JP2006265736A - 燃焼機関のシリンダバレルの溶射方法および装置 - Google Patents

Abstract

【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供する。
【解決手段】被覆作業の全体に亘って、空気流が7m/s〜12m/sの流速を維持する溶射方法。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。
【選択図】なし

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

空気の流速を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。

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。

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。

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)

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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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