DE69722016T2

DE69722016T2 - Gegossener Zylinderblock und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69722016T2
Application number: DE1997622016
Authority: DE
Inventors: Masao Koriyama
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2017-12-31
Also published as: DE69722016D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gusszylinderblock und ein Verfahren zur Herstellung eines Gusszylinderblockes.
In einem Fahrzeugmotor wird eine Leichtaluminiumlegierung in einem Zylinderkopf oder in einem Zylinderblock verwendet, um das Gewicht zu reduzieren. In diesem aus einer Aluminiumlegierung gegossenen Zylinderblock hat jedoch die Zylinderinnenfläche gegenüber den Gleitbewegungen eines Kolbens einen geringen Verschleißwiderstand. Es ist demzufolge üblich eine Gusseisenhülse (oder einen Überzug) einzusetzen, um den Verschleißwiderstand der Zylinderinnenfläche, in der der Kolben gleitet, anzuheben.
Wenn jedoch ein mehrzylindrischer Motor kompakt ausgeführt werden soll, wird ein hülsenloser Gusszylinderblock verwendet, dessen Verschleißwiderstand nicht durch das Einsatzen einer Hülse in den Zylinder, sondern durch direktes Plattieren der Zylinderinnenfläche einer Aluminiumlegierung, z. B. mit Chrom oder Nickel verbessert wird. Dabei werden Vertiefungen während der Gießzeit in der Zylinderinnenfläche des hülsenlosen Gusszylinderblockes gebildet. Die Zylinderinnenfläche, die die Vertiefungen hat, wird durch das Eintauch- Plattierungsverfahren plattiert, in dem die Zylinderinnenfläche für eine lange Zeit in die Plattierungsflüssigkeit eingetaucht wird, oder durch das Schnell- Plattierungsverfahren, in dem die Zylinderinnenfläche durch Einströmen der Plattierungsflüssigkeit in den Zylinder elektrisch plattiert wird.
Wegen des Langzeit- Eintauchens entsprechend des früheren Eintauch- Plattierungsverfahrens wird die Eintauchflüssigkeit in die Vertiefungen c, wie in Fig. 3 gezeigt, ungeachtet dessen, was für eine Größe sie einnehmen können, tief eindringen, um eine ausgezeichnete plattierte Schicht d zu bilden, die die Vertiefungen abzudecken (Fig. 3 zeigt den Fall, in dem die Vertiefungen einen Durchmesser von 0,2 mm haben). Das Eintauch- Plattierungsverfahren erfordert jedoch das Langzeit- Eintauchen, so dass die Kosten erhöht sind. Aus diesem Grund wird das letztere, das Schnell- Plattierungsverfahren häufig verwendet. Entsprechend dieses Schnell- Plattierungsverfahrens wird die plattierte Schicht d einwärts eindringen, um sich, wie in Fig. 4b gezeigt, etwas auszudehnen, wenn die Vertiefungen c einen kleinen Durchmesser (z. B. 0,1 mm) haben, um eine verhältnismäßig ausgezeichnete Plattierungsschicht d zu bilden.
Wenn die Vertiefungen c einen größeren Durchmesser (z. B. 0,2 mm haben), kann die plattierte Schicht d, wie in Fig. 4 gezeigt, nicht in die Vertiefungen c eindringen, was ein fehlerhaftes Plattieren verursacht, so dass die ausgesetzten Flächen (des Aluminiummateriales), wenn sie, um plattiert zu werden, misslungen sind, der Vertiefungen c verschlechtert werden, um durch die Verbrennungsprodukte, das Schmieröl und den Kraftstoff zu korrodieren. Dies erhöht eine Schwierigkeit, dass die Haltbarkeit verloren geht.
Ein Beispiel eines Schnell- Plattierungsverfahrens ist aus der EP-A-0 641 872 bekannt. Das bekannte Plattierungsverfahren verwendet eine Flüssigkeit, die hohe Geschwindigkeiten gestattet, ein phosphorhaltiges Nickel- Plattieren, das für das Plattieren einer inneren Umfangsoberfläche eines Zylinders in einer Brennkraftmaschine geeignet ist. Die Nickel- Plattierungsflüssigkeit enthält eine dispergierte eutektische Substanz, Phosphor und Natrium und wird bei einer hohen elektrischen Stromdichte während des zwangsweisen Antreibens der Plattierungsflüssigkeit angewandt, um zwischen die Oberfläche eines Werkstückes und einer Elektrode zu fließen, um plattiert zu werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung einen Gusszylinderblock zu schaffen, der eine ausgezeichnete verschleißfeste Schicht hat, und gleichzeitig mit geringen Kosten herstellbar ist, sowie um ein Verfahren zu schaffen, um denselben herzustellen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe in Bezug auf den Gusszylinderblock durch den Inhalt von Anspruch 1 und in Bezug auf das Verfahren durch den Inhalt von Anspruch 6 gelöst.
Um einen mehrzylindrischer Motor zu schaffen, der kompakt ist, zu schaffen, ist es vorteilhaft, wenn die Innenfläche eine Zylinderinnenfläche ist. Es ist jedoch in eineigen Fällen vorteilhaft eine Hülse zu verwenden, die aus einem Material hergestellt ist, das leichter als Eisen- oder Stahlmaterial ist. Diese Hülsen haben zusätzlich Vertiefungen, so dass die Innenflächen der Hülsen ebenso gut mit einer plattierten Schicht versehen sind.
Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Hülse oder sind die Hülsen aus Aluminium hergestellt.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in weiteren abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher in Bezug auf mehrere Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Motors ist, auf den die Erfindung angewandt wird;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines hülsenlosen Gusszylinderblockes ist, der in dem Motor von Fig. 1 verwendet werden soll;
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung ist, die eine Vertiefung des Abschnittes zeigt, der durch das Eintauch- Plattierungsverfahren plattiert ist; und
die Fig. 4a und 4b vergrößerte Abschnitte sind, die Vertiefungen (von jeweils einem größeren und einem kleineren Durchmesser) des durch das Schnell- Plattierungsverfahren plattierten Abschnittes zeigen.
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf die Ausführungsbeispiele erläutert, die hülsenlose Gusszylinderblöcke betreffen, wobei es offensichtlich ist, dass die vorliegende Erfindung auch auf Gusszylinderblöcke anwendbar ist, die Hülsen haben, die aus einem Material gefertigt worden, das leichter als Eisen oder Stahl ist. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auch auf Gusszylinderblöcke anwendbar, die mit aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Hülsen versehen sind, weil es keinen wesentlichen Unterschied zwischen der Innenfläche eines Zylinders und der Innenfläche der Aluminiumlegierungshülsen gibt.
Fig. 1 präsentiert eine Schnittdarstellung, die einen Motor zeigt, auf den die Erfindung angewandt wird.
Ein Zylinderblock 1 ist aus einem Gusszylinderblock einer Aluminiumlegierung aufgebaut. In den Zylinder 2 des Zylinderblocks 1 ist ein Kolben 3 eingesetzt, der vertikal gleitet. An dem Kolben 3 sind Kolbenringe 4a, 4b und 4c) montiert (d. h., ein oberster Ring, ein zweiter Ring und ein Ölring, wenn in der absteigenden Reihenfolge vorgetragen wird).
Als ein Ergebnis wird der Kolben 3 mit den daran montierten Kolbenringen 4a, 4b und 4c gegen die Zylinderinnenfläche 8 des Zylinders 2 gleiten. Überdies wird der Kolben 3 durch eine Pleuelstange 6 und einen Kolbenbolzen 7 durch die exzentrische Drehung eines Kurbelbolzens 5 nach rechts und nach links hin- und herbewegt, so dass sein Rand 3A, anliegend gegen die Innenfläche 8 des Zylinders 2, vertikal gleitet. Der Zylinderblock 1 ist so gegossen, so dass in der Zylinderinnenfläche 8 nach dem Gießen zahlreiche Vertiefungen gebildet sind.
In der Erfindung wird ein Schnell- Plattierungsverfahren 9 angewandt, wenn die Vertiefungen in der Zylinderinnenfläche 8 des Gusszylinderblockes 1 innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereiches sind. Wenn die Vertiefungen in der Zylinderinnenfläche 8 außerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereiches sind, wird demzufolge das Schnell- Plattierungsverfahren 9 nicht angewendet. Dies kommt daher, weil das Schnell- Plattierungsverfahren 9 nicht in der ausgezeichneten Qualität gebildet werden kann, wenn die Vertiefungen zu groß sind.
Der vorbestimmte zulässige Bereich der Vertiefungen, die in der Zylinderinnenfläche 8 vorhanden sind, ist unterschiedlich, was von den Plattierungsbedingungen, z. B. von der Art der Plattierungsflüssigkeit, von der Plattierungsgeschwindigkeit oder von der Plattierungszeitdauer, abhängt, wird aber wie folgt bestimmt. Die Zylinderinnenfläche 8 wird, wie in Fig. 2 gezeigt, in drei Bereiche geteilt: in einen Bereich A (z. B. von der obersten Platte zu einer Tiefe von 101,0 mm), gegen den die Kolbenringe zum Anliegen kommen; einen Bereich B (z. B. von einer Tiefe von 101,0 mm bis zu einer Tiefe von 132,0 mm), gegen den der Kolbenrand 3a zum Anliegen kommt; und einen Plattierungsabdichtbereich C (z. B. von der Tiefe 132,0 mm bis zu dem unteren Ende), um das Schnell- Plattieren abzudichten.
Der zulässige Bereich der Vertiefungen, die sich in dem Bereich A erstrecken, gegen den die Kolbenringe zum Anliegen kommen, wird derart bestimmt, dass die maximale Größe der Vertiefungen innerhalb eines Durchmessers von 0,5 mm und einer Tiefe von 0,5 mm ist, so dass der kürzeste Abstand zwischen den Vertiefungen 6,0 mm ist und derart, dass die Anzahl der Vertiefungen innerhalb eines gemeinsamen Umfanges bis zu vier beträgt. Fr diesen Bereich A, gegen den die Kolbenringe zum Anliegen kommen, und dem Bereich, in dem die Kolbenringe 4a, 4b und 4c gleiten, ist der zulässige Bereich der Vertiefungen begrenzt, weil die Kolbenringe immer im gleitenden Anliegen innerhalb dieses Bereiches sind, so dass in diesem Bereich die hohe Wahrscheinlichkeit besteht abgeschält zu werden, um die Ölaufnahme durch die Vertiefungen, wenn sie durch fehlerhaftes Plattieren gebildet sind, zu beeinflussen.
