JP2001316794A - 燃焼機関のシリンダバレルの溶射方法および装置 - Google Patents

燃焼機関のシリンダバレルの溶射方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダバレルに施す被覆の品質を改善させ
ることができ、容易に適用可能な、燃焼機関のシリンダ
ブロックのシリンダバレルの溶射方法および装置を提案
する。 【解決手段】 本発明は、燃焼機関のシリンダブロック
のシリンダバレルの溶射方法および装置を提供するもの
である。被覆作業中、被覆するバレルのシリンダボアを
通る空気の流速は7m/s〜12m/sの間である。この空気流
は吸い出し手段によって発生し、それによって空気はシ
リンダブロックのクランクケースを通過して、シリンダ
ボア底部から吸い出される。空気を吸い出すために多数
の吸い出しカラーが設けられ、これらは吸い出しファン
と接続し、また底部からクランクケースを通してシリン
ダボアの下端部へと移動する。被覆作業中には、吸い出
し導管を通して吸い出しファンへ流れる空気の圧力が測
定され、またシリンダボアを通る空気流の速度の値は計
算により求められる。調整機構は、計算したシリンダボ
ア内の現在の速度に応じて、空気導管内のエアチョーク
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼機関のシリン
ダブロックのシリンダバレルの溶射方法ならびに、燃焼
機関のシリンダブロックのシリンダバレルの溶射装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】今日、燃焼機関の製造において、より一
層、軽合金材料製のシリンダブロックが使用されるよう
になっている。過去においては、ピストンのための適切
なシリンダバレルを提供する鋳鉄製のシリンダスリーブ
が軽合金製シリンダブロック内に挿入されていた。しか
しながら、近年、鉄を含む被覆材料を被覆した軽合金製
シリンダブロックを提供することがより有用となってい
る。こうした被覆材料を被覆するため、通常および好ま
しくは、回転式プラズマガンが使用される。
【０００３】通常、基板上へのプラズマ溶射被覆中に
は、基板表面に高い信頼性で接着するすべての粒子がプ
ラズマジェット中で溶融しているのではないと言う事実
による問題が発生する。こうした問題が多くの適用分野
で少しも意味を持たないとしても、一旦被覆作業が完了
すると、シリンダブロック内に遊離した被覆材料が存在
しないように注意しなければならない。これまで、この
問題はシリンダブロックの露出箇所を保護するためのカ
バー部材を適用することにより解決していた。こうした
カバー部材を使用することの不利な点は、シリンダブロ
ックに高い熱応力を生じさせる熱の蓄積が生じるという
事実に見ることができる。さらに、それによって、施さ
れた被覆層内に不所望の粒子の混入が発生する。なぜな
らば、周囲の塵および、溶融していない、あるいは既に
冷却された粒子が溶射ジェットによって運ばれ、上述し
た不所望の混入物となるからである。
【０００４】米国特許第5,573,814号は、シリンダボア
の一つまたはそれ以上の先端部を内側溶射からマスクす
る方法を開示する。この目的のために、膨張性のマスク
部材を設け、これをシリンダボアの一端、通常は下端部
に対して押しつけている。このマスク部材はシリンダボ
アからガスを吸い出すための吸い込み管を具える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、シリンダバレルに施す被覆の品質を改善させる
ことができ、容易に適用可能な、燃焼機関のシリンダブ
ロックのシリンダバレルの溶射方法を提供することにあ
る。
【０００６】本発明の他の目的は、被覆作業中における
汚染からシリンダブロックを保護する、容易に適用可能
な、燃焼機関のシリンダブロックのシリンダバレルの溶
射方法を提供することにある。
【０００７】本発明のさらなる他の目的は、燃焼機関の
シリンダブロックのシリンダバレルの溶射装置を提供す
