KR102018429B1 - 내연 기관용 실린더 코팅 방법 및 내연 기관용 실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 기관용 실린더 코팅 방법으로서, 실린더(1)는 내연 기관(2)의 크랭크 케이스(7) 내에 구성되고, 실린더(1)의 내부 공간(3)에 대향하도록 구성되며 이를 따라 내연 기관(2)의 피스톤이 이동될 수 있는 피스톤 주행면(5)을 갖는 실린더 라이닝 표면부(4)를 가지며, 실린더는 내부 공간(3)에 인접하는 추가적인 표면(13, 14), 특히, 내연 기관(2)의 크랭크 샤프트의 장착을 위해 구비되는 지지부(6)의 지지부 표면(13) 및 지지부(6) 및 실린더 라이닝 표면부(4) 사이에 구성되는 런-아웃부(8)의 런-아웃부 표면(14)을 갖는, 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 내부 공간(3)에 대향하도록 구성되는 추가적인 표면(13, 14)은 제1 단계에서 소정 구조(16)를 수용하며, 코팅은 제2 단계에서 피스톤 주행면(5)에 분무 형태로 이루어진다. 또한, 내연 기관(2)용 실린더(1)가 제공되며, 실린더(1)는 적어도 일시적으로 소정 구조(16)를 갖는다.

Description

내연 기관용 실린더 코팅 방법 및 내연 기관용 실린더{METHOD FOR COATING A CYLINDER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, AND CYLINDER FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연 기관용 실린더 코팅 방법 및 특허 청구항 11에 청구된 내연 기관용 실린더에 관한 것이다.

내연 기관용 실린더 코팅 방법은 공지되어 있다. 실린더의 피스톤 주행면에 대한 코팅은, 실린더 내에서 요동되게 이동하는 내연 기관의 피스톤이 마모가 저감되게 주행하도록 하는 역할을 한다. 코팅은 플라즈마 분무를 사용하여 피스톤 주행면에 분무함으로써 이루어진다.

특허 명세서 EP 2,112,359 B1은 피스톤 주행면이 홈 또는 나선형 프로파일을 포함하는 거친 구조를 갖는 실린더를 개시한다. 이러한 거친 구조는 언더 컷을 가지므로, 실린더 코팅을 위한 점착 표면적을 증가시킨다. 또한, 이로 인해 코팅의 점착성을 향상시킨다.

코팅의 점착성을 개선하기 위해 실린더의 피스톤 주행면이 2개의 기복을 갖는 형상을 포함하는 나사산 형상의 구조를 갖는 특허 명세서 EP 1,334,268 B1로부터 실린더 코팅 방법을 확인할 수 있다.

특허 명세서 EP 1,225,324 B1은 피스톤 주행면이 합금으로 구성되는 코팅을 갖는 내연 기관용 실린더를 개시한다. 코팅의 점착성을 개선하기 위해 피스톤 주행면 자체는 다수의 경사진 주행 치형(running teeth)을 갖는 거친 구조를 갖는다.

그러나, 코팅 공정 중, 코팅 재료의 반사된 파티클로 인해 코팅 재료의 파티클의 정의되지 않은 재료 박힘(material embedding)이 코팅 내에서 발생한다. 특히, 호닝 런 아웃(honing run-out)으로서 알려지고 지지 받침대(bearing pedestal)로서 알려진 것의 실린더 내에 구성되는 표면에서 이러한 파티클이 반사된다. 반사된 파티클이 박힌 결과, 이러한 반사는 코팅의 층 구성을 불균일하게 한다. 추가적인 기계 가공 공정, 특히, 실린더의 호닝(honing)과 같은 마감 공정에서, 이러한 불균일한 코팅은 파열 및 표면 손상을 야기하게 된다. 이에 따라, 실린더가 사용하기에 부적절해지므로 더 이상 사용될 수 없다.

