JP2008025028A - シリンダ孔の遮蔽装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼機関のシリンダ孔を溶射被覆する際の熱膨張の問題と、金属蒸気による汚染にかかわる問題とが解決されると同時に、高度の自動化が簡単かつ経済的に可能な装置を提供する。
【解決手段】溶射被覆処理中に燃焼機関３のシリンダ孔２を遮蔽する遮蔽装置であって、燃焼機関３の第１シリンダ５の溶射被覆中に第２シリンダのシリンダ孔２内に配置することで、第２シリンダ７のシリンダ壁６を遮蔽可能な遮蔽体４を含む遮蔽装置おいて、流体流８を発生させるために、予め決定可能な幅の流通間隙１０を遮蔽体４と第２シリンダのシリンダ壁６との間に設定できるように、遮蔽体４を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶射被覆処理時に、燃焼機関のシリンダ孔のシリンダ壁を遮蔽するための遮蔽装置に係わり、また、対応するカテゴリーで独立請求項の前提部分に記載された本発明による遮蔽装置の使用に関するものである。

異なる溶射法による燃焼機関シリンダ作動面の溶射被覆は、現在では、周知の技術に属し、あらゆる種類の自動車用エンジンに広く使用されているが、使用範囲は、それだけにとどまらない。それに関連して、対応シリンダ作動面は、通常、溶射被覆の前に、種々の方法によって、例えば自体公知の活性化方法によって活性化される。これと関連して、最も頻繁に使用される基材は、Ａｌ基またはＭｇ基の軽金属合金製である。
Ｖ型エンジンは、広く用いられている種類のエンジンである。Ｖ型エンジンは、言い換えると、互いに平行な２列のシリンダを有し、Ｖ型エンジンのエンジンブロックの特徴的なＶ型が生じる特定角度で互いに傾斜する２列のシリンダの一方の列にそれぞれ所属する隣接する２つのシリンダ・ライナーの２つの長手方向軸線を有するエンジンである。

このようなＶ型エンジンの場合、第１シリンダ列のシリンダ孔のシリンダ壁を被覆する際、蒸気、例えば、溶射被覆時に完全には防止不可能の被覆材料の金属蒸気が、第２シリンダ列にある隣接シリンダのシリンダ壁に被着する危険性がある。相対的に低い温度の該シリンダ壁に金属蒸気が被着することによって、第２シリンダ列のこのシリンダ壁は、金属蒸気により汚染され、そのことが、とりわけ、該シリンダに、後刻、同じように施される被覆の被着状態に悪影響を及ぼす。加えて、非溶融粒子による汚染や過溶射の恐れがある。

別の問題は、溶射被覆処理によるエンジンブロックの加熱である。溶射層と基材との間の熱膨張係数の差は、比較的高い値であり、基本的にエンジンブロックの平均温度で１２０℃を超える基材温度は、複数層の残留応力レベルに悪影響を及ぼし、１５０℃を超える温度では、軽金属合金製の構成部品、つまりエンジンブロックは、材料歪を受け、使用に耐えないものになる危険さえある。
これらの問題は、通常使用される材料の熱膨張係数を考えた場合、特に明らかになる。すなわち、鉄基合金の溶射層の熱膨張係数は、例えば約１１ｘ１０^−６／℃であり、これに対して、アルミニウム基の基材の典型的な熱膨張係数は、約２３ｘ１０^−６／℃、マグネシウム基材料の場合は、通常、約２７ｘ１０^−６／℃である。このことは、基材、すなわちエンジンブロックが作られている材料の典型的な熱膨張係数は、溶射層の熱膨張係数のほぼ２倍を超えることを意味する。

特に、前記金属蒸気によるシリンダ作動面の汚染問題解決のために、先行技術では、種々の装置が提案されている。
それらの公知の装置では、未被覆のシリンダ孔が膨張可能なバルーンで密閉されるが、このバルーンによって、しかし、往々にして蓄熱が生じ、熱膨張係数による前記問題を更に悪化させることがある。また別のシステムを使用した場合には、未被覆シリンダ孔の保護のために、カバーがクランク室内に導入される。結局、このシステムでも熱膨張の問題は完全には解決されない。同じように重要な事柄は、どの公知システムも、特にＶ型エンジンの場合には、自動化が難しいか、または全く不可能なため、被覆処理が、最終的には極めて高価になることである。これは、多数のエンジンブロックの被覆に多くの手作業が必要になるからである。