ることにあり、それによって本発明に係る方法をより簡
易かつ高速に達成することが可能となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これらおよび他の目的を
達成するため、第一の特徴によれば、本発明は燃焼機関
のシリンダブロックのシリンダバレルの溶射方法を提供
するものであり、ここでは、好ましくは回転式プラズマ
ヘッドを有するプラズマ溶射ガンを、バレルを被覆する
シリンダのシリンダボア内部へと移動させる。被覆作業
を開始する前に、バレルを被覆する前記シリンダボアを
通る空気流を生成させる。この空気流は7m/s〜12m/sの
間の流速を有し、被覆作業全体に亘ってその速度が維持
される。
【０００９】第二の特徴によれば、本発明は燃焼機関の
シリンダブロックのシリンダバレルの溶射装置を提供す
るものである。本装置は少なくとも一つの、好ましくは
回転式プラズマ溶射ヘッドを有するプラズマ溶射ガンお
よび、一つまたは複数のプラズマ溶射ガンを、バレルを
被覆するシリンダボア内部へと移動させる機構を具え
る。空気吸い出し部材は多数の吸い出しカラーおよび、
これら吸い出しカラーを吸い出しファンと接続するため
の、少なくとも部分的に可撓性を有する導管を有する。
さらに、導管の断面積を変化させる手段が設けられる。
【００１０】驚くべきことに、本発明の方法および装置
を用いることにより、異なる場合における、施した被覆
層の品質が改善され、同時に、シリンダブロックが汚染
から保護されることともなる。特に、空気をバレルを被
覆するシリンダボア内部から、空気を流速7m/s〜12m/s
で吸い出した場合、バレル表面に付着しない被覆粒子が
信頼性高く除去され、また、施した被覆層内に取り込ま
れた酸素量は、被覆の摩擦特性および機械的特性の双方
を最適化する範囲内に保持する。さらに、空気はシリン
ダボアを通して流れることから、シリンダブロックは従
来の場合よりも冷却された状態に維持される。最後に、
本発明に係る方法を用いることにより、プラズマガンお
よびその回転式ヘッドそれぞれの汚染が減少する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下において、本発明による方法
を本発明に係る装置の実施形態および添付図面を参照し
てさらに説明するが、図は、シリンダブロックを模式的
に示し、また、吸い出しファン組立体をも模式的に示し
ている。
【００１２】通常、図は、二つのプラズマ溶射装置1，
2、燃焼機関のシリンダブロック6ならびに吸い出しファ
ン組立体18を模式的に示している。例えば4気筒エンジ
ンブロック6のシリンダバレル8を被覆するため、プラズ
マ溶射装置1，2には回転式プラズマ溶射ヘッド3，4が設
けられている。吸い出しファン組立体18は、4個の吸い
出しカラー12、エアチョークを設けた制御組立体20なら
びに吸い出しファン部材25を具える。制御組立体20から
見るとエアチョークそのものは見えないが、その調整機
構22は見えている。
【００１３】図示の例では、制御組立体20は4個のエア
チョークを含むエアチョーク電池21を具える。4個の吸
い出しカラー12は支持部材13に固定され、4本の可撓性
ホース14によって制御組立体20と接続する。ここではホ
ース14は一点鎖線で模式的に示している。
【００１４】可撓性ホース14はコネクタ要素15へと繋が
り、コネクタ要素15は導管17によって制御組立体20と接
続する。制御組立体20は導管23によって吸い出しファン
25と接続する。さらに、制御ユニットには圧力センサ手
段（図示せず）が設けられ、それによって、空気吸い出
し動作の間、ホース14および導管17内の圧力を測定する
ことができる。
【００１５】シリンダバレル8の被覆作業は、通常、以
下のようにして行われる。
【００１６】まず、4個の吸い出しカラー12をシリンダ
ブロック6のクランクケース10を通して、シリンダボア7
の下端部9へと移動させる。その後、実際の被覆作業
を、プラズマ溶射装置1，2を二つのシリンダボア7内へ
移動させ、回転式プラズマ溶射ヘッド3，4の助けを借り
