JP6515155B2

JP6515155B2 - 内燃機関のシリンダをコーティングするための方法、および内燃機関のためのシリンダ

Info

Publication number: JP6515155B2
Application number: JP2017170969A
Authority: JP
Inventors: クランプホルガー
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: JP2018040360A; DE102016116815A1; US20180066349A1; CN107806373A; KR20180028389A; CN107806373B; KR102018429B1

Description

本発明は、請求項１の前提部に従って内燃機関のシリンダをコーティングするための方法と、特許請求項１１に記載の内燃機関のためのシリンダとに関する。

内燃機関のシリンダをコーティングするための方法は既知である。シリンダのピストン移動面のコーティングは、内燃機関のピストンの、摩耗の少ない移動に役立ち、このピストンはシリンダ内を往復方式で移動する。コーティングは、ピストン移動面にプラズマスプレーを吹き付けることにより行われる。

特許明細書（特許文献１）は、シリンダであって、そのピストン移動面が溝または渦巻プロファイルを含む粗面化された構造を有するシリンダを開示する。粗面化された構造はアンダーカット部を有し、このことは、シリンダのコーティングのための接着表面積の増大をもたらす。さらに、その結果、コーティングの改良された接着性がもたらされる。

シリンダのピストン移動面が、コーティングの改良された接着性のために２つの凹凸形状を含むねじ山状構造を有する、シリンダをコーティングするための方法が、特許明細書（特許文献２）から分かり得る。

特許明細書（特許文献３）は、内燃機関のためのシリンダであって、そのピストン移動面が合金からなるコーティングを有するシリンダを開示している。ピストン移動面自体は、コーティングの改良された接着性のための、複数の斜めに移動する歯を備える粗面化された構造を有する。

しかしながらコーティング作業中、コーティング材料の粒子の、材料の不定の埋め込みが、前記コーティング材料の反射粒子の結果として、コーティングにおいて生じる。前記粒子は、特に、表面であって、シリンダにおいて構成された、ホーニング逃げ部（ｒｕｎ−ｏｕｔ）として既知のものの表面および軸受台として既知のものの表面で、反射される。前記反射は、反射粒子の埋め込みの結果として、コーティングの不均一な層構成の原因となる。前記不均一なコーティングは、さらなる機械加工プロセス、特にシリンダのホーニングなどの仕上げプロセスにおいて、亀裂および表面損傷を招く。結果として、シリンダは使用不能となり、もはや使用され得ない。

欧州特許第２１１２３５９Ｂ１号明細書欧州特許第１３３４２６８Ｂ１号明細書欧州特許第１２２５３２４Ｂ１号明細書

内燃機関のシリンダをコーティングするための改良された方法を特定することが本発明の目的である。内燃機関のための改良されたシリンダを特定することが本発明のさらなる目的である。

本発明によると、目的は、特許請求項１の特徴を有する内燃機関のシリンダをコーティングするための方法により達成される。本発明によると、さらなる目的は、特許請求項１１の特徴を有する内燃機関のためのシリンダにより達成される。本発明の目的に適い、かつ自明ではない展開形態を備えた有利な改良形態は、それぞれの下位クレームにおいて特定される。

内燃機関のシリンダをコーティングのための本発明による方法であって、シリンダが、内燃機関のクランク室において構成されるとともに、ピストン移動面を備えたシリンダライニング面部であって、ピストン移動面がシリンダの内部空間に面するように構成され、ピストン移動面に沿って内燃機関のピストンが動かされ得る、シリンダライニング面部を有し、シリンダが、内部空間に隣接するさらなる表面、特に内燃機関のクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部の軸受部面と、軸受部と移動面部との間に構成された逃げ部（ａｒｕｎ−ｏｕｔｓｅｃｔｉｏｎ）の逃げ部面とを有する方法は、第１ステップにおいて、内部空間に面するように構成されたさらなる表面が、画定された構造（ａｄｅｆｉｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を与えられ、第２ステップにおいて、コーティングがピストン移動面の吹付けの形で行われるという事実により特徴付けられる。本発明による方法の利点は、ピストン移動面として構成されないシリンダの表面、すなわちさらなる表面が、コーティングを施す間に生じる粒子の画定された反射のために構成された画定された構造を与えられるという点にある。これは、ピストン移動面の領域において、実質的に改良されたシリンダ表面が達成され得ることを意味する。結果として不良率が低下し、その結果として製造費が実質的に低下し得る。表面は、好ましくは軸受部面および／または逃げ部の逃げ部面である。逃げ部面は、ピストン移動面に直接隣接するように構成され、したがって後者と直接接触する。軸受部面は、横断方向に、通常はピストン移動面に対して垂直に構成されるため、特に反射のために役立つ。

