DE69515830T2

DE69515830T2 - Zylindereinheit und Verfahren zur Formung ihrer Gleitfläche

Info

Publication number: DE69515830T2
Application number: DE69515830T
Authority: DE
Inventors: Hirohiko Ikegaya; Yasuyuki Murase
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: DE69515830D1; EP0719917B1; JP3483965B2; US5619962A; JPH08177611A; EP0719917A1; US5642700A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zylindereinheit für einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, der eine Zylinderbohrung und einen mit einer Kurbelwelle verbundenden Kolben umfaßt, wobei der Kolben derart in die Zylinderbohrung in axialer Richtung eingepaßt ist, daß er auf einer Gleitkontaktfläche an der inneren Umfangsoberfläche der Zylinderbohrung frei gleiten kann, wobei die Zylinderbohrung eine glatte zylindrische innere Umfangsoberfläche im Bereich der Gleitkontaktfläche aufweist, und eine Metallauflageschicht (plating layer) auf der inneren Umfangsoberfläche im Bereich der Gleitkontaktfläche ausgebildet ist und diese Fläche in ihrer Gesamtheit bedeckt.
Die Erfindung bezieht sich daneben auf ein Verfahren zum Herstellen der Gleitoberfläche einer Zylindereinheit eines Verbrennungsmotors, mit den Schritten des Aufbringens einer Metallauflageschicht auf die innere Umfangsoberfläche eines Zylinders, wobei der umgekehrt in einer Beschichtungsvorrichtung angeordnet ist, mittels eines Rohres, das in den Zylinder eingeführt ist. Ein derartiges Verfahren ist in der DE 39 37 763 A1 offenbart.
Herkömmliche Zylindereinheiten sind auf ihren inneren Umfangsoberflächen mit einer Hartmetallauflageschicht versehen, um Abnutzung der Gleitflächen zu vermeiden, wie sie aufgrund der hohen Geschwindigkeiten des sich in und her bewegenden Kolbens auftreten.
Wenn eine Metallauflageschicht einfach auf den Gleitkontaktflächen aufgebracht wird ergeben sich jedoch folgende Probleme.
Das erste Problem liegt darin, daß am Ende der Gleitkontaktflächen auf der Kurbelwellenseite eine Stufe in einem Bereich ausgebildet wird, an dem die Metallauflageschicht auf die nicht beschichtete innere Oberfläche der Zylindereinheit trifft. Während des Betriebes des Verbrennungsmotors vervielfacht sich die Beanspruchung an dieser Stufe, so daß es sehr wahrscheinlich ist, daß sich die Metallauflageschicht von der Basis trennt und somit die Langlebigkeit der Zylindereinheit und demzufolge die Langlebigkeit des Motors verringert wird.
Das zweite Problem liegt darin, daß gewöhnlicherweise der Kolben mit Kolbenringen versehen ist, die entlang der Innenwand oder der Gleitkontaktfläche der Zylindereinheit entlang gleiten, um eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder zu garantieren.
Um die Abnutzung aufgrund dieses Gleitkontaktes zu verringern oder zu verhindern, sind die Kolbenringe aus einem Material hergestellt, das widerstandsfähiger gegen Abnutzung ist als der Kolben. Jedoch, da die äußere Oberfläche des Kolbens ebenso in Gleitkontakt mit der Metallauflageschicht gelangt, verursacht die Härte der Metallauflageschicht eine beschleunigte Abnutzung des Kolbens, was wiederum die Langlebigkeit des Motors verringert.
Die DE 42 38 525 C1 offenbart eine Zylindereinheit der eingangs genannten Art und zeigt eine Metallauflageschicht, die innerhalb eines Ausschnittes in der Zylinderwandung ausgebildet ist. Jedoch erhöht die Herstellung einer derartigen Anordnung die Fertigungskosten je Einheit.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Zylindereinheit für Verbrennungsmotoren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Langlebigkeit der Metallauflageschicht sowie die des Kolbens erhöht wird.
Es ist weiterhin die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung der Gleitkontaktfläche einer Zylindereinheit eines Verbrennungsmotors der eingangs genannten Art zu präsentieren, die die Langlebigkeit der Metallauflageschicht sowie die Langlebigkeit des Kolbens vergrößert.
Die erste Aufgabe wird für eine Zylindereinheit der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metallauflageschicht einen Randbereich an dem der Kurbelwelle benachbarten Ende der Metallauflageschicht aufweist, dessen Dicke sich allmählich zur Kurbelwellenseite hin verringert, so daß ein glatter Übergang von dem Randbereich zu einem unbeschichteten Bereich auf der inneren Umfangsoberfläche hin besteht.