Der zulässige Bereich der Hohlräume, der sich in dem bereich B erstreckt, gegen den der Kolbenrand 3A zum Anliegen kommt, wird derart bestimmt, dass die maximale Größe der Hohlräume innerhalb eines Durchmessers von 1,0 mm und einer Tiefe von 0,8 mm ist, derart, dass der kürzeste Abstand zwischen den Hohlräumen innerhalb eines gemeinsamen Umfanges bis zu vier beträgt. Für diesen Bereich B, gegen den der Kolbenrand 3A zum Anliegen kommt, ist der zulässige Bereich der Vertiefungen erweitert, weil der Bereich B weniger durch den Verschleiß beeinflusst wird, als in dem Bereich A, gegen den die Kolbenringe zum Anliegen kommen, selbst wenn mehr oder weniger Vertiefungen durch fehlerhaftes Plattieren gebildet sind.
Der zulässige Bereich der Vertiefungen, der sich in dem Bereich C zum Abdichten bei der Schnell- Plattierungszeit erstreckt, wird derart bestimmt, dass die maximale Größe der Vertiefungen innerhalb eines Durchmessers von 0,5 mm und einer Tiefe von 0,8 mm ist, und derart, dass der kürzeste Abstand zwischen den Vertiefungen 6,0 mm ist. In diesem Plattierungsabdichtbereich C ist der Durchmesser der Vertiefungen in seinem zulässigen Bereich, wie in dem Bereich B, gegen den der Kolbenrand 3A zum Anliegen kommt, begrenzt, so dass die Plattierungsflüssigkeit am Heraustreten aus den fehlerhaft- plattierten Vertiefungen gehindert werden kann. Hier wird den Vertiefungen, die durchgehend über die Zylinderinnenfläche 8 einen Durchmesser von 0,1 mm und eine Tiefe von 0,8 mm oder weniger haben, gestattet, vorhanden zu sein, weil sie nur einen geringen Einfluss ausüben. Optimal zulässige Werte werden Wünschenswerterweise unter Betrachtung der Art des Gusszylinderblockes, der Art der Plattierungsflüssigkeit, der Plattierungsgeschwindigkeit, der Temperatur der Plattierungsflüssigkeit und der Plattierungszeitdauer ausgewählt.
In dem Verfahren zur Herstellung des hülsenlosen Gusszylinderblockes entsprechend der Erfindung werden die Größe und die Tiefe der Vertiefungen, die in der Zylinderinnenfläche 8 des Gusszylinderblockes vorhanden sind, durch eine optische oder eine elektrische Vorrichtung gemessen, um die gemessenen Werte mit den vorerwähnten, zulässigen Werten zu vergleichen, um dabei zu entscheiden, ob das Plattieren ausgeführt werden soll, oder ob nicht, und ob die Zylinderinnenfläche 8, deren Vertiefungen innerhalb des zulässigen Bereiches sind, ausschließlich durch das Schnell- Plattierungsverfahren plattiert wird, um die schnell- plattierte Schicht 9 zu bilden. Als ein Ergebnis wird der Zylinderblock 1, der die Zylinderinnenfläche 8 hat, deren Vertiefungen eine hohe fehlerhafte Plattierwahrscheinlichkeit haben und die außerhalb des zulässigen Bereiches sind, dem Schnell- Plattieren nicht unterworfen, so dass unnötiges Plattieren ausgeführt wird.
Durch das auf dieses Art ausgeführte Plattieren nur des ausgewählten Zylinderblockes 1, dringt das Plattieren tief in die Vertiefungen ein, so dass der Zylinderblock 1 mit der ausgezeichneten schnell- plattierten Schicht 9 überzogen werden kann. Diese schnell- plattierte Schicht 9 wird, um schnell- plattiert zu werden, aus einem verschleißfesten Material hergestellt, das Nickel, Eisen oder Chrom enthält. Dieses Schnell- Plattierungsverfahren ist in dem U.S.P. Nr. 5, 619, 962 gezeigt.
Bei dem Plattieren des hülsenlosen Gusszylinderblockes kann durch dieses Verfahren ein hülsenloser Gusszylinderblock, der mit der ausgezeichneten schnell- plattierten Schicht 9 überzogen ist, die keine fehlerhaften plattierten Vertiefungen hat, geschaffen werden, selbst wenn die Zylinderinnenfläche 8 die Vertiefungen hat. Als ein Ergebnis kann die Zylinderinnenfläche 8 durch Verhindern ihrer Korrosion haltbar gemacht werden, die andererseits durch die Verbrennungsprodukte, das Schmieröl oder den Kraftstoff verursacht werden könnte.
Die Erfindung kann auch auf einen hülsenlosen Gusszylinderblock, anders als der aus einer Aluminiumlegierung hergestellte hülsenlose Gusszylinderblock angewandet werden.
Nach der Erfindung ist, wie es bisher beschrieben worden ist, die Zylinderinnenfläche, deren Vertiefungen innerhalb des vorbestimmten, zulässigen Bereiches sind, mit der schnell- plattierten Schicht überzogen, so dass sie sich durch die Verbrennungsprodukte, den Schmierstoff und den Kraftstoff nicht verschlechtert, sondern am Korrodieren gehindert wird. Als ein Ergebnis ist es möglich, einen hülsenlosen Gusszylinderblock, der eine Haltbarkeit hat, zu schaffen. Überdies ist nur der Zylinderblock, dessen Vertiefungen innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereiches sind, plattiert, so dass das Plattieren nutzbringend und effektiv ausgeführt werden kann. Außerdem noch kann das Schnell- Plattieren die Plattierungszeitdauer verkürzen, um die Kosten zu senken.

