KR101151595B1

KR101151595B1 - 실린더 블록 및 실린더 블록의 제조 방법

Info

Publication number: KR101151595B1
Application number: KR1020100054249A
Authority: KR
Inventors: 미햐엘 파울; 프랑크 익킹어
Original assignee: 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2012-05-31
Also published as: BRPI1001351A2; DE102009024463A1; US20100313746A1; CN101922375B; DE102009024463B4; CN101922375A; JP5180991B2; KR20100132919A; JP2010285985A; FR2946695B1; FR2946695A1; US8544379B2

Abstract

본 발명은 절삭 가공된 기능면들과, 코팅층을 갖는 하나 이상의 실린더(5)를 구비한 실린더 블록에 관한 것이다.
실린더 블록의 제조를 용이하게 하기 위하여 실린더 블록(1)은, 축방향에서 실린더(5)를 한정하며 실린더(5)로부터 먼 쪽을 향하는 그 측면이 과잉 코팅 재료를 흡인하는 역할을 하는 흡인 장치(46)에 대한 정지 요소인 내향 돌출된 칼라(25, 26)를 실린더(5)의 단부에 갖는다.

Description

실린더 블록 및 실린더 블록의 제조 방법{CYLINDER BLOCK AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF A CYLINDER BLOCK}

본 발명은 절삭 가공된 기능면들과, 코팅층을 갖는 하나 이상의 실린더를 갖는 실린더 블록에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 실린더 블록의 제조 방법에 관한 것이다.

독일 실용신안 공개 DE 202 00 739 U1호는 엔진 블록 내부에 도입되는 실린더 보어의 열 코팅 작업 동안에 엔진 블록 상에 배치되는 마스크를 공지하고 있다. 오늘날에는 경금속으로 이루어진 엔진 블록이 내연 기관의 제조에 있어서 더 많이 사용되고 있다. 그러나 경금속은 본질적으로 마모 및 마멸에 대해 높은 저항을 갖고 있지 않기 때문에, 실린더 보어 또는 그 벽에는 작동면 층이 구비되거나, 또는 경우에 따라 역시 작동면 층이 구비되는 라이너가 실린더 보어 내에 삽입된다. 그러한 작동면 층의 도포는 대부분 열 코팅 방법에 의해 이루어지며, 특히 회전 플라즈마트론이 상기 층을 적용하는데 적당하다는 것이 입증되었다.

본 발명의 목적은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 실린더 블록의 제조를 용이하게 하는 것이다.

절삭 가공된 기능면들과, 코팅층을 갖는 하나 이상의 실린더를 구비한 실린더 블록에 있어서, 상기 목적은 실린더 블록이 축방향에서 실린더 또는 실린더 보어를 한정하며 실린더로부터 먼 쪽을 향하는 그 측면이 과잉 코팅 재료를 흡인하는 역할을 하는 흡인 장치에 대한 정지 요소인 내향 돌출된 칼라를 실린더의 단부에 갖는다는 것으로 달성된다. 실린더 블록은 바람직하게는 크랭크 케이스 상부와, 다수의 실린더 또는 실린더 보어를 갖는 실린더 블록을 구비하는 실린더 크랭크 케이스이다. 실린더라고 칭해진 것은 피스톤과 함께 내연 기관의 연소 공간을 형성하는 원통형 공간이다. 실린더는 또한 피스톤을 안내하는 역할을 하고 바람직하게는 실린더 보어로서 형성된다. 이러한 안내 기능 때문에 실린더 또는 실린더의 벽은 피스톤을 위한 작동면이라고도 칭해진다. 작동면은 또한 실린더 또는 실린더 보어에 삽입되는 라이너 상에 구비될 수 있다. 기능면들 또는 실린더는 절삭, 예를 들어, 선삭, 밀링, 드릴링, 연삭, 호닝, 또는 래핑에 의해 가공된다. 실린더 또는 작동면은 특히 내마모성 코팅 재료로 이루어진 코팅층을 갖는다. 코팅 재료는 열 코팅 방법에 의해 도포된다. 실린더는 본 발명에 따른 칼라에 의해 축방향에서 한정된다. 더욱이 칼라는 바람직하게는 흡인 파이프를 포함하는 흡인 장치에 대한 정지 요소를 형성하고, 흡인 파이프의 자유 단은 실린더 블록 내에서 실린더로부터 먼 쪽을 향하는 칼라의 측면 상의 공간을 흡인 파이프가 덮거나 차폐하도록 칼라에 지지되므로, 실린더가 코팅될 때 상기 공간이 코팅 재료에 의해 적셔지거나 코팅 재료와 접촉하지 않게 된다. 흡인 장치는 칼라에 정지해 있을 때 실린더로부터 먼 쪽을 향하는 칼라 측면 상의 코팅 재료를 용이하게 흡인할 수 있다.

