KR101332447B1 - 실린더 블록 및 열 분무 코팅 형성 방법 - Google Patents

실린더 블록 및 열 분무 코팅 형성 방법 Download PDF

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

실린더 블록(1)에는 실린더 보어(2) 그리고 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a) 상에 배치되는 열 분무 금속 코팅이 제공된다. 내부 벽(2a)은 실린더 보어(2)의 내부 벽을 따라 상이한 축 위치에 위치되는 제1 및 제2 벽 섹션을 갖는다. 열 분무 금속 코팅(3)은 용해된 금속의 액적을 분무함으로써 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a) 상에 배치된다. 열 분무 금속 코팅(3)은 제1 철 산화물 농도를 갖는 제1 열 분무 코팅 부분(3A) 그리고 제2 철 산화물 농도를 갖는 제2 열 분무 코팅 부분(3B)을 포함한다. 제1 열 분무 코팅 부분(3A)은 제1 벽 섹션 상에 배치된다. 제2 열 분무 코팅 부분(3B)은 제2 벽 섹션 상에 배치된다. 제2 철 산화물 농도는 제1 철 산화물 농도와 상이하다.

Description

실린더 블록 및 열 분무 코팅 형성 방법{CYLINDER BLOCK AND THERMALLY SPRAYED COATING FORMING METHOD}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2009년 3월 4일자로 출원된 일본 특허 출원 제2009-051012호에 대한 우선권을 주장한다. 일본 특허 출원 제2009-051012호의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로 결합되어 있다.
본 발명은 일반적으로 실린더 보어(cylinder bore)의 내부 벽 상에 형성되는 열 분무 코팅을 갖는 실린더 블록 그리고 열 분무 코팅을 형성하는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 실린더 블록의 실린더 보어 상에 형성되는 열 분무 코팅이 실린더 보어의 각각의 섹션에 의해 요구되는 개선된 성능 특성을 갖는, 열 분무 코팅을 갖는 실린더 블록에 관한 것이다.
미국 특허 제5,592,927호는 실린더 라이너(cylinder liner)로서 알루미늄 합금 실린더 블록의 실린더 보어의 내부 벽 상에 열 분무 코팅을 형성하는 기술을 개시하고 있다. 열 분무 코팅은 종래의 주철 실린더 라이너의 대체물로서 역할을 한다. 열 분무 코팅은 용해된 금속 재료의 액적을 미립화(atomizing)하고 실린더 보어의 내부 벽 상으로 용해된 금속 재료를 분무함으로써 형성된다.
연소 챔버 근처의 실린더 보어의 섹션에서, 실린더 보어의 섹션에는 고온이 적용되기 때문에 내부 벽 표면에 대한 열 분무 코팅의 우수한 부착성이 요구된다는 것이 밝혀졌다. 한편, 피스톤이 활주 방식으로 이동하는 실린더 보어의 섹션에서, 열 분무 코팅은 피스톤에 대한 우수한 활주 성능을 가질 것이 필요하다. 이와 같이, 열 분무 코팅은 연소 챔버의 부근에서 실린더 보어의 내부 벽 표면에 강력하게 부착될 것이 필요하고, 열 분무 코팅은 피스톤이 활주하는 실린더 보어의 섹션에서 피스톤에 대한 낮은 마찰 저항을 가질 것이 필요하다.
그러나, 전술된 특허 문서에서 제시된 열 분무 기술에서, 열 분무 코팅은 실린더 보어의 전체 내부 표면에 걸쳐 균일한 성질로 형성된다(즉, 코팅의 경도, 부착 강도, 다공성 그리고 다른 성질이 균일하다). 결국, 코팅은 위에서 설명된 요건의 양쪽 모두를 충족시킬 수 없다.
본 발명의 하나의 목적은 실린더 보어의 각각의 섹션에 의해 요구된 성능 특성을 충족시키는 열 분무 코팅을 갖는 실린더 블록을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 열 분무 코팅을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
공지된 기술의 상태에 비추어, 본 발명의 하나의 태양은 실린더 보어 그리고 실린더 보어의 내부 벽 상에 배치되는 열 분무 금속 코팅을 주로 포함하는 실린더 블록을 제공하는 것이다. 내부 벽은 제1 벽 섹션 및 제2 벽 섹션을 갖는다. 제1 및 제2 벽 섹션은 실린더 보어의 내부 벽을 따라 상이한 축 방향 위치에 위치된다. 열 분무 금속 코팅은 용해된 금속의 액적을 분무함으로써 실린더 보어의 내부 벽 상에 배치된다. 열 분무 금속 코팅은 제1 철 산화물 농도를 갖는 제1 열 분무 코팅 부분 그리고 제2 철 산화물 농도를 갖는 제2 열 분무 코팅 부분을 포함한다. 제1 열 분무 코팅 부분은 실린더 보어의 내부 벽의 제1 벽 섹션 상에 배치된다. 제2 열 분무 코팅 부분은 실린더 보어의 내부 벽의 제2 벽 섹션 상에 배치된다. 제2 철 산화물 농도는 제1 철 산화물 농도와 상이하다.
