JP2010285985A

JP2010285985A - シリンダ・ブロックおよびシリンダ・ブロックを製造するための方法

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Publication number: JP2010285985A
Application number: JP2010116833A
Authority: JP
Inventors: Michael Paul; パウルミヒャエル; Frank Ickinger; イッキンガーフランク
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: CN101922375B; JP5180991B2; CN101922375A; FR2946695A1; KR101151595B1; US8544379B2; BRPI1001351A2; KR20100132919A; DE102009024463B4; FR2946695B1; DE102009024463A1; US20100313746A1

Abstract

【課題】シリンダ・ブロックおよびシリンダ・ブロックを製造するための方法を提供する。
【解決手段】本発明は、切削加工された機能面と、コーティングが施された少なくとも１つのシリンダ（５）とを備えるシリンダ・ブロックに関する。
シリンダ・ブロックの製造を簡略化するために、シリンダ・ブロック（１）が、シリンダ（５）の端部に、内側に突出するカラー（２５、２６）を有し、このカラーが、シリンダ（５）を軸方向で画定し、シリンダ（５）とは反対に面するカラーの面が、余剰のコーティング材料を吸引抽出する役割を担う吸引抽出デバイス（４６）に対するストッパとなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、切削加工された機能面と、コーティングが施された少なくとも１つのシリンダとを備えるシリンダ・ブロックに関する。本発明は、さらに、このタイプのシリンダ・ブロックを製造するための方法に関する。

特許文献１が、エンジン・ブロック内に形成されたシリンダ穴の熱コーティング中にエンジン・ブロック上に配置すべきマスクを開示する。今日、内燃機関の製造において、軽量金属からなるエンジン・ブロックが、ますます多く使用されている。しかし、軽量金属は、基本的には高い耐摩減性または耐摩耗性を有さないので、シリンダ穴または穴壁に摺動面層が設けられ、または、適切であれば同様に摺動面層を設けられたライナが、シリンダ穴内に挿入される。そのような摺動面層の塗布は、大抵は熱コーティング法によって行われ、この文脈では、特に回転プラズマトロンが、層を塗布するのに適当と判明している。

独国実用新案公開第２０２００７３９Ｕ１号明細書米国特許出願公開第２００３／０１５４９１９Ａ１号明細書欧州特許出願公開第１８８６７３７Ａ１号明細書

本発明の目的は、請求項１の前段に記載のシリンダ・ブロックの製造を簡略化することである。

この目的は、切削加工された機能面と、コーティングが施された少なくとも１つのシリンダとを備えるシリンダ・ブロックにおいて、シリンダ・ブロックが、シリンダの端部に、内側に突出するカラーを有し、このカラーが、シリンダまたはシリンダ穴を軸方向で画定し、シリンダとは反対に面するカラーの面が、余剰のコーティング材料を吸引抽出する役割を担う吸引抽出デバイスに対するストッパとなることによって実現される。好ましくは、シリンダ・ブロックは、クランクケース上部と、複数のシリンダまたはシリンダ穴を有するシリンダ・ブロックとを備えるシリンダ・クランクケースである。シリンダとは、ピストンと共に内燃機関の燃焼空間を形成する円筒形の空間を表す。また、シリンダは、ピストンを案内する役割を担い、好ましくはシリンダ穴として形成される。シリンダまたはその壁は、その案内機能により、ピストン用の摺動面とも呼ばれる。また、摺動面は、シリンダ内またはシリンダ穴内に挿入されたライナ上に提供されることもある。機能面またはシリンダは、例えば旋削、フライス削り、穿孔、研削、ホーニング、またはラップ仕上げによって切削加工される。シリンダまたは摺動面には、特に耐摩耗性の高いコーティング材料からなるコーティングが施される。コーティング材料は、熱コーティング法によって塗布される。シリンダは、本発明によるカラーによって軸方向で画定される。さらに、カラーは、好ましくは吸引抽出パイプを備える吸引抽出デバイスに対するストッパとなり、吸引抽出パイプの自由端がカラーに突き当たって位置するようにされ、それにより吸引抽出パイプは、シリンダ・ブロックの内側で、シリンダとは反対に面するカラーの側で空間を被覆または遮蔽し、したがって、この空間は、シリンダがコーティングされている間にコーティング材料によって濡らされず、またはコーティング材料と接触しない。吸引抽出デバイスは、カラーに当接しているとき、シリンダとは反対に面するカラーの側で、コーティング材料を容易に吸引抽出することができる。