실린더 블록의 바람직한 일 실시예는 칼라가 코팅 작업을 위한 중간 가공 상태에서만 존재하는 것을 특징으로 한다. 코팅 작업 후에 칼라가 더 이상 필요하지 않기 때문에 칼라는 다시 제거될 수 있다.

실린더 블록의 다른 바람직한 실시예는, 칼라가 코팅 작업 후에 더 이상 존재하지 않도록 실린더 블록이 실린더의 단부에서 절삭 가공되는 것을 특징으로 한다. 이는 실린더 블록의 기능이 칼라에 의해 약화되지 않는다는 이점을 제공한다.

실린더 블록의 또 다른 바람직한 실시예는 내향 돌출된 칼라를 형성하기 위하여 실린더 블록이 코팅 작업 전에 실린더의 단부에서 절삭 가공되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 실질적인 양상에 의하면, 코팅 작업 전 절삭 가공 동안에 의도적으로 칼라가 형성되거나 유지된다. 절삭 가공은 예를 들어 선삭, 밀링, 드릴링, 연삭, 래핑, 또는 호닝(honing)에 의해 이루어질 수 있다.

실린더 블록의 또 다른 바람직한 실시예는 내향 돌출된 칼라를 형성하기 위하여 실린더 블록이 코팅 작업 전에 실린더의 단부에서 호닝에 의해 절삭 가공되는 것을 특징으로 한다. 호닝이라는 개념은 영어가 어원이며, 스트리핑(stripping)을 의미한다. 제조 기술에 있어서 호닝은 호닝 스톤이라고도 칭해지는 미립자 연삭체를 이용하여 금속 표면을 미소 절삭 가공하는 방법을 의미하는 것으로 이해된다. 실린더 보어의 가공을 위하여 바람직하게는 장행정(long-stroke) 호닝이 사용된다.

실린더 블록의 또 다른 바람직한 실시예는 내향 돌출된 칼라가 호닝 제외부로서 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 실질적인 양상에 의하면, 호닝 제외부는 내향 돌출된 칼라가 형성되도록 의도적으로 호닝 동안에 형성된다.

절삭 가공된 기능면들과, 코팅층을 갖는 하나 이상의 실린더를 구비한 실린더 블록의 제조 방법, 특히 앞서 기술된 실린더 블록의 제조 방법에 있어서, 상기 기술된 목적은 축방향에서 실린더를 한정하며 실린더로부터 먼 쪽을 향하는 그 측면이 과잉 코팅 재료를 흡인하는 역할을 하는 흡인 장치에 대한 정지 요소인 내향 돌출된 칼라를 형성하기 위하여 코팅 작업 전에 실린더 블록이 실린더의 단부에서 절삭 가공되는 것으로 달성된다. 실린더 블록은 바람직하게는 크랭크 케이스 상부와, 다수의 실린더를 갖는 실린더 블록을 구비한 실린더 크랭크 케이스이다. 실린더라고 칭해진 것은 피스톤과 함께 내연 기관의 연소 공간을 형성하는 원통형 공간이다. 실린더는 또한 피스톤을 안내하는 역할을 한다. 실린더는 바람직하게 실린더 보어로서 설계된다. 이러한 안내 기능 때문에 실린더 또는 실린더의 벽은 피스톤의 작동면이라고도 칭해진다. 작동면은 실린더 또는 실린더 보어에 삽입되는 라이너 상에 구비될 수도 있다. 기능면들 또는 실린더는 절삭, 예를 들어, 선삭, 밀링, 드릴링, 연삭, 호닝, 또는 래핑에 의해 가공된다. 실린더 또는 작동면은 특히 내마모성 코팅 재료로 이루어진 코팅층을 갖는다. 코팅 재료는 열 코팅 방법에 의해 도포된다. 실린더는 본 발명에 따른 칼라에 의해 축방향에서 한정된다. 더욱이 칼라는 바람직하게는 흡인 파이프를 포함하는 흡인 장치에 대한 정지 요소를 형성하고, 흡인 파이프의 자유 단은 흡인 파이프가 실린더 블록 내에서 실린더로부터 먼 쪽을 향하는 칼라의 측면 상의 공간을 덮거나 차폐하도록 칼라에 지지되므로, 실린더의 코팅 작업 동안에 상기 공간이 코팅 재료에 의해 적셔지거나 코팅 재료와 접촉하지 않는다. 칼라에 정지해 있는 흡인 장치에 의하여 실린더로부터 먼 쪽을 향하는 칼라 측면 상의 코팅 재료가 용이하게 흡인될 수 있다.