이제부터, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조하기로 한다.
도 1은 열 분무 코팅이 하나의 실시예에 따라 형성된 실린더 블록의 사시도이다.
도 2는 열 분무 코팅의 중요 특징을 보여주는 도 1에 도시된 실린더 블록의 실린더 보어의 내부 벽의 개략 확대 단면도이다.
도 3은 연소 챔버의 부근의 실린더 보어의 제1 벽 섹션 상에 열 분무 코팅을 형성하는 공정의 제1 부분을 보여주는 도 1에 도시된 실린더 블록의 실린더 보어들 중 하나의 개략 확대 단면도이다.
도 4는 연소 챔버의 부근의 실린더 보어의 제1 벽 섹션 상에 열 분무 코팅을 형성하는 공정의 제2 부분을 보여주는 도 3에 도시된 실린더 보어의 개략 확대 단면도이다.
도 5는 피스톤이 활주하는 실린더 보어의 섹션 내의 실린더 보어의 제2 벽 섹션 상에 열 분무 코팅을 형성하는 공정의 제1 부분을 보여주는 도 4에 도시된 실린더 보어의 개략 확대 단면도이다.
도 6은 피스톤이 활주하는 실린더 보어의 섹션 내의 실린더 보어의 제2 벽 섹션 상에 열 분무 코팅을 형성하는 공정의 제2 부분을 보여주는 도 5에 도시된 실린더 보어의 개략 확대 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 열 분무 코팅의 특징을 보여주는 도 1에 도시된 실린더 블록의 실린더 보어들 중 하나의 확대 단면도이다.
이제부터, 선택된 실시예가 도면을 참조하여 설명될 것이다. 이 실시예의 다음의 설명은 단지 예시를 위해 제공되고 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물에 의해 한정된 본 발명을 제한할 목적을 위해 제공되지 않는다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
우선, 도 1을 참조하면, 열 분무 코팅이 하나의 예시 실시예에 따라 형성된 엔진 실린더 블록(1)이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 엔진 실린더 블록(1)은 복수개의 실린더 보어(2)를 갖는다. 열 분무 코팅(3)이 실린더 보어(2)의 각각의 내부 벽 상에 형성된다. 실린더 블록(1)은 종래의 철 실린더 블록이 아니라, 대신에, 더 가벼운 중량을 성취하기 위해 알루미늄 합금을 사용하여 주조된다. 원통형 구멍 즉 실린더 보어(2)가 피스톤을 수납하기 위해 실린더 블록(1) 내에 형성된다. 또한, 엔진 실린더 블록(1)을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 때에, 다음의 방향 관련 용어 "하부(lower)", "상부(upper)", "위에(above)", "하향으로(downward)", "수직(vertical)", "수평(horizontal)", "아래에(below)" 및 "횡단 방향으로(transverse)" 그리고 또한 임의의 다른 유사한 방향 관련 용어는 실린더 보어(2)의 중심 축이 수직 배향으로 배치된 상태에서의 실린더 보어(2)의 그 방향을 말한다. 따라서, 이들 용어는 엔진 실린더 블록(1)을 설명하는 데 이용될 때에 수직 배향으로 배치된 실린더 보어(2)의 중심 축에 대해 해석되어야 한다.
이제부터, 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 실린더 블록(1)의 실린더 보어(2) 중 하나의 내부 벽의 확대 단면도가 열 분무 코팅(3)의 특징을 보여주도록 도시되어 있다. 열 분무 코팅(3)은 용해된 금속의 액적을 분무함으로써 형성된다. 도 2에 도시된 것과 같이, 각각의 열 분무 코팅(3)은 제1 열 분무 코팅 부분(3A) 및 제2 열 분무 코팅 부분(3B)을 포함한다. 제1 열 분무 코팅 부분(3A)은 (도시되지 않은) 실린더 헤드 내에 형성되는 연소 챔버 근처[즉, 실린더 보어(2)의 상부 진입부 근처]에 있는 실린더 보어(2)의 제1 벽 섹션 상에 형성된다. 제1 열 분무 코팅 부분(3A)은 제1 철 산화물 농도로 형성된다. 제2 열 분무 코팅 부분(3B)은 피스톤이 활주 운동으로 상하로 왕복 이동하는 실린더 보어(2)의 내부측의 제2 벽 섹션 상에 형성된다. 제2 열 분무 코팅 부분(3B)은 제2 철 산화물 농도로 형성된다. 제1 열 분무 코팅 부분(3A) 내에 함유된 철 산화물의 농도는 제2 열 분무 코팅 부분(3B) 내에 함유된 철 산화물의 농도와 상이하다. 바꿔 말하면, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)의 제1 철 산화물 농도는 제2 열 분무 코팅 부분(3B)의 제2 철 산화물 농도와 상이하다. 이와 같이, 열 분무 코팅(3)이 실린더 보어(2)의 적어도 2개의 상이한 벽 섹션에서 상이한 철 산화물 농도를 갖는다.