Claims

1. Gusszylinderblock (1) mit zumindest einem Zylinder (2), der eine Innenfläche (8) hat, versehen mit einer plattierten Schicht (9), wobei

die Innenfläche (8) Vertiefungen (c) aufweist, deren Größe sowie die jeweilige Verteilung innerhalb eines vorbestimmten, gestatteten Bereiches sind,

wobei die Zylinderinnenfläche (8) mit einer schnell- plattierten Schicht (9) überzogen ist,

die Innenfläche (8) in drei Bereiche (A, B, C) unterteilt ist:

einen ersten Bereich (A), gegen den eine Gleitoberfläche eines Kolbens (3) zum Anliegen kommt;

einen zweiten Bereich (B), gegen den ein Rand (3A) des Gleitkolbens (3) zum Anliegen kommt; und

einen Plattierungsabdichtbereich (C) zum Abdichten der Schellplattierung,

wobei die Innenfläche (8), in der sowohl die Größe, als auch die Verteilung der Vertiefungen (c), die in den einzelnen Bereichen (A, B, C) vorhanden sind, innerhalb ihrer einzelnen, vorbestimmten, gestatteten Bereiche sind, die mit der schnell- plattierten Schicht (9) überzogen ist, und die einzelnen, vorbestimmten, gestatteten Bereiche derart sind, dass:

