DE102011015533A1 - Method for operating cylinder liner of cylinder of internal combustion engine for vehicle, involves pretreating cylinder liner by high-pressure water jets and counteracting heating of e cylinder liner and formation of water vapor - Google Patents

Method for operating cylinder liner of cylinder of internal combustion engine for vehicle, involves pretreating cylinder liner by high-pressure water jets and counteracting heating of e cylinder liner and formation of water vapor Download PDF

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Patrick Izquierdo
Dipl.-Ing. Özdeniz Eyuep Akin
Marc Wilhelm
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Abstract

The method involves pretreating a cylinder liner (20) by high-pressure water jets and counteracting the heating of the cylinder liner and formation of water vapor. The heating of the cylinder liner is caused by the high-pressure water jets. The formation of the water vapor is carried out by cooling of a cylinder (10). An independent claim is also included for a device for operating a cylinder liner of a cylinder of internal combustion engine for a vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderlaufbahn wenigstens eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine für ein Fahrzeug. Die Zylinderlaufbahn wird durch Hochdruckwasserstrahlen vorbehandelt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Zylinderlaufbahn.The invention relates to a method for processing a cylinder bore of at least one cylinder of an internal combustion engine for a vehicle. The cylinder bore is pretreated by high-pressure water jets. Furthermore, the invention relates to an apparatus for processing a cylinder bore.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Zylinderlaufbahnen der Zylinder von Verbrennungsmotoren mittels thermischer Spritzverfahren zu beschichten. Ein mögliches Verfahren ist hierbei das Lichtbogendrahtspritzen. Vor dem Beschichten wird häufig die Zylinderlaufbahn durch Hochdruckwasserstrahlen vorbehandelt, damit die Beschichtung besonders gut auf der Zylinderlaufbahn haftet.From the prior art it is known to coat the cylinder liners of the cylinders of internal combustion engines by means of thermal spraying. One possible method here is the arc wire spraying. Before coating, the cylinder bore is often pretreated by high-pressure water jets, so that the coating adheres particularly well to the cylinder bore.

Die EP 1 967 601 A2 beschreibt eine für das Beschichten von Zylinderlaufbahnen mittels Lichtbogendrahtspritzens vorgesehene Legierung. Auch hier werden vor dem Beschichten die Zylinderlaufbahnen mit einem Hochdruckwasserstrahl vorbehandelt.The EP 1 967 601 A2 describes an alloy intended for coating cylinder liners by means of arc wire spraying. Again, the cylinder paths are pretreated with a high-pressure water jet before coating.

Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass die im Anschluss an das Hochdruckwasserstrahlen auf die Zylinderlaufbahn aufzubringende Beschichtung trotz des Vorbehandelns nicht immer die gewünschte Schichthaftung aufweist.A disadvantage here is the fact to be considered that the applied after the high pressure water jets on the cylinder bore coating despite the pretreatment does not always have the desired layer adhesion.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem bzw. mittels welcher eine verbesserte Schichthaftung auf der Zylinderlaufbahn erreichbar ist.Object of the present invention is therefore to provide a method and an apparatus of the type mentioned, by means of which or by means of which an improved layer adhesion on the cylinder bore can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by an apparatus having the features of patent claim 7. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderlaufbahn wenigstens eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine für ein Fahrzeug wird die Zylinderlaufbahn durch Beaufschlagen mit einem Hochdruckwasserstrahl vorbehandelt. Einer durch das Hochdruckwasserstrahlen bewirkten Erwärmung der Zylinderlaufbahn wird durch Kühlen des wenigstens einen Zylinders entgegengewirkt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die reduzierte Schichthaftung einer auf die Zylinderlaufbahn im Anschluss an das Hochdruckwasserstrahlen aufzubringenden Beschichtung auf die Bildung von Verfärbungen der Zylinderlaufbahn zurückzuführen ist. Zu solchen Verfärbungen kann es kommen, wenn der Hochdruckwasserstrahl mit der aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Bauteiloberfläche in Kontakt kommt, das Bauteil sich erwärmt und zusätzlich der prozessbedingte Wasserdampf auf die aktivierte Bauteiloberfläche wirkt. Bei dem Verfärbungsvorgang wird das Kristallgitter der Aluminiumoxidschicht in seiner regelmäßigen Ausbildung gestört, wodurch fleckenhafte Verfärbungen auf der Bauteiloberfläche entstehen. Die Oberflächenverfärbungen können von gelb über rötlich bis hin zu braun und dunkelgrau reichen, dies wird auch als Brunnenschwärze bezeichnet. Die Verfärbung kann unterbunden oder zumindest sehr stark vermindert werden, wenn verhindert wird, dass die Hochdruckwasserstrahlen die Zylinderlaufbahnen zu stark erwärmen, und wenn gleichzeitig die prozessbedingte Wasserdampfbildung unterdrückt wird. Daher wird vorliegend der wenigstens eine Zylinder gekühlt und somit die Verfärbung der Zylinderlaufbahn zumindest weitgehend eliminiert.In the inventive method for processing a cylinder bore of at least one cylinder of an internal combustion engine for a vehicle, the cylinder bore is pretreated by applying a high-pressure water jet. Heating of the cylinder bore caused by the high-pressure water jetting is counteracted by cooling the at least one cylinder. This is based on the finding that the reduced layer adhesion of a coating to be applied to the cylinder liner following high-pressure water jetting is due to the formation of discoloration of the cylinder liner. Such discoloration can occur when the high-pressure water jet comes into contact with the component surface consisting of an aluminum alloy, the component heats up and, in addition, the process-related water vapor acts on the activated component surface. In the discoloration process, the crystal lattice of the aluminum oxide layer is disturbed in its regular formation, causing stained discolorations on the component surface. The surface discoloration can range from yellow to reddish to brown and dark gray, this is also known as fountain black. The discoloration can be prevented or at least greatly reduced if it is prevented that the high-pressure water jets too warm the cylinder liners, and if at the same time the process-related steam formation is suppressed. Therefore, in the present case, the at least one cylinder is cooled, and thus the discoloration of the cylinder bore is at least largely eliminated.

Es lassen sich so eine große Prozesssicherheit und eine besonders hohe Qualität der vorbehandelten – und auch der im Anschluss an die Vorbehandlung beschichteten – Zylinderlaufbahnen erreichen. Qualitätssicherungssysteme können so unbeeinträchtigt angewendet werden, und es lässt sich eine Kostenreduktion bei der Fertigung erreichen.Thus, a high level of process reliability and a particularly high quality of the pretreated cylinder liners - and also the cylinder liners coated after the pretreatment - can be achieved. Quality assurance systems can thus be used without interference and a reduction in production costs can be achieved.

Wenn die durch das Hochdruckwasserstrahlen aktivierten Zylinderlaufbahnen anschließend beschichtet werden, etwa mittels eines thermischen Spritzverfahrens wie dem Lichtbogendrahtspritzen, so lässt sich eine Verringerung der Reibleistung erreichen sowie eine Verringerung des Gewichts der Zylinder.If the cylinder passages activated by the high-pressure water jet are subsequently coated, for instance by means of a thermal spraying method such as arc wire spraying, a reduction in the friction loss and a reduction in the weight of the cylinders can be achieved.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden das Hochdruckwasserstrahlen und das Kühlen zumindest teilweise zeitgleich vorgenommen. Dadurch lässt sich die durch das Hochdruckwasserstrahlen bewirkte Erwärmung besonders weitgehend vermeiden. Es kann jedoch auch das Kühlen erst einsetzen, wenn bereits mit dem Hochdruckwasserstrahlen begonnen wurde, oder das Kühlen kann bereits erfolgen, bevor das Hochdruckwasserstrahlen einsetzt.In an advantageous embodiment of the invention, the high-pressure water jetting and cooling are at least partially carried out at the same time. As a result, the heating caused by the high-pressure water jetting can be particularly largely avoided. However, it may also use the cooling only when already started with the high-pressure water jetting, or the cooling can already be done before the high-pressure water jets begins.