コーティングは好ましくは、耐熱性および機械的に耐久性のあるプラズマコーティングの形で実施される。

本発明による方法の一改良形態において、反射粒子の抽出が、第２ステップに続く次のステップにおいて行われるか、事実上同時に行われる。反射粒子の抽出は、反射粒子の確実な排除をもたらす。

本発明による方法のさらなる改良形態において、画定された構造が、第２ステップまたは次のステップに続くさらなるステップにおいて除去される。コーティングが行われた後、さらなる表面、特に軸受部面および／または逃げ部面の画定された構造はもはや機能を有さず、したがって除去され得、その結果として、画定された構造に依存して生じる、起こり得る応力集中が回避される。さらなる利点はシリンダの改良された再構成に見られるが、その理由は、画定された構造が、再構成の間の破壊的な要因として排除され得ることからである。

上記理由から、さらなる表面、特に軸受部面および／または逃げ部面に施されたコーティングを、次のステップまたはさらなるステップに続く後続ステップにおいて除去することが同様に有利である。これは、施された画定された構造の除去と同時に行われ得る。除去が同時に行われる場合、これは、方法ステップの減少を理由として、本方法のコスト節約をもたらす。

画定された構造は、好ましくはスピンドルプロセス、円形機械加工作業またはらせん形機械加工作業を用いて作製される。

画定された構造は、歯形構造により実現される。吹付け噴流に対してある角度にある側面のために、歯は、シリンダの内部空間へ画定された方向に、すなわち、換言すると、ピストン移動面から離れる方を向く方向に、歯に衝突する粒子を導く。それらは単純に、例えば抽出により、そこで除去され得る。画定された構造は好ましくは、２つの隣接する歯間に構成された、０°〜９０°の値を有する角度を有する。

本発明の第２態様は、内燃機関のためのシリンダであって、シリンダが、ピストン移動面を備えたシリンダライニング面部であって、ピストン移動面がシリンダの内部空間に面するように構成され、ピストン移動面に沿って内燃機関のピストンが動かされ得る、シリンダライニング面部を有し、シリンダが、内部空間に隣接するさらなる表面、特に内燃機関のクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部の軸受部面と、軸受部とシリンダライニング面部との間に構成された逃げ部の逃げ部面とを有する、シリンダに関する。本発明によると、シリンダは、少なくとも一時的に、画定された構造を有する。高品質のコーティングされたピストン移動面が、前記少なくとも一時的に画定された構造を用いてもたらされ得る。これはピストン移動面の摩耗を減少させ、したがってシリンダの使用可能期間の延長をもたらす。

本発明のさらなる利点、特徴および詳細が、好ましい例示的実施形態の以下の説明の結果、ならびに図面を使用して、得られる。先行する文章における説明において言及された特徴および特徴の組合せ、ならびに、図面の説明における以下の文章において言及された、ならびに／または図面のみにおいて示された特徴および特徴の組合せは、それぞれの特定された組合せにおいてだけでなく、むしろまた他の組合せもしくはそれ自体でも、本発明の範囲から逸脱すること無く、使用され得る。

先行技術によるコーティングのための方法の間の、内燃機関のシリンダの概略図を示す。コーティングのための本発明による方法の間の内燃機関の本発明によるシリンダの概略図を示す。図２によるシリンダの詳細図ＩＩＩを示す。本発明によるシリンダを備えたクランク室の平面図を示す。図４によるクランク室の詳細を、断面線Ｖ−Ｖに沿った断面において示す。図４によるシリンダの詳細図ＶＩを示す。図４によるシリンダの詳細図ＶＩＩを示す。図５によるクランク室の斜視図を示す。