Weiterhin wird die zweite Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ausbildung der Gleitkontaktfläche einer Zylindereinheit der eingangs genannten Art gelöst, indem die Oberseite des Zylinders mit einem Stöpsel verschlossen wird, das Rohr derart in den Zylinder eingeführt wird, daß ein vorbestimmter Abstand zwischen dem freien Ende des Rohres und dem Stöpsel verbleibt, so daß die jeweilige Stromdichte, die an einen Endbereich der inneren Umfangsoberfläche nahe bei dem Stöpsel angelegt wird, geringer ist als an dem übrigen Teil der inneren Umfangsoberfläche, und wobei der Stöpsel derart angebracht ist, daß ein ringförmiger Spalt zwischen ihm und der inneren Umfangsoberfläche vorgesehen wird, wobei der Spalt mit der Innenseite des Zylinders in Verbindung steht, und indem die Metallauflageschicht einer Abschlußbehandlung unterzogen wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Anteil von SiC in Gewichtsprozent in der Metallauflageschicht relativ konstant im Bereich der gesamten Ringgleitfläche 38 auf der inneren Umfangsoberfläche 31 der Zylindereinheit 7, auf der die Kolbenringe 30 gleiten.
Indem der Gewichtsprozentanteil von SiC in der vorgenannten Ringgleitfläche 38, auf der die Kolbenringe 30 entlang der inneren Umfangsoberfläche 31 der Zylindereinheit 7 gleiten, gleichmäßig beibehalten wird, ist die allgemeine Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung im vorgenannten Ringgleitbereich 38 durch das Vorsehen einer adäquaten Härte verbessert worden.
Weiterhin ist der der Anteil von SiC in Gewichtsprozent im Bereich 39 der Metallauflageschicht 33, die jenseits der vorgenannten Ringgleitschicht 38 auf der Seite der Kurbelwelle 4 liegt, geringer als der in der vorgenannten Ringgleitschicht 38.
Als Ergebnis ist es möglich, die Härte des Bereichs 39 der Metallauflageschicht 33, wo nur die Kolbeneinheit 28 in Gleitkontakt steht, zu verringern, um die unerwünschte Abnutzung der Kolbeneinheit 28 aufgrund Ihres Gleitkontaktes mit diesem Bereich 39 der Metallauflageschicht 33 zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine positive Elektrode A, die aus Nickel hergestellt ist, innerhalb der Zylindereinheit 7 angeordnet, wobei diese Zylindereinheit 7 als negative Elektrode B dient, und eine Metallauflagelösung 49, die SiC enthält, wird veranlaßt, in die Zylindereinheit 7 zu fließen, um eine Metallauflageschicht 33 auf der inneren Umfangsoberfläche 31 des Zylinders 6 zu erzeugen, wobei die vorgenannte positive Elektrode A weiter von der Seite der Kurbelwelle 4 weg und näher zur Zylinderkopfseite 10 hin angeordnet ist.
Als Ergebnis ergibt sich bei der Durchführung des Elektroplatinierens, also des Metallauflagebeschichtens, daß sich die Stromdichte in der Metallauflageflüssigkeit 49 in Richtung zur Seite der Kurbelwelle 4 hin entlang der inneren Umfangsoberfläche 31 verringert.
Hierbei, da die Größe der vorgenannten Stromdichte ungefähr proportional zur Dicke der ausgebildeten Metallauflageschicht 33 und zum SiC-Gehalt in der Metallauflageschicht 33 ist, verringert sich die Dicke der Metallauflageschicht 33 zum Rand 35 auf der Seite der Kurbelwelle 4 hin, wenn die Stromdichte in der Metallauflagelösung 49 in Richtung zur Seite der Kurbelwelle 4 hin verringert wird.
Weiterhin wird, wie oben beschrieben, wenn die positive Elektrode A weiter entfernt von der Seite der Kurbelwelle 4 zur Seite des Zylinderkopfes 10 hin angeordnet wird, die Metallauflageschicht so ausgebildet, wie sie in der vorgehend beschriebenen Ringgleitfläche 38 in der Axialrichtung der Zylindereinheit 7 sein sollte, und, darüber hinaus, wenn die positive Elektrode A am Rand der vorgehend beschriebenen Ringgleitfläche 38 auf der Seite der Kurbelwelle 4 dieser selben inneren Umfangsoberfläche 31 angeordnet wird, ist einerseits der SiC-Gehalt in der vorgenannten Metallauflageschicht 33 im Bereich der gesamten vorgehend beschriebenen Ringgleitfläche 38 ungefähr konstant, wohingegen andererseits der SiC-Gehalt in der Metallauflageschicht 33 in dem Bereich 39, der jenseits der Ringgleitfläche 38 auf der Seite der Kurbelwelle 4 liegt, vergleichsweise geringer ist.