本発明の目的は、先行技術の問題点、特に、燃焼機関のシリンダ孔の溶射被覆時の熱膨張の問題と、金属蒸気による汚染にかかわる問題とが解決されると同時に、高度の自動化が簡単かつ経済的に可能な装置を提供することである。

これらの目的を達成する本発明の内容は、各カテゴリーの独立請求項に記載の特徴により特徴付けられる。
各従属請求項は、本発明の特に好ましい実施形態に関するものである。
本発明は、したがって、溶射被覆処理時の燃焼機関のシリンダ孔を遮蔽する装置に係わり、該装置は、燃焼機関の第１シリンダの溶射被覆時に第２シリンダのシリンダ孔内に配置して、第２シリンダのシリンダ壁を遮蔽可能な遮蔽体を含んでいる。この構成では、遮蔽体は、予め決定可能な幅の流通間隙を遮蔽体と第２シリンダのシリンダ壁との間に設定して、流体流を発生させる得るようになされている。

本発明にとって重要なことは、本発明による遮蔽装置が含む遮蔽体は、一つには、一方のシリンダの被覆中、シリンダ孔の他方の未被覆のシリンダ壁を事実上完全に遮蔽し、したがって、一方のシリンダを被覆する被覆ビームから発生する金属蒸気が、他方のシリンダ壁に直接被着することが防止される。言い換えると、未被覆のシリンダ壁は、直接または間接的に被覆ビームに曝露されることが防止される。
第二は、遮蔽体は、流通間隙が遮蔽体と未被覆のシリンダ壁との間に残されるように設計され、それにより空気流が流通間隙に形成でき、この空気流が、一方では、遮蔽されたシリンダ孔内でエンジンブロックを冷却する効果を有し、他方では、金属のエンジンブロック内に分配される金属ダストが未被覆シリンダ壁に間接的に被着するのを防止する。

例えば本発明の実施形態を考える場合、被覆中、密閉管を対向位置のシリンダに、密閉管とシリンダ作動面との間に制御された流通間隙が形成されるように、導入する。空気または他の流体の流れは、相応の開口と相応の吸引システムとによって動作せしめられ、これによりシリンダ作動面が冷却されると同時に、このシリンダ作動面への金属蒸気の被着が防止される。何故なら、金属蒸気の流れまたは乱流が強制的かつ効果的に押し戻されるからである。

Ｖ型シリンダのクランク室の被覆の場合、シリンダ列は、それぞれ一度に被覆されるのが好ましい。被覆中、例えば回転プラズマ溶射装置のプラズマ・ビームが、シリンダ孔を通して軸線方向に、対向位置のシリンダ孔の下死点に達し得るように供給されるが、このシリンダ列と対向位置にあるシリンダ列は本発明による遮蔽装置で保護されるため、プラズマ・ビームは、未被覆のシリンダ列のシリンダ壁には達しない。このことは、恐れている「過溶射」（オーバースプレイ）が生じないこと、言い換えると、被覆中にシリンダ孔の過溶射による未被覆のシリンダ壁の汚染が生じないことを意味する。これにより、公知技術で知られているような、金属蒸気で汚染されたシリンダ壁に被覆された場合に生じる層の剥離が防止される。

加えて、前記のとおり、被覆処置中、基材への溶融粉体の熱伝達により不可避的にシリンダ・ブロックが加熱されるが、この加熱が、かなり低減化される。特に、構成部品が薄壁の場合、過熱は避けなければならない。何故なら、それによって、往々にしてシリンダ・ブロックの過熱を生じ、その過熱の結果、また有害な層剥離を生じることもあるからである。これらの有害な効果も、また本発明による遮蔽装置の使用により防止することができる。何故なら、本発明の遮蔽装置の流通間隙を通る流体流の調整によって、被覆処理中に高度な温度管理を保証できるからである。

一実施例では、遮蔽体は、中空の遮蔽体およびまたは中実の遮蔽体であり、好ましくは中空の遮蔽円筒体およびまたは中実の遮蔽円筒体である。
これと関連して、遮蔽体は、流通間隙が０．１ｍｍ〜１０ｍｍの幅、好ましくは０．２ｍｍ〜５ｍｍの幅、特に０．４ｍｍ〜３ｍｍの幅を有するように設計されるのが好ましい。これによって、同時に、流通間隙が遮蔽体によって保護されるシリンダ壁の直接汚染が防止され、同時に、十分に強い流れが流通間隙内に維持できることで、適切な冷却が実現できる。

