DE10312227A1

DE10312227A1 - Zylinderauskleidung, deren Innenoberfläche mit einer oberflächenbehandelten Schicht geformt ist, und Verfahren zum Bearbeiten der oberflächenbehandelten Schicht

Info

Publication number: DE10312227A1
Application number: DE10312227A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Ishikawa; Fujio Anzai
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP3821219B2; SE0300825L; JP2003286895A; US7059290B2; DE10312227B4; SE525023C2; US20030192501A1; KR20030077967A; SE0300825D0

Abstract

Eine Zylinderauskleidung zur Verwendung in einem Verbrennungskraftmotor besitzt eine Innenoberfläche, an welcher nach einer Wasserdampfbehandlung eine oberflächenbehandelte Schicht geformt ist. Die oberflächenbehandelte Schicht hat eine Oberflächenkonfiguration, die sich einfach bearbeiten lässt, eine exzellente Schmieröl-Rückhaltefunktion erbringt und eine exzellente initiale Einlaufeigenschaft zeigt. Die behandelte Oberfläche der Zylinderauskleidung hat eine Plateau-Konfiguration mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von 0,8 bis 5,9 mum, wobei die Plateau-Konfiguration unter DIN 4776 definiert ist durch eine reduzierte Gipfelhöhe Rpk von nicht mehr als 0,64 mum, eine Kernrauigkeitstiefe Rk von 0,05 bis 1,8 mum und eine reduzierte Tälertiefe Rvk von 0,1 bis 3,3 mum. Zum Schleifen der Oberfläche wird in einer Honmaschine ein Schleifstein benutzt, der Diamant-Körner mit hoher Dichtigkeit und einer Metallbindung enthält. Die Korngröße der Diamantkörner ist nicht kleiner als 4000.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zylinderauskleidung mit einer Innenoberfläche, die mit einer beispielsweise durch Wasserdampf oberflächenbehandelten Schicht versehen ist, und auf ein Verfahren zum Bearbeitung der Zylinderauskleidung zur Verwendung in einem Verbrennungskraftmotor.
An einer Zylinderauskleidung für einen konventionellen Dieselmotor wird zur Formung einer oberflächenbehandelten Schicht an einer Innenoberfläche der Auskleidung eine Phosphatierbehandlung oder eine Nitrierbehandlung vorgenommen, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern. Danach wird die oberflächenbehandelte Schicht auf der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung abschließende durch Honen bearbeitet. Beim konventionellen abschließenden Schleifen an der Innenoberfläche wird ein Schleifstein verwendet, der Siliziumkarbid und ein Harzbindemittel (Kunstharz- oder Kunststoff-Bindung) enthält. Die Korngröße des Siliziumkarbids beträgt nicht mehr als 3000. Der Anteil des Siliziumkarbids in dem resultierenden Schleifstein beträgt weniger als 50%. Aus der Bearbeitung resultiert ein kreuzweise schraffiertes Muster an der oberflächenbehandelten Schicht, das Öltaschen formt, die für die Schmiereigenschaften vorteilhaft sind.

In der jüngsten Vergangenheit werden Dieselmotoren im Betrieb aufgrund strikter Anforderungen an das Abgasemissions-Verhalten schwierigen Arbeitskonditionen unterworfen. Deshalb sind für die Zylinderauskleidung nicht nur gute Verschleißfestigkeit, sondern auch hoher Korrosionswiderstand erforderlich. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, ist es aus WO 01/33065 A1 für eine Zylinderauskleidung bekannt, eine Oberflächenschicht vorzusehen, die einer Wasserdampfbehandlung unterworfen wird.

Eine Wasserdampfbehandlung formt eine Oberflächenschicht, die hauptsächlich aus Triiron-Tetraoxid (Fe₃O₄) besteht und ausreichende Verschleißfestigkeit und guten Korrosionswiderstand hat. Da jedoch Triiron-Tetraoxid extrem spröde ist und hohe Härte erbringt, sind ein abschließendes Oberflächenfinish oder eine abschließende Bearbeitung der der Wasserdampfbehandlung unterworfenen Innenoberfläche der Zylinderauskleidung extrem schwierig im Vergleich mit der Bearbeitung einer Innenoberfläche einer Zylinderauskleidung, die mit der konventionellen Phosphatschicht oder der konventionellen Nitridbehandlungsschicht ausgebildet ist. Die Schwierigkeit der Bearbeitung verstärkt sich proportional zu einer Zunahme der Dicke der mit Wasserdampf behandelten Schicht.

