JP2018134729A - 内燃機関のシリンダ壁の加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ壁の迅速かつ確実な加工を可能にし、切削要素を備える内燃機関のシリンダ壁の加工装置を提供する。【解決手段】切削要素４を備える内燃機関のシリンダ壁の加工装置に関し、内燃機関のシリンダ壁の加工装置は、切削要素が、回転する切削リング３上に配置され、切削要素が、回転軸の方向において隣接配置された複数の切削エッジ６を含むスリット輪郭５を有し、個々の切削エッジが回転方向に延在することを、特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、切削要素を備える、内燃機関のシリンダ壁の加工装置に関する。

内燃機関の重量を抑えるために、エンジンブロックは、アルミニウムなどの軽金属で作られることが多い。しかし、アルミニウムは比較的柔らかい金属であるので、シリンダの領域において強い摩耗現象が起こることが多い。

摩耗現象を抑えるため、シリンダの内壁は、摩擦を軽減するコーティングで覆われることが多い。コーティングは、シリンダ内壁上に溶融コーティング材料を吹き付けることによって行われる。

シリンダ内壁へのコーティングの効率的な付着を確実にするために、シリンダ内壁は、特別な方法を使用して最初に加工される。具体的には、シリンダの周囲を取り巻くシリンダ壁にスリットを導入することによってこの加工が達成される。次いで、各スリット間に残る隆起部は、コーティングの付着の向上を可能にするアンダカットが生じるように、転造工具によって塑性的に変形される。

例えば、シリンダ壁にスリットを導入するために、鋸装置が使用される。そのような鋸工具を使用して内燃機関のシリンダ壁にスリットを導入する方法が説明されており（例えば、特許文献１参照）、生じるバーが、転造工具を利用して塑性的に変形され、次いで、スプレー・ヘッドにより、シリンダ壁にコーティング層が加えられる。鋸工具は、シリンダ壁にスリットを導入する、複数の切歯を含む環状鋸刃を備える。スリットが導入された後、鋸装置は、回転軸の方向に進められ、別のスリットが導入される。別の実施形態では、鋸工具は、複数のスリットを同時に入れるために使用され、重ね合わせて配置された複数の鋸刃を備える。

しかし、個々の鋸刃間の距離は、必要とされるスリット間の距離よりも大きいので、鋸引き過程の後、鋸刃間の距離の何分の１かに相当する距離だけ工具を回転軸の方向にずらされなければならない。このように工具をずらすことにより、説明された方法では比較的時間がかかる。

独国特許出願公開第１０２０１３０１１７２６号明細書

本発明は、シリンダ壁の迅速かつ確実な加工を可能にし、切削要素を備える内燃機関のシリンダ壁の加工装置を提供することを目的とする。

この目的は、切削要素を備え、切削要素が、回転する切削リング上に配置され、切削要素が、回転軸の方向において隣接配置された複数の切削エッジを含むスリット輪郭を有し、個々の切削エッジが回転方向に延在するように開発された、内燃機関のシリンダ壁の加工装置によって達成される。

回転軸の方向において隣接配置された複数の切削エッジを有するスリット輪郭を含む切削要素を使用することで、必要とされるスリットの全てが、１回の切削過程でシリンダ壁に導入される。したがって、切削リングを回転軸の方向にずらす必要がなくなる。

具体的には、切削要素、または切削要素の切削エッジは、ダイヤモンドで作られることにより、切削エッジが摩耗することに対して良好に保護される。切削要素は、切削リングに解放可能に接続できることが、好ましい。それにより、切削要素は、容易にかつ経済的に交換される。

切削要素は、実質的に立方体であることが好ましく、この場合、スリット輪郭は、切削溝により、立方体切削要素の表面のうちの１つに導入される。切削溝は、好ましくは０．１から１ｍｍ、とりわけ好ましくは０．３から０．７ｍｍ、特に好ましくは０．５ｍｍの深さを有する。切削溝の正面図において、切削溝は、頂部領域よりも底部領域の幅が広くなっていることが好ましく、この場合、切削エッジの領域は、工作物と最初に係合する頂部領域内に与えられる。このことにより、向上された切削挙動がもたらされる。さらに、切削エッジは、切削挙動をさらに向上させるために、自由に研磨される。切削要素が切削エッジに対してピッチ角を備えていると、さらに好ましい。ピッチ角は、１°から３°の範囲内であることが好ましい。

