BR102019026045A2

BR102019026045A2 - Cast Cylinder Liner and Cast Cylinder Liner Production Method

Info

Publication number: BR102019026045A2
Application number: BR102019026045-9A
Authority: BR
Inventors: Rafael Bettini Rabello; José Valentim Lima Sarabanda
Original assignee: Mahle Metal Leve S.A.; Mahle International Gmbh
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2021-06-22
Also published as: WO2021116038A1

Abstract

A presente invenção refere-se a uma camisa de cilindro para motores de combustão interna. Em particular, a invenção refere-se a uma camisa de cilindro fundido (1) compreendendo uma superfície exterior (2, 5) contendo saliências (3) e cavidades (4) de diferentes formatos e estruturas para facilitar a aderência da camisa ao bloco do motor, em que a superfície exterior (2, 5) compreende altura entre 0,1 e 0,6 mm e as cavidades (4) dispostas em uma quantidade de 4 a 15 por 0,5 mm2.

The present invention relates to a cylinder liner for internal combustion engines. In particular, the invention relates to a cast cylinder liner (1) comprising an outer surface (2, 5) containing protrusions (3) and cavities (4) of different shapes and structures to facilitate the adherence of the liner to the cylinder block. motor, in which the outer surface (2, 5) comprises a height between 0.1 and 0.6 mm and the cavities (4) arranged in an amount of 4 to 15 by 0.5 mm2.

Description

CAST DRUM SHIRT AND METHOD OF PRODUCTION OF A CAST DRUM SHIRT

FIELD OF THE INVENTION

[0001] A presente invenção refere-se a uma camisa de cilindro para motores de combustão interna. Em particular, a invenção refere-se a uma camisa de cilindro compreendendo uma superfície exterior contendo saliências e cavidades de diferentes formatos e estruturas.[0001] The present invention relates to a cylinder liner for internal combustion engines. In particular, the invention relates to a cylinder liner comprising an outer surface containing protrusions and cavities of different shapes and structures.

DESCRIPTION OF TECHNICAL STATUS

[0002] Em motores de combustão que possuem um bloco do motor feito de uma liga de alumínio, camisas de cilindro são geralmente inseridos nos furos de cilindro do bloco do motor. Os cilindros consistem nas seções de tubos cilíndricos e suas superfícies internas definem o espaço de combustão da câmara de combustão do motor. As superfícies externas são frequentemente tratadas para conferir à superfície exterior uma textura rugosa. Essa textura rugosa garante a adesão da camisa de cilindro ao bloco do motor quando o revestimento é fundido no bloco do motor.[0002] In combustion engines that have an engine block made of an aluminum alloy, cylinder liners are usually inserted into the cylinder holes of the engine block. The cylinders consist of cylindrical tube sections and their inner surfaces define the combustion space of the engine's combustion chamber. Outer surfaces are often treated to give the outer surface a rough texture. This rough texture ensures cylinder liner adhesion to the engine block when the liner is cast on the engine block.

[0003] Além disso, é comum que os motores de combustão possuam cilindros feitos de metal diferente do bloco do motor de modo a garantir um melhor desempenho dos mesmos, pois, geralmente, o material de cilindro possui melhores propriedades tribológicas (fricção, desgaste e lubrificação durante o contato entre superfícies sólidas) em movimento relativo e mecânicas do que o material do bloco do motor.[0003] In addition, it is common for combustion engines to have cylinders made of metal other than the engine block in order to ensure better performance of them, because generally the cylinder material has better tribological properties (friction, wear and lubrication during contact between solid surfaces) in relative motion and mechanical than the engine block material.

[0004] A aderência entre esses dois materiais é um dos fatores mais importantes que afetam o desempenho do motor uma vez que as saliências da superfície exterior rugosa fornecem uma ligação mecânica entre o revestimento e o bloco do motor.[0004] The adhesion between these two materials is one of the most important factors affecting engine performance as the rough outer surface protrusions provide a mechanical bond between the casing and the engine block.