본 발명의 목적은 개선된 내연 기관용 실린더 코팅 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가적인 목적은 개선된 내연 기관용 실린더를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기한 목적은 특허 청구항 1의 특징을 갖는 내연 기관용 실린더 코팅 방법에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 상기한 추가적인 목적은 특허 청구항 11의 특징을 갖는 내연 기관용 실린더에 의해 달성된다. 본 발명의 편리하고 중대한 개발과 관련된 유리한 개선예가 각각의 종속항에 제시된다.

본 발명에 따른 내연 기관용 실린더 코팅 방법은, 실린더는 내연 기관의 크랭크 케이스 내에 구성되고, 실린더의 내부 공간에 대향하도록 구성되며 이를 따라 내연 기관의 피스톤이 이동될 수 있는 피스톤 주행면을 갖는 실린더 라이닝 표면부를 가지며, 실린더는 내부 공간에 인접하는 추가적인 표면, 특히, 내연 기관의 크랭크 샤프트의 장착을 위해 구비되는 지지부의 지지부 표면 및 지지부 및 주행면부 사이에 구성되는 런-아웃부의 런-아웃부 표면을 가지며, 내부 공간에 대향하도록 구성되는 추가적인 표면은 제1 단계에서 소정 구조를 수용하며, 코팅은 제2 단계에서 피스톤 주행면에 분무 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 방법의 이점은, 피스톤 주행면으로서 구성되지 않은 실린더의 표면, 즉, 추가적인 표면이, 코팅의 적용 중 생성되는 파티클의 소정 반사를 위해 구성되는 소정 구조를 수용한다는 것이다. 이는 실질적으로 개선된 실린더 표면이 피스톤 주행면의 영역에서 달성될 수 있다는 것을 의미한다. 이에 따라, 거절율(reject rate)이 저감되며, 이에 따라, 생산 비용이 실질적으로 저하될 수 있다. 표면은 바람직하게는 지지부 표면 및/또는 런-아웃부의 런-아웃부 표면이다. 런-아웃부 표면은 피스톤 주행면에 직접적으로 인접하도록 구성되며, 이에 따라, 피스톤 주행면과 직접적으로 접촉한다. 지지부 표면은 피스톤 주행면에 대해 횡방향으로, 통상, 수직으로 구성되므로, 지지부 표면은, 특히, 반사용으로 사용된다.

코팅은 바람직하게는 열 저항 및 기계적 저항 플라즈마 코팅의 형태로 수행된다.

본 발명에 따른 방법의 일 개선예에서, 제2 단계에 후속하거나 사실상 동시에 이루어지는 다음 단계에서, 반사된 파티클의 추출이 이루어진다. 반사된 파티클의 추출은 반사된 파티클의 제거를 확보한다.

본 발명에 따른 방법의 추가적인 개선예에서, 제2 단계 또는 다른 단계에 후속하는 추가적인 단계에서, 소정 구조가 제거된다. 코팅이 수행된 이후에, 추가적인 표면, 특히, 지지부 표면 및/또는 런-아웃 표면 상의 소정 구조는 더 이상 기능을 갖지 않으며, 이에 따라, 제거될 수 있으며, 이에 따라, 소정 구조에 의존하는 방식으로 생성되는 가능한 응력 집중이 방지된다. 재 가공 중에 장애 요인으로서 소정 구조가 배제될 수 있으므로 실린더의 개선된 재 가공에서 추가적인 이점이 확인된다.

이러한 이유로, 마찬가지로, 다음 단계 또는 추가적인 단계에 후속하는 후속 단계에서, 추가적인 표면, 특히, 지지부 표면 및/또는 런-아웃부 표면에 적용된 코팅을 제거하는 것이 유리하다. 이는 적용된 소정 구조의 제거와 동시에 수행될 수 있다. 제거가 동시에 수행되면, 방법 단계가 감소됨에 따라 방법의 비용이 절약된다.

소정 구조는 바람직하게는 스핀들 공정, 원형 기계 가공 공정 또는 나선형 기계 가공 공정에 의해 생성된다.