실린더 보어(2)의 내부측의 제2 벽 섹션에서, 피스톤이 활주 운동으로 상하로 왕복 이동한다. 제2 벽 섹션은 이후에 활주 섹션(sliding section)이라 한다. 활주 섹션은 피스톤의 속도가 느려지는 상사점(top dead center)을 포함하는 섹션[실린더 보어(2)의 상부 진입부 근처 즉 연소 챔버 근처의 섹션]을 제외한 전체 실린더 보어(2)를 포함하는 섹션으로서 한정된다. 피스톤의 속도는 하사점(bottom dead center)에서 또한 느려지지만, 하사점을 포함하는 섹션은 활주 섹션으로부터 제외되지 않는다.
실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)의 표면은 미세하게 거칠기 가공되어 열 분무 코팅(3)을 형성하는 용해된 액적이 거칠기 가공된 표면의 만입부 내로 진입하고 그에 의해 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)에 대한 열 분무 코팅(3)의 부착 강도를 증가시킨다. 제1 열 분무 코팅 부분(3A)은 (연소 챔버 근처의) 실린더 보어(2)의 상부 개구로부터 하향으로 소정 거리 L1만큼 연장되는 제1 벽 섹션 상에 형성된다. 이와 같이, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)이 실린더 블록의 상부 표면(1a)에 위치되는 실린더 보어(2)의 진입부로부터 상부 표면(1a)에서 거리 L1(예컨대, 40 ㎜)에 위치되는 실린더 보어(2) 내부측의 위치까지 형성된다. 이러한 소정 거리 L1은 제1 열 분무 코팅 형성 영역 길이(L1)라 한다. 제2 열 분무 코팅 부분(3B)은 제1 열 분무 코팅 부분(3A)의 저부 위치로부터 소정 거리 L2에 걸쳐 형성된다. 이와 같이, 예컨대, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)이 실린더 보어(2)의 진입 개구로부터 40 ㎜에 위치되는 위치로부터 하향으로 거리 L2에 걸쳐 형성된다. 이러한 소정 거리 L2은 제2 열 분무 코팅 형성 영역 길이 L2로서 또한 호칭된다.
제1 벽 섹션[즉, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)이 형성되는 섹션]에는 연소 챔버에 근접한 위치에 있기 때문에 고온이 적용된다. 결국, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)은 활주 섹션의 제2 열 분무 코팅 부분(3B)에 비해 내부 벽(2a)에 대한 높은 층간 부착 강도(inter-layer adhesion strength)를 가질 것이 필요하다. 부착 강도를 증가시키기 위해, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)은 코팅 내에 함유된 철 산화물의 농도가 활주 섹션의 제2 열 분무 코팅 부분(3B)에 비해 상대적으로 낮도록 형성된다. 열 분무 코팅 내에 함유된 철 산화물의 농도를 낮추는 것은 내부 벽(2a)에 대한 코팅의 층간 부착 강도를 증가시키고, 그에 의해 연소 중의 엔진의 노킹-방지 성질(anti-knock property)이 개선될 수 있게 한다.
제2 열 분무 코팅 부분(3B)이 형성되는 활주 섹션에서는 피스톤이 연소 챔버 근처보다 높은 속도로 왕복 이동한다. 결국, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)은 피스톤이 매끄럽게 활주될 수 있도록 더 양호한 활주 성능을 가질 것이 필요하다. 피스톤에 대한 더 양호한 활주 성능을 성취하기 위해, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)은 코팅 내에 함유된 철 산화물의 농도가 제1 벽 섹션의 제1 열 분무 코팅 부분(3A)에 비해 상대적으로 높도록 형성된다. 열 분무 코팅 내에서의 철 산화물의 농도를 증가시키는 것은 철 산화물의 자기-윤활 성질(self-lubricating property)이 코팅의 활주 성능을 개선할 수 있게 한다.