Daher kann die Ausbildung der Metallauflageschicht 33 entsprechend den oben angeführten Ausführungsformen der Erfindung durch die richtige Anordnung der positiven Elektrode A bewerkstelligt werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen dargelegt.
Im folgenden wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf einige Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei;
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Zylindereinheit darstellt,
Fig. 2 eine grafische Darstellung der Dicke der Metallauflageschicht und des SiC- Gehaltes in Bezug auf die teilweise geschnittene Ansicht der Zylindereinheit darstellt, und
Fig. 3 eine geschnittene Übersichtsansicht der Platiniervorrichtung zeigt.
In den Fig. 1 und 2 steht das Bezugszeichen 1 für einen mit Benzin betriebenen Viertakt- Verbrennungsmotor; ein solcher Verbrennungsmotor 1 ist beispielsweise in einem zweirädrigen Motorrad montiert.
Der obige Verbrennungsmotor 1 umfaßt ein Kurbelwellengehäuse 2, wobei die Kurbelwellenkammer 3 dieses Kurbelwellengehäuses 2 eine Kurbelwelle 4 beherbergt, die innerhalb des oben genannten Kurbelwellengehäuses 2 um ihre Achse frei drehbar gelagert ist.
Der Zylinder 6 ragt von der oberen Oberfläche des Kurbelwellengehäuses 2 hervor. Dieser Zylinder 6 ist Teil einer Zylindereinheit 7, die abnehmbar durch Befestigungselemente mit der Oberseite des vorgehend genannten Kurbelwellengehäuses 2 verbunden ist. Die Zylinderbohrung 9 ist in der Zylindereinheit 7 mit einer vertikal orientierten Achse 8 und einer im Querschnitt runden Form ausgebildet. Ein Zylinderkopf 10 ist abnehmbar an dem oberen Ende der vorgenannten Zylindereinheit 7 durch Befestigungselemente befestigt und diese Zylindereinheit 10 schließt das obere Ende der zuvor genannten Zylinderbohrung 9.
Ein Kolben 12 ist in die Zylinderbohrung 9 der zuvor genannten Zylindereinheit 7 so eingefügt, daß er in Axialrichtung frei gleiten kann. Ein Pleuel 14 ist mit einem Ende an der Kurbelwelle 4 und mit dem anderen Ende an dem zuvor genannten Kolben 12 mittels eines Kolbenbolzens 13 befestigt. Dieses Pleuel 14 verknüpft die Bewegung der zuvor genannten Kurbelwelle 4 und des Kolbens 12.
Wenn der zuvor genannte Kolben 12 an seinem oberen Totpunkt ist (wie strichpunktiert in Fig. 1 dargestellt), ist eine Brennkammer 15 definiert, deren Raum durch den Zylinderkopf 10 und den Kolben 12 innerhalb der zuvor genannten Zylinderbohrung 9 begrenzt wird. Lufteinlaßkanäle 17 und Abgaskanäle 18 sind in dem Zylinderkopf ausgebildet und mit der Brennkammer 15 und der Außenseite des Zylinderkopfes 10 verbunden. Lufteinlaßventile 19 und Luftauslaßventile 20 öffnen und schließen die oben genannten Kanäle 17 und 18. Ein Zündkerze 21 ist ebenso mit ihrem Entladungsbereich am Rand der zuvor genannten Brennkammer 15 angeordnet.
Wenn der zuvor genannte Kolben 12 von seiner oberen Totpunktstellung zu seiner annähernd unteren Totpunktstellung (wie mit den durchgezogenen Linien in Fig. 1 und 2 dargestellt) herabfährt, erlaubt eine Öffnung der Lufteinlaßventile 19 einem Lufttreibstoffgemisch 23 in die Zylinderbohrung 9 durch die Lufteinlaßkanäle 17 zu gelangen. Als nächstes wird dieses Lufttreibstoffgemisch 23 durch das Hochfahren des Kolbens 12 von seinem unteren Totpunkt komprimiert, woraufhin die Entladung der zuvor genannten Zündkerze 21 zu einer Entzündung und zu seiner Verbrennung innerhalb der Brennkammer 15 führt. Der Verbrennungsmotor 1 wird dadurch angetrieben, und dieser Antrieb wird durch die Kurbelwelle 4 übertragen. Die durch die zuvor genannte Verbrennung entstehenden Abgase 24 werden durch die Luftauslaßkanäle 18 durch Öffnung der zuvor genannten Auslaßventile 20 ausgestoßen.