Bevorzugt ist es weiterhin, wenn durch das Kühlen die Temperatur des wenigsten einen Zylinders im Wesentlichen konstant gehalten wird. Dadurch lässt sich eine besonders weitgehende Eliminierung des Mechanismus der Aluminiumoxidbildung erreichen.It is furthermore preferred if the temperature of the at least one cylinder is kept substantially constant by cooling. As a result, a particularly extensive elimination of the mechanism of alumina formation can be achieved.

Zum Kühlen können der wenigstens eine Zylinder und/oder ein Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden. Werden die Zylinder direkt beaufschlagt, so kann besonders gut die Wärme von der Zylinderlaufbahn weggeführt werden. Wenn zusätzlich das Kurbelgehäuse mit dem Kühlmittel beaufschlagt wird, lässt sich auch in an die Zylinder angrenzenden Bereichen eine besonders effektive Wärme- und Wasserdampfsenke bereitstellen. Als Kühlmedium kann insbesondere Kühlwasser zum Einsatz kommen, welches ja ohnehin für den Einsatz beim Hochdruckwasserstrahlen zur Verfügung steht.For cooling, the at least one cylinder and / or a crankcase of the internal combustion engine can be acted upon with a cooling medium. If the cylinders are charged directly, the heat can be conducted away from the cylinder bore. If in addition the crankcase with the coolant is applied, can provide a particularly effective heat and steam sink in areas adjacent to the cylinder. In particular cooling water can be used as the cooling medium, which is anyway available for use in high pressure water jets.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zum Kühlen ein Kühlmedium in einen Kühlmantel des wenigstens einen Zylinders eingebracht wird. Dadurch ist ein besonders direkter Kontakt des Kühlmediums mit der zu kühlenden Zylinderlaufbahn erreichbar.As a further advantage, it has been shown, if for cooling a cooling medium is introduced into a cooling jacket of the at least one cylinder. As a result, a particularly direct contact of the cooling medium with the cylinder bore to be cooled can be achieved.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, zum Kühlen eine Kühleinrichtung einzusetzen, bei welcher das Kühlmedium aus einer Mehrzahl von Auslässen wenigstens eines Kühlkanals austritt, welcher entlang einer Reihe von Zylindern angeordnet ist. Durch eine solche Duschvorrichtung lässt sich eine besonders günstige Verteilung des zum Kühlen eingesetzten Kühlmediums auf dem zu kühlenden Bauteil erreichen.Finally, it has proven to be advantageous to use a cooling device for cooling, in which the cooling medium emerges from a plurality of outlets of at least one cooling channel which is arranged along a row of cylinders. By means of such a shower device, a particularly favorable distribution of the cooling medium used for cooling on the component to be cooled can be achieved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten einer Zylinderlaufbahn wenigstens eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine für ein Fahrzeug ermöglicht ein Beaufschlagen der Zylinderlaufbahn mit wenigstens einem Hochdruckwasserstrahl. Des Weiteren ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, mittels welcher sich eine durch das Hochdruckwasserstrahlen bewirkte Erwärmung der Zylinderlaufbahn und Wasserdampfbildung in der Prozesskabine verringern lässt.The device according to the invention for processing a cylinder bore of at least one cylinder of an internal combustion engine for a vehicle makes it possible to pressurize the cylinder bore with at least one high-pressure water jet. Furthermore, a cooling device is provided, by means of which a heating of the cylinder bore caused by the high-pressure water jets and formation of water vapor in the process booth can be reduced.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung.The advantages and preferred embodiments described for the method according to the invention also apply to the device according to the invention.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawings. Showing:

1 in einer Schnittansicht einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine für ein Fahrzeug, bei welchem die Zylinderlaufbahn durch Hochdruckwasserstrahlen vorbehandelt wird; und 1 in a sectional view of a cylinder of an internal combustion engine for a vehicle, in which the cylinder bore is pretreated by high-pressure water jets; and

2 eine Duschvorrichtung, mittels welcher das Kühlgehäuse der Verbrennungskraftmaschine mit Kühlwasser beaufschlagt wird. 2 a shower device by means of which the cooling housing of the internal combustion engine is subjected to cooling water.