Wenn die zuvor einer Wasserdampfbehandlung unterzogene Innenoberfläche der Zylinderauskleidung durch eine Honmaschine bearbeitet wird, z. B. unter Verwendung eines konventionellen Schleifrades, dann tritt ein exzessiver Verschleiß des Schleifrades auf und erfordert das Honen eine deutlich verlängerte Zeitdauer. Wenn die Härte des Siliziumkarbides gesteigert und die Korngröße reduziert werden, bei dem Versuch, an der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung ein kreuzweise schraffiertes Muster zu erzeugen, dann wird die Innenoberfläche durch unvermeidbares Einpressen von Schleif- oder Schneidspänen verletzt. Ferner wird bei der konventionellen Technik gar kein Augenmerk auf die Einlaufeigenschaft der Zylinderauskleidung gerichtet, sondern nur auf die Ölrückhalteigenschaft der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die vorerwähnten Probleme zu vermeiden. Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Zylinderauskleidung zu schaffen, deren Innenoberfläche mit einer oberflächenbehandelten Schicht ausgebildet ist, wie mit einer durch eine Wasserdampfbehandlung erhaltenen Schicht, und zwar zur Verwendung in einem Verbrennungskraftmotor. Die oberflächenbehandelte Schicht besitzt eine Oberflächenkonfiguration, die für die Schmierfunktion effektive Öltaschen und eine hervorragende und schnelle Einlauf-Eigenschaft hat, und die eine ausreichende Gleitcharakteristik unter normalen Betriebsbedingungen zeigt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bearbeiten einer oberflächenbehandelten Schicht an der Innenoberfläche der zur Verwendung in einem Verbrennungskraftmotor bestimmten Zylinderauskleidung anzugeben. Die oberflächenbehandelte Schicht ist durch eine Wasserdampfbehandlung und dergleichen gebildet. Das Bearbeitungsverfahren ist in der Lage, eine effektive Schmierölrückhaltefunktion und eine ausreichende initiale Einlaufeigenschaft der bearbeiteten Oberfläche zu gewährleisten, wobei mit dem Verfahren auch die Einsatzdauer eines für die Bearbeitung eingesetzten Schleifsteins verlängerbar und die der Bearbeitungszeit im Vergleich mit dem konventionellen Bearbeitungsverfahren reduzierbar ist.

Diese und andere Gegenstände der vorliegenden Erfindung ergeben sich mit einer Zylinderauskleidung, die eine mit einer oberflächenbehandelten Schicht geformte Innenoberfläche besitzt, wobei eine Oberfläche der oberflächenbehandelten Schicht eine Plateau-Konfiguration ist, die eine Oberflächenrauigkeit Rz von 0,8 bis 5,9 µm gewährleistet, wobei die Plateau-Konfiguration gemäß DIN 4776 durch eine reduzierte Gipfelhöhe Rpk von nicht mehr als 0,4 µm, eine Kernrauigkeitstiefe Rk von 0,05 bis 1,8 µm, und eine reduzierte Tälertiefe Rvk von 0,5 bis 3,3 µm definiert ist.

Gemäß eines anderen Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Bearbeitung einer Innenoberfläche einer Zylinderauskleidung, bei dem die Innenoberfläche mit einer oberflächenbehandelten Schicht geformt wird und das Verfahren den Schritt des Schleifens einer Oberfläche der oberflächenbehandelten Schicht durch eine Honmaschine unter Verwendung eines Schleifsteins umfasst, in welchem Diamant-Körner mit einer Metallbindung und Korngrößen von nicht weniger als 4000 enthalten sind, derart, dass die Oberfläche der oberflächenbehandelten Schicht bis in eine Plateau-Konfiguration bearbeitet wird, bei der sich eine Oberflächenrauigkeit Rz von 0,8 bis 5,9 µm ergibt, wobei die Plateau-Konfiguration definiert ist unter DIN 4776 durch eine reduzierte Gipfelhöhe Rpk von nicht mehr als 0,64 µm, eine Kernrauigkeitstiefe Rk von 0,5 bis 1,8 µm und eine reduzierte Tälertiefe Rvk von 0,15 bis 3,3 µm.