In der zuvor genannten Zylindereinheit 7 ist ein Kühlmantel 25 vorgesehen und Kühlflüssigkeit, die durch den Kühlmantel 25 zirkuliert, verhindert, daß die zuvor genannte Zylindereinheit 7 überhitzt wird, indem sie die durch die zuvor genannte Verbrennung entstehende Hitze abführt.
Der oben genannte Kolben 12 umfaßt eine Kolbeneinheit 28, die kollinear mit der zuvor genannten Achse 8 angeordnet ist, wobei die Kolbeneinheit 28 einen scheibenförmigen Kolbenkopf 28a umfaßt, der ebenfalls mit der zuvor genannten Achse 8 zentriert ist, und eine integral nach unten abstehend ausgebildete Schürze 28b entlang seines Umfangs. Drei Nuten 29 sind in der oberen äußeren Umfangsoberfläche der zuvor genannten Kolbeneinheit 28 ausgebildet, und Kolbenringe 30 sind in diese Nuten 29 eingepaßt, zur Anbringung derselben an der Kolbeneinheit 28. Die äußere Umfangsoberfläche jeder dieser zuvor genannten Kolbenringe 30 ist in elastischem Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche 31 der Zylinderbohrung 9 der zuvor genannten Zylindereinheit 7, wobei die Kolbenringe senkrecht in ihrer Axialrichtung gleiten dürfen. Die luftdichte Abdichtung der zuvor genannten Brennkammer 15 wird prinzipiell durch den Gleitkontakt der äußeren Umfangsoberflächen dieser Kolbenringe 30 aufrechterhalten.
Die zuvor genannte Zylindereinheit 7, der Zylinderkopf 10 und der Kolben 28 sind alle aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Die zuvor genannte innere Umfangsoberfläche 31 des Gleitkontaktbereiches 32 mit dem Kolben 12 umfaßt eine Metallauflageschicht 33, die durch Elektroplatinieren (electroplating) dieser inneren Umfangsoberfläche 31 gebildet ist. Diese Metallauflageschicht 33 ist fest mit dem Grundmaterial der zuvor genannten inneren Umfangsoberfläche 31 verbunden. Das Hauptbestandteil dieser Metallauflageschicht 33 ist Nickel (Ni), mit SiC verteilt in zerstreuter Form innerhalb des Nickels. Ein Alternativmaterial für die Metallauflageschicht ist eine Nickelbasis mit Phosphor und Siliziumkarboneinlagerungen (Ni-P-SiC). Die Oberfläche der zuvor genannten Metallauflageschicht 33 kann auch eine Endbehandlung durch Honen erfahren.
Die Dicke dieser zuvor genannten Metallauflageschicht 33 verringert sich allmählich in der Nähe des Randbereiches 35 auf der Seite der zuvor genannten Kurbelwelle 4 hin in Richtung zur Kurbelwellenseite. In diesem Fall beträgt die Länge dieses Randbereiches 35 in der Axialrichtung entlang der zuvor genannten Achse 8 ungefähr 2 mm.
Bei der oben beschriebenen Anordnung ergibt sich ein glatter Übergang vom Rand 35 der Metallauflageschicht 33 auf der Seite der Kurbelwelle 4 zur inneren Umfangsoberfläche 31 hin und dem Bereich 36 ohne Metallauflageschicht 33 auf der inneren Umfangsoberfläche 31 der zuvor genannten Zylindereinheit 7; dadurch wird verhindert, daß eine Stufe am Rand 35 der Metallauflageschicht 33 ausgebildet wird, und somit ein Belastungsaufbau in diesem Bereich, der durch eine Stufe verursacht würde, entsteht.
Der SiC-Gehalt in der Metallauflageschicht 33 ist relativ konstant im ganzen Ringgleitbereich 38 der inneren Umfangsoberfläche 31 der zuvor genannten Zylindereinheit 7, an der die zuvor genannten Kolbenringe 30 gleiten.
Aufgrund dieser Anordnung verbleiben die Kolbenringe 30 in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsoberfläche 31 der Zylindereinheit 7, um einen hinreichenden Luftabschluß für die zuvor genannte Brennkammer 15 zu erreichen, und innerhalb dieses zuvor genannten Ringgleitbereiches 38 bleibt der SiC-Gehalt in Gewichtsprozenten durchgehend relativ konstant, wodurch eine ausreichende Härte in den zuvor genannten Ringgleitbereich 38 eingebracht wird, um den Gesamtwiderstand gegenüber Abnutzung zu verbessern und die geforderte Langlebigkeit des zuvor genannten Ringgleitbereiches 38 zu gewährleisten.