위에서 설명된 실린더 블록(1)에서, 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a) 상에 형성된 열 분무 코팅(3)은 코팅 내에 함유된 철 산화물의 농도가 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)의 섹션에 따라 상이하도록 형성된다. 결과적으로, 각각의 벽 섹션에는 철 산화물 농도에 따라 어떤 성질(즉, 층간 부착 강도 및 활주 성능)이 제공될 수 있다.
위에서 설명된 실린더 블록(1)에서, 피스톤이 활주하는 실린더 보어의 활주 섹션(2a) 상에 형성된 제2 열 분무 코팅 부분(3B) 내에 함유된 철 산화물 농도는 연소 챔버 근처의 실린더 보어(2)의 제1 벽 섹션 상에 형성된 제1 열 분무 코팅 부분(3A) 내에 함유된 철 산화물 농도보다 높다. 이와 같이, 피스톤에 대한 열 분무 코팅(3)의 활주 성능이 철 산화물의 자기-윤활 성질로 인해 개선될 수 있다.
이러한 실시예에 따른 실린더 블록(1)에서, 엔진의 노킹-방지 성질이 연소 챔버 근처의 실린더 보어(2)의 제1 벽 섹션에서 보증될 수 있고, 피스톤에 대한 내마모성이 실린더 보어(2)의 활주 섹션에서 증가될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 실시예에 따른 실린더 블록(1)에서, 실린더 보어(2)의 각각의 섹션이 상이한 성능 요건을 충족시키도록 형성될 수 있다.
이제부터, 실린더 블록(1)의 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a) 상에 열 분무 코팅(3)을 형성하는 열 분무 코팅 형성 방법이 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 도 3 및 도 4는 연소 챔버의 부근의 실린더 보어(2)의 제1 벽 섹션 상에 열 분무 코팅을 형성하는 공정을 도시하고 있고, 한편 도 5 및 도 6은 피스톤이 활주하는 실린더 보어(2)의 제2 벽 또는 활주 섹션 상에 열 분무 코팅을 형성하는 공정을 도시하고 있다.
실린더 보어(2)의 내부측 벽 표면(2a) 상에 열 분무 코팅(3)을 형성하기 전에, 실린더 블록(1)의 외부측 표면이 버(burr) 그리고 주조 후에 남아 있는 다른 표면 결함을 제거하도록 처리된다. 그 다음에, 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)이 미세하게 거칠기 가공된 표면을 성취하기 위해 보어 표면 준비 가공 공정(bore surface preparatory machining process)으로 처리된다. 보어 표면 준비 가공 공정은 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)의 표면 상에 미세한 만입부 및 돌출부를 형성하는 역할을 하고, 그에 의해 내부 벽(2a)에 대한 열 분무 코팅(3)의 부착 강도를 증가시킨다.
각각의 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)은 상부 벽 섹션 및 하부 벽 섹션으로 분할된다. 용해된 금속의 액적이 열 분무 코팅(3)을 형성하기 위해 각각의 섹션 상으로 분무된다. 더 구체적으로, 이전에 언급된 것과 같이, 각각의 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)은 2개의 벽 섹션 즉 연소 챔버 근처의 제1 벽 섹션 그리고 피스톤이 활주하는 제2 벽(활주) 섹션으로 분할된다. 연소 챔버 근처의 실린더 보어(2)의 섹션 상에 형성된 열 분무 코팅(3)의 부분 내에 함유된 철 산화물의 함량은 실린더 보어(2)의 활주 섹션 상에 형성된 열 분무 코팅(3)의 부분 내에 함유된 철 산화물의 함량과 상이하다. 열 분무 코팅(3)의 각각의 부분 내에 함유된 철 산화물의 함량은 용해된 액적을 분무하는 데 사용되는 노즐(4)의 급송 스트로크 길이(feed stroke length)를 변화시킴으로써 변동된다. 구체적으로, 연소 챔버 근처의 제1 벽 섹션에 대해 사용된 급송 스트로크 길이는 활주 섹션의 제2 철 산화물 농도가 연소 챔버 근처의 제1 벽 섹션의 제1 철 산화물 농도보다 높도록 활주 섹션에 대해 사용된 급송 스트로크 길이와 상이하다.
우선, 연소 챔버 근처의 실린더 보어(2)의 제1 벽 섹션이 분무된다. 더 구체적으로, 도 3에 도시된 것과 같이, 열 분무 건 장치(thermal spray gun apparatus)의 노즐(4)이 실린더 보어(2) 내부측에 삽입되고, 노즐(4)이 화살표로 지시된 방향으로 축에 대해 회전하면서 실린더 보어(2)의 진입 개구로부터 실린더 보어(2) 내로 하향으로 하강하는 동안에, 용해된 금속의 액적이 노즐(4)의 팁 단부로부터 분무된다. 용해된 금속은 예컨대 철계 재료이다.