Das Diamant-Körner enthaltende Schleifrad kann leicht jeden Gipfel abschneiden, der in dem mit hoher Härte durch die Wasserdampfbehandlung geformten Triiron-Tetraoxid vorliegt, um so eine Plateau-Konfiguration an der Oberfläche der Behandlungsschicht zu schaffen. Die Diamant-Körner sind dicht und fein, so dass die spröde Triiron-Tetraoxidschicht mit ihrer hohen Härte ohne Destruktionen dem Schleifprozess unterworfen werden kann. Hierbei lässt sich jegliche Verletzung der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung als Folge eines Hineindrückens der Schleifspäne in die Oberfläche vermeiden. Da, ferner, die Diamant-Körner aneinander durch eine Metallbindung angehaftet sind, um den Schleifstein zu formen, fließen währen des Schleifprozesses sehr kleine Diamantkörner zusammen mit den Schleifspänen ab. Daraus ergibt sich, dass dann sofort eine neue Schleifoberfläche am Schleifstein zum Vorschein kommt, um die Qualität des Schleifprozesses zu begünstigen.

Im Vergleich mit der konventionellen Zylinderauskleidung, bei der eine oberflächenbehandelte Schicht an der Innenoberfläche geformt und dann gehont wird, um ein kreuzweises Schraffierungsmuster zu schaffen, von dem angenommen wird, dass es für die Schmieröl-Rückhaltefunktion effektiv ist, ist das Honen oder Schleifen in einem Fall extrem schwierig durchzuführen, in welchem als die oberflächenbehandelte Schicht eine durch eine vorausgehende Wasserdampfbehandlung geformte, spröde Eisenoxidschicht mit hoher Härte ist. Dem gegenüber erhält die Zylinderauskleidung gemäß der vorliegenden Erfindung, an der oberflächenbehandelten Schicht an der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung eine Plateau-Konfiguration, die zu einer Oberflächenrauigkeit Rz von 0,8 bis 5,9 µm führt, wobei die Plateau-Konfiguration definiert ist unter DIN 4776 durch eine reduzierte Gipfelhöhe Rpk von nicht mehr als 0,64 µm, eine Kernrauigkeitstiefe Rk von 0,05 bis 1,8 µm, und eine reduzierte Tälertiefe Rvk von 0,15 bis 3,3 µm. Dadurch zeigt die Zylinderauskleidung eine exzellente Gleitcharakteristik, eine wünschenswerte initiale Einlaufeigenschaft, und weniger Haftung zum zugeordneten Kolbenring. Ferner lässt sich die Schleifarbeit relativ leicht im Hinblick auf die oben beschriebenen Bereiche ausführen, selbst dann, wenn die oberflächenbehandelte Schicht aus einem spröden Material mit hoher Härte geformt ist, wie aus Eisenoxid, resultierend aus einer Wasserdampfbehandlung.

An der oberflächenbehandelten Schicht aus sprödem Eisenoxid mit hoher Härte würde sich beim konventionellen Bearbeiten der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung und deren oberflächenbehandelter Schicht eine extensive Bearbeitungsdauer ergeben, und würde die Standzeit des Schleifsteins reduziert werden, da ein Schleifstein mit einer Kunststoff- oder Kunstharzbindung und einem Siliziumkarbidgehalt von weniger als 50% bei einer Korngröße von nicht mehr als 3000 hier nicht gut geeignet ist. Hingegen wird dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten der oberflächenbehandelten, an der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung gebildeten Schichten nur eine verkürzte Bearbeitungsdauer erforderlich, wodurch die Standzeit des Schleifsteins verlängert wird, da ein Schleifstein eingesetzt wird, in dem mit hoher Dichte in einer Metallbindung eingebundene Diamant-Körner enthalten sind, deren Korngröße nicht weniger als 4000 beträgt. Diese Vorteile ergeben sich auch dann, wenn die oberflächenbehandelte Schicht aus sprödem Material mit hoher Härte, wie Eisenoxid, gebildet ist als Folge einer Wasserdampf-Behandlung.

Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Zylinderauskleidung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2(a) ein spezifisches Rauigkeitsprofil einer Innenoberfläche der Zylinderauskleidung bei dieser Ausführungsform;

Fig. 2(b) eine Tragflächenkurve der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung in der Ausführungsform;

Fig. 3(a) bis Fig. 3(e) Schritte eines Verfahrens zum Erzielen des spezifischen Rauigkeitsprofils, von denen

Fig. 3(a) eine Profilkurve 6 und eine Linie 7 eines durchschnittlichen Welligkeitsprofils eines Phasenkorrekturfilters ist;

Fig. 3(b) eine Kurve 8 eines Profils zum Entfernen von Tälern ist;

Fig. 3(c) eine durchschnittliche Referenzlinie 9 ist;

Fig. 3(d) die Subtraktion der durchschnittlichen Referenzlinie 9 von der Profilkurve 6 darstellt;

Fig. 3(e) eine resultierende spezifische Profilkurve 10 ist;

Fig. 4(a) bis Fig. 4(c) Rauigkeitsprofile der Zylinderauskleidung, von denen

Fig. 4(a) ein Rauigkeitsprofil einer oberflächenbehandelten Schicht ist, die durch eine Wasserdampfbehandlung vor dem Schleifen gebildet ist;

Fig. 4(b) ein Rauigkeitsprofil einer Oberflächenbehandlungsschicht nach dem konventionellen Schleifen ist; und

Fig. 4(c) ein Rauigkeitsprofil einer oberflächenbehandelten Schicht nach dem Schleifen in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist.

Nachfolgend werden mit Hinweisen auf die Zeichnungsfiguren eine Zylinderauskleidung und ein Verfahren zur Bearbeitung der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben. In Fig. 1 hat eine Zylinderauskleidung 1 eine Innenoberfläche, die mit einer mit Wasserdampf behandelten Schicht 2 geformt ist. Die Zylinderauskleidung 1 ist aus Gusseisen hergestellt, das 3,15 Massen-% von C, 2,0 Massen-% von Si, 0,75 Massen-% von Mn, 0,35 Massen-% von P, 0,06 Massen-% von S, 0,04 Massen-% von Cu, 0,3 Massen-% von Mo, 0,09 Massen-% von B, und zum Ausgleich Fe enthält.

Die Dicke der mit Wasserdampf behandelten Schicht an der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung beträgt z. B. zwischen 10 und 30 µm. Nach einer Bearbeitung der Außenoberfläche der Zylinderauskleidung 1 wird die Innenoberfläche der Zylinderauskleidung einem Schleifprozess durch eine Honmaschine unterworfen, in welcher ein Schleifstein verwendet wird, der Diamant-Körner enthält. Die Diamantkörner haben eine Korngröße von 5000, einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 2,5 µm, und eine Korndurchmesserverteilung zwischen 1,5 bis 4,0 µm. Diese Diamant-Körner sind aneinandergehaftet mit einem Bindemittel (Metallbindung) aus MH5 mit einem Bindungsgrad K. Als ein Resultat des Schleifprozesses erhält die Innenoberfläche eine Plateau-Konfiguration mit einer Oberflächenrauigkeit Rz von 0,8 bis 5,9 µm, die eine reduzierte Gipfelhöhe Rpk von nicht mehr als 0,64 µm, eine Kernrauigkeitstiefe Rk von 0,05 bis 1,8 µm, und eine reduzierte Tälertiefe Rvk von 0,15 bis 3,3 µm schafft, wobei die Spezifikationen Rpk, Rk und Rvk in DIN 4776 definiert sind.