Weiterhin ist der SiC-Gehalt in Gewichtsprozent in den Bereich 39 der Metallauflageschicht 33, die jenseits der zuvor genannten Ringgleitschicht 38 zur Seite der Kurbelwelle 4 hin liegt, geringer als der Gehalt in dem zuvor erwähnten Ringgleitbereich 38. Anders ausgedrückt, die Härte der Metallauflageschicht 33 wurde in den Bereichen, in denen nur die Kolbeneinheit 28 gleitet, verringert, um so unerwünschtes Abnutzen oder Fressen der Kolbeneinheit 28 aufgrund ihres Gleitkontaktes mit dem Bereich 39 der Metallauflageschicht 33 zu verhindern. In diesem Fall verringert sich der SiC- Anteil in Gewichtsprozent im Bereich 39 der vorgenannten Metallauflageschicht 33 allmählich zur Seite der Kurbelwelle hin.
Der Rand 41 auf der Seite des Zylinderkopfes 10 der zuvor genannten inneren Umfangsoberfläche 31 zeigt einen abgerundeten, bogenförmigen Querschnitt auf, und die Metallauflageschicht 33 ist auch auf diesem Rand 41 ungefähr in derselben Dicke ausgebildet wie die restlichen Bereiche der Metallauflageschicht 33.
Durch diese Ausgestaltung ist die Metallauflageschicht 33 fest mit dem Basismaterial auf der inneren Umfangsoberfläche 31 an dem Randende 41 der inneren Umfangsoberfläche 31 verbunden, um so sicherzustellen, daß die Metallauflageschicht 33 sich nicht von dem Basismaterial ablöst.
Auch ist der Krümmungsradius der Oberfläche der Metallauflageschicht 33 an dem zuvor genannten Rand 41 klein, was verhindert, daß sich Kohleablagerungen an der Außenseite in diesem Bereich ansetzen.
In Fig. 3 steht das Bezugszeichen 43 für die Elektroplatiniervorrichtung.
Diese Elektroplatiniervorrichtung 43 umfaßt eine Halteplattform 44, die die zuvor genannte Zylindereinheit 7 auf den Kopf gestellt hält, einen Stöpsel 45, der in die obere Öffnung der Zylinderbohrung 9 der zuvor genannten Zylindereinheit 7 einfügbar ist, um sie zu verschließen, ein Rohr 46, das der Länge nach in die Zylinderbohrung 9 eingeführt wird, einen schachtelförmigen Schirm 47, der mit einigem Zwischenraum das gesamte Rohr einschließlich des oberen Endes dieses Rohres 46 umschließt, aber den Durchtritt von Flüssigkeit erlaubt, und eine Vielzahl von Nickelkugeln 48, die in dem Zwischenraum zwischen dem zuvor genannten Rohr 46 und dem Schirm 47 enthalten sind. Dieselbe Elektroplatiniervorrichtung 43 ist weiterhin mit einem Tank 50 ausgestattet, der die Platinierlösung 49, die SiC enthält, umfaßt, und eine Pumpe 51, die die Platinierlösung 49 von dem Tank 50 durch das Rohr 46 und in die zuvor genannte Zylinderbohrung 9 pumpt.
Ein Dichtmaterial 52 ist um den unteren äußeren Umfang des Stöpsels 45 angeordnet, der in die obere Öffnung der zuvor genannten Zylinderbohrung 9 eingefügt ist. Dieses Dichtungsmaterial 52 trägt dazu bei, eine hinreichende Abdichtung zwischen der unteren äußeren Umfangsoberfläche des Stöpsels 45 und der oberen Öffnung der zuvor genannten Zylinderbohrung 9 beizubehalten.
Eine Spannung ist an der positiven Elektrode A angelegt, die das zuvor genannte Rohr 46 und das Nickelmaterial 48 umfaßt, und diese Komponenten 46 und 48 sind entlang der zuvor genannten Achse 8 angeordnet. Weiterhin umfaßt die Zylindereinheit 7 die negative Elektrode B.
Sodann, wie durch die Pfeile in Fig. 3 dargestellt, fördert die Pumpe 51 die zuvor genannte Platinierlösung 49 in die Zylinderbohrung 9, um so einen Fluß innerhalb der Zylinderbohrung 9 zu erzeugen, wodurch das Elektroplatinieren auf der zuvor genannten inneren Umfangsoberfläche 31 vollzogen wird, um die zuvor genannte Metallauflageschicht 33 auf der inneren Umfangsoberfläche 31 zu erzeugen.