[0005] Os revestimentos como os descritos nas patentes US 10215128 e US7383805B2 garantem uma melhor aderência, formando uma superfície exterior rugosa que fornece uma área superficial com mais saliências externas que criam uma ligação mecânica entre o revestimento e o bloco do motor. Assim, ao controlar o tamanho e a dispersão das saliências, estas patentes garantem uma boa aderência.[0005] Coatings such as those described in patents US 10215128 and US7383805B2 ensure a better grip, forming a rough outer surface that provides a surface area with more external protrusions that create a mechanical bond between the coating and the engine block. Thus, by controlling the size and spread of the protrusions, these patents ensure good adhesion.

[0006] Contudo, ao longo dos anos, o conhecimento tecnológico proporcionou o aperfeiçoamento tanto da camisa de cilindro fundido, como seu método de produção.[0006] However, over the years, technological knowledge has provided the improvement of both the cast cylinder liner and its production method.

[0007] Isto porque, tendo em vista as diversas vantagens oferecidas pelos motores de combustão interna, é necessário um constante aperfeiçoamento dos mesmos, garantindo a segurança, durabilidade e eficiência cada vez maior desses motores.[0007] This is because, in view of the various advantages offered by internal combustion engines, it is necessary to constantly improve them, ensuring the safety, durability and increasing efficiency of these engines.

[0008] Assim, as atuais camisas de cilindro fundido para motores de combustão, embora atendam adequadamente aos requisitos para os quais foram projetados, possuem alguns pontos que podem ser melhorados, especificamente em função de um melhor controle dimensional bem como menor distorção do cilindro.[0008] Thus, the current cast cylinder liners for combustion engines, although they adequately meet the requirements for which they were designed, have some points that can be improved, specifically due to better dimensional control as well as less cylinder distortion.

[0009] Especificamente, observa-se que a densidade média das saliências das atuais camisas de cilindro fundido é prontamente ajustada conforme necessidade do processo de fundição e a aplicação do motor pretendido, entretanto as características de disposição e altura máxima das saliências, bem como das cavidades, das atuais camisas variam aleatoriamente na superfície, sendo de difícil controle quando do processo de fundição.[0009] Specifically, it is observed that the average density of the protrusions of the current cast cylinder liners is readily adjusted as needed by the casting process and the application of the intended engine, however the disposition characteristics and maximum height of the protrusions, as well as the cavities of current liners vary randomly on the surface, being difficult to control during the casting process.

[0010] Mais especificamente, observa-se que a variação aleatória de ditas características está diretamente relacionada com aderência do cilindro ao bloco do motor.[0010] More specifically, it is observed that the random variation of said characteristics is directly related to cylinder adherence to the engine block.

OBJECTIVES OF THE INVENTION

[0011] É um objetivo da presente invenção, prover uma camisa de cilindro fundido e um método de produção de uma camisa de cilindro fundido em que as características de densidade, tamanho e formato das saliências e cavidades são consideradas, especificamente, a disposição e altura máxima das cavidades.[0011] It is an objective of the present invention to provide a cast cylinder liner and a method of producing a cast cylinder liner in which the density, size and shape characteristics of the protrusions and cavities are considered, specifically, the arrangement and height maximum of the cavities.

[0012] Outro objetivo da presente invenção é prover uma camisa de cilindro fundido e um método de produção de uma camisa de cilindro fundido em que a superfície rugosa da camisa apresenta aderência e precisão dimensional aprimorada, com uma melhor distribuição da resistência localizada à distorção.[0012] Another objective of the present invention is to provide a cast cylinder liner and a method of producing a cast cylinder liner in which the roughened liner surface features improved dimensional accuracy and adhesion, with a better distribution of localized resistance to distortion.