소정 구조는 치형 형상 구조로 구현된다. 분무 제트에 대한 일정 각도로 놓여지는 측면으로 인해, 치형은 실린더의 내부 공간 내측으로의 소정 방향, 즉, 다시 말하면, 피스톤 주행면으로부터 외면하는 방향으로 치형을 타격하는 파티클을 향한다. 파티클은, 예를 들면, 추출에 의해, 그곳에서 간단하게 제거될 수 있다. 소정 구조는 바람직하게는 0° 및 90° 사이의 값을 갖는 2개의 인접한 치형 사이에 구성되는 각도를 갖는다.

본 발명의 제2 양태는 내연 기관용 실린더에 있어서, 실린더는 실린더의 내부 공간에 대향하도록 구성되며 이를 따라 내연 기관의 피스톤이 이동될 수 있는 피스톤 주행면을 갖는 실린더 라이닝 표면부를 가지며, 실린더는 내부 공간에 인접하는 추가적인 표면, 특히, 내연 기관의 크랭크 샤프트의 장착을 위해 구비되는 지지부의 지지부 표면 및 지지부 및 실린더 라이닝 표면부 사이에 구성되는 런-아웃부의 런-아웃부 표면을 갖는, 실린더에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 실린더는 적어도 일시적으로 소정 구조를 갖는다. 적어도 일시적인 소정 구조에 의해, 높은 품질로 코팅된 피스톤 주행면이 이루어질 수 있다. 이는 피스톤 주행면의 마모를 줄이며, 이에 따라, 실린더의 사용 수명을 증가시킨다.

본 발명의 추가적인 이점, 특징 및 상세가 후술하는 바람직한 예시적인 실시예의 설명 및 도면을 사용하여 이루어진다. 전술한 설명에 기재된 특징 및 이러한 특징의 조합과, 후술하는 도면의 설명에 기재되고/되거나 도면에 도시된 특징 및 이러한 특징의 조합은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 각각 특정된 조합뿐만 아니라 다른 조합으로 단독으로 사용될 수 있거나, 그 자체로서 사용될 수 있다. 도면에서,
도 1은 종래 기술에 따른 코팅 방법 중의 내연 기관용 실린더의 도식적인 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 코팅 방법 중의 본 발명에 따른 내연 기관용 실린더의 도식적인 도면을 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 실린더의 III 부의 상세도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 실린더를 갖는 크랭크 케이스의 평면도를 도시한다.
도 5는 V-V선에 따른 단면으로 나타낸 도 4에 따른 크랭크 케이스의 상세를 도시한다.
도 6은 도 5에 따른 실린더의 VI 부의 상세도를 도시한다.
도 7은 도 5에 따른 실린더의 VII 부의 상세도를 도시한다.
도 8은 도 5에 따른 크랭크 케이스의 사시도를 도시한다.

도 1은 종래 기술에 따른 코팅 방법 중의 내연 기관(2)용 실린더(1)의 도식적인 도면을 도시한다.

실린더(1)는 중공형 실린더 형태로 구성되며, 피스톤(상세하게 도시되지 않음)이 내연 기관(2)의 작동 중에 요동 운동을 수행하도록 수용되는 내부 공간(3)을 갖는다. 실린더(1)와 피스톤 사이의 마모를 감소시키기 위해, 내부 공간(3)에 대향하도록 구성된 피스톤 주행면(5) 상에서 실린더(1)의 실린더 라이닝 표면부(4)의 영역에 실린더(1)의 코팅이 제공된다. 여기서, 실린더 라이닝 표면부(4)는 작동 중 피스톤 또는 피스톤 링과 접촉하는 실린더(1)의 부분이다.

실린더(1)는 크랭크 케이스(7) 내에 구성되어 크랭크 케이스(7)의 지지부(6)의 지지부 표면(13) 및 런-아웃부(8)를 포함하며, 지지부(6)는 내연 기관(2)의 크랭크 샤프트(상세히 도시되지 않음)를 장착하기 위해 제공되고, 런-아웃부(8)는 지지부(6) 및 실린더 라이닝 표면부(4) 사이에 구성된다.