상기 방법의 바람직한 일 실시예는 내향 돌출된 칼라를 형성하기 위하여 실린더 블록이 코팅 작업 전에 실린더의 단부에서 호닝에 의해 절삭 가공되는 것을 특징으로 한다. 호닝이라는 개념은 영어가 어원이며 스트리핑을 의미한다. 제조 기술에 있어서 호닝은 호닝 스톤이라고도 칭해지는 미립자 연삭체를 이용하여 금속 표면을 미소 절삭 가공하는 방법을 의미하는 것으로 이해된다. 장행정 호닝이 실린더 보어를 가공하기 위하여 바람직하게 사용된다.

상기 방법의 다른 바람직한 실시예는 내향 돌출된 칼라가 호닝 동안에 호닝 제외부로서 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 필수적인 양상에 의하면, 호닝 제외부는 내향 돌출된 칼라가 형성되도록 의도적으로 호닝 동안에 형성된다.

상기 방법의 또 다른 바람직한 실시예는 코팅 작업 전, 코팅 작업 동안 및/또는 코팅 작업 후에 흡인 장치가 실린더로부터 먼 쪽을 향하는 칼라의 측면 상에 지지되는 것을 특징으로 한다. 흡인 장치는 바람직하게는 흡인 파이프로서 설계되고, 흡인 파이프의 자유 단은 실린더로부터 먼 쪽을 향하는 칼라의 측면 상의 실린더 블록의 내부 공간을 흡인 파이프가 덮거나 차폐하도록 칼라에 지지되므로, 코팅 작업 동안에 상기 공간이 코팅 재료에 의해 적셔지거나 코팅 재료와 접촉하지 않는다. 과잉 코팅 재료는 흡인 장치를 이용하여 바람직하게는 코팅 작업 동안에 바로 흡인된다.

상기 방법의 또 다른 바람직한 실시예는, 칼라를 제거하기 위하여 실린더 블록이 코팅 작업 후 실린더의 단부에서 절삭 가공되는 것을 특징으로 한다. 칼라는 코팅 작업 직후 제거될 수 있다. 그러나 칼라는 추가적인 가공 단계가 수행된 이후에야 제거될 수도 있다.

상기 방법의 또 다른 바람직한 실시예는, 칼라를 제거하기 위하여 실린더 블록이 코팅 작업 후 실린더의 단부에서 호닝에 의해 절삭 가공되는 것을 특징으로 한다. 실린더의 코팅된 작동면이 최종적으로 호닝됨으로써, 피스톤을 위한 작동면의 질이 더욱 향상될 수 있다.

본 발명에 따르면, 실린더로부터 먼 쪽을 향하는 실린더 블록의 측면이 내향 돌출된 칼라를 실린더 단부에 가지므로, 칼라의 측면 상의 공간은 실린더가 코팅될 때 코팅 재료에 의해 적셔지거나 코팅 재료와 접촉하지 않는 장점이 생긴다.

본 발명의 다른 이점들, 특징들 및 세부 사항들은 도면을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 기술하는 하기의 설명으로부터 얻어질 수 있다.
도 1은 실린더의 종방향 단면도로 실린더 블록의 블랭크를 도시한 도면.
도 2는 평평한 호닝 제외부를 갖는 중간 가공 상태의 도 1의 실린더 블록을 도시한 도면.
도 3은 경사진 호닝 제외부를 갖는 중간 가공 상태의 도 1의 실린더 블록을 도시한 도면.
도 4는 코팅층 도포 중인 도 2의 실린더 블록을 도시한 도면.
도 5는 가공 완료 상태의 도 4의 실린더 블록을 도시한 도면.