1 zeigt in einer Schnittansicht einen Zylinder 10 eines Kurbelgehäuses 12 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs. Eine Hochdrucklanze 14 ist in den Zylinder 10 eingeführt. Im Betrieb der Hochdrucklanze 14 treten aus in einem Kopf 16 derselben angeordneten Austrittsöffnungen 18 Wasserstrahlen unter Hochdruck aus, welche eine Zylinderlaufbahn 20 des Zylinders 10 aktivieren, damit anschließend auf die Zylinderlaufbahn 20 eine Beschichtung aufgebracht werden kann. Dieses auf das Vorbehandeln mittels Hochdruckwasserstrahlen folgende Beschichten der Zylinderlaufbahn 20 kann mittels eines thermischen Spritzverfahrens, etwa durch Lichtbogendrahtspritzen, erfolgen. 1 shows a cylinder in a sectional view 10 a crankcase 12 for an internal combustion engine of a vehicle. A high pressure lance 14 is in the cylinder 10 introduced. In operation of the high pressure lance 14 step out in a head 16 the same arranged outlet openings 18 Water jets under high pressure, which is a cylinder liner 20 of the cylinder 10 Activate, then on the cylinder liner 20 a coating can be applied. This following the pretreatment by means of high-pressure water jets coating the cylinder bore 20 can be done by means of a thermal spraying process, such as by electric arc wire spraying.

Das Behandeln oder Aktivieren der Zylinderlaufbahn 20 durch Hochdruckwasserstrahlen führt jedoch zu einer Erwärmung der behandelten Zylinderlaufbahn 20. Diese Erwärmung in Verbindung mit der Wasserdampfbildung begünstigt eine unerwünschte Verfärbung der Zylinderlaufbahn 20. Solche Verfärbungen werden auch als Brunnenschwärze bezeichnet.The treatment or activation of the cylinder liner 20 by high-pressure water jets, however, leads to a heating of the treated cylinder bore 20 , This heating in conjunction with the formation of water vapor promotes an undesirable discoloration of the cylinder liner 20 , Such discolorations are also known as fountain blacks.

Der durch das Hochdruckwasserstrahlen bewirkten Erwärmung der Zylinderlaufbahn 20 und der Bildung von Wasserdampf wird vorliegend durch Kühlen entgegengewirkt. Hierfür kommt eine Kühleinrichtung 22 zum Einsatz, welche in 2 schematisch gezeigt ist.The caused by the high-pressure water jets heating the cylinder bore 20 and the formation of water vapor is counteracted here by cooling. For this comes a cooling device 22 used, which in 2 is shown schematically.

Die Kühleinrichtung 22 umfasst zwei Kühlkanäle 24 mit einer Mehrzahl von Auslässen 26, aus welchen ein Kühlmedium, vorliegend Kühlwasser 28, austritt. Das Kühlwasser 28 trifft im Bereich der Zylinder 10 auf das Kurbelgehäuse 12 auf und sorgt so dafür, dass sich die durch das Hochdruckwasserstrahlen aktivierten Zylinderlaufbahnen 20 nicht erwärmen. Gleichzeitig wird die Bildung von Wasserdampf unterdrückt. Dadurch wird die Verfärbung der Zylinderlaufbahnen 20 unterdrückt.The cooling device 22 includes two cooling channels 24 with a plurality of outlets 26 , from which a cooling medium, in this case cooling water 28 , exit. The cooling water 28 meets in the range of cylinders 10 on the crankcase 12 thus ensuring that the cylinder liners activated by high-pressure water jetting 20 do not warm. At the same time, the formation of water vapor is suppressed. As a result, the discoloration of the cylinder liners 20 suppressed.

Die vorliegend als Duschvorrichtung ausgebildete Kühleinrichtung 22 kann das Kurbelgehäuse 12 auch an anderen als den vorliegend beispielhaft gezeigten Stellen mit dem Kühlwasser 28 beaufschlagen. Insbesondere kann vorgesehen sein, das Kühlwasser 28 in einen Kühlmantel 30 (vgl. 1) der Zylinder 10 einzubringen.The present case designed as a shower cooling device 22 can the crankcase 12 also at other than the example shown here by way of example with the cooling water 28 apply. In particular, it can be provided, the cooling water 28 in a cooling jacket 30 (see. 1 ) the cylinder 10 contribute.