코팅으로서, 분무 코팅 형태의 플라즈마 코팅이 제공되고, 이러한 플라즈마 코팅은 특별히 준비된 피스톤 주행면(5)에 적용된다. 이러한 피스톤 주행면(5)을 특별히 준비하는 것은 피스톤 주행면(5) 상의 코팅의 점착성을 개선하는 역할을 한다.

개구(10)로부터 분출되는 코팅 재료의 분무 제트(11)를 형성하기 위해 개구(10)를 가지면서 대응되게 구성되는 랜스(lance)(9)를 통해 코팅 방법이 수행된다. 실린더(1) 코팅 중, 이동 화살표(19)로 나타낸 바와 같이, 랜스(9)는 랜스 축(12)을 중심으로 회전 이동하고 랜스 축(12)을 따라 축 방향으로 이동한다.

종래 기술에 따른 방법의 코팅 공정 중, 피스톤 주행면(5)에 정의되지 않고 제어되지 않은 방식으로 축적되는 코팅 파티클(15)의 반사가, 내부 공간(3)에 대향하도록 구성되는 지지부 표면(13)의 지지부(6)의 영역에서, 그리고 내부 공간(3)에 대향하도록 구성된 런-아웃부(8)의 런-아웃부 표면(14) 상에서 발생한다.

도 2는 본 발명에 따른 방법 중의 본 발명에 따른 내연 기관(2)용 실린더(1)의 도식적인 도면을 도시한다. 지지부 표면(13) 및 런-아웃부 표면(14)은 소정 구조(16)를 가지며, 지지부 표면(13) 및/또는 런-아웃부 표면(14)을 타격하는 파티클(15)의 제어된 반사가 소정 구조(16)에 의해 이루어진다. 소정 구조(16)의 도움으로, 반사된 파티클(15)은 목표로 하는 방식으로 내부 공간(3) 내로 반사되어 그곳에서 추출된다.

이는 본 발명에 따른 방법이 제1 단계에서 지지부 표면(13) 및 런-아웃부 표면(14) 상의 소정 구조(16)의 구성을 갖는다는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 방법의 제2 단계에서, 본 예시적인 실시예에서 플라즈마 코팅인 코팅은, 특히, 피스톤 주행면(5)에 적용된다. 즉, 다시 말하면, 피스톤 주행면(5)에 분무가 수행된다. 코팅 중 또는 코팅 직후에, 본 예시적인 실시예에서 플라즈마 파티클의 반사된 파티클(15)이 추출된다.

분무 제트(11)에 의해, 내부 공간(3)에 대향하도록 구성되는 추가적인 표면(13, 14), 즉, 특히, 지지부 표면(13) 및 런-아웃부 표면(14)은, 마찬가지로, 코팅 재료, 즉, 플라즈마가 분무된다. 즉, 추가적인 표면(13, 14)에 코팅이 마찬가지로 이루어진다.

코팅 및 추출 이후에, 지지부 표면(13) 및 런-아웃부 표면(14)이 추가적으로 기계 가공되며, 마찬가지로 그곳에 축적된 코팅이 제거된다. 마찬가지로, 소정 구조(16)가 상기한 제거와 동시에 제거된다.

마찬가지로, 소정 구조(16)도 축적된 코팅의 제거 이후에 제거될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 실린더(1)의 III 부의 상세도를 도시한다. 소정 구조(16)는 치형 구조의 형태로 구성된다. 특히, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 대향하도록 구성되는 측면(18)에서 소정 구조(16)의 2개의 인접한 치형(17) 사이에 각도(α)가 존재하며, 이 각도(α)는 30° 및 60° 사이의 값을 갖는다.