切削要素は、保持装置上に配置されることが好ましく、この場合、保持装置は、具体的には、切削リングに解放可能に接続することができる。これにより、切削要素、またはそれぞれ切削要素が配置される保持装置を、容易かつ経済的に交換することが可能となり、それにより、加工信頼性が向上する。

切削リングは、実質的に一定の外半径を持つ少なくとも１つの外周セクションと、回転方向において連続的に変化する外半径を持つ少なくとも１つの外周セクションと、実質的に半径方向に伸びる外側エッジを持つ少なくとも１つの外周セクションと、を有することが好ましい。

切削要素の一表面または保持装置の一表面が、回転方向において連続的に変化する外半径を持つ切削リングの外周セクション上に位置し、別の表面が、実質的に半径方向に伸びる外側エッジを持つ切削リングの外周セクション上に位置することが、好ましい。

具体的には、切削リングは、不変の内半径を有する。外表面は、実質的に一定の外半径を持つ第１の円周セクションとして設計された少なくとも１つの外周セクションと、特に回転方向において連続的に変化する外半径を持つ第２の円周セクションとして設計された少なくとも１つの外周セクションと、実質的に半径方向に伸びる外側エッジを持つ第３の円周セクションとして設計された少なくとも１つの外周セクションとを含むことが、好ましい。このようにして、切削要素、または切削要素が取り付けられる保持装置は、第１の表面が第２の円周セクションに接触して位置し、第２の表面が第３の円周セクションに接触して位置するように、切削リング上に配置される。切削要素または保持装置の第１および第２の表面は、それらの表面が接触して位置する第２および第３の円周セクションの領域と相補的な形状を有することが、好ましい。

円周セクションは、異なって設計されてもよい。例えば、第２の円周セクションは、段階的に変化する外側エッジ、または、第１の円周セクションの外半径よりも小さい定半径を持つ外側エッジを有することができる。さらに、第３の円周セクションは、両方向において半径に対して０から４５°の角度で形成されてもよい。

さらに、複数の切削要素が、１つの切削リング上に配置されてもよい。この点について、切削要素は、第１の切削要素の切削エッジが、回転軸の方向において第２の切削要素の切削エッジに対してオフセットされるように、設計されることとしてもよい。このようにして、必要とされるスリットを導入されるのに必要な数の切削エッジが、複数の切削要素にわたって分散される。個々の切削要素の切削エッジ間の切削溝は、１つだけの切削要素が使用された場合に比較してより大きくなる。この実施形態による第１の切削要素の切削エッジと第２の切削要素の切削エッジとの間のオフセットは、スリットを導入するために１つだけの切削要素が使用された場合の切削エッジ間の距離の数倍、例えば２倍の距離などになる。これにより、切削過程中に生じる削屑をより容易に除去することができる。第１の切削要素の切削エッジおよび第２の切削要素の切削エッジは、回転軸の方向において互いにオフセットされずに切削リング上に配置されてもよい。それにより、切削要素の摩耗が最小限に抑えられる。

１つの切削リング上に、３つまたは４つの切削要素が設けられることが好ましい。１つの切削リング上に、５つまたは６つの切削要素が設けられることが好ましい。

好ましい実施形態では、複数の切削要素が、マンドレルにより共通の回転軸上に配置される。各切削リングは、必要とされるスリットの全てを切削過程中に切削リングの全高においてシリンダに導入する、少なくとも１つの切削要素を有する。これにより、切削要素が容易に作製され、かつ手順通りに安定するように、個々の切削要素の長さが回転軸の方向において短くなることを可能にする。それにより、個々の切削要素の作製をはるかに簡易化することができる。

複数の切削リングとして、１０個から２０個の切削リングが設けられることが好ましい。複数の切削リングがマンドレル上で使用されて、切削リング当たりの切削要素の数が異なることが好ましい。この点について、回転軸に関して最も外側の切削リング上に６つの切削要素または５つの切削要素が設けられ、一方で他の切削リング上には３つまたは４つの切削要素が設けられることが好ましい。これにより、極めて正確な製作を可能にする。