一実施例では、本発明による遮蔽装置は、少なくとも２つの遮蔽体を含み、これにより、少なくとも２シリンダ、好ましくは２隣接シリンダを同時に遮蔽できる。実際使用の場合に特に重要な実施例では、遮蔽装置が、予め決めることのできる数の遮蔽体を含み、Ｖ型エンジンの１列のシリンダ全部を同時に遮蔽できるように設計されている。
遮蔽体は、好ましくは、遮蔽カバーを含み、遮蔽カバーは、流通間隙に、特に、流体を搬送する出口通路およびまたは入口通路に連通可能な通路を含んでいる。これと関連して、この通路は複数開口を有することができ、該開口の１つ以上を遮蔽カバーに形成でき、該開口を介して流体、例えば空気または別のガスをクランク室に配置できる吸引装置によって吸引でき、そうすることにより、遮蔽体とシリンダ壁間の流通間隙内に流体流を発生させることができる。

言うまでもなく、別の実施例では、空気または別のガスを、予め決定可能な圧力で流通間隙内へ複数開口を介して導入でき、これら複数開口の幾つかを遮蔽カバーに設けることができ、例えば遮蔽カバーの縁部近くに円形に配置できる。流体の流れ方向は、流体が圧力下で開口内へ吹き込まれるか、または開口から外方へ吸引されるかに応じて、クランク室内へ向けられるかまたはクランク室内から外方へ向けられる。平均的な当業者であれば、種々の要求に応じて、開口の形状を異にすることができ、例えば円形開口、スリット状開口、その他適当な形状の開口を形成することができる。

流体としては、単一のガスまたはガス混合物、特に空気およびまたは窒素およびまたは希ガス、特にアルゴンおよびまたはヘリウムが、流通間隙内に流れを生じさせるのに特に適している。
既述のように、吸引装置は、被覆されるエンジン・ハウジングのクランク室に配置できるので、流通間隙を通る流体流は、燃焼機関のクランク室を通して吸引できる。
あるいはまた、同じく一実施例で既に説明したように、流通間隙内へ流体を供給する供給装置は、流通間隙を通過する流体流を予め決定可能な圧力で発生させ得るようにすることができる。

流通間隙内での流体の流速は、好ましくは１ｍ／秒を超える値、特に１０ｍ／秒を超える値であり、特に１ｍ／秒〜１５０／秒の範囲、好ましくは１０ｍ／秒〜８０ｍ／秒の範囲である。こうすることにより、一方では、エンジンブロックの適切な冷却が達せられ、他方では、適当に強い流れが流通間隙内に発生することで、本発明による遮蔽装置により保護された未被覆のシリンダ作動面に金属蒸気が凝結しえなくなる。
特に、工業的な量産の場合、エンジンブロックのシリンダ作動面の被覆処理を効率的に自動化するためには、マニピュレータ、特にプログラミングされたロボット・システムを使用でき、それによって、遮蔽体を、予め決められたプログラム開始スキームにより自動式にシリンダ孔内に配置できる。

更に、流体を用意する供給ユニットを得ることができ、該ユニットが、好ましくは、プログラム制御によって制御または調整され、それにより、例えば流通間隙内の流体流の貫流量およびまたは圧力およびまたは貫流速度が、制御およびまたは調整でき、かつまた例えば、温度、使用被覆装置の性質、被覆材料の性質、被覆方法の性質等、一定の被覆パラメータに応じて制御およびまたは調整できる。

本発明は、更に、本明細書に詳説されている本発明による遮蔽装置の使用に関するものである。その場合、溶射被覆処理は、プラズマ溶射法、好ましくはプラズマＡＰＳ法、フレーム溶射法、特に高速フレーム溶射法およびまたは別の溶射法、例えばアーク線爆溶射法を含んでいる。
これと関連して、本発明による遮蔽装置は、特にシリンダ孔の汚染防止および／または溶射被覆処理中の冷却に使用される。
これと関連して、この使用は、第１シリンダの被覆済シリンダ上への過溶射を防止することに関連するのみでなく、当然、未被覆のシリンダ孔の過溶射を防止することにも関係する。

以下、図面を見ながら本発明の説明を行なう。
図１は、Ｖ型エンジンのシリンダ孔被覆中の本発明による遮蔽装置の簡単な実施例の断面図であり、この図を参照して、本発明による遮蔽装置の機能方法を略説する。該遮蔽装置は、以下で、全体が符号１で示される。
図１には、Ｖ型エンジンのエンジンブロックの断面図が示されているが、該エンジンの２列のシリンダは、傾斜角度αで自体公知の方法で互いに平行に配置されている。