Der durch die Wasserdampfbehandlung geformte Eisenoxid-Film hat zunächst eine grobe Oberfläche, in welcher aus der Oberfläche spitze Gipfel vorstehen. Jedoch ist bei der illustrierten Ausführungsform die reduzierte Gipfelhöhe Rpk eingestellt auf nicht mehr als 0,64 µm, um hohe Gipfel zu entfernen, ohne den Eisenoxid-Film zu zerstören, und um die Oberfläche in die Plateau-Konfiguration zu bringen. Damit kann eine Oberflächenrauigkeit Rz von 0,8 bis 5,9 µm erzielt werden, welche das Auftreten eines thermischen Fressens als Resultat eines Gleitkontaktes mit einem Kolbenring vermeiden kann. Auch kann eine ausreichende Schmieröl-Rückhalteeigenschaft z. B. für die Zeitdauer einer initialen Einlaufphase resultieren, so dass sich eine exzellente Initiale Einlaufeigenschaft ergibt.

Bei der illustrierten Ausführungsform wird kein kreuzweises Schraffiermuster geformt, das zur Formung von Schmieröl-Taschen an der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung dienen könnte. Da jedoch an der Oberfläche der Eisenoxid-Schicht die Kernrauigkeitstiefe Rk von 0,05 bis 1,8 µm und die reduzierte Tälertiefe Rvk von 0,15 bis 3,3 µm vorgesehen sind, werden in den Profiltälern Öltaschen belassen, und kann für die normale Betriebsphase des Verbrennungskraftmotors nach der initialen Einlaufphase eine ausreichende Schmieröl-Rückhalteeigenschaft erhalten werden, wird ein thermisches Fressen vermieden, und arbeitet die Innenoberfläche der Zylinderauskleidung mit dem Kolbenring mit niedriger Reibung gleitend zusammen.

Der Schleifstein, der Diamant-Körner mit einer Korngröße von 5000, einen Bindungsgrad K, und die Bindung der Diamant-Körner aneinander mit der Metallbindung MH5 hat, wird benutzt, um die Innenoberfläche der Zylinderauskleidung graduell zu schleifen, wobei die Reziprokations-Geschwindigkeit der Honmaschine allmählich gesteigert wird. Die relativ spröde Eisenoxid-Schicht 2 mit ihrer hohen Härte, die an der Innenoberfläche durch die Wasserdampfbehandlung geformt ist, hält ohne Beschädigung der Eisenoxid- Schicht einen Schleifprozess über eine relativ kurze Zeitdauer problemlos aus. Ferner arbeitet dieser Schleifstein mit weniger Verschleiß oder Verbrauchsgrad als der vorbeschriebene konventionelle Schleifstein mit der Kunstharzbindung, wodurch die Standzeit des Schleifsteins verlängert wird.

Die resultierende Standzeit des konventionellen Schleifsteins und die Schleifdauer werden identifiziert mit einem Index von 1, und zwar im Fall eines Schleifprozesses an der mit Wasserdampf behandelten Schicht, die eine Dicke von 10 µm hat und die an der Innenoberfläche der Zylinderauskleidung geformt ist. Dieser Schleifprozess wird durchgeführt, um ein konventionelles kreuzweises schraffiertes Muster zu schaffen, das als Öltaschen dienen kann und zwar unter Einsatz des konventionellen Schleifsteins mit der Kunstharzbindung und einem Gehalt von weniger als 50% Siliziumkarbid mit einer Korngröße von nicht mehr als 3000. Im Vergleich mit dem Index "1", lässt sich mit dem Schleifstein gemäß der Erfindung ein Index von "150" erzielen, und ein Index für die Schleifdauer von nur 0,31. Mit anderen Worten hat der Schleifstein entsprechend der Ausführungsform der Erfindung eine Standzeit, die 150 mal länger ist als die des konventionellen Schleifsteins, wobei sich die jeweilige Schleifdauer für einen Schleifprozess um 69% reduzieren lässt.