[0013] Adicionalmente, é um objetivo da presente invenção, prover uma camisa de cilindro fundido e um método de produção de uma camisa de cilindro fundido em que uma força de união mais alta e uma distorção mais baixa são alcançados.[0013] Additionally, it is an object of the present invention to provide a cast cylinder liner and a method of producing a cast cylinder liner in which a higher bond strength and a lower distortion are achieved.

BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0014] Os objetivos da presente invenção são alcançados através de uma camisa de cilindro fundido para um motor de combustão interna compreendendo uma superfície exterior dotada de uma pluralidade de saliências e cavidades, em que a superfície exterior compreende altura entre 0,1 e 0,6 mm e as cavidades são dispostas em uma quantidade de 4 a 15 por 0,5 mm2.[0014] The objectives of the present invention are achieved through a cast cylinder liner for an internal combustion engine comprising an outer surface provided with a plurality of protrusions and cavities, wherein the outer surface comprises a height between 0.1 and 0, 6 mm and the cavities are arranged in an amount of 4 to 15 by 0.5 mm2.

[0015] Além disso, os objetivos da presente invenção são alcançados através de um método de produção de uma camisa de cilindro fundido para um motor de combustão interna compreendendo as etapas de revestir um molde para vazamento centrífugo com um refratário para formação de uma superfície exterior dotada de uma pluralidade de saliências e cavidades, derramar um material de fundição no molde para formação de cilindro e, após endurecimento do material de fundição, roletar a superfície exterior revestida de cilindro para formação de uma superfície exterior laminada.[0015] Furthermore, the objectives of the present invention are achieved through a method of producing a cast cylinder liner for an internal combustion engine comprising the steps of coating a centrifugal casting mold with a refractory for forming an outer surface provided with a plurality of protrusions and cavities, pouring a casting material into the mold for forming a cylinder and, after hardening of the casting material, rolling the cylinder coated outer surface to form a laminated outer surface.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0016] Outros objetivos e características da presente invenção se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, a qual é considerada em conjunto com os desenhos em anexo. No entanto, deve ser compreendido que os desenhos foram concebidos apenas a título de ilustração e não como uma definição dos limites da invenção.[0016] Other objectives and characteristics of the present invention will become evident from the following detailed description, which is considered in conjunction with the attached drawings. However, it is to be understood that the drawings are intended for illustration only and not as a definition of the limits of the invention.

[0017] Nos desenhos, onde caracteres com símbolos de referência similares denotam elementos similares ao longo das numerosas vistas:
a figura 1 mostra uma vista da camisa de cilindro de acordo com a invenção;
a figura 2 mostra uma vista ampliada e em corte lateral do objeto mostrado na figura 1;
a figura 3 mostra uma vista ampliada e em corte lateral de uma realização do objeto mostrado na figura 1;
a figura 4 mostra uma vista ampliada e em corte lateral de uma realização do objeto mostrado na figura 1, e
a figura 5 mostra uma vista ampliada e em corte lateral das realizações mostradas nas figuras 3 e 4.[0017] In the drawings, where characters with similar reference symbols denote similar elements throughout the numerous views:
figure 1 shows a view of the cylinder liner according to the invention;
figure 2 shows an enlarged and side sectional view of the object shown in figure 1;
Figure 3 shows an enlarged view in side section of an embodiment of the object shown in Figure 1;
figure 4 shows an enlarged view and in side section of an embodiment of the object shown in figure 1, and
Figure 5 shows an enlarged and side sectional view of the embodiments shown in Figures 3 and 4.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0018] Conforme mostrado no conjunto de figuras, a presente invenção se refere a uma camisa de cilindro 1 fundido para motores de combustão interna contendo uma superfície exterior 2 que possui propriedades de aderência particularmente aprimoradas.[0018] As shown in the set of figures, the present invention relates to a cast cylinder liner 1 for internal combustion engines containing an outer surface 2 which has particularly improved adhesion properties.