도 1 내지 도 5는 다양한 가공 상태의 실린더 블록(1)을 도시한다. 실린더 블록(1)은 크랭크 케이스 상부(2)와 실린더 블록(3)을 갖는 실린더 크랭크 케이스이다. 실린더 블록(3)은 다수의 실린더를 포함하지만, 도시된 종단면도에는 중앙축(6)을 갖는 단 하나의 실린더(5)만 보인다.

실린더 블록(1)은 예를 들어 경금속 또는 주철로 주조에 의해 제조된다. 실린더 블록(1)이 흑연편을 갖는 주철로 제조된다면, 실린더 경로도 대개는 양호한 미끄럼 및 마모 특성 때문에 실린더 블록의 주철에 의해 형성된다. 경금속, 특히 알루미늄 합금으로 이루어진 실린더 블록의 경우에는, 실린더 라이너가 사용될 수 있고 또는 실린더 경로의 미끄럼 및 마모 특성이 특별한 가공 방법, 특히 코팅 작업에 의해 개선될 수 있다. 주철로 이루어진 실린더 경로도 또한 코팅될 수 있다.

도 1은 주조 공정 후의 블랭크 부분으로서 주조 경사(casting slope)를 갖는 실린더 블록(1)을 도시하고 있다. 재료의 축적(build-up)이 실린더 블록(3) 내측의 실린더(5) 단부의 두 개의 지점(11, 12)에 나타나 있다. 내측에서 방사상으로 순환하는 재료 축적(11, 12)은 주조 동안에 의도적으로 이루어져 이하에 설명되는 추가의 가공 단계에서 변경된다.

도 2는 호닝에 의한 절삭 가공 후의 도 1의 실린더 블록(1)을 도시하고 있다. 호닝 동안에 실린더(5)는 절삭 가공되어, 주조 경사가 제거되며 실린더(5)가 곧은 원형 실린더 형태를 갖게 된다. 평평한 호닝 제외부(21, 22)에 의하여, 실린더(5)의 단부에는 방사상으로 내향 돌출되며 축방향, 즉 실린더(5)의 중앙 축(6)의 방향 또는 이에 평행한 방향에서 실린더(5)를 한정하는 칼라(25, 26)가 형성된다.

도 3은 실린더(5)의 호닝 동안에 방사상으로 내향 돌출된 칼라(35, 36)가 또한 경사진 호닝 제외부(31, 32)를 이용하여 형성될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 칼라(35, 36)는 도 2에 도시된 실시예와 동일한 기능을 갖는다.

도 4는 호닝 동안에 형성된 칼라(도 2에서 25, 26 및 도 3에서 35, 36으로 표시됨)가 사용되는 목적을 도시하고 있다. 도 2 및 도 3에 나타낸 호닝에 의한 절삭 가공 후에 실린더(5) 또는 실린더(5)의 작동면에는 코팅 장치(40)를 이용하여 코팅층이 제공된다. 코팅 장치(40)는 예를 들어 스프레이 랜스(spray lance)(41)를 포함하며, 도면 부호 44로 표시된 바와 같이 스프레이라고도 칭해지는 코팅 재료가 상기 스프레이 랜스에 실린더(5)의 작동면에 도포된다.

과잉 코팅 재료는 흡인 장치(46)를 이용하여 흡인된다. 흡인 장치(46)는 흡인 파이프(48)를 포함하고, 흡인 파이프의 자유 단이 칼라(25, 26)에 밀봉 지지 및/또는 정지해 있다. 흡인 파이프(48)는 크랭크 케이스 상부(2)의 내벽(49) 내에 방사상으로 배치된다. 이는 실린더(5)의 작동면의 코팅 작업 동안에 코팅 재료가 크랭크 케이스 상부(2)의 내벽(49)에 도달하지 않는 것을 보장한다.