für den ersten Bereich A eine maximale Größe der Vertiefungen (c) innerhalb eines Durchmessers von 0,5 mm und einer Tiefe von 0,5 mm ist, und der kürzeste Abstand zwischen den Vertiefungen (c) 6,0 mm ist und die Anzahl der Vertiefungen (c) innerhalb eines gemeinsamen Umfanges bis zu vier beträgt;

für den zweiten Bereich B eine maximale Größe der Vertiefungen (c) innerhalb eines Durchmessers von 1,0 mm und einer Tiefe von 0,8 mm ist, wobei der kürzeste Abstand zwischen den Vertiefungen (c) 6,0 mm ist und die Anzahl der Vertiefungen innerhalb eines gemeinsamen Umfanges bis zu vier beträgt; und

für den Plattierungsabdichtbereich C eine maximale Größe der Vertiefungen (c) innerhalb eines Durchmessers von 0,5 mm und einer Tiefe von 0,8 mm ist, wobei der kürzeste Abstand zwischen den Vertiefungen (c) 6,0 mm ist.

2, Gusszylinderblock (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche eine Zylinderinnenfläche (8) oder eine Innenfläche einer eingesetzten Hülse ist.

3. Gusszylinderblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

4. Gusszylinderblock nach zumindest einem der vorhergegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schnell- plattierte Schicht (9) ein verschleißfestes Material aufweist, das Nickel, Eisen oder Chrom enthält.

5. Gusszylinderblock nach zumindest einem der vorhergegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusszylinderblock (1) aus Aluminium hergestellt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblockes (1) mit zumindest einem Zylinder (2), einer Innenfläche (8), die mit einer schützenden plattierten Schicht (9) versehen ist, mit den Schritten von:

Gießen des Zylinderblockes (1),

Messen von Vertiefungen (c) in der Innenfläche (8) des Gusszylinderblockes (1), um zu entscheiden, ob die Größen sowie die Verteilung der gemessenen Vertiefungen (c) innerhalb eines vorbestimmten, gestatteten Bereiches sind, oder ob nicht; und

Beschichten der Innenfläche (8) deren Vertiefungen (c) innerhalb des vorbestimmten, gestatteten Bereiches sind, mit einer festen, plattierten Schicht (9) durch ein Schnell- Plattierungsverfahren, wobei die Innenfläche (8) für den Messschritt (8) in drei Bereiche (A, B, C) unterteilt wird; einen ersten Bereich (A), gegen den eine Gleitoberfläche eines Kolbens (3) zur Anlage kommt:

einen zweiten Bereich (B), gegen den ein Rand (3A) an dem gleitend der Kolben (3) zur Anlage kommt; und

einem Plattierungsabdichtbereich (C) zum Abdichten der schnellen Plattierung, wobei die Vertiefungen (c) der einzelnen Bereiche (A, B, C) gemessen werden, um zu entscheiden, ob die gemessenen Vertiefungen (c) innerhalb ihrer einzeln, gestatteten Bereiche sind, oder ob nicht,

die Zylinderinnenfläche (8), in der die Vertiefungen (c) der einzelnen Bereiche (A, B, C) innerhalb ihrer einzelnen, vorbestimmten, gestatteten Bereiche sind, mit einer schnell- plattierten Schicht (9) durch das Schnell- Plattierungsverfahren überzogen wird, und

die einzelnen, gestatteten Bereiche (A, B, C) derart vorbestimmt sind, dass:

für den ersten Bereich A eine maximale Größe der Vertiefungen (c) innerhalb eines Durchmessers von 0,5 mm und einer Tiefe von 0,5 mm ist, der kürzeste Abstand zwischen den Vertiefungen (c) 6,0 mm ist und die Anzahl der Vertiefungen (c) innerhalb eines gemeinsamen Umfanges bis zu vier beträgt;

für den Plattierungsabdichtbereich C eine maximale Größe der Vertiefungen (c) innerhalb eines Durchmessers von 0,5 mm und einer Tiefe von 0,8 mm ist und der kürzeste Abstand zwischen den Vertiefungen (c) 6,0 mm ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche eine Zylinderinnenfläche (8) oder eine Innenfläche einer eingesetzten Hülse ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, die Hülse aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorausgegangenen Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die schnell- plattierte Schicht (9) ein verschleißfestes Material aufweist, das Nickel, Eisen oder Chrom enthält.

10. Verfahren nach zumindest einem der vorausgegangenen Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusszylinderblock (1) aus Aluminium hergestellt ist.