[0019] A superfície é coberta com saliências 3 e cavidades 4 de formatos e tamanhos variáveis, as quais são criadas aspergindo-se um revestimento sobre um molde e em seguida, fundindo-se a camisa de cilindro 1 no molde.[0019] The surface is covered with protrusions 3 and cavities 4 of varying shapes and sizes, which are created by spraying a coating onto a mold and then melting the cylinder liner 1 into the mold.

[0020] As saliências 3 são geralmente cônicas ou possuem um formato de agulha, com suas bases sendo mais largas que as pontas. Já as cavidades 4 são compreendidas e formadas em torno de cada uma das saliências.The protrusions 3 are generally conical or needle-shaped, with their bases being wider than the tips. The cavities 4 are comprised and formed around each of the protrusions.

[0021] A presente invenção também se refere a um método de produção da camisa de cilindro 1 fundido em que o revestimento pode ser formado aspergindo-se um molde durante um processo de fundição centrífuga. Primeiro, o molde é aspergido com o revestimento enquanto gira para que a superfície do molde seja revestida de maneira uniforme. Em seguida, um material de fundição é derramado dentro do molde e deixado endurecer. O molde está em rotação durante os processos de revestimento, fundição e solidificação.[0021] The present invention also relates to a method of producing the cast cylinder liner 1 in which the coating can be formed by spraying a mold during a centrifugal casting process. First, the mold is sprayed with the coating while rotating so that the mold surface is evenly coated. Then a casting material is poured into the mold and allowed to harden. The mold is rotating during the coating, casting and solidification processes.

[0022] Cumpre notar que o material de revestimento corresponde a qualquer tipo de material refratário aplicável à invenção.[0022] It should be noted that the coating material corresponds to any type of refractory material applicable to the invention.

[0023] Assim, a presente invenção versa sobre um método de fundição centrífuga e uma camisa de cilindro 1 fundido, em que o exterior do revestimento seja impresso no cilindro por saliências e cavidades com tamanho, formato e densidade específica.[0023] Thus, the present invention deals with a centrifugal casting method and a cast cylinder jacket 1, in which the exterior of the coating is printed on the cylinder by protrusions and cavities with specific size, shape and density.

[0024] Com relação a característica de densidade das saliências e cavidades, estas podem ser ajustadas por meio de várias etapas de processamento do revestimento e dependendo de como ele é aplicado ao molde. A densidade das saliências e cavidades pode ser ajustada para se acomodar à técnica de processamento e moldagem do bloco do motor de modo a garantir o devido assentamento e interconexão entre o revestimento e o bloco do motor. Por exemplo, se o bloco do motor for moldado usando-se técnica de fundição com matriz em alta pressão, o revestimento poderá ter saliências com densidade maior.[0024] Regarding the density characteristic of the protrusions and cavities, these can be adjusted through various processing steps of the coating and depending on how it is applied to the mold. The density of the bosses and cavities can be adjusted to accommodate the engine block processing and molding technique to ensure proper seating and interconnection between the casing and the engine block. For example, if the engine block is molded using high pressure die casting technique, the liner may have bumps with higher density.

[0025] Outras técnicas de moldagem de bloco do motor, tais como fundição em areia por precisão e gravidade ou fundição em areia de baixa pressão da geometria da saliência e das cavidades do revestimento podem incluir saliências com densidade menores, permitindo assim o aumento da abertura ou espaçamento entre as saliências para facilitar o fluxo do material do bloco do motor por dentro das estruturas das saliências antes do assentamento do material em torno das camisas de cilindro.[0025] Other engine block molding techniques such as precision gravity sand casting or low pressure sand casting of the boss geometry and casing cavities may include bosses with lower density, thus allowing for increased aperture or spacing between the bosses to facilitate the flow of engine block material into the boss structures prior to laying the material around the cylinder liners.