소정 구조(16)는 1 이상의 값을 갖는 일정한 피치(P)를 갖는다. 본 예시적인 실시예에서, 소정 구조(16)는 스핀들 공정으로 형성된다. 마찬가지로, 소정 구조(16)는 원형 기계 가공 공정 또는 나선형 기계 가공 공정으로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 실린더(1)를 갖는 크랭크 케이스(7)의 평면도를 도시한다. 본 발명에 따른 실린더(1)는 도 5에서 소정 구조(16)의 영역에서 V-V선에 따른 단면으로 구체적으로 도시되고 도 8의 사시도로 도시된다. 소정 구조(16)의 VI 부의 상세도(도 6 참조)와 VII 부의 상세도(도 7 참조)의 위치는 도 5에서 확인할 수 있다.

Claims (15)

1. 내연 기관용 실린더 코팅 방법으로서,
   상기 실린더(1)는 상기 내연 기관(2)의 크랭크 케이스(7) 내에 구성되고, 상기 실린더(1)의 내부 공간(3)에 대향하도록 구성되며 이를 따라 상기 내연 기관(2)의 피스톤이 이동될 수 있는 피스톤 주행면(5)을 갖는 실린더 라이닝 표면부(4)를 가지며,
   상기 실린더는 상기 내부 공간(3)에 인접하는 추가적인 표면(13, 14)을 가지는 내연 기관용 실린더 코팅 방법에 있어서,
   상기 내부 공간(3)에 대향하도록 구성되는 상기 추가적인 표면(13, 14)은 제1 단계에서 소정 구조(16)를 수용하며, 상기 코팅은 제2 단계에서 상기 피스톤 주행면(5)에 분무 형태로 이루어지고,
   상기 소정 구조(16)는 삼각형 단면을 갖는 치형 형상 구조로 구현되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코팅은 플라즈마 코팅의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2 단계 이후에 이루어지거나 사실상 동시에 이루어지는 다음 단계에서 코팅의 반사된 파티클(15)의 추출이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 단계 또는 다음 단계 이후의 추가적인 단계에서 상기 소정 구조(16)가 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 다음 단계 또는 추가적인 단계 이후에 이어지는 단계에서 상기 추가적인 표면(13, 14)에 적용되는 상기 코팅이 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 추가적인 표면(13, 14)에 적용되는 상기 코팅은 상기 소정 구조(16)와 함께 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 소정 구조(16)는 스핀들 공정, 원형 기계 가공 공정 또는 나선형 기계 가공 공정에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   30° 및 60° 사이의 각도(α)가 상기 소정 구조(16)의 2개의 인접한 치형(17) 사이에 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 소정 구조(16)는 피치(P)를 갖도록 구성되며, 상기 피치(P)는 1 이상의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 내연 기관용 실린더로서,
    상기 실린더(1)는 상기 실린더(1)의 내부 공간(3)에 대향하도록 구성되며 이를 따라 상기 내연 기관(2)의 피스톤이 이동될 수 있는 피스톤 주행면(5)을 갖는 실린더 라이닝 표면부(4)를 가지며,
    상기 실린더는 상기 내부 공간(3)에 인접하는 추가적인 표면(13, 14)을 가지는 내연 기관용 실린더에 있어서,
    상기 실린더(1)는 적어도 일시적으로 소정 구조(16)를 갖고,
    상기 내부 공간(3)에 대향하도록 구성되는 표면(13, 14)은 상기 소정 구조(16)를 갖고,
    상기 소정 구조(16)는 삼각형 단면을 갖는 치형 형상 구성인 것을 특징으로 하는 실린더.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제11항에 있어서,
    30° 및 60° 사이의 값을 갖는 각도(α)가 상기 소정 구조(16)의 2개의 인접한 치형(17) 사이에 구성되는 것을 특징으로 하는 실린더.
15. 제11항 또는 제14항에 있어서,
    상기 소정 구조(16)는 피치(P)를 갖도록 구성되며, 상기 피치(P)는 1 이상의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 실린더.

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