도 3에 도시된 것과 같이, 노즐(4)이 회전하면서 동시에 실린더 보어(2)의 진입 개구로부터 실린더 보어(2) 내로 하향으로 하강하는 동안에, 용해된 금속 액적이 연소 챔버 근처의 내부 벽(2a)의 제1 벽 섹션 상으로 분무된다. 도 4에 도시된 것과 같이, 노즐(4)이 연소 챔버 근처의 제1 벽 섹션의 저부 단부 위치에 도달될 때에, 노즐(4)의 급송 방향이 역전되고, 노즐(4)이 회전하면서 동시에 실린더 보어(2)의 진입 개구를 향해 상향으로 상승하는 동안에, 용해된 금속 액적이 내부 벽(2a) 상으로 분무된다.
이러한 실시예에서, 제1 열 분무 코팅 형성 영역 길이 L1이 40 ㎜이면, 노즐(4)이 하강 및 상승하는 스트로크 길이는 20 내지 25 ㎜로 설정된다. 4회의 왕복 통과(round-trip pass)를 통해 노즐(4)을 하강 및 상승시킴으로써 제1 열 분무 코팅 부분(3A)이 제1 열 분무 코팅 형성 영역의 전체 영역 상에 형성된다. 결과적으로, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)이 연소 챔버 근처의 실린더 보어(2)의 제1 벽 섹션 상으로 균일하게 피착된다.
다음에, 도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 피스톤이 활주하는 실린더 보어(2)의 제2 벽 섹션(활주 섹션)이 분무된다. 더 구체적으로, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)이 제1 열 분무 코팅 부분(3A)의 저부 단부 위치로부터 실린더 보어(2)의 하부 단부까지 연장되는 실린더 보어(2)의 제2 벽(활주) 섹션 상으로 용해된 금속 액적을 분무함으로써 형성된다. 도 5에 도시된 것과 같이, 노즐(4)이 회전하면서 동시에 제1 열 분무 코팅 부분(3A)의 저부 단부 위치로부터 실린더 보어(2)의 저부 단부 위치를 향해 하향으로 하강하는 동안에, 용해된 금속의 액적이 내부 벽(2a)의 활주 섹션 상으로 분무된다. 도 6에 도시된 것과 같이, 노즐(4)이 회전하면서 동시에 실린더 보어(2)의 저부 단부 위치에 도달될 때에, 노즐(4)의 급송 방향이 역전되고, 노즐(4)이 실린더 보어(2)의 진입 개구를 향해 상향으로 상승하는 동안에, 용해된 금속 액적이 내부 벽(2a)의 활주 섹션 상으로 분무된다.
실린더 보어(2)의 활주 섹션[즉, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)을 형성하는 섹션]을 분무할 때에 노즐(4)이 이동하는 스트로크 길이는 연소 챔버 근처의 섹션[즉, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)을 형성하는 섹션]을 분무할 때에 노즐(4)이 이동하는 스트로크 길이보다 길다. 제2 열 분무 코팅 섹션(3B)을 형성할 때에 사용된 스트로크 길이는 예컨대 제1 열 분무 코팅 부분(3A)을 형성할 때에 사용된 스트로크 길이의 대략 6배 즉 120㎜이다. 노즐(4)의 스트로크 길이가 120㎜로 설정된 상태에서, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)이 4회의 왕복 통과를 통해 노즐(4)을 하강 및 상승시킴으로써 제2 열 분무 코팅 형성 영역의 전체 영역 상에 형성된다. 결과적으로, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)이 실린더 보어(2)의 활주 섹션 상으로 균일하게 피착된다. 노즐(4)을 회전 및 왕복시키는 속도는 제1 및 제2 열 분무 코팅 부분(3A, 3B)의 양쪽 모두의 코팅에 대해 동일하다.
이러한 실시예에서, 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)은 상부 및 하부 벽 섹션으로 분할되고, 용해된 금속의 액적이 벽 섹션의 각각 상으로 분무된다. 벽 섹션의 각각 상에 형성된 열 분무 코팅(즉, 제1 열 분무 코팅 부분 및 제2 열 분무 코팅 부분) 내에 함유된 철 산화물의 농도가 상이하므로, 벽 섹션의 각각 상에 형성된 코팅에는 철 산화물의 최적 농도가 제공될 수 있다. 더 구체적으로, 연소 챔버 근처의 실린더 보어(2)의 섹션 상에 형성된 제1 열 분무 코팅 부분(3A)은 더 높은 층간 부착 강도를 얻기 위해 더 낮은 철 산화물 농도를 갖도록 형성될 수 있고, 실린더 보어(2)의 활주 섹션 상에 형성된 제2 열 분무 코팅 부분(3B)은 더 양호한 활주 성능을 얻기 위해 더 높은 철 산화물 농도를 갖도록 형성될 수 있다.