[0026] No que diz respeito às características relacionadas ao tamanho e formato das saliências e cavidades, a presente invenção faz uso dos processos relacionados ao roletamento de metais.[0026] With regard to the characteristics related to the size and shape of the protrusions and cavities, the present invention makes use of processes related to the rolling of metals.

[0027] Especificamente, a presente invenção fornece uma camisa de cilindro fundido 1 para um motor de combustão interna compreendendo uma superfície exterior 2, 5 dotada de uma pluralidade de saliências 3 e cavidades 4, em que a superfície exterior 2, 5 compreender altura entre 0,1 e 0,6 mm e as cavidades 4 serem dispostas em uma quantidade de 4 a 15 por 0,5 mm2.[0027] Specifically, the present invention provides a cast cylinder liner 1 for an internal combustion engine comprising an outer surface 2, 5 provided with a plurality of protrusions 3 and cavities 4, wherein the outer surface 2, 5 comprises height between 0.1 and 0.6 mm and the cavities 4 are arranged in an amount of 4 to 15 by 0.5 mm2.

[0028] Observa-se que em uma realização preferencial, mas não limitativa, a superfície exterior 2, 5 da camisa de cilindro fundido 1 compreende uma região de rugosidade que varia ao longo do comprimento axial de cilindro 1, de modo que a pluralidade de saliências 3 e cavidades 4 compreendem altura entre 0,1 e 0,6 mm e são dispostas nos primeiros 30 mm a partir do topo de cilindro.[0028] It is noted that in a preferred but non-limiting embodiment, the outer surface 2, 5 of the cast cylinder liner 1 comprises a region of roughness that varies along the axial length of cylinder 1, so that the plurality of protrusions 3 and cavities 4 comprise a height between 0.1 and 0.6 mm and are arranged in the first 30 mm from the top of the cylinder.

[0029] Mais especificamente, a presente invenção fornece um método de produção de uma camisa de cilindro fundido 1, para um motor de combustão interna compreendendo as etapas de (i) revestir um molde para vazamento centrífugo com um refratário para formação de uma superfície exterior 2 dotada de uma pluralidade de saliências 3 e cavidades 4, e (ii) derramar um material de fundição no molde para formação de cilindro 1, em que, após endurecimento do material de fundição, a (iii) superfície exterior 2 de cilindro 1 é roletada para formação de uma superfície exterior 5 laminada.[0029] More specifically, the present invention provides a method of producing a cast cylinder liner 1 for an internal combustion engine comprising the steps of (i) coating a centrifugal casting mold with a refractory for forming an outer surface 2 provided with a plurality of protrusions 3 and cavities 4, and (ii) pouring a casting material into the mold for forming cylinder 1, wherein, after hardening of the casting material, the (iii) outer surface 2 of cylinder 1 is rolled to form a laminated outer surface.

[0030] Observa-se que em uma realização preferencial, mas não limitativa, a pluralidade de saliências 3 e cavidades 4 da superfície exterior 2 compreender altura entre 0,1 e 1,1mm e densidade de 110 a 300 saliências/cm2.[0030] It is observed that in a preferred, but not limiting, embodiment, the plurality of protrusions 3 and cavities 4 of the outer surface 2 comprise a height between 0.1 and 1.1mm and a density of 110 to 300 protrusions/cm2.

[0031] Observa-se, também, que a etapa de roletamento da presente invenção fornece uma taxa de redução de 30 e 65% para a formação de uma superfície exterior 5 roletada, de modo que as saliências mais altas são niveladas e novas saliências e cavidades são formadas. Em uma realização preferencial, mas não limitativa, a disposição das cavidades está compreendida em uma quantidade de 4 a 9 por 0,5 mm.[0031] It is also observed that the rolling step of the present invention provides a reduction rate of 30 and 65% for the formation of a rolled outer surface, so that the higher protrusions are leveled and new protrusions and cavities are formed. In a preferred but non-limiting embodiment, the arrangement of the cavities is comprised in an amount of 4 to 9 per 0.5 mm.