てシリンダバレル8上に被覆を形成するためにシリンダ
ボア7の内壁へ適切な材料を溶射することにより開始す
る。この操作は公知のものであり、より詳細な説明はし
ない。
【００１７】被覆作業の間、空気は吸い出しファン組立
体18によってシリンダボア7内部から連続的に吸い出さ
れる。同時に、吸い出しホース14および導管17内の空気
圧が測定される。この空気圧の測定データに基づき、シ
リンダボア7を通して流れる空気の速度を計算すること
ができる。本装置が吸い出しホース14および導管17それ
ぞれにおける計測した圧力に基づいて上述した空気の速
度を計算するための電子的手段（図示せず）をさらに具
えることが理解されよう。
【００１８】シリンダボア7内部における空気の速度を
所望の7m/s〜12m/sに調整するために、エアチョークの
位置および、それによる吸い出し断面積を調整機構22に
よって変化させることが可能である。
【００１９】4本のシリンダブロック6の内、前述した二
つのシリンダバレル7の被覆が終わるとすぐに、二つの
プラズマ溶射装置1，2をシリンダボア7から取り外し、
他のシリンダバレル8を被覆するために残りの二つのシ
リンダボア7内部へ再位置決めして導入し、そこで上述
した手順で同様に被覆を行う。ここで空気の流速は、再
度7m/s〜12m/sに保たれる。
【００２０】空気の流速が7m/s〜12m/sとすることが種
々の点で最適であることが理解されよう。それによっ
て、一方では、シリンダボア7の下端部9と、これと対応
する吸い出しカラー12との間に隙間が存在したとして
も、被覆粒子ならびに他の粒子、例えば塵粒子がシリン
ダバレル7表面に付着せず、シリンダボア7内側から信頼
性高く除去されることが保証される。そのため、シリン
ダボア7と、これと対応する吸い出しカラー12との間に
シール部材を設ける必要が無くなり、結果的に、シリン
ダバレル7の高速、効率的かつ手頃な費用での被覆作業
が行われることとなる。他方では、被覆作業の間、シリ
ンダボア7を通して流れる空気の速度を7m/s〜12m/sとす
るのを保証することにより、被覆層内に取り込まれた酸
素の量を重量で1〜4%に保ち、それゆえ被覆層の摩擦特
性および加工性が最適化される。さらに、シリンダボア
7を通して流れる空気はシリンダブロック6を冷却し、プ
ラズマ溶射ヘッド3，4の汚染を減少させる。
【００２１】シリンダボア7を通して流れる空気の流速
が12m/sよりも高い場合、プラズマジェットが乱され、
被覆粒子がもはや十分に溶解せず、その結果、品質の劣
る、例えば許容できない程の空隙率を有する被覆層が形
成される恐れがある。シリンダボア7を通して流れる空
気の流速が7m/sよりも低い場合には、被覆層に取り込ま
れる酸素量が非常に高くなり、やはり不所望の、品質の
劣る被覆層が形成される恐れがある。さらに、シリンダ
ボア7を通して流れる空気の流速が非常に低い場合に
は、被覆するシリンダボア7内の塵の濃度が非常に高く
なり、その結果、大量の被覆粒子が、シリンダボア7の
下端部9とエンジンシリンダブロック6のクランクケース
10内の吸い出しカラー12との間に存在し得る隙間を通し
てシリンダボア7から抜け出てしまうこととなる恐れが
ある。V6またはV8エンジンの場合、被覆粒子の中には、
被覆したシリンダボアの反対側にあるシリンダボアに到
達し得るものがある。
【００２２】図示および前述した装置の実施形態は、ラ
イン中にある、４気筒エンジンブロックのシリンダバレ
ル8ならびにV8型エンジンの8本のシリンダを被覆するの
に適している。しかしながら、本装置は、異なる形式の
エンジンブロックのシリンダバレルを被覆するためにも
使用するように設計可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1，2 プラズマ溶射装置 3，4 回転式プラズマ溶射ヘッド 6 シリンダブロック 7 シリンダボア 8 シリンダバレル 9 シリンダボアの下端 10 クランクケース 12 吸い出しカラー 14 可撓性ホース 15 コネクタ要素 17，23 導管 18 吸い出しファン組立体 20 制御組立体 21 エアチョーク電池 22 調整機構 25 吸い出しファン部材