노즐(4)이 실린더 보어(2) 내부측에서 이동하는 급송 스트로크 길이가 (상이하게) 변화될 때에, 용해된 금속의 특정 액적이 내부 벽(2a) 상으로 분무될 때로부터 액적이 용해된 금속의 또 다른 액적에 의해 덮일 때까지의 시간이 상이하다. 결국, 각각의 액적이 또 다른 액적으로 덮이기 전에 산화될 수 있는 시간이 상이하다. 더 구체적으로, 노즐(4)의 스트로크 길이가 길수록, 용해된 금속의 각각의 액적이 산화될 시간이 길어진다. 이와 같이, 제1 열 분무 코팅 부분(3A) 내에 함유된 철 산화물의 농도는 노즐(4)의 스트로크 길이가 더 짧기 때문에 더 낮고, 제2 열 분무 코팅 부분(3B) 내에 함유된 철 산화물의 농도는 노즐(4)의 스트로크 길이가 더 길기 때문에 더 높다. 결과적으로, [연소 챔버 근처의 실린더 보어(2)의 제1 벽 섹션 상에 형성된] 제1 열 분무 코팅 부분(3A)은 더 높은 층간 부착 강도를 갖고, [실린더 보어(2)의 활주 섹션 상에 형성된] 제2 열 분무 코팅 부분(3B)은 철 산화물의 자기-윤활 성질로 인해 피스톤에 대한 더 높은 활주 성능을 갖는다. 추가로, 필요한 성능 성질이 노즐(4)의 스트로크 길이를 단순하게 변화시킴으로써 실린더 보어(2)의 각각의 섹션 상에 형성된 열 분무 코팅(3)의 부분에 부여될 수 있으므로, 값비싼 장비 또는 값비싼 장비 변형에 투자할 필요 없이 열 분무 코팅(3)이 형성될 수 있다. 결과적으로, 값비싼 장비 또는 값비싼 장비 변형에 투자할 필요 없이 철 산화물의 최적 농도가 벽 섹션의 각각 내의 코팅에 부여될 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)의 각각의 섹션 상에 형성된 열 분무 코팅(3)의 부분 내에 함유된 철 산화물의 농도는 노즐(4)의 급송 스트로크 길이를 변화시킴으로써 조정된다. 역으로, 또 다른 실시예에 따르면, 열 분무 코팅의 각각의 부분 내에 함유된 철 산화물의 농도는 용해된 액적이 노즐(4)로부터 분무될 때에 취입되는 가스의 조성을 변화시킴으로써 조정된다.
예컨대, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)이 연소 챔버 근처의 실린더 보어(2)의 제1 벽 섹션 상에 형성될 때에, 액적이 분무될 때에 질소 가스가 용해된 금속의 액적에 대해 취입되도록 질소 가스가 보조 가스(assisting gas)로서 사용된다. 한편, 피스톤이 활주하는 실린더 보어(2)의 제2 벽(활주) 섹션 상에 제2 열 분무 코팅 부분(3B)이 형성될 때에, 액적이 분무될 때에 공기가 용해된 금속의 액적에 대해 취입되도록 공기가 보조 가스로서 사용된다.
질소 가스가 보조 가스로서 사용될 때에, 용해된 금속 액적이 산화되기 더 어렵다. 결국, 제1 열 분무 코팅 부분(3A) 내에 함유된 철 산화물의 농도가 더 낮다. 역으로, 공기가 보조 가스로서 사용될 때에, 용해된 금속 액적이 산화되기 더 쉽고, 결국, 제2 열 분무 코팅 부분(3B) 내에 함유된 철 산화물의 농도가 더 높다.
제2 실시예에서 사용된 방법이 [열 분무 코팅의 상이한 부분이 노즐(4)의 상이한 스트로크 길이를 사용하여 형성되는] 제1 실시예에서 사용된 방법과 별개로 또는 그와 연계하여 사용되는 것이 수용 가능하다. 바꿔 말하면, 노즐(4)의 상이한 급송 스트로크 길이 그리고 상이한 보조 가스를 사용하여 열 분무 코팅의 상이한 부분을 형성하는 것이 수용 가능하다.