回転軸の方向から見て、ある切削リングの切削要素から隣の切削リングの切削要素までの距離は、切削要素の２つの隣接した切削エッジの距離に応じて調整されることが好ましい。それにより、シリンダの切削パターンに均等なスロット／バーのパターンが得られる。あるいは、好ましい実施形態では、隣接した切削リングの切削要素が、回転軸の方向において同一平面上に配置される。

切削リングは、マンドレル上に取り付けられたときに、回転方向において任意の角距離で互いに対して回転されかつ解放可能に固定されることが好ましい。このようにして、削屑がより容易に除去される。

切削リングは、切削要素を冷却するための冷却チャネル穴を有することが好ましい。この点について、冷却チャネル穴は、回転方向において連続的に変化する外半径を持つ外周セクション内に、切削要素に近接して配置されることが好ましい。切削リングの回転中に切削要素に接触して切削要素が過熱することから保護する冷媒が、冷却チャネル穴を通じて案内される。冷媒を冷却チャネル穴に案内するため、複数の冷却チャネルがマンドレル内に導入される。切削リングをマンドレル上に取り付けると、それに応じて冷却チャネルと冷却チャネル穴との間に接続が確立される。

切削リングが、切削過程中に生成される削屑を除去するためのフラッシング穴を有することとしてもよい。この点について、フラッシング穴は、実質的に一定の外半径を持つ切削リングの円周セクション内に配置されることが好ましい。フラッシング穴は、マンドレル内のフラッシング・チャネルに接続され、このフラッシング・チャネルを通して、フラッシング剤が導入される。

本発明のさらなる特徴は、特許請求の範囲および添付の図面と共に、本発明による実施形態の説明から、より明らかになるであろう。本発明による実施形態は、個々の特性、またはいくつかの特性の組合せを実現することができる。

以下、本発明を、本発明の概念を制限することなしに、図面に関連する例示的な実施形態に基づいて説明するが、本発明によるあらゆる詳細の開示に関して、本明細書において詳細に説明されていないものについては、図面を明示的に参照する。

内燃機関のシリンダ壁を加工するための装置の概略斜視図である。 内燃機関のシリンダ壁を加工するための装置の概略分解組立図である。 切削リングの概略斜視図である。 切削リング上に配置された切削要素の概略斜視図である。 切削要素を含む保持装置の概略正面図である。 線Ａ−Ａに沿った、図５からの保持装置の概略断面図である。

図面において、同一のまたは類似のタイプの要素および／または部品には、再導入を省くために、同一の参照番号が付されている。

図１は、マンドレル２および複数の切削リング３を含む、内燃機関のシリンダ壁を加工するための装置１の、概略斜視図である。切削リング３は、マンドレル２上に隣接配置または連続配置される。

内燃機関のシリンダ壁を加工するための装置１の概略分解組立図は、マンドレル２上への切削リング３の取付けを再度示す。これは、図２に示されている。

切削リング３は、それらが解放可能に固定されるマンドレル２上で、回転軸１５に対して所望の角度で連続的に配置される。マンドレル２の長手軸線方向の大きさ（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ ａｘｉａｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）は、全ての切削リング３がそこに十分な空間を正確に有するように、選択される。隣接して整列された切削リング３の、回転軸１５の方向における長さは、スリットが導入されるシリンダ壁の領域の深さに対応する。

シリンダ壁にスリットを導入する過程において、マンドレル２は回転し、切削リング３は、それに応じて、長手軸線方向に対応する回転軸１５、すなわち、マンドレル２の長手軸周りで、回転する。

装置がシリンダの内部に容易に進入して内燃機関のシリンダ壁を加工することを可能にするために、切削リング３の最大直径は加工されるシリンダの内径よりも小さい。内側シリンダ壁にスリットを切削するために、マンドレル２は、切削リング３と一緒に回転軸１５の周りで回転する。それと同時に、マンドレル２は、加工されるシリンダの内周全体にスリットが設けられるように、環状経路内で案内される。マンドレル２の環状経路は円形経路であってもよく、また、他の環状経路としてもよい。