図１は、先行技術によるコーティングのための方法の間の、内燃機関２のシリンダ１の概略図を示す。

シリンダ１は中空シリンダの形に構成されるとともに、内部空間３を有し、内部空間３において、ピストン（より詳細には図示せず）が、内燃機関２の作動中に揺動（往復）運動を行うように受け入れられる。シリンダ１のコーティングが、シリンダ１とピストンとの間の摩耗を減らすために、内部空間３に面するように構成されたピストン移動面５の、シリンダ１のシリンダライニング面部４の領域に提供される。シリンダライニング面部４は、作動中に、シリンダ１の、ピストンまたはそのピストンリングと接触する部分である。

シリンダ１は、クランク室７において構成されるとともに、クランク室７の軸受部６の軸受部面１３を含み、この軸受部６は、内燃機関２のクランクシャフト（より詳細には図示せず）と、軸受部６とシリンダライニング面部４との間に構成された逃げ部８とを取り付けるために設けられる。

コーティングとして、吹付けコーティングの形のプラズマコーティングが提供され、このプラズマコーティングは特別に処理（準備）されたピストン移動面５に施される。ピストン移動面５の前記特別な処理（準備）は、ピストン移動面５へのコーティングの改良された接着性のために役立つ。

コーティングのための方法は、開口部１０であって、そこから出て行くコーティング材料の吹付け噴流１１を構成するための開口部１０を有する対応して構成されたランス９により実施される。シリンダ１のコーティングの間、ランス９は、移動矢印１９により示されるとおり、そのランス軸１２を中心とした回転運動およびそのランス軸１２に沿った軸方向運動を行う。

先行技術による方法のコーティング作業の過程において、画定されておらず制御されていない態様でピストン移動面５に堆積するコーティングの粒子１５の反射が、軸受部６の領域において、内部空間３に面するように構成された軸受部面１３に、および逃げ部８の逃げ部面１４であって、内部空間３に面するように構成された逃げ部面１４に起こる。

図２は、本発明による方法の間の内燃機関２の本発明によるシリンダ１の概略図を示す。軸受部面１３および逃げ部面１４は画定された構造１６を有し、それにより、軸受部面１３および／または逃げ部面１４に衝突する粒子１５の制御された反射が引き起こされる。画定された構造１６を用いて、反射粒子１５は、内部空間３内へ標的を定めた方式で反射されるとともにそこで抽出される。

これは、本発明による方法は、第１ステップにおいて、軸受部面１３および逃げ部面１４に画定された構造１６の構成を有することを意味する。本発明による方法の第２ステップにおいて、本発明の例示的実施形態においてはプラズマコーティングであるコーティングが、特にピストン移動面５へ施される。すなわち、換言すると、ピストン移動面５の吹付けが行われる。コーティングの間またはその直後に、反射粒子１５の、本発明の例示的実施形態においては、プラズマ粒子の抽出が行われる。

吹付け噴流１１のために、内部空間３に面するように構成されたさらなる表面１３、１４、すなわち、特に軸受部面１３および逃げ部面１４が、同様にコーティング材料、すなわちプラズマを吹き付けられる。すなわち、前記さらなる表面１３、１４は同様にコーティングを有する。

コーティングおよび抽出の後で、軸受部面１３および逃げ部面１４はさらに機械加工され、そこに同様に堆積されたコーティングが除去される。画定された構造１６も同様に、前記除去と同時に除去される。

画定された構造１６は同様にまた、堆積されたコーティングの除去に続いて除去されてもよい。

図３は本発明によるシリンダ１の詳細図ＩＩＩを示す。画定された構造１６は歯形構造の形に構成される。画定された構造１６の２つの隣接する歯１７間に、互いに面するように構成されたそれらの側面１８に、角度αがあり、この角度αは、特に図６および７に示されるとおり、３０°〜６０°の値を有する。

画定された構造１６は、１以上の値を有する一定ピッチＰを有する。本発明の例示的実施形態において、これはスピンドルプロセスにおいて製造されている。これは同様に、円形機械加工作業またはらせん形機械加工作業においても構成され得る。