Es kann eine (nicht gezeigte) Steuerungseinrichtung vorgesehen sein, welche den Strom des Kühlwassers 28 so regelt, dass die Temperatur der durch das Hochdruckwasserstrahlen vorbehandelten Zylinder 10 konstant gehalten wird.There may be provided a control device (not shown) which controls the flow of cooling water 28 so regulates that the temperature of the cylinder pretreated by the high-pressure water jetting 10 is kept constant.

Bevorzugt wird das Kurbelgehäuse 12 mit dem Kühlwasser 28 beaufschlagt, während mittels der Hochdrucklanze 14 die Zylinderlaufbahnen 20 aktiviert werden. The crankcase is preferred 12 with the cooling water 28 charged while using the high pressure lance 14 the cylinder liners 20 to be activated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1967601 A2 [0003] EP 1967601 A2 [0003]

Claims (7)

Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderlaufbahn (20) wenigstens eines Zylinders (10) einer Verbrennungskraftmaschine für ein Fahrzeug, bei welchem die Zylinderlaufbahn (20) durch Hochdruckwasserstrahlen vorbehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass einer durch das Hochdruckwasserstrahlen bewirkten Erwärmung der Zylinderlaufbahn (20) und der Bildung von Wasserdampf durch Kühlen des wenigstens einen Zylinders (10) entgegengewirkt wird.Method for machining a cylinder liner ( 20 ) at least one cylinder ( 10 ) of an internal combustion engine for a vehicle, in which the cylinder bore ( 20 ) is pretreated by high-pressure water jets, characterized in that caused by the high-pressure water jets heating the cylinder bore ( 20 ) and the formation of water vapor by cooling the at least one cylinder ( 10 ) is counteracted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckwasserstrahlen und das Kühlen zumindest teilweise zeitgleich vorgenommen werden.A method according to claim 1, characterized in that the high-pressure water jetting and cooling are carried out at least partially at the same time. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Kühlen die Temperatur des wenigstens einen Zylinders (10) im Wesentlichen konstant gehalten wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that by cooling the temperature of the at least one cylinder ( 10 ) is kept substantially constant. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zylinder (10) und/oder ein Kurbelgehäuse (12) der Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlmedium, insbesondere mit Kühlwasser (28), beaufschlagt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one cylinder ( 10 ) and / or a crankcase ( 12 ) of the internal combustion engine with a cooling medium, in particular with cooling water ( 28 ) is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kühlen ein Kühlmedium (28) in einen Kühlmantel (30) des wenigstens einen Zylinders (10) eingebracht wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that for cooling a cooling medium ( 28 ) in a cooling jacket ( 30 ) of the at least one cylinder ( 10 ) is introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kühlen eine Kühleinrichtung (22) eingesetzt wird, bei welcher ein Kühlmedium aus einer Mehrzahl von Auslässen (26) wenigstens eines entlang einer Reihe von Zylindern (10) angeordneten Kühlkanals (24) austritt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that for cooling a cooling device ( 22 ) is used, in which a cooling medium from a plurality of outlets ( 26 ) at least one along a row of cylinders ( 10 ) arranged cooling channel ( 24 ) exit. Vorrichtung zum Bearbeiten einer Zylinderlaufbahn (20) wenigstens eines Zylinders (10) einer Verbrennungskraftmaschine für ein Fahrzeug, mittels welcher die Zylinderlaufbahn (20) mit wenigstens einem Hochdruckwasserstrahl beaufschlagbar ist, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung (22) zum Verringern einer durch das Hochdruckwasserstrahlen bewirkten Erwärmung der Zylinderlaufbahn (20) und zur Unterdrückung der Bildung von Wasserdampf.Device for machining a cylinder liner ( 20 ) at least one cylinder ( 10 ) of an internal combustion engine for a vehicle, by means of which the cylinder bore ( 20 ) can be acted upon by at least one high-pressure water jet, characterized by a cooling device ( 22 ) for reducing a heating of the cylinder bore caused by the high-pressure water jetting ( 20 ) and to suppress the formation of water vapor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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