第１シリンダ５、すなわち図の右側のシリンダは、自体公知の回転式プラズマ溶射ガン１０００で被覆されている最中である。該プラズマ溶射ガンは、被覆処理中、シリンダ５内で長手軸線を中心として、矢印１００２が示すように回転し、回転しながら、シリンダ孔を通して軸線方向に送られる。プラズマ溶射ガン１０００の下端に設けられた溶射開口１００１からは、被覆材料１００４を伴ったプラズマ・ビーム１００３が放射され、シリンダ５のシリンダ壁が該被覆材料１００４で被覆される。

図１が示すように、プラズマ溶射ガン１０００は、正確に下方の戻り点近くに位置しており、言い換えると、被覆材料１００４を伴うプラズマ・ビーム１００３は、シリンダ５の未被覆のシリンダ壁には当ることなしに、Ｖ型エンジンのクランク室内へ放射され、加えて、未被覆の第２シリンダ７の方へ上昇し、その内部へ進入する。
このことは、本発明による遮蔽装置を使用しなければ、第２シリンダ７のシリンダ壁６が被覆材料１００４により汚染され、更にプラズマ・ビーム１００３により過熱されるだろうことを意味している。

これを防止するために、本発明による遮蔽体４が、第２シリンダ７のシリンダ孔２内に配置されている。遮蔽体４は、図１の実施例では中空の円筒体４として構成され、加えて、遮蔽カバー４１を備えている。第２シリンダ７または遮蔽体４の上にカバーとして配置される遮蔽カバー４１は、遮蔽体４とシリンダ壁６との間に形成される流通間隙１０に連通する開口４２１を有する通路４２を含み、該通路４２が、流体９を流通間隙１０内へ搬送する入口通路４２として形成されている。

流通間隙１０内での流体９の流れ８は、この構成の場合、図１には明示されていない吸引装置によって発生させられ、吸引装置は、予め決定可能な負圧を、平均的当業者には自体公知の形式でクランク室内に発生させ、それにより空気が、遮蔽カバー４１の開口４２１を介して吸引され、開口４２１に連通する流通間隙１０を通過することで、一方では、燃焼機関のシリンダ７が、ひいてはエンジンブロック全体が冷却され、他方では、第２シリンダ７のシリンダ壁６への金属蒸気の被着が防止される。

図２には、ロボット補助式遮蔽装置を備えた８シリンダＶ型エンジンが略示されている。
図２は、図では下列のシリンダを有する８シリンダＶ型エンジンを示し、シリンダ５が、プラズマ溶射ガン１０００からの被覆材料１００４を伴ったプラズマ・ビームによって被覆されている。
これと関連して、燃焼機関３の図による上列のシリンダ１１は、遮蔽装置１により同時に全部が遮蔽され、下列のシリンダ５を精密に被覆する被覆ビーム１００３による危険な過溶射が防止され、同時に、流体９により冷却される。

図２の本発明による遮蔽装置１は、特に実地使用の場合に重要であり、４つの遮蔽円筒体４を含み、各円筒体が、遮蔽カバー４１を有し、前記遮蔽円筒体４が第２シリンダ７のシリンダ孔２内に配置されている。
４つの遮蔽円筒体４は、４つの遮蔽カバー４１を介してロボット装置１４の支持腕１４１上に取り付けられ、これによって、ロボット装置により第２シリンダ孔７すべてを、同時に遮蔽または非遮蔽することが可能である。これは、支持腕１４１の、図２には明示されていない駆動装置を移動させて、遮蔽円筒体を第２シリンダ７内へ降下させるか、または第２シリンダから引き出すことにより可能になる。

支持腕１４１の内部または上には、供給装置１３が配置され、該供給装置を介して、流体９が、遮蔽カバー４１をへて流通間隙内へ送られる。
図示のシリンダ下列の被覆後、上列のシリンダを引き続き被覆する場合、すべての遮蔽円筒体４を同時に、ロボット装置により上列のシリンダから引き出して、シリンダ壁を保護するために、下列のシリンダ内へ配置することができる。これと関連して、エンジン３のエンジンブロックが、例えばコンベア・ライン上に載置されることで、複数エンジンブロックのシリンダ孔を自動式に順次に被覆できる。このように構成することで、エンジンブロックは、付加的にマニピュレータまたは稼動ロボットに取り付けることができ、それによって、他の適当な形式で、エンジン３を、例えば旋回させたり、回転させたり、整合させて、本発明による遮蔽装置１を配置できる。