Fig. 4(a) zeigt ein Oberflächenrauigkeitsprofil einer Zylinderauskleidung vor dem Schleifen, die einer Wasserdampfbehandlung unterworfen ist. Fig. 4(b) ist ein Oberflächenrauigkeitsprofil einer einer Wasserdampfbehandlung unterworfenen Zylinderauskleidung nach dem konventionellen Schleifen. Beim konventionellen Schleifen wird ein Schleifstein mit einer Kunstharzbindung verwendet, der Siliziumkarbid enthält. Die Korngröße des Siliziumkarbids beträgt nicht mehr als 3000. Der Anteil des Siliziumkarbids beträgt weniger als 50% in dem resultierenden Schleifstein. Fig. 4(c) ist ein Oberflächenrauigkeitsprofil einer einer Wasserdampfbehandlung unterworfenen Zylinderauskleidung nach dem erfindungsgemäß durchgeführten Schleifen. Wie in Fig. 4(a) gezeigt ist, hat die der Wasserdampfbehandlung unterworfene Oberfläche der Zylinderauskleidung vor dem Schleifprozess spitze Gipfel, die in Richtung zu einer Achse der Zylinderauskleidung vorstehen. Andererseits sind im in Fig. 4(b) gezeigten Oberflächenrauigkeitsprofil spitze Gipfel verschwunden, was die Oberflächenkonfiguration im Vergleich mit dem Profil von Fig. 4(a) verbessert. Dennoch hat die Oberfläche weiterhin ein großes Volumen konkaver und konvexer Abschnitte. Im Gegensatz dazu hat die Oberfläche bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung und wie in Fig. 4(c) gezeigt, eine Plateaukonfiguration, und sind in dieser Oberfläche keine substanziellen Gipfel mehr zu finden.

Eine reduzierte Gipfelhöhe Rpk, eine Kernrauigkeitstiefe Rk und eine reduzierte Tälertiefe Rvk sind in DIN 4776 definierte Parameter, hauptsächlich zum Bewerten der Schmiereigenschaft der gehonten Plateauoberfläche. Diese Werte können erzielt werden, wie dies in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt ist. Spezifischer wird eine Tragflächenkurve 4 (Fig. 2(b)) erzielt basierend auf einem spezifischen Rauigkeitsprofil 3 wie in Fig. 2(a) gezeigt. Dann wird eine "40%-Weite" auf der Tragflächenkurve 4 ausgewählt, die sich in einer Richtung eines relativen Materialbereichs tp erstreckt. Hiervon werden minimale Höhendifferenzen zwischen einem Anfangspunkt der 40%-Weite und einem Endpunkt der 40%-Weite ausgewählt, z. B. der Punkt e und der Punkt f auf der Tragflächenkurve 4. Dann wird eine Linie 5 für eine durchschnittliche minimale Neigung gezogen, die durch die Punkte e und f hindurchgeht. Dann wird ein Punkt "a" erhalten, der durch den Schnittpunkt zwischen der Linie 5 für die minimale durchschnittliche Neigung und der kritischen 0%-Linie (tp = 0) definiert ist, und ein Punkt "b", der definiert ist durch den Schnittpunkt zwischen der Linie 5 für die minimale durchschnittliche Neigung und der kritischen 100%-Linie (tp = 100). Dann wird ein Punkt "c" definiert durch einen Schnittpunkt zwischen der Tragflächenkurve 4 und einer horizontalen Linie, die durch den Punkt "a" hindurchgeht, und wird ein Punkt "d" definiert durch einen Schnittpunkt der Tragflächenkurve 4 mit einer horizontalen Linie, die durch den Punkt "b" hindurchgeht.