回転軸１５から互いに対して異なる角度でマンドレル２上に異なる切削リング３を取り付けることにより、個々の切削リング３の凸部セクションにおいてシリンダ壁に導入されるスリット輪郭が変更される。そして、シリンダの長手軸線方向に互いに積み重ねられた複数のスリット輪郭が、シリンダ壁に作り出される。それにより、内側シリンダ壁上でのコーティング層の接着性が、さらに向上する。

図３は、切削リング３の概略斜視図を示す。切削リングの内半径は、実質的に一定であり、内周部の中間の高さの位置には、溝が伸びている。切削リング３の外周部は、基本的に、３タイプのセクションに分割される。すなわち、以下において、第１の円周セクション７と呼ばれる実質的に一定の外半径を持つ外周セクションと、第２の円周セクション８と呼ばれる回転方向１６において連続的に変化する外半径を持つ外周セクションと、第３の円周セクションと呼ばれる実質的に半径方向に伸びる外側エッジを持つ外周セクションと、に分割される。図３における実施形態では、第１の円周セクション７、第２の円周セクション８、および第３の円周セクション９は、いずれも６つずつ設けられる。

切削要素４は、第２の円周セクション８と第３の円周セクション９との間に配置される。切削要素４は、実質的に立方体であることが好ましく、この場合、第２の円周セクション８上に配置される立方体の表面は、この円周セクション上に横たわるように成形される。このことは、第３の円周セクション９上での切削要素４の側面の配置に対しても同様に当てはまることが好ましい。第２の円周セクション８はまた、外半径における段階的な変化を有することとしてもよい。第２および第３の円周セクション８、９の幾何学的設計に応じて、切削要素４は、第２および第３の円周セクション８、９上に位置する表面と相補的な形状を有するように設計される。図３には、１つだけの切削要素４が示されている。しかし、描かれた切削リング３上には、最大で６つの切削要素４が、具体的には常に円周セクション９にすなわち表面９に接触して、位置するかまたは配置される。

半径方向において外側に面している立方体切削要素４の表面に、スリット輪郭５が導入される。切削要素４の拡大図が図４に示されている。スリット輪郭５は、切削リング３の回転方向１６の方向に延在する一連の切削エッジ６を有する。切削要素４の切削エッジ６は、スリット輪郭５が内側シリンダ壁と接触するときに、切削エッジ６が、コーティング層が付着するのに必要な内側シリンダ壁内の必要とされるスリットの全てを導入するように、互いに十分に近接して配置される。切削溝１４が、各切削エッジ６間に配置される。

図３および４は、第２の円周セクション８に穿孔された複数の冷却チャネル穴１０を示している。冷却チャネル穴１０は、切削要素４に近接して配置され、かつ、当業者によく知られている態様で、図２に示された冷却チャネル１２に接続される。冷却チャネル１２により、冷媒が、切削リング３から切削要素４の近くに存在する冷却チャネル穴１０内に案内される。切削リング３の回転の下で、冷媒が切削要素４に押しつけられ、それにより切削要素４が冷却される。冷却チャネル穴１０は、半径方向から切削要素４に、または円周セクション９の方向に、斜めに形成される。

切削リング３は、冷却チャネル穴１０に加えて、図３および４に示されるように、フラッシング穴１１を追加でまたは代わりに有することが好ましい。フラッシング穴１１は、第１の円周セクション７内にそれぞれ配置されることが好ましい。

フラッシング穴１１は、図２では直接視認できないフラッシング・チャネル１３に接続され、フラッシング・チャネル１３は、当業者によく知られている態様でマンドレル２内に配置されている。フラッシング剤をフラッシング穴１１内に導入することおよび／またはフラッシング穴１１から除去することができる。この場合、フラッシング剤は、切削過程中に生じる削屑を除去するので、それにより、それらの削屑によって切削過程が中断されることを防止する。

フラッシング穴１１は、切削リング３の外側領域から内側領域への削屑の排出または除去が簡易化されるように、半径方向に、または半径方向に対して斜めに設計される。後者の場合、第１の円周セクション７とフラッシング穴１１との間には、１０°から６０°の間、特に好ましくは２５°から４５°の間の角度が設けられる。

図５は、その上に切削要素４が配置された保持装置２０の概略正面図を示す。保持装置２０は、穴２１を通して案内されるねじにより、切削リング３に固定される。切削リング３の輪郭は、保持装置２０の輪郭に適合される。それぞれの輪郭は、互いに相補的に成形されることが好ましい。図３および図４では、一方では、切削リング３の輪郭は、保持装置２０の輪郭に応じて構成され、他方では、図５からの切削要素４がその上に配置された保持装置２０は、図３および４からの切削要素４に取って代わる。