シリンダ・ブロックの１つの好ましい例示的実施形態は、カラーが、コーティング操作のための中間加工状態においてのみ存在することによって定義される。コーティング操作後、カラーは必要なくなるので、再び除去することができる。

シリンダ・ブロックのさらに好ましい例示的実施形態は、コーティング操作後に、カラーがなくなるように、シリンダ・ブロックが、シリンダの端部で切削加工されることによって定義される。これは、シリンダ・ブロックの機能がカラーによって損なわれないという利点をもたらす。

シリンダ・ブロックのさらに好ましい例示的実施形態は、内側に突出するカラーを形成するために、シリンダ・ブロックが、コーティング前にシリンダの端部で切削加工されることによって定義される。本発明のさらなる本質的な態様によれば、切削加工中、コーティング操作の前にカラーが故意に形成される、または残される。切削加工は、例えば、旋削、フライス削り、穿孔、研削、ラップ仕上げ、またはホーニングによって行うことができる。

シリンダ・ブロックのさらに好ましい例示的実施形態は、内側に突出するカラーを形成するために、シリンダ・ブロックが、コーティング前にシリンダの端部でホーニング切削加工されることによって定義される。用語「ホーニング」は、ストリッピングを意味する。製造技術において、ホーニングとは、ホーニング砥石とも呼ばれる超微粒研削砥石を用いて金属表面を精密切削加工するための方法を意味する。円筒形の穴を加工するために、好ましくは長行程のホーニングが採用される。

シリンダ・ブロックのさらに好ましい例示的実施形態は、内側に突出するカラーが、ホーニング逃げ部（ｒｕｎ−ｏｕｔ）として形成されることによって定義される。本発明のさらなる本質的な態様によれば、内側に突出するカラーが形成されるように、ホーニング中にホーニング逃げ部が故意に構成される。

切削加工された機能面と、コーティングが施された少なくとも１つのシリンダとを備えるシリンダ・ブロックを製造するため、特に上述したシリンダ・ブロックを製造するための方法では、上述の目的は、１つの内側に突出するカラーまたは該内側に突出するカラーを形成するために、シリンダ・ブロックが、コーティング前にシリンダの端部で切削加工され、カラーが、シリンダを軸方向で画定し、シリンダとは反対に面するカラーの面が、余剰のコーティング材料を吸引抽出する役割を担う吸引抽出デバイスに対するストッパとなることによって実現される。好ましくは、シリンダ・ブロックは、クランクケース上部と、複数のシリンダを有するシリンダ・ブロックとを備えるシリンダ・クランクケースである。シリンダとは、ピストンと共に内燃機関の燃焼空間を形成する円筒形の空間を表す。シリンダは、さらに、ピストンを案内する役割も担う。好ましくは、シリンダは、シリンダ穴として設計される。シリンダまたはその壁は、その案内機能により、ピストンの摺動面とも呼ばれる。また、摺動面は、シリンダ内またはシリンダ穴内に挿入されたライナ上に提供されることもある。機能面またはシリンダは、例えば旋削、フライス削り、穿孔、研削、ホーニング、またはラップ仕上げによって切削加工される。シリンダまたは摺動面には、特に耐摩耗性の高いコーティング材料からなるコーティングが施される。コーティング材料は、熱コーティング法によって塗布される。シリンダは、本発明によるカラーによって軸方向で画定される。さらに、カラーは、好ましくは吸引抽出パイプを備える吸引抽出デバイスに対するストッパを成し、吸引抽出パイプの自由端が、カラーに突き当たって位置するようにされ、それにより吸引抽出パイプは、シリンダ・ブロックの内側で、シリンダとは反対に面するカラーの側で空間を被覆または遮蔽し、したがって、この空間は、シリンダのコーティング中にコーティング材料によって濡らされず、またはコーティング材料と接触しない。カラーに当接する吸引抽出デバイスによって、シリンダとは反対に面するカラーの側で、コーティング材料を容易に吸引抽出することができる。

この方法の１つの好ましい例示的実施形態は、内側に突出するカラーを形成するために、シリンダ・ブロックが、コーティング前にシリンダの端部でホーニング切削加工されることによって定義される。用語「ホーニング」は、ストリッピングを意味する。製造技術において、ホーニングとは、ホーニング砥石とも呼ばれる超微粒研削砥石を用いて金属表面を精密切削加工するための方法を意味する。円筒形の穴を加工するために、好ましくは、長行程のホーニングが採用される。

この方法のさらに好ましい例示的実施形態は、内側に突出するカラーが、ホーニング中にホーニング逃げ部として形成されることによって定義される。本発明のさらなる本質的な態様によれば、内側に突出するカラーが形成されるように、ホーニング中にホーニング逃げ部が故意に構成される。