Im zuvor genannten Fall sind das obere Ende des Rohres 46 und die Nickelkugeln 48 in einigem Abstand von dem Ende der Kurbelwelle 4 (oben in Fig. 3) der zuvor ge nannten Zylindereinheit 7 angeordnet, also näher an dem Ende des Zylinderkopfes 10 (in Fig. 3 unten), so daß die Stromdichte in der zuvor genannten inneren Umfangsoberfläche 31 um so geringer ist, je näher man zum Ende der Kurbelwelle 4 hingelangt.
Hier ist die Dicke der Metallauflageschicht 33 die ausgebildet wird, und der Menge des Gehaltes von SiC in Gewichtsprozent in der Metallauflageschicht 33 ungefähr proportional zur Größe der zuvor genannten Stromdichte. Demzufolge verringert sich die Stromdichte in der Platinierlösung 49 mit zunehmender Annäherung an die Seite der Kurbelwelle 4. Als Ergebnis daraus verringert sich die Dicke der Metallauflageschicht 33 in dem Endbereich 35 auf der Seite der Kurbelwelle 4 zur Seite der Kurbelwelle 4 hin.
Weiterhin ist, wie zuvor beschrieben, in dem Fall, daß die positive Elektrode A aus dem Rohr 46 und dem Nickelmaterial 48 besteht und in einigem Abstand von der Seite der Kurbelwelle 4 und zum Ende der inneren Umfangsoberfläche 31 auf der Seite des Zylinderkopfs 10 hin angeordnet ist, die positive Elektrode A in einem Bereich positioniert, der mit dem übereinstimmt, an dem die zuvor beschriebene Ringgleitfläche 38 in der Axialrichtung der Zylindereinheit 7 ausgebildet werden soll. Zusätzlich erstreckt sich die positive Elektrode A zu einer Position hin, die zwischen dem Ende der Kurbelwelle 4 der zuvor beschriebenen inneren Umfangsoberfläche 31 und der zuvor beschriebenen Ringgleitfläche 38 liegt. Als Ergebnis wird die zuvor beschriebene Metallauflageschicht 33, die einen annähernd konstanten Anteil von SiC enthält, in der Ringgleitfläche 38 ausgebildet, innerhalb der zuvor beschriebenen inneren Umfangsoberfläche 31, die in Gleitkontakt mit den Kolbenringen 30 gelangen. Andererseits enthält die Metallauflageschicht 33 im Bereich 39 der sich von der zuvor erwähnten Ringgleitfläche 38 zur Kurbelwellenseite hin erstreckt, einen geringeren Anteil von SiC in Gewichtsprozent als der zuvor erwähnte Ringgleitbereich 38.
In Fig. 3 ist ein ringförmiger Spalt 53 dargestellt, der zentriert zur zuvor erwähnten Achse 8 zwischen einem Bereich unterhalb der äußeren Umfangsoberfläche des Stöpsels 45 und der oberen Umfangsöffnung der zuvor erwähnten Zylinderbohrung 9 ausgebildet ist, wobei der Stöpsel 45 unterhalb des eingefügten Dichtungsmaterials 52, das um den Umfang des oberen Endes der Seite der zuvor erwähnten Zylinder bohrung 9 herumpaßt, ragt. Dieser Spalt 53 ist mit dem Inneren der Zylinderbohrung 9 verbunden.
Dieser Spalt 53 bewirkt, daß die Platinierlösung 49 darin turbulent wird und aufgrund der verringerten Stromdichte, wie zuvor beschrieben, der SiC-Gehalt in der in diesen Bereich ausgebildeten Metallauflageschicht 33 effektiv reduziert werden kann.
Die Gesamtdicke der Metallauflageschicht 33, die durch die zuvor beschriebene Platiniervorrichtung 43 ausgebildet wird, beträgt ungefähr 100 um und wird in ihrer Mächtigkeit bis zu ungefähr 50 um durch einen nachfolgenden Hon-Prozeß verringert.
Entsprechend der in den Figuren dargestellten Ausführungsform sind das Kurbelwellengehäuse 2 und die Zylindereinheit 7 integral ausgebildet, und der auf diese Art und Weise hergestellte Verbrennungsmotor mag in Automobile eingebaut werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verdünnt sich die Metallauflageschicht nahe ihrem Ende auf der Kurbelwellenseite allmählich zur Kurbelwellenseite hin.
Als Ergebnis ergibt sich keine Stufe in der Oberfläche zwischen der Metallauflageschicht an dem Ende zur Kurbelwellenseite hin und der Oberfläche ohne Metallauflageschicht. Somit ergibt sich ein glatter Zusammenlauf der beiden Bereiche.
