CN110741150B - 用于制造内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造内燃机的方法，其包括以下步骤：——提供气缸，所述气缸包括气缸壁，其中，气缸壁的表面具有一结构，该结构设计和成形为使得涂层能够渗透；——通过对所述结构进行至少局部加工产生至少一个闭锁区域，使得所述涂层不能渗透到所述结构中；——将涂层施加到所述气缸壁上，该涂层在所述至少一个闭锁区域中不能渗透到所述结构中。

Description

用于制造内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造内燃机的方法、一种内燃机的气缸以及一种内燃机的曲轴箱。
背景技术
活塞式发动机的活塞通常不直接在曲轴箱中运转。尤其是在客车领域中已知，在没有气缸套的曲轴箱中设有减少磨损和摩擦的涂层。所述涂层例如通过热喷涂来施加。这样涂敷的气缸壁沿整个活塞冲程具有恒定的热传导系数。对于在活塞环与气缸壁之间起作用的润滑膜，所述恒定的热传导系数可能是不利的，因为其粘度尤其是取决于温度。该温度在活塞的上死点的区域中是最高的，而在下死点中是最低的或至少是较低的。结果是润滑剂不仅经受最高的温度波动，这提高了对质量的要求。尤其也降低了CO2节省潜力，因为不存在符合要求的润滑膜粘度。
发明内容
因此，本发明的任务是，给出一种用于制造内燃机的方法、一种内燃机的气缸以及一种曲轴箱，它们克服了前述缺点并且在此能够简单且成本有利地实现。
所述任务通过一种用于制造内燃机的方法、通过一种内燃机的气缸以及通过一种曲轴箱来解决。
按照本发明，用于制造内燃机的方法包括以下步骤：
——提供气缸，该气缸包括气缸壁，其中，气缸壁的表面具有一结构，该结构设计和成形为，使得涂层能够渗透；
——通过对所述结构进行至少局部加工产生至少一个闭锁区域，使得所述涂层或一个涂层不能渗透到所述结构中；
——将涂层施加到气缸壁或气缸壁的表面上，该涂层在所述至少一个闭锁区域中不能渗透到所述结构中。
上述结构尤其是气缸壁的所谓活化的结果，该活化设计并且设置用于改善涂层的附着。优选地，结构的所述引入机械地进行，例如通过分离、切割、锯削、粗糙化或通常通过形成能够实现并且辅助与随后的涂层的宏观形锁合的结构进行。除上述方法之外，为了活化例如也已知用水喷射气缸壁，所述水喷射在当前情况中同样可被用于形成合适的结构。最后，由所述结构在气缸壁中形成留空部或凹进部，随后的涂层可以渗透到所述留空部或凹进部中。根据优选的实施形式，这些留空部或凹进部具有大致0.05mm至0.3mm的深度。在这方面本发明由此着手，因为现在通过对所述结构进行至少局部的加工或通过产生闭锁区域来改变所述结构，使得涂层刚好不能渗透到所述结构中，换句话说不能渗透到留空部、凹进部等等中。但是在此该结构未被破坏，而是仅仅被改变，使得涂层停止渗透。结果是在将涂层施加在闭锁区域中之后产生“孔”、空心空间、型腔或气套，它们影响在所述区段中气缸壁的热传导系数。因此，根据该方法的设计方案，可以在气缸壁中有针对性地形成例如用作绝缘体的区域。通过这样改变的热传导系数可以有利地有针对性地改变润滑膜的粘度。因为润滑膜随着温度升高而变得更稀薄，所以因此例如可以有针对性地减少活塞或者活塞的活塞环与气缸壁之间的摩擦或调节润滑膜的承载能力。
根据一种实施形式，所述结构包括槽、接片、凹槽、沟槽和/或留空部等。根据一种实施形式，所述结构在整个气缸高度上构造成恒定的或相同的。然而这不是强制需要的。所述结构的几何形状也可以构造成不同的，或者气缸壁不必整个面地设有结构。
根据一种实施形式，尤其是通过使所述结构成形、尤其是塑性变形进行局部加工。有利地，通过有针对性地使(机械)粗糙化的气缸壁或所述结构(例如接片)成形，产生不能借助涂敷方法填充的型腔。
根据一种实施形式，所述方法包括以下步骤：
——通过使槽成形、尤其是几何地改变(如变小)使所述结构至少局部地变窄、缩小和/或封闭。
根据一种实施形式，例如槽、尤其是作为这种在闭锁区域中通过加工或成形的槽变窄成，使得涂层不能渗透。根据另一种实施形式，仅通向槽的入口变窄成，使得涂层不能渗透。最终，实际的实现与所述结构的几何形状以及与涂敷方法的参数有关。决定性的是，该方法这样被操作，使得在涂敷之后在闭锁区域中在涂层与气缸壁之间或在该气缸壁中形成空心空间或类似物。