제2 실시예에서, 실린더 보어(2)의 각각의 섹션 상에 형성된 열 분무 코팅의 부분 내에 함유된 철 산화물의 농도는 용해된 액적이 노즐(4)로부터 분무될 때에 취입되는 가스의 조성을 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
제2 실시예에서, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)을 형성하기 위해 용해된 금속 액적이 연소 챔버 근처에 위치된 실린더 보어(2)의 섹션 상으로 분무될 때에 질소 가스가 취입되고, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)을 형성하기 위해 피스톤이 활주하는 실린더 보어(2)의 섹션(활주 섹션) 상으로 용해된 금속 액적이 분무될 때에 공기가 취입된다. 이와 같이, 제1 열 분무 코팅 부분(3A) 내에 함유된 철 산화물의 농도가 상대적으로 낮고, 제2 열 분무 코팅 부분(3B) 내에 함유된 철 산화물의 농도가 상대적으로 높다. 결과적으로, 제1 열 분무 코팅 부분(3A)은 연소 챔버 근처에 위치된 실린더 보어(2)의 섹션의 내부 벽(2a)에 대한 개선된 층간 부착 강도를 갖고, 연소 중의 엔진의 노킹-방지 성질이 개선될 수 있다. 한편, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)은 철 산화물의 자기-윤활 성질로 인해 실린더 보어(2)의 활주 섹션에 개선된 활주 성능을 부여한다. 결과적으로, 값비싼 장비 또는 값비싼 장비 변형에 투자할 필요 없이 철 산화물의 최적 농도가 벽 섹션의 각각 내의 코팅에 부여될 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 열 분무 코팅의 특징을 보여주는 확대 단면도이다. 이러한 실시예에서, 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)은 도 1 내지 도 6에 도시된 이전 실시예와 같이 상부 및 하부(제1 및 제2) 벽 섹션으로 분할되고, 제1 및 제2 열 분무 코팅 부분(3A, 3B)은 2개의 코팅이 만나는 경계 부분에서 서로 부분적으로 중첩되도록 형성된다. 서로 부분적으로 중첩되도록 제1 및 제2 열 분무 코팅 부분(3A, 3B)에 적용하는 스트로크 길이를 변화시키는 것 이외의 공정은 2개의 위에서 언급된 공정의 어느 한쪽과 동일하다.
더 구체적으로, 도 5에 도시된 화살표로 지시된 것과 같이, 노즐(4)이 제1 열 분무 코팅 부분(3A)의 저부 단부 부분에서 용해된 금속 액적을 분무하는 동안에 방향을 변화시키는(복귀되는) 위치들이 서로 약간 오프셋된다. 예컨대, 노즐(4)이 제2 왕복 통과 중에 제1 열 분무 코팅 부분(3A)의 저부 단부에서 방향을 변화시키는 위치는 노즐(4)이 제1 왕복 통과 중에 방향을 변화시키는 위치에 대해 실린더 보어(2)의 입구를 향해 변위된다. 마찬가지로, 노즐(4)이 제3 왕복 통과의 저부 단부에서 방향을 변화시키는 위치는 노즐(4)이 제2 왕복 통과 중에 방향을 변화시키는 위치에 대해 실린더 보어(2)의 저부 단부를 향해 변위된다.
다음에, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)이 형성될 때에, 노즐(4)이 용해된 금속 액적을 분무하는 동안에 방향을 변화시키는(복귀되는) 위치들이 일정하지 않고, 대신에, 일부 통과 중에 실린더 보어(2)의 진입 개구를 향해 약간 오프셋된다. 이러한 방식으로, 제2 열 분무 코팅 부분(3B)이 제1 열 분무 코팅 부분(3A)의 일부 내로 진입되어 2개의 열 분무 코팅이 서로 중첩되도록 형성된다.
제1 열 분무 코팅 부분(3A) 및 제2 열 분무 코팅 부분(3B)이 함께 접합되는 부분에서 이들이 서로 상호 결합되므로, 실린더 보어(2)의 내부 벽(2a)에 대한 코팅의 층간 부착 강도가 더욱 개선된다.
단지 선택된 실시예가 본 발명을 예시하도록 선택되었지만, 다양한 변화 및 변형이 첨부된 특허청구범위에서 한정된 것과 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고도 수행될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 다양한 구성 요소의 크기, 형상, 위치 또는 배향은 필요 및/또는 요구에 따라 변화될 수 있다. 하나의 실시예의 구조 및 기능이 또 다른 실시예에서 채택될 수 있다. 이러한 특징(들)에 의해 실시되는 구조적 및/또는 기능적 개념을 포함하여 단독으로 또는 다른 특징과 조합으로 종래 기술로부터 독특한 모든 특징은 본 출원인에 의한 추가 발명의 별개의 설명인 것으로서 또한 고려되어야 한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 위의 설명은 단지 예시를 위해 제공되고, 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물에 의해 한정된 본 발명을 제한할 목적으로 제공되지 않는다.