도 5는 코팅 작업 후 및 호닝에 의한 추가적인 절삭 가공 후의 실린더 블록(1)을 도시하고 있다. 최종 호닝 가공에 의하여 도 2에서 25, 26 및 도 3에서 35, 36으로 표시된 칼라가 제거된다. 이는 경사진 높은 제외부(51) 또는 평평한 높은 제외부(52)에 의해 수행될 수 있다. 코팅 작업 후에 칼라는 더 이상 아무 기능도 갖고 있지 않으며 실린더 블록(1)의 마감 가공의 결과로서 용이하게 제거된다.

1 : 실린더 블록
5 : 실린더
21, 22, 31, 32 : 호닝 제외부
25, 26, 35, 36 : 칼라
40 : 코팅 장치
46 : 흡인 장치
48 : 흡인 파이프

Claims

절삭 가공된 기능면들과, 코팅층을 갖는 하나 이상의 실린더(5)를 구비한 실린더 블록에 있어서,
실린더 블록(1)은, 축방향에서 실린더(5)를 한정하며 실린더(5)로부터 먼 쪽을 향하는 그 측면이 과잉 코팅 재료를 흡인하는 역할을 하는 흡인 장치(46)에 대한 정지 요소인 내향 돌출된 칼라(25, 26; 35, 36)를 실린더(5)의 단부에 갖는 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
제1항에 있어서, 칼라(25, 26; 35, 36)는 코팅 작업을 위한 중간 가공 상태에서만 존재하는 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
제1항 또는 제2항에 있어서, 실린더 블록(1)은 코팅 작업 후에 칼라(25, 26; 35, 36)가 더 이상 존재하지 않도록 실린더(5)의 단부에서 절삭 가공되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
제1항 또는 제2항에 있어서, 실린더 블록(1)은 내향 돌출된 칼라(25, 26; 35, 36)를 형성하기 위하여 코팅 작업 전에 실린더(5)의 단부에서 절삭 가공되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
제1항 또는 제2항에 있어서, 실린더 블록(1)은 내향 돌출된 칼라(25, 26; 35, 36)를 형성하기 위하여 코팅 작업 전에 실린더(5)의 단부에서 호닝에 의해 절삭 가공되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
제5항에 있어서, 내향 돌출된 칼라(25, 26; 35, 36)는 호닝 제외부(21, 22; 31, 32)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
절삭 가공된 기능면들과, 코팅층을 갖는 하나 이상의 실린더(5)를 구비한 실린더 블록(1)의 제조 방법으로, 제1항 또는 제2항에 따른 실린더 블록(1)의 제조 방법에 있어서,
실린더 블록(1)은, 축방향에서 실린더(5)를 한정하며 실린더(5)로부터 먼 쪽을 향하는 그 측면이 과잉 코팅 재료를 흡인하는 역할을 하는 흡인 장치(46)에 대한 정지 요소인 내향 돌출된 칼라(25, 26; 35, 36)를 형성하기 위하여 코팅 작업 전에 실린더(5)의 단부에서 절삭 가공되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록의 제조 방법.
제7항에 있어서, 실린더 블록(1)은 내향 돌출된 칼라(25, 26; 35, 36)를 형성하기 위하여 코팅 작업 전에 실린더(5)의 단부에서 호닝에 의해 절삭 가공되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록의 제조 방법.
제8항에 있어서, 내향 돌출된 칼라(25, 26; 35, 36)는 호닝 동안에 호닝 제외부(21, 22; 31, 32)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록의 제조 방법.
제7항에 있어서, 코팅 작업 전, 코팅 작업 중 그리고 코팅 작업 후 중에서 하나 이상의 단계 중에 흡인 장치(46)는 실린더(5)로부터 먼 쪽을 향하는 칼라(25, 26; 35, 36)의 측면 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록의 제조 방법.
제7항에 있어서, 실린더 블록(1)은 칼라(25, 26; 35, 36)를 제거하기 위하여 코팅 작업 후에 실린더(5)의 단부에서 절삭 가공되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록의 제조 방법.
제7항에 있어서, 실린더 블록(1)은 칼라(25, 26; 35, 36)를 제거하기 위하여 코팅 작업 후에 실린더(5)의 단부에서 호닝에 의해 절삭 가공되는 것을 특징으로 하는 실린더 블록의 제조 방법.