替代地和/或附加地，通过将填料引入到结构中进行局部加工。在所述实施形式中，通过如下方式防止涂层渗透到所述结构中，即该结构已被填充有填料。在此，可以涉及一种材料，该材料作用为绝缘体，也就是说减小气缸壁的热传导系数。根据一种实施形式，所述填料是陶瓷、尤其是绝缘陶瓷如AL2O3，根据一种实施形式例如呈膏状。替代地，也可以有针对性地使用一种材料，以便提高气缸壁的热传导系数，由此能够实现使燃烧室更好的散热。根据一种实施形式，填料或绝缘材料可以被涂敷或喷涂到已经引入的槽中(即在开槽之后或在滚压、即产生侧凹部之前)并且然后在滚压之后保留在槽中。替代地，在滚压之后将填料或绝缘材料引入、例如用高压射束在压力下例如在大于1巴的压力下尤其是吹入到“完成的”结构中。
根据一种实施形式，所述方法包括以下步骤：
——改变沿气缸轴线和/或竖轴线和/或在气缸的周向上的成形程度，以形成用于涂层的侧凹部并且以形成所述至少一个闭锁区域。
有利地，因此在整个气缸长度上进行成形，其中，例如通过使所述结构有针对性地较强烈地局部成形可以产生闭锁区域或所述至少一个闭锁区域。此外，所述成形这样进行，使得形成侧凹部。尤其是例如使所述结构的接片这样变形，使得形成侧凹部(＝滚压)，所述侧凹部适合于能够利用随后的涂层实现夹紧，这有助于其固定或改善宏观形锁合。在周向上的变化意味着，例如在排气侧设定不同于进气侧的热传导系数。
适宜地，所述方法包括以下步骤：
——调整气缸的内径以便调节成形程度，或
——通过再调节成形工具改变成形程度。
所述成形工具例如是滚压工具，其具有设置在周边的、可旋转的滚子，所述滚子设计用于使气缸壁成形或变形。通过再调节成形工具、即通过将其相对于气缸的中轴线定位可以改变或调整成形程度，即使得所述结构沿气缸轴线这样程度地变形，从而随后的所述涂层或随后的一个涂层不再能够渗透或者“仅”形成侧凹部。“调整内径”意味着，气缸例如沿其气缸轴线(或在周边)没有恒定的内径或没有圆形的横截面，而是所述横截面发生变化。由此得出，气缸壁的内径较小的区域在成形工具通过时较强地变形，其中，由此又可以形成一些闭锁区域等。
根据一种优选的实施形式，所述方法包括以下步骤：
——通过表面涂敷方法、尤其是通过热喷涂来涂敷。
在此，电弧线材喷涂或等离子喷涂是特别优选的。
本发明还涉及一种内燃机的气缸，该气缸包括气缸壁，其中，在气缸壁上布置或设置有涂层，并且该涂层与气缸壁一起至少局部地形成空心空间或至少一个空心空间。
与按照本发明的方法相关地提到的优点类似地且相应地适用于气缸并且反之亦然。
例如可以通过使气缸壁有针对性地较强烈成形来形成形腔或空心空间，所述型腔或空心空间在借助(热)涂敷方法进行涂敷时不能被填充。由此产生气套，所述气套用作绝缘体，气套又改变了热传导。通过另一种热传导可以改变润滑膜的粘度。随着温度升高，润滑膜变得更稀薄，由此可以降低内部摩擦。结果是活塞环在构造有空心空间的区域中产生较少的摩擦损耗。
根据一种实施形式，多个空心空间这样确定尺寸和/或分布，使得气缸壁的热传导系数是至少局部不同的。根据一种实施形式，热传导系数沿着(换句话说轴向地)或在周边上在气缸壁中不同地构成。这可以意味着，例如在活塞的反转点(例如在下死点中)形成与上死点中或在反转点之间的热传导系数不同的、例如较高的热传导系数，例如以便在气缸壁中产生较低的温度，该温度引起润滑膜的较高的粘度。因此，在这些区域中可以产生非常有承载能力的油膜。在所述反转点之间、即在活塞达到其最高速度的地方，能够有利地有针对性地减小粘度，以便产生较少的流体动力摩擦。在所述反转点的区域中，由于活塞速度低，需要尽可能有承载能力的油膜。由于低的速度几乎不再出现活塞环浮起，并且摩擦的主要部分由固体摩擦(活塞环/气缸工作面)产生。在所述反转点之间的区域中存在大的活塞速度。由此造成活塞环在油膜上浮动，存在流体动力摩擦。在流体中在活塞环与气缸工作面之间的剪切力对于摩擦损耗是决定性的。因此，该方案在当前情况中尤其是在于，降低在所述区域中的粘度并且因此降低剪切力或由此产生的流体动力摩擦。尤其是在上死点的区域中，例如也可以在排气侧上设定与在进气侧上不同的热传导系数，例如在排气侧上设定较高的热传导系数，以便在那里提高散热并且使气缸壁中或也在气缸头的方向上的温度峰值最小化。
在此要提到，所述空心空间不必强制是“空心的”，而是完全可以用材料或填料填充，所述材料或填料必要时也不作用为绝缘体，而是设计成用于提高传热。
根据一种实施形式，气缸在所述死点之间具有减小的热传导系数、尤其是具有相对于活塞反转点或死点减小的热传导系数。尤其是因此可以在中间区域中或在最大活塞速度的区域中设定或提供尽可能稀薄的油膜。优点已被描述。
根据一种实施形式，所述空心空间的形状、数量和/或尺寸在气缸的周向上是不同的。原则上，空心空间的位置、分布或尺寸取决于所述结构的几何形状。根据一种优选的实施形式，所述结构由多个平行的或以螺旋形状延伸的槽/接片构成，例如通过机械分离(例如借助一个或多个锯片锯削)引入。结果是所述空心空间也具有槽形的结构。
