性は、比較例２のターカロイと略同等であり、特に試験開始から７０時間以降における腐食性は現行シリンダライナ材料よりも優れている。
【００４１】
実施例４，５の場合、Ｎｉ含有量が１４．０ｗｔ％であるため、基地組織がオーステナイト組織となっており、腐食試験における重量変化は殆どなく、９０時間経過以後であっても優れた耐食性を示していた。
【００４２】
これに対して、比較例１の場合、各成分の含有量が規定範囲よりも少ないため、炭化物生成量が少なく、各例中で最も耐食性が低かった。特に試験開始から７０時間以降における腐食進行が激しい。
【００４３】
また、比較例２の場合、基地組織全面がパーライト組織であるため、腐食試験において希硫酸と激しく反応しており、耐食性は低い。特に、腐食試験開始後すぐの腐食進行が激しい。
【００４４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、シリンダボア部を構成する材料の化学組成を規定することで、酸に対する耐食性が良好で、安価で、機械加工性が良好な内燃機関のシリンダを得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における腐食試験の腐食時間と重量変化との関係を示す図である。
【図１】
0003555513.tif 000003