図４は、本発明によるシリンダ１を備えたクランク室７の平面図を示す。本発明によるシリンダ１は、図５において、画定された構造１６の領域における断面線Ｖ−Ｖに沿った断面図で詳細に示され、および図８において斜視図で示される。画定された構造１６の詳細図ＶＩ（図６を参照）およびＶＩＩ（図７を参照）の位置は、図５から分かり得る。

１シリンダ
２内燃機関
３内部空間
４シリンダライニング面部
５ピストン移動面
６軸受部
７クランク室
８逃げ部
１３軸受部面
１４逃げ部面
１６画定された構造

Claims

内燃機関のシリンダをコーティングするための方法であって、前記シリンダ（１）が、前記内燃機関（２）のクランク室（７）において構成されるとともに、ピストン移動面（５）を備えたシリンダライニング面部（４）であって、前記ピストン移動面（５）が前記シリンダ（１）の内部空間（３）に面するように構成され、前記ピストン移動面（５）に沿って前記内燃機関（２）のピストンが動かされ得る、シリンダライニング面部（４）を有し、前記シリンダが、前記内部空間（３）に隣接するさらなる表面（１３、１４）、特に、前記内燃機関（２）のクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部（６）の軸受部面（１３）と、前記軸受部（６）と前記シリンダライニング面部（４）との間に構成された逃げ部（８）の逃げ部面（１４）とを有する、方法において、第１ステップにおいて、前記内部空間（３）に面するように構成された前記さらなる表面（１３、１４）が、画定された構造（１６）を与えられ、第２ステップにおいて、前記コーティングが前記ピストン移動面（５）の吹付けの形で行われ、
前記軸受部面（１３）の前記画定された構造（１６）が三角形状の歯形構造により実現されることを特徴とする、方法。
前記コーティングがプラズマコーティングの形で実施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記コーティングの反射粒子（１５）の抽出が、前記第２ステップに続く次のステップにおいて行われるか、事実上同時に行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
前記画定された構造（１６）が、前記第２ステップまたは次のステップに続くさらなるステップにおいて除去されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
前記さらなる表面（１３、１４）に施された前記コーティングが、前記次のステップまたはさらなるステップに続く後続ステップにおいて除去されることを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
前記さらなる表面（１３、１４）に施された前記コーティングが、前記画定された構造（１６）とともに除去されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
前記画定された構造（１６）がスピンドルプロセス、円形機械加工作業またはらせん形機械加工作業を用いて製造されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
３０°〜６０°の角度（α）が、前記画定された構造（１６）の２つの隣接する歯（１７）の間に構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記画定された構造（１６）がピッチ（Ｐ）を有して構成され、前記ピッチ（Ｐ）が１以上の値を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
内燃機関のためのシリンダであって、前記シリンダ（１）が、ピストン移動面（５）を備えたシリンダライニング面部（４）であって、前記ピストン移動面（５）が前記シリンダ（１）の内部空間（３）に面するように構成され、前記ピストン移動面（５）に沿って前記内燃機関（２）のピストンが動かされ得る、シリンダライニング面部（４）を有し、前記シリンダが、前記内部空間（３）に隣接するさらなる表面（１３、１４）、特に前記内燃機関（２）のクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部（６）の軸受部面（１３）と、前記軸受部（６）と前記シリンダライニング面部（４）との間に構成された逃げ部（８）の逃げ部面とを有する、シリンダにおいて、前記シリンダ（１）が、少なくとも一時的に、画定された構造（１６）を有し、
前記内部空間（３）に面するように構成された表面（１３、１４）が、前記画定された構造（１６）を有し、
前記軸受部面（１３）の前記画定された構造（１６）が三角形状の歯形構成のものであることを特徴とする、シリンダ。
３０°〜６０°の値を有する角度（α）が、前記画定された構造（１６）の２つの隣接する歯（１７）の間に構成されることを特徴とする、請求項１０に記載のシリンダ。
前記画定された構造（１６）がピッチ（Ｐ）を有して構成され、前記ピッチ（Ｐ）が１以上の値を有することを特徴とする、請求項１０または１１に記載のシリンダ。