根据一种实施形式，所述空心空间通过按照本发明的方法来制造。
本发明还涉及一种曲轴箱，其包括至少一个按照本发明的气缸。与所述方法或气缸相关地提到的优点和特征类似地且相应地适用于曲轴箱并且反之亦然和彼此适用。
附图说明
其它优点由以下参照附图对气缸或用于制造内燃机的方法的说明得出。其中：
图1示出具有闭锁区域的气缸或者气缸壁的示意性剖面图。
具体实施方式
图1示出气缸或者气缸壁10，其沿气缸轴线Z或者气缸的中轴线延伸。在气缸壁10的表面20上例如借助热涂敷方法(如电弧线材喷涂)施加有涂层40。为了改善其附着，所述表面20是“活化的”，也就是说设有一结构22，该结构在这里所示的实施形式中包括槽26或接片24。可以清楚地看到，槽26的横截面不是正方形或矩形的，而是接片24这样变形，使得形成侧凹部。这些侧凹部在由虚线限定的区域内这样强地构造，使得涂层40不再能够渗透到槽26中。结果是在被称为闭锁区域30的所述区段中形成空心空间32，该空心空间例如作用为绝缘体。利用附图标记60示出活塞环60，该活塞环如通过双箭头P示出的那样沿气缸轴线Z向上和向下移动。在此，在活塞环60与涂层40之间存在这里未进一步示出的润滑膜。通过在闭锁区域30中改变的热传导系数，其中，空心空间32在这里所示的实施形式中作用为绝缘体，可以减少传热，这导致气缸壁10在所述区段中变热，由此润滑膜在所述区域中变得较稀薄。由此可以减少摩擦损耗。根据一种实施形式，闭锁区域30例如设置在活塞达到其最高速度的地方。但是根据设计方案，可以在气缸轴线Z上或沿气缸轴线Z设置有多个这样的闭锁区域。必要时包括多个气缸的曲轴箱也具有不同的设计，也就是说不是所有的气缸都必须具有这种闭锁区域，或者闭锁区域可以构造在一个气缸或多个气缸中的不同位置上等等。
附图标记列表
10 气缸壁
20 表面
22 结构
24 接片
26 槽
30 闭锁区域
32 空心空间
40 涂层
60 活塞环
P 双箭头
Z 气缸轴线

Claims (12)

1.用于制造内燃机的方法，其包括以下步骤：
——提供气缸，该气缸包括气缸壁(10)，其中，气缸壁(10)的表面(20)具有一结构(22)，该结构设计和成形为使得涂层(40)能够渗透；
——通过对所述结构(22)进行至少局部加工产生至少一个闭锁区域(30)，使得所述涂层(40)不能渗透到所述闭锁区域(30)中，其中，所述局部加工通过使所述结构(22)变窄、缩小和/或封闭来实现；
——将涂层(40)施加到气缸壁(10)上，该涂层在所述至少一个闭锁区域(30)中不渗透到所述结构(22)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述结构(22)包括槽和/或留空部。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述结构(22)包括凹槽和/或沟槽。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其包括以下步骤：
——改变沿气缸轴线(Z)和/或在气缸的周向上的成形程度，以形成用于涂层(40)的侧凹部并且以形成所述至少一个闭锁区域(30)。
5.根据权利要求4所述的方法，其包括以下步骤：
——调整气缸的内径以便调节成形程度，或
——通过再调节成形工具来改变成形程度。
6.根据权利要求1至3之一所述的方法，其包括如下步骤：
——通过表面涂敷方法来涂敷。
7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其包括如下步骤：
——通过热喷涂来涂敷。
8.借助根据权利要求1至7中任一项所述的方法制造的内燃机的气缸，其包括气缸壁(10)，其中，在气缸壁(10)上布置/设置有涂层(40)，并且该涂层(40)与气缸壁(10)一起形成至少一个空心空间(32)。
9.根据权利要求8所述的气缸，其中，对多个空心空间(32)确定尺寸和/或分布，使得气缸壁(10)的热传导系数是至少局部不同的。
10.根据权利要求9所述的气缸，其中，该气缸在活塞反转点之间具有减小的热传导系数。
11.根据权利要求8至10之一所述的气缸，其中，所述空心空间(32)的形状、数量和/或尺寸在气缸的周向上是不同的。
12.曲轴箱，其具有至少一个根据权利要求8至11之一所述的气缸。
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