この方法のさらに好ましい例示的実施形態は、コーティングの前、途中、および／または後に、吸引抽出デバイスが、シリンダとは反対を向いたカラーの面上に位置するようにされることによって定義される。好ましくは、吸引抽出デバイスは、吸引抽出パイプとして設計され、吸引抽出パイプは、その自由端で、カラーに突き当たって位置するようにされ、それにより吸引抽出パイプは、シリンダとは反対に面するカラーの側でシリンダ・ブロックの内部空間を被覆または遮蔽し、したがって、この空間は、コーティング中にコーティング材料によって濡らされない、またはコーティング材料と接触しない。余剰のコーティング材料は、吸引抽出デバイスを用いて、好ましくはコーティング中に直接吸引抽出される。

この方法のさらに好ましい例示的実施形態は、カラーを除去するために、シリンダ・ブロックが、コーティング後にシリンダの端部で切削加工されることによって定義される。カラーは、コーティング直後に除去することができる。しかし、カラーは、さらなる加工ステップが行われた後に除去することもできる。

この方法のさらに好ましい例示的実施形態は、カラーを除去するために、シリンダ・ブロックが、コーティング後にシリンダの端部でホーニング切削加工されることによって定義される。コーティングが施されたシリンダの摺動面の最終的なホーニングにより、ピストン用の摺動面の質をさらに改善することができる。

本発明のさらなる利点、特徴、および詳細は、図面を参照して様々な例示的実施形態を詳細に説明する以下の説明から理解することができる。

シリンダを通る長手方向断面でのシリンダ・ブロックの未加工部分を示す図である。平坦なホーニング逃げ部を有する中間加工状態での図１からのシリンダ・ブロックを示す図である。斜行したホーニング逃げ部を有する中間加工状態での図１からのシリンダ・ブロックを示す図である。コーティング塗布中の図２からのシリンダ・ブロックを示す図である。加工完了状態での図４からのシリンダ・ブロックを示す図である。

図１〜５は、様々な加工状態でのシリンダ・ブロック１を示す。シリンダ・ブロック１は、クランクケース上部２と、シリンダ・ブロック３とを備えるシリンダ・クランクケースである。シリンダ・ブロック３は複数のシリンダを備え、図示される長手方向断面では、それらのうち、中心軸６を有する１つのシリンダ５のみを見ることができる。

シリンダ・ブロック１は、例えば、鋳造によって軽量材料または鋳鉄から製造される。シリンダ・ブロック１がグラファイト・フレークを含む鋳鉄から製造される場合、大抵はシリンダ通路も、摺動性および耐摩耗性が良くなるのでシリンダ・ブロックと同じ鋳鉄によって形成される。軽量材料、特にアルミニウムおよび合金からなるシリンダ・ブロックの場合、シリンダ・ライナを使用することができ、または特別な加工法によって、特にコーティングによって、シリンダ通路の摺動性および耐摩耗性を改善することができる。鋳鉄からなるシリンダ通路に、コーティングを施すこともできる。

図１は、シリンダ・ブロック１を、鋳造傾斜を有する鋳造プロセス後の未加工部品として示す。シリンダ・ブロック３の内側で、シリンダ５の端部の２点１１および１２に、材料の蓄積部分が見られる。内側で全周にわたって半径方向に延びる材料蓄積部分１１、１２は、鋳造中に故意に形成され、以下に説明するように、さらなる加工ステップで変形される。

図２は、ホーニングによる切削加工後の、図１からのシリンダ・ブロック１を示す。ホーニング中、シリンダ５が切削加工され、鋳造傾斜が除去されて、シリンダ５は、直円筒形状となる。平坦なホーニング逃げ部２１、２２によってカラー２５、２６が形成され、カラー２５、２６は、シリンダ５の端部で半径方向内側に突出し、軸方向で、すなわちシリンダ５の中心軸６の方向で、または中心軸６に平行な方向で、シリンダ５を画定する。

図３は、シリンダ５のホーニング中、半径方向内側に突出するカラー３５、３６を、斜行したホーニング逃げ部３１、３２によって形成することもできることを示す。カラー３５、３６は、図２に示される例示的実施形態の場合と同じ役目をする。

図４は、ホーニング中に形成されたカラー２５、２６（図２）またはカラー３５、３６（図３）が果たす目的を示す。図２および３に示されるホーニングによる切削加工の後、シリンダ５またはシリンダ５の摺動面に、コーティング・デバイス４０によってコーティングが施される。コーティング・デバイス４０は、例えばスプレー・ランス４１を備え、このスプレー・ランス４１によって、符号４４で示されるように、コーティング材料（スプレーとも呼ばれる）がシリンダ５の摺動面に塗布される。