本発明による遮蔽装置を有するＶ型エンジンのシリンダ・ブロックの断面図。 ロボット補助式遮蔽装置を有する８シリンダＶ型エンジンの図。

符号の説明

１ 遮蔽装置
２ シリンダ孔
３ エンジン
４ 遮蔽体
５ 第１シリンダ
６ シリンダ壁
７ 第２シリンダ
１０ 流通間隙
１１ 上列のシリンダ
１３ 供給装置
１４ ロボット装置
４１ 遮蔽カバー
１４１ 支持腕
１０００ プラズマ溶射ガン
１００２ 矢印
１００３ プラズマ・ビーム
１００４ 被覆材料

Claims (13)

1. 溶射被覆処理時に燃焼機関（３）のシリンダ孔（２）を遮蔽する遮蔽装置であって、燃焼機関（３）の第１シリンダ（５）の溶射被覆中に、第２シリンダのシリンダ孔（２）内に配置することで、第２シリンダ（７）のシリンダ壁（６）を覆うことのできる遮蔽体（４）を含む遮蔽装置において、
   流体流（８）を発生させるために、予め決定可能な幅の流通間隙（１０）を遮蔽体（４）と第２シリンダのシリンダ壁（６）との間に設定できるように、前記遮蔽体（４）が構成されていることを特徴とする溶射被覆処理時に燃焼機関のシリンダ孔を遮蔽する遮蔽装置。
2. 前記遮蔽体（４）が、中空遮蔽体（４）および／または中実遮蔽体（４）であり、好ましくは中空遮蔽円筒体４および／または中実遮蔽円筒体（４）である請求項１に記載された遮蔽装置。
3. 前記流通間隙（１０）が０．１ｍｍ〜１０ｍｍの幅を有し、好ましくは０．２ｍｍ〜５ｍｍの幅、特に０．４ｍｍ〜３ｍｍの幅を有する請求項１または請求項２に記載された遮蔽装置。
4. 前記遮蔽装置が、少なくとも２つの遮蔽体を含み、それにより少なくとも２シリンダ（７）、好ましくは２隣接シリンダ（７）を同時に遮蔽でき、および／または前記遮蔽装置が、予め決定可能な数の遮蔽体（４）を含み、Ｖ型エンジン（３）の１列のシリンダ全部を同時に遮蔽できるように構成されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された遮蔽装置。
5. 前記遮蔽体（４）が遮蔽カバー（４１）を含み、該遮蔽カバー（４１）が特に流通間隙（１０）に連通する通路（４２）、特に流体搬送用の出口通路（４２）および／または入口通路（４２）を含む請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された遮蔽装置。
6. 前記流体（９）がガスまたはガス混合物であり、特に空気および／または窒素および／または希ガス、特にアルゴンおよび／またはヘリウムである請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された遮蔽装置。
7. 吸引装置を設けることによって、流体（９）の流れが、流通間隙（１０）および燃焼機関（３）のクランク室（１２）を通して吸引され得るようになっている請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された遮蔽装置。
8. 前記流通間隙（１０）内へ流体（９）を供給するための供給装置（１３）が設けられ、これにより、予め決定可能な供給圧で流通間隙（１０）を通過する流体（９）の流れ（８）を作ることができるようになっている請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された遮蔽装置。
9. 前記流通間隙（１０）内の流体（９）の流速が１ｍ／秒を超える値、特に１０ｍ／秒を超える値であり、特に１ｍ／秒〜１５０ｍ／秒の範囲、好ましくは１０ｍ／秒〜８０ｍ／秒の範囲である請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された遮蔽装置。
10. マニピュレータ（１４）、特にプログラミングされたロボット装置（１４）を設けることで、遮蔽体が、予め決められたプログラム開始スキームに従ってシリンダ孔（２）内に自動式に配置され、および／または、供給ユニットが流体を用意調製するために設けられ、好ましくはプログラム制御によって流体を制御または調整できるようになっている請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された遮蔽装置。
11. 前記溶射被覆処理が、プラズマ溶射法、好ましくはプラズマＡＰＳ法、フレーム溶射法、特に高速フレーム溶射法、その他の溶射法、例えばアーク線爆溶射法のいずれかまたは幾つかまたはすべてを含む、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載された遮蔽装置の使用。
12. 前記遮蔽装置が、溶射被覆処置中のシリンダ孔（２）の汚染防止および／または冷却に使用される請求項１１に記載された使用。
13. 第１シリンダ（５）の被覆済みのシリンダ孔（２）および／または未被覆のシリンダ孔（２）が過溶射防止のために遮蔽される請求項１１または請求項１２に記載された使用。
    

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