Claims (9)

  1. 내부 벽을 따라 상이한 축 위치에 위치되는 제1 벽 섹션 및 제2 벽 섹션을 보유하는 실린더 보어와, 용해된 금속의 액적을 분무함으로써 실린더 보어의 내부 벽 상에 배치되는 열 분무 금속 코팅을 포함하고,
    열 분무 금속 코팅은,
    실린더 보어의 내부 벽의 제1 벽 섹션 상에 배치되며 제1 철 산화물 농도를 갖는 제1 열 분무 코팅 부분과, 실린더 보어의 내부 벽의 제2 벽 섹션 상에 배치되며 제1 철 산화물 농도와 상이한 제2 철 산화물 농도를 갖는 제2 열 분무 코팅 부분을 포함하고,
    제1 벽 섹션은 연소 챔버 근처에 위치되는 실린더 보어의 섹션에 대응하고, 제2 벽 섹션은 피스톤이 활주 운동으로 왕복하는 실린더 보어의 섹션에 대응하고, 제2 철 산화물 농도는 제1 철 산화물 농도보다 높은, 실린더 블록.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 제1 열 분무 코팅 부분을 보유한 제1 벽 섹션은 실린더 보어를 따라 소정 높이 위에 위치되는 실린더 보어의 내부 벽의 상부 섹션 상에 위치되고,
    제2 열 분무 코팅 부분을 보유한 제2 벽 섹션은 실린더 보어를 따라 소정 높이 아래에 위치되는 실린더 보어의 내부 벽의 하부 섹션 상에 위치되고,
    제2 철 산화물 농도는 제1 철 산화물 농도보다 높은, 실린더 블록.
  4. 제3항에 있어서, 제1 및 제2 열 분무 코팅 부분은 제1 및 제2 열 분무 코팅 부분이 만나는 경계 부분에서 서로 중첩되는, 실린더 블록.
  5. 실린더 블록의 실린더 보어의 내부 벽의 상부 벽 섹션 상에 용해된 금속의 액적을 열 분무함으로써 실린더 블록의 실린더 보어의 내부 벽의 상부 벽 섹션 상에 제1 철 산화물 농도를 갖는 상부 열 분무 코팅 부분을 형성하는 단계와,
    실린더 블록의 실린더 보어의 내부 벽의 하부 벽 섹션 상에 용해된 금속의 액적을 열 분무함으로써 실린더 블록의 실린더 보어의 내부 벽의 하부 벽 섹션 상에 제1 철 산화물 농도와 상이한 제2 철 산화물 농도를 갖는 하부 열 분무 코팅 부분을 형성하는 단계를 포함하고,
    상부 벽 섹션은 연소 챔버 근처에 위치되는 실린더 보어의 섹션에 대응하고, 하부 벽 섹션은 피스톤이 활주 운동으로 왕복하는 실린더 보어의 섹션에 대응하고, 제2 철 산화물 농도는 제1 철 산화물 농도보다 높은, 열 분무 코팅 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상부 및 하부 열 분무 코팅 부분의 형성은, 상부 및 하부 열 분무 코팅 부분 내에서의 제1 및 제2 철 산화물 농도가 서로 상이해지게 하기 위해 가변 급송 스트로크로 실린더 보어 내부측에서 용해된 금속의 액적을 분무하는 데 사용되는 노즐을 이동시킴으로써 수행되는, 열 분무 코팅 형성 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상부 및 하부 열 분무 코팅 부분의 형성 중에, 상부 및 하부 열 분무 코팅 부분 내에서의 제1 및 제2 철 산화물 농도가 서로 상이해지게 하기 위해 용해된 금속의 액적이 분무될 때에 취입되는 가스의 조성이 변화되는, 열 분무 코팅 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상부 열 분무 코팅 부분의 형성 중에, 용해된 금속의 액적이 연소 챔버 근처에 위치되는 실린더 보어의 상부 벽 섹션 상으로 분무되는 동안에, 질소 가스가 취입되고,
    하부 열 분무 코팅 부분의 형성 중에, 피스톤이 활주 운동으로 왕복하는 실린더 보어의 하부 벽 섹션 상으로 용해된 금속의 액적이 분무되는 동안에, 공기가 취입되는, 열 분무 코팅 형성 방법.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상부 및 하부 열 분무 코팅 부분의 형성은, 제1 및 제2 열 분무 코팅 부분이 만나는 경계부에서 제1 및 제2 열 분무 코팅 부분이 서로 중첩되도록 형성되는, 열 분무 코팅 형성 방법.
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