余剰のコーティング材料は、吸引抽出デバイス４６を用いて吸引抽出される。吸引抽出デバイス４６は、吸引抽出パイプ４８を備え、吸引抽出パイプ４８の自由端が、カラー２５、２６に封止支承接触および／または当接する。吸引抽出パイプ４８は、クランクケース上部２の内壁４９の内側に半径方向で配置される。これにより、シリンダ５の摺動面のコーティング中に、クランクケース上部２の内壁４９にコーティング材料が流れないことが保証される。

図５は、コーティング後、およびホーニングによるさらなる切削加工後のシリンダ・ブロック１を示す。最終のホーニング加工によって、カラー（図２では符号２５、２６で表され、図３では符号３５、３６で表される）が除去される。これは、斜行して高さを出した逃げ部５１によって、または平坦に高さを出した逃げ部５２によって行われることがある。コーティング後、カラーは役目がなくなり、シリンダ・ブロック１の仕上げ加工により、容易に除去される。

１シリンダ・ブロック
５シリンダ
２５、２６、３５、３６内側に突出するカラー
４６吸引抽出デバイス

Claims

切削加工された機能面と、コーティングが施された少なくとも１つのシリンダ（５）とを備えるシリンダ・ブロックであって、
前記シリンダ・ブロック（１）が、前記シリンダ（５）の端部に、内側に突出するカラー（２５、２６；３５、３６）を有し、前記カラーが、前記シリンダ（５）を軸方向で画定し、前記シリンダ（５）とは反対に面する前記カラーの面が、余剰のコーティング材料を吸引抽出する役割を担う吸引抽出デバイス（４６）に対するストッパとなるシリンダ・ブロック。
前記カラー（２５、２６；３５、３６）が、前記コーティング操作のための中間加工状態においてのみ存在する請求項１に記載のシリンダ・ブロック。
前記コーティング操作後に、前記カラー（２５、２６；３５、３６）がなくなるように、前記シリンダ・ブロック（１）が、前記シリンダ（５）の端部で切削加工される請求項１または２に記載のシリンダ・ブロック。
前記内側に突出するカラー（２５、２６；３５、３６）を形成するために、前記シリンダ・ブロック（１）が、コーティング前に前記シリンダ（５）の端部で切削加工される請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリンダ・ブロック。
前記内側に突出するカラー（２５、２６；３５、３６）を形成するために、前記シリンダ・ブロック（１）が、コーティング前に前記シリンダ（５）の端部でホーニング切削加工される請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリンダ・ブロック。
前記内側に突出するカラー（２５、２６；３５、３６）が、ホーニング逃げ部（２１、２２；３１、３２）として形成される請求項５に記載のシリンダ・ブロック。
切削加工された機能面と、コーティングが施された少なくとも１つのシリンダ（５）とを備えるシリンダ・ブロック（１）であって、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシリンダ・ブロック（１）を含むシリンダ・ブロック（１）を製造するための方法において、
１つの内側に突出するカラーまたは前記内側に突出するカラー（２５、２６；３５、３６）を形成するために、前記シリンダ・ブロック（１）が、コーティング前に前記シリンダ（５）の端部で切削加工され、前記カラーが、前記シリンダ（５）を軸方向で画定し、前記シリンダ（５）とは反対に面する前記カラーの面が、余剰のコーティング材料を吸引抽出する役割を担う吸引抽出デバイス（４６）に対するストッパとなる方法。
前記内側に突出するカラー（２５、２６；３５、３６）を形成するために、前記シリンダ・ブロック（１）が、コーティング前に前記シリンダ（５）の端部でホーニング切削加工される請求項７に記載の方法。
前記内側に突出するカラー（２５、２６；３５、３６）が、ホーニング中にホーニング逃げ部（２１、２２；３１、３２）として形成される請求項８に記載の方法。
コーティングの前、途中、および後のいずれか１つ以上のときに、吸引抽出デバイス（４６）が、前記シリンダ（５）とは反対を向いた前記カラー（２５、２６；３５、３６）の面上に位置するようにされる請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
前記カラー（２５、２６；３５、３６）を除去するために、前記シリンダ・ブロック（１）が、コーティング後に前記シリンダ（５）の端部で切削加工される請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
前記カラー（２５、２６；３５、３６）を除去するために、前記シリンダ・ブロック（１）が、コーティング後に前記シリンダ（５）の端部でホーニング切削加工される請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。