[0032] A tabela 1 mostra a disposição e quantidade de cavidades por mm de cilindro.
Tabela 1

[0032] Table 1 shows the disposition and quantity of cavities per mm of cylinder.
Table 1

[0033] As medições da tabela 1 são resumidas para fins de referência. Um software de análise é usado para determinar as várias geometrias das saliências e cavidades. Uma dessas determinações é uma base para classificar a circularidade da saliência e das cavidades. O software pode determinar a circularidade a partir de um gráfico de base ou por meio de várias medições, tais como as dimensões curtas e longas de cada saliência e cavidade.[0033] The measurements in table 1 are summarized for reference purposes. Analysis software is used to determine the various geometries of bosses and cavities. One of these determinations is a basis for classifying the roundness of the boss and the cavities. The software can determine circularity from a base graph or through various measurements, such as the short and long dimensions of each boss and cavity.

[0034] Assim, vantajosamente, a presente invenção garante propriedades mais uniformes no produto final por meio do achatamento/nivelamento das saliências mais altas e da criação de novas cavidades, obtendo, desta forma, um melhor controle sobre as dimensões de cilindro além de uma uniformidade de aderência aprimorada bem como uma força de união mais alta.[0034] Thus, advantageously, the present invention ensures more uniform properties in the final product by flattening/leveling the highest protrusions and creating new cavities, thus obtaining better control over the cylinder dimensions in addition to a improved adhesion uniformity as well as higher bond strength.

[0035] Observa-se que a redução de algumas saliências é compensada pela criação de novas saliências e cavidades.[0035] It is observed that the reduction of some protrusions is compensated by the creation of new protrusions and cavities.

[0036] Além disso, vantajosamente, uma aderência mais uniforme contribuirá para uma menor distorção de cilindro e, consequentemente, uma diminuição de gases particulados e nocivos produzidos durante a combustão, além de um menor consumo de óleo lubrificante do motor.[0036] In addition, advantageously, a more uniform adhesion will contribute to less cylinder distortion and, consequently, a decrease in particulate and harmful gases produced during combustion, in addition to a lower consumption of engine lubricating oil.

[0037] Tendo sido descritos exemplos de concretizações preferidos, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.[0037] Having described examples of preferred embodiments, it should be understood that the scope of the present invention encompasses other possible variations, being limited only by the content of the appended claims, including possible equivalents.

Claims

CAST CYLINDER SHIRT (1) for an internal combustion engine comprising an outer surface (2, 5) provided with a plurality of protrusions (3) and cavities (4), the cast cylinder liner being characterized by the outer surface (2 , 5) comprise a height between 0.1 and 0.6 mm and the cavities (4) are arranged in an amount of 4 to 15 by 0.5 mm2.

SHIRT, according to claim 1, characterized in that the outer surface (2, 5) comprises a region of roughness that varies along the axial length of the cylinder (1), wherein the plurality of protrusions (3) and cavities (4 ) have a height between 0.1 and 0.6 mm and are arranged in the first 30 mm from the top of the cylinder.

METHOD OF PRODUCTION OF A CAST CYLINDER SHIRT (1), for an internal combustion engine, the method comprising the steps of:
coating a centrifugal casting mold with a refractory to form an outer surface (2) provided with a plurality of protrusions (3) and cavities (4), followed by
pouring a casting material into the mold for forming cylinder (1), the method being characterized in that after hardening of the casting material, the outer surface (2) of cylinder (1) is rolled to form an outer surface (5 ) roulette.

METHOD, according to claim 3, characterized in that the plurality of protrusions (3) and cavities (4) of the outer surface (2) comprise a height between 0.1 and 1.1 mm and a density of 110 to 300 protrusions/cm2.

METHOD, according to claim 3, characterized in that the rolling step comprises a reduction between 30 and 65% for the formation of an outer surface (5) rolled which comprises the cavities arranged in an amount of 4 to 9 by 0.5 mm2.