Demzufolge verhindert dieses Merkmal auf effektive Art und Weise, daß sich im Bereich einer Stufe Belastungen konzentrieren, und verhindert ein darauf beruhendes Abschälen der Platinierung vom Grundmaterial entlang der inneren Umfangsoberfläche der zuvor erwähnten Zylindereinheit, wodurch die Langlebigkeit des Zylinders verbessert wird.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Anteil in Gewichtsprozent des SiC-Gehaltes in der Metallauflageschicht im Bereich der inneren Umfangsoberfläche des Zylinders, mit dem die Kolbenringe in Gleitkontakt stehen, relativ konstant in dem ganzen Bereich gehalten. Der luftdichte Abschluß der Brennkammer hängt weitreichend von dem Gleitkontakt zwischen den Kolbenringen und der inneren Umfangsoberfläche des Zylinders ab. Indem der SiC-Anteil annähernd kon stant in diesem ganzen Bereich gehalten wird, ist eine ausreichende Härte für den zuvor genannten Ringgleitbereich sichergestellt und Abnutzungseigenschaften werden verbessert, um die benötigte Langlebigkeit für die zuvor genannten Ringgleitbereiche zu versichern.
Darüber hinaus ist der Gewichtsprozentsatz des SiC-Gehaltes in der Metallauflageschicht, die sich von dem zuvor genannten Ringgleitbereich zur Kurbelwellenseite hin erstreckt, geringer als in dem zuvor genannten Ringgleitbereich.
Als Ergebnis ist es möglich, die Härte der Metallauflageschicht in dem Bereich zu verringern, der nur mit der Kolbeneinheit in Berührung kommt und somit die unerwünschte Abnutzung an der Kolbeneinheit, die entlang der Metallauflageschicht in diesem Bereich gleitet, zu verringern. Dieses Merkmal verhindert ein sich Fressen und davon ausgehend verbessert es die Langlebigkeit des Zylinders.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine positive Elektrode, bestehend aus Nickelmaterial, innerhalb des Zylinders positioniert, wohingegen die Zylindereinheit selbst als die negative Elektrode dient, und eine Platinierlösung, die SiC enthält, wird dazu gebracht, in diese Zylindereinheit zu fließen, wobei die zuvor erwähnte positive Elektrode in einigem Abstand von der Kurbelwellenseite der Zylindereinheit und mehr zur Zylinderkopfseite hin angeordnet wird, wenn die Metallauflageschicht auf der inneren Umfangsfläche dieser Zylindereinheit ausgebildet wird.
Dadurch wird während des Elektroplatiniervorgangs die Stromdichte in der Platinierlösung etwa von der Mitte in der Axialrichtung der inneren Umfangsoberfläche der Zylindereinheit abwärts zur inneren Umfangsoberfläche auf der Kurbelwellenseite hin reduziert.
Da die Dicke der Metallauflageschicht, die ausgebildet wird, und ihr SiC-Gehalt in Gewichtsprozent proportional zur Höhe der zuvor genannten Stromdichte sind, wie zuvor beschrieben, und in dem die Stromdichte mit Annäherung zur Kurbelwellenseite hin reduziert wird, verringert sich die Dicke der Metallauflageschicht bei Annäherung an die Kurbelwellenseite in dem Zylinder, wodurch eine Ausführungsform der Erfindung erreicht wird.
Weiterhin, wenn die positive Elektrode in einigem Abstand von dem Kurbelwellenende von der inneren Umfangsoberfläche entfernt und mehr zur Zylinderkopfseite hin plaziert wird, in einer Position, die es verursacht, daß der oben beschriebene Ringgleitbereich in der inneren Umfangsoberfläche in der Axialrichtung ausgebildet wird, ist es möglich, ungefähr den gleichen Gewichtsprozentsatz des SiC-Gehaltes in der zuvor beschriebenen Metallauflageschicht in dem ganzen Ringgleitbereich entlang der zuvor beschriebenen inneren Umfangsoberfläche, die in Kontakt mit den Kolbenringen steht, zu erhalten. Andererseits ist in dem Bereich, der sich von dem zuvor beschriebenen Ringgleitbereich zur Kurbelwellenseite hin erstreckt, der Gewichtsprozentsatz des SiC-Gehaltes in Axialrichtung in der Metallauflageschicht verringert bis zu einem Grad, der geringer ist als in dem vorangehend beschriebenen Ringgleitbereich, wodurch eine andere Ausführungsform der Erfindung verwirklicht wird.
Als Ergebnis ist es möglich, durch die Ausbildung der Metallauflageschichten entsprechend der Ausführungsformen der Erfindung, wie oben beschrieben, hauptsächlich durch die Positionierung der positiven Elektrode die Langlebigkeit der Zylinder durch eine einfache Metallauflageschicht zu erhöhen.