Dann wird auf der kritischen 0%-Linie (tp = 0) ein Punkt g gezeichnet, um ein rechtwinkeliges Dreieck acg zu erhalten, dessen Fläche gleich ist einer Fläche, die umfasst wird durch die kritische 0%-Linie (tp = 0), eine Linie ac, und die Tragflächenkurve 4. Ein weiterer Punkt h wird auf der kritischen 100%-Linie (tp = 100) gezeichnet, um ein anderes rechtwinkeliges Dreieck dbh zu erhalten, dessen Fläche gleich ist einer Fläche, die umfasst wird von der kritischen 100%-Linie (tp = 100), einer Linie db und der Tragflächenkurve 4. Dann korrespondiert ein vertikaler Abstand ag (d. h. die Höhe des rechtwinkeligen Dreiecks acg) mit der reduzierten Gipfelhöhe Rpk. Ein vertikaler Abstand cd korrespondiert mit der Kernrauigkeitstiefe Rk, die indikativ ist für eine Verschleißhöhe, wie sie für einen normalen Verschleißbereich erzielbar ist, bis die Verschleiß-Tragfläche nicht mehr länger verwendet werden kann nach Beendigung des initialen Einlaufens. Ein vertikaler Abstand bh (d. h. eine Höhe des rechtwinkeligen Dreiecks dbh) korrespondiert mit der reduzierten Tälertiefe Rvk.

Durch die nachfolgend erläuterte Prozedur kann ein spezifisches Rauigkeitsprofil erzielt werden. Zunächst wird die in Fig. 3(a) gezeigte Profilkurve 6 basierend auf dem DIN- oder JIS-Standard erhalten. Dann wird eine durchschnittliche Linie 7 eines Phasenkorrektur-Filter-Welligkeitsprofils ermittelt unter Verwendung eines Gauss'schen Phasenkorrekturtilters und basierend auf der Profilkurve 6. Dann, wie in Fig. 3(b) gezeigt, wird eine Tälerentfernungs-Profilkurve 8 erhalten, in der Profiltäler unterhalb der durchschnittlichen Linie 7 entfernt sind aus der Profilkurve 6. Die Tälerentfernungs-Profilkurve 8 wird dann angewandt auf den Gauss'schen Phasenkorrekturfilter zum Erzielen einer durchschnittlichen Referenzlinie 9, wie in Fig. 3(c) gezeigt. Dann wird die durchschnittliche Referenzlinie 9 von der Profilkurve 6, wie in Fig. 3(d) gezeigt, subtrahiert, um eine spezifische Profilkurve 10, wie in Fig. 3(e) gezeigt, zu erhalten.

Sollwerte und ein Sollbereich der Oberflächenrauigkeit Rz, der reduzierten Gipfelhöhe Rpk, der Kernrauigkeitstiefe Rk, und der reduzierten Tälertiefe Rvk für die Innenoberfläche der Zylinderauskleidung werden, vorzugsweise, eingestellt abhängig von der Dicke der oberflächenbehandelten Schicht und wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Beispiele