図６は、図５の線Ａ−Ａに沿った断面を概略的に示す。穴２１を含む保持装置２０、および切削要素４が取り付けられる場所が示されている。切削要素４は、アンダカット、すなわち、より良好な切削のための食付き部２２を有することができる。あるいは、食付き部２２は省略されてもよく、平坦な前面が設けられてもよい。

他の特徴と組み合わせて開示された、図面だけから取られた特徴および個別の特徴を含む、名前付きの全ての特徴は、単独および組合せで本発明に必須であると見なされる。本発明による実施形態は、個別の特徴、またはいくつかの特徴の組合せにより実現される。本発明において、「具体的には」または「好ましくは」と示された特徴は、任意選択の特徴として理解されるべきである。

１ 内燃機関のシリンダ壁を加工するための装置
２ マンドレル
３ 切削リング
４ 切削要素
５ スリット輪郭
６ 切削エッジ
７ 第１の円周セクション
８ 第２の円周セクション
９ 第３の円周セクション
１０ 冷却チャネル穴
１１ フラッシング穴
１２ 冷却チャネル
１３ フラッシング・チャネル
１４ 切削溝
１５ 回転軸
１６ 回転方向
２０ 保持装置
２１ 穴
２２ 食付き部

Claims (11)

1. 切削要素（４）を備え、
   該切削要素（４）が、回転する切削リング（３）上に配置され、
   前記切削要素（４）が、回転軸（１５）方向に隣接配置された複数の切削エッジ（６）を含むスリット輪郭（５）を有し、
   個々の該切削エッジ（６）が、回転方向（１６）に延在する、内燃機関のシリンダ壁の加工装置（１）。
2. 前記切削要素（４）が、ダイヤモンドで作られるか、またはダイヤモンドを含む、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記切削要素（４）が、実質的に立方体であり、
   前記スリット輪郭（５）が、切削溝（１４）により、前記立方体切削要素（４）の表面のうちの１つに導入される、請求項１または２に記載の装置（１）。
4. 前記切削要素（４）が、保持装置（２０）上に配置され、
   該保持装置（２０）が、具体的には前記切削リング（３）に解放可能に接続可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 前記切削リング（３）が、
   実質的に一定の外半径を持つ少なくとも１つの外周セクション（７）と、
   前記回転方向（１６）において連続的に変化する外半径を持つ少なくとも１つの外周セクション（８）と、
   実質的に半径方向に伸びる外側エッジを持つ少なくとも１つの外周セクション（９）と、を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記切削要素（４）の一表面または前記保持装置（２０）の一表面が、前記回転方向（１６）において連続的に変化する外半径を持つ前記切削リング（３）の前記外周セクション上に位置し、
   別の表面が、実質的に前記半径方向に伸びる外側エッジを持つ前記切削リング（３）の前記外周セクション上に位置する、請求項５に記載の装置（１）。
7. 複数の切削要素（４）が、前記切削リング（３）上に配置され、
   第１の切削要素（４）の少なくとも１つの切削エッジ（６）の前記回転軸（１５）に関する長手軸線上の位置が、第２の切削要素（４）の少なくとも１つの切削エッジ（６）の前記回転軸（１５）に関する前記長手軸線上の位置に対してオフセットされる、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 複数の切削リング（３）が、マンドレル（２）により共通の回転軸（１５）上に配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 前記切削リング（３）が、前記マンドレル（２）に取り付けられたときに、前記回転方向（１６）において任意の角距離で互いに対して回転されかつ解放可能に固定される、請求項８に記載の装置（１）。
10. 前記切削リング（３）が、前記回転方向（１６）において連続的に変化する外半径を持つ少なくとも１つの外周セクション（８）内に、前記切削要素（４）を冷却するための冷却チャネル穴（１０）を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置（１）。
11. 前記切削リング（３）が、切削過程中に生じた削屑を除去するために、実質的に一定の外半径を持つ少なくとも１つの外周セクション（７）内にフラッシング穴（１１）を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１）。

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