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼機関のシリンダブロックのシリンダ
    バレルを、少なくとも一つの溶射ヘッド手段を有するプ
    ラズマ溶射手段によって熱的に被覆する方法であって、
    前記少なくとも一つのプラズマ溶射ヘッドを、前記シリ
    ンダバレルを被覆するために前記シリンダのシリンダボ
    ア内部へ移動させる方法において、 空気流を生成し、この空気流を、被覆するバレルのシリ
    ンダボアを流通させ、 この空気流が7m/s〜12m/sの流速を有し、 この空気流を被覆作業の全体に亘って維持することを特
    徴とする、燃焼機関のシリンダバレルの溶射方法。
  2. 【請求項２】 前記シリンダバレルに金属を含む被覆、
    好ましくは鉄を含む被覆を施すことを特徴とする、請求
    項１記載の燃焼機関のシリンダバレルの溶射方法。
  3. 【請求項３】 前記空気流を吸い出し操作によって生成
    し、空気を、被覆するバレルのシリンダボア内部からク
    ランクケースを通して吸い出すことを特徴とする、請求
    項１記載の燃焼機関のシリンダバレルの溶射方法。
  4. 【請求項４】 導管手段によって吸い出しファン手段と
    接続した多数の吸い出しカラー手段を、シリンダブロッ
    クのクランクケースを通してその底部から被覆するバレ
    ルのシリンダボアの下端部へ移動させることを特徴とす
    る、請求項３記載の燃焼機関のシリンダバレルの溶射方
    法。
  5. 【請求項５】 前記導管手段内での空気の圧力を被覆作
    業の間に測定し、被覆するバレルの前記シリンダボアを
    通して流れる空気の速度を、前記導管手段内で測定した
    空気圧に基づいて計算することを特徴とする、請求項４
    記載の燃焼機関のシリンダバレルの溶射方法。
  6. 【請求項６】 被覆するバレルのシリンダボアを通して
    流れる空気の流速の前記計算値を、前記導管手段内に設
    けたエアチョーク手段と動作時に接続する調整機構の制
    御に用いることを特徴とする、請求項５記載の燃焼機関
    のシリンダバレルの溶射方法。
  7. 【請求項７】 燃焼機関のシリンダブロックのシリンダ
    バレルの溶射装置であって、 少なくとも一つのプラズマ溶射ヘッドを有するプラズマ
    溶射手段と、 前記少なくとも一つのプラズマ溶射ヘッドを被覆するバ
    レルのシリンダのシリンダボア内部へ移動させる手段と
    を具える装置において、 吸い出しファン手段、多数の吸い出しカラー手段、前記
    カラー手段と前記吸い出しファン手段を接続するため
    の、少なくとも部分的に可撓性を有する多数の導管手段
    および、前記導管手段の断面積を変化させる手段を含む
    空気吸い出し手段を具えることを特徴とする、燃焼機関
    のシリンダバレルの溶射装置。
  8. 【請求項８】 前記吸い出しカラー手段または前記導管
    手段内の空気圧を測定するために適合させた圧力センサ
    手段をさらに具え、 前記圧力センサ手段によって測定した圧力の値に基づい
    て空気の流速を計算する手段を設けたことを特徴とす
    る、請求項７記載の燃焼機関のシリンダバレルの溶射装
    置。
  9. 【請求項９】 前記空気吸い出し手段が、多数の導管手
    段を介して前記吸い出しカラー手段と接続する中央吸い
    出しファン手段を具え、 前記多数の導管手段の断面積を変化させる手段が、前記
    吸い出しファン手段と前記カラー手段との間に設けた、
    前記多数の導管手段の各導管の断面積を個々に調整する
    ためのエアチョーク手段の電池を具えることを特徴とす
    る、請求項７または８記載の燃焼機関のシリンダバレル
    の溶射装置。
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