An Zylinderauskleidungen entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, an einem Vergleichsbeispiel, und an einem konventionellen Beispiel wurden Verschleißtests durchgeführt. Jede Zylinderauskleidung war in einen Dieselmotor eingebaut, der mit einem Hubraum von 1500 ccm bei einer Drehzahl von 2100 U/min betrieben wurde.
Ein Kolbenring als der Zylinderauskleidung gegenüberliegendes Gleitglied wurde verwendet. Der Kolbenring hatte einen Grundkörper aus einem rostfreien martensitischen Stahl mit einer äußeren Umfangsfläche, die mit einer Schicht einer Cr-N-Legierung mit hoher Härte versehen war, die durch ein Ionen-Plattierungs-Verfahren gebildet wurde. Die vorgesehene Schicht hatte eine Härte von 1800 (mHv), und war mit einem Schleifpapier abgeschliffen, um eine Oberflächenrauigkeit Rz von 0,8 µm zu erzielen.
Die jeweilige Dicke, die Oberflächenrauigkeit Rz, die reduzierte Gipfelhöhe Rpk, die Kernrauigkeitstiefe Rk und die reduzierte Tälertiefe Rvk der oberflächenbehandelten Schicht in den vorhandenen Beispielen entsprechend der Ausführungsform der Erfindung, der Vergleichsbeispiele, und des konventionellen Beispiels werden in der Tabelle 2 nachstehend gezeigt. Die Vergleichsbeispiele waren so ausgebildet, dass zumindest einer der Werte von Rz, Rpk, Rk, Rvk außerhalb der Bereiche der vorliegenden Ausführungsform lagen. Das konventionelle Beispiel war erhalten worden durch Bearbeiten mit dem konventionellen Schleifstein der Kunstharzbindung und einem Gehalt von weniger als 50% an Siliziumkarbid mit Korngrößen nicht größer als 3000. In der Tabelle 2 ist die jeweils benutzte Einheit "µm". Tabelle 2
Die Verschleißgrade jedes Zylinderauskleidungsbeispiels und des zugeordneten Kolbenrings wurden gemessen. Das Resultat dieser Messungen wird in der nachfolgenden Tabelle 3 gezeigt. In der Tabelle 3 wird der Verschleißgrad repräsentiert als ein Index bezogen auf einen Index 1 für den Verschleißgrad, der sich bei der konventionellen Zylinderauskleidung und deren zugeordneten Kolbenring ergab. Tabelle 3
Wie sich aus Tabelle 3 ergibt, zeigten die Zylinderauskleidungen der vorliegenden Beispiele 1 bis 11 und die zugeordneten Kolbenringe reduzierte Verschleißgrade im Vergleich mit den Verschleißgraden des konventionellen Beispiels und dessen zugeordneten Kolbenrings. Ferner zeigten die Zylinderauskleidungen der Vergleichsbeispiele größere Verschleißgrade als das konventionelle Beispiel. Auch die den Vergleichsbeispielen zugeordneten Kolbenringe zeigten höhere Verschleißgrade als den Verschleißgrad des dem konventionellen Beispiel zugeordneten Kolbenrings. Wie bei den Vergleichsbeispielen 5 bis 7 offensichtlich ist, hatten die Zylinderauskleidungen Rz-Werte, die niedriger waren als die Rz-Bereiche der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsform, was zum thermischen Fressen führte.
Obwohl die Erfindung im Detail unter Bezug auf die spezielle Ausführungsform erläutert wurde, ergibt sich für Fachleute auf diesem Gebiet, dass hierbei unterschiedliche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzumfang und den Sinngehalt der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise lässt sich die vorliegende Erfindung auch auf eine Zylinderauskleidung anwenden, deren Innenoberfläche einer Nitrier-Behandlung unterworfen wurde.

Claims

1. Zylinderauskleidung mit einer Innenoberfläche, die mit einer oberflächenbehandelten Schicht geformt ist, gekennzeichnet durch eine Oberfläche der oberflächenbehandelten Schicht mit einer Plateau-Konfiguration, die eine Oberflächenrauigkeit Rz von 0,8 bis 5,9 µm ergibt, wobei die Plateau-Konfiguration definiert ist unter DIN 4776 durch eine reduzierte Gipfelhöhe Rpk von nicht mehr als 0,64 µm, eine Kernrauigkeitstiefe Rk von 0,05 bis 1,8 µm und eine reduzierte Tälertiefe Rvk von 0,15 bis 3,3 µm.

2. Zylinderauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenbehandelte Schicht durch eine Wasserdampfbehandlung geformt ist.

3. Verfahren zum Bearbeiten einer Innenoberfläche der Zylinderauskleidung, wobei die Innenoberfläche mit einer oberflächenbehandelten Schicht geformt ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Schleifen einer Oberfläche der oberflächenbehandelten Schicht mit einer Honmaschine unter Verwendung eines Schleifsteins, der Diamant-Körner mit einer Korngröße von nicht weniger als 4000 in einer Metallbindung enthält, derart, dass die Oberfläche der oberflächenbehandelten Schicht in eine Plateau-Konfiguration bearbeitet wird zur Schaffung einer Oberflächenrauigkeit Rz von 0,8 bis 5,9 µm, wobei die Plateau-Konfiguration unter DIN 4776 definiert ist durch eine reduzierte Gipfelhöhe Rpk von nicht mehr als 0,64 µm, eine Kernrauigkeitstiefe Rk von 0,05 bis 1,8 µm, und eine reduzierte Tälertiefe Rvk von 0,15 bis 3,3 µm.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenbehandelte Schicht durch eine Wasserdampfbehandlung geformt wird.