Claims

1. Zylindereinheit (7) für einen Verbrennungsmotor (1) mit einem Zylinder (6), der eine Zylinderbohrung (9) und einen mit einer Kurbelwelle (14) verbundenen Kolben (12) umfaßt, wobei der Kolben (12) derart in die Zylinderbohrung (9) in axialer Richtung eingepaßt ist, daß er auf einer Gleitkontaktfläche (32) an der inneren Umfangsoberfläche (31) der Zylinderbohrung (9) frei gleiten kann, wobei die Zylinderbohrung eine glatte zylindrische innere Umfangsoberfläche im Bereich der Gleitkontaktfläche aufweist, und eine Metallauflageschicht auf der inneren Umfangsoberfläche im Bereich der Gleitkontaktoberfläche ausgebildet ist und diese Fläche in ihrer Gesamtheit bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallauflageschicht (33) einen Randbereich (35) an dem der Kurbelwelle (4) benachbarten Ende der Metallauflageschicht 33 aufweist, dessen Dicke sich allmählich zur Kurbelwellenseite hin derart verringert, daß ein glatter Übergang von dem Randbereich (35) zu einem unbeschichteten Bereich (36) auf der inneren Umfangsoberfläche (31) hin besteht.

2. Zylindereinheit (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallauflageschicht (33) eine auf Nickel basierende Metallauflageschicht ist, die Siliziumkarboneinlagerungen (Ni-SiC) oder Phosphor und Silizium Karboneinlagerungen (Ni-P-SiC) enthält.

3. Zylindereinheit (7) nach Anspruch 2, wobei der Kolben (12) wenigstens einen Kolbenring (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil in Gewichtsprozent von Silizium-Karbon (Si-C) im Gleitbereich (38) des Kolbenrings (30) annähernd gleich ist, wobei der Gehalt in Gewichtsprozent von Silizium-Karbon (Si-C) in dem sich verringernden Abschnitt nahe des Endbereichs (35) geringer ist als im Kolbenring- Gleitbereich (38).

4. Zylindereinheit (7) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Silizium-Karbon (Si-C) in dem sich verringernden Abschnitt nahe des Endbereichs (35) allmählich innerhalb dieses Endbereiches (35) abnimmt.

5. Zylindereinheit (7) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante (41) der inneren Umfangsoberfläche (31) die von der Kurbelwelle (4) entfernt ist, abgerundet ist, und daß die Metallauflageschicht (33) die Kante (41) bedeckt.

6. Zylindereinheit (7) nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (6) aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist.

7. Zylindereinheit (7) nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallauflageschicht (33) eine Abschlußbehandlung durch Honen erhält.

8. Verfahren zum Herstellen der Gleitoberfläche einer Zylindereinheit (7) eines Verbrennungsmotors mit den Schritten des Aufbringens einer Metallauflageschicht (33) auf die innere Umfangsoberfläche (31) eines Zylinders (6), der umgekehrt in einer Beschichtungsvorrichtung (43) angeordnet ist, mittels eines Rohres (46), das in den Zylinder (6) eingeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Zylinders (6) mit einem Stöpsel (45) verschlossen wird, das Rohr (46) in den Zylinder (6) derart eingeführt wird, daß ein vorbestimmter Abstand zwischen dem freien Ende des Rohres (46) und dem Stöpsel (45) verbleibt, so daß die Stromdichte, die an einen Endbereich der inneren Umfangsoberfläche (31) nahe bei dem Stöpsel (45) angelegt wird, geringer ist als an dem übrigen Teil der inneren Umfangsoberfläche (31), und wobei der Stöpsel (45) derart angebracht ist, daß ein ringförmiger Spalt (53) zwischen ihm (45) und der inneren Umfangsoberfläche (31) vorgesehen wird, wobei der Spalt (53) in Verbindung mit der Innenseite des Zylinders (6) in Verbindung steht, und indem die Metallauflageschicht (33) einer Abschlußbehandlung unterzogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platinierlösung Verwendung findet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß der Platinierlösung in der Nähe des Endbereichs turbulent ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch das Aufbringen einer Metallauflageschicht mit einer durchschnittlichen Dicke von ungefähr 100 um, außer an dem Endbereich, und durch Verringern der Dicke bis auf ungefähr 50 um durch die Abschlußbehandlung.

12. Verfahren nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußbehandlung eine Honbehandlung ist.

13. Verfahren nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinierlösung innerhalb des Rohres bis zum Ende fließt und dann dazu gebracht wird, entlang der inneren Umfangsoberfläche (31) zu fließen.