KR19980702659A - 피스톤 엔진용 실린더 라이너를 제조하는 방법 및 실린더 라이너와 피스톤 조립체. - Google Patents

Abstract

대형 2행정 크로스헤드 엔진과 같은 피스톤 엔진용 실린더 라이너(1)는 라이너의 내부 표면(7)상의 피스톤 링에 대한 주행 표면을 갖는다. 이 실린더 라이너는 25 내지 100cm 간격의 내부 직경 및 100 내지 400cm 간격의 길이를 갖는다. 우선적으로, 주행 표면은 곡면 절삭 에지를 갖는 적어도 하나의 절삭 공구를 사용하여 적어도 0.005mm의 파형 마루와 트로프사이의 레벨(h)의 차를 갖는 파형 패턴을 내부 표면내로 절삭시켜 완성된다. 그리고 나서 파형 미루는 호닝(honing)을 사용하지 않고 상기 실제 평편한 영역(18)들내로의 적어도 0.004mm 높이를 소성 압축시켜 제거됨으로, 압축후의 파형 트로프(17)의 하부는 이 영역보다 더 낮은 적어도 0.001mm의 레벨에 있다. 종방향 섹션에서 다듬질된 라이너(1)는 내부 표면(7)은 파형 트로프(17)가 실제 평편한 영역(18)에 의해 분리되는 부분 파형 표면을 갖는다.

Description

피스톤 엔진용 실린더 라이너를 제조하는 방법 및 실린더 라이너와 피스톤 조립체

독일 특허 제 683262호는 파형 패턴내의 파형 마루가 라이너의 내부 표면을 호닝(honing)하여 제거되는 이러한 종류의 방법에 의해 제조되는 실린더 라이너를 기술하고 있다. 이 방법은 내부 표면내로 파형 패턴을 절삭하는 한 기계 가공 디바이스로부터 호닝 머신내의 새로운 기구로의 전이를 필요로 한다. 게다가, 자체내의 호닝은 값비싼 시간 소비적 기계가공이며, 몇개의 회전 호닝 스톤을 지니는 헤드는 라이너를 통해서 통과하는 동안 이는 호닝 스톤이 파형 마루에서 재료를 그라인딩하도록 회전한다. 특히 보다 큰 실린더 라이너의 경우, 호닝 장치는 입수하기에 값이 비싸다.

스위스 특허 제 342409호는 실린더 라이너를 기술하고 있으며, 여기서 피스톤 링에 대한 주행 표면은 내부 표면내로 파형 패턴을 절삭하여 라이너의 내부 면상에 확정된다. 이와같은 라이너는 파형 절삭으로 불리며, 패턴은 보통 헬리컬형이고, 절삭 공구는 라이너가 회전하는 동안 일정 속도로 종방향으로 이송된다. 상기 스위스 특허에서 언급된 이점은 피스톤 링과 라이너의 내부 표면 사이에 활을 촉진시키는 오일 포켓이 나타나도록 그루브가 윤활유를 집중시키는 것이다. 라이너의 종방향으로 일치하는 파형 패턴으로 라이너의 내부 표면을 파형 절삭하는 것은 내부 표면의 호닝을 피한다는 제조 이점을 제공하는데, 그 이유는 파형 절삭이 소기의 내부 직경 크기의 라이너를 기계가공하기 때문이다. 라이너가 작동중에 있는 경우, 피스톤 링은 평편한 영역이 파형 트로프 사이에서 나타나도록 파형 마루를 마모시키지만, 피스톤 링엔젠동시에 마모된다.

커다란 2행정 크로스헤드 엔진의 개발은 실린더 출력의 증가, 결과적으로는 평균 유효압의 증가를 가져온다. 가장 최근의 엔진은 18.2 바(bar)의 유효압에서 5,700kw까지의 실린더 출력으로 제조될 수 있다. 이는 피스톤 링과 실린더 라이너가 매우 큰 것을 요하는데, 그 이유는 피스톤 링 전반의 압력 강하 결과적으로는 라이너의 내부 표면과 접촉력이 크게 되기 때문이다. 따라서 라이너의 내부 표면이 순수한 파형 패턴으로 절삭되는 경우 피스톤의 주행시 문제점들을 고려하는 것이 가능하며, 예리한 돌출 파형 마루는 피스톤 링을 고정시킬 수 있다.

덴마크 특허 제 139111호는, 파형 트로프가 실린더의 종방향으로 4mm 등의 길이(L)를 갖는 평면에 의해 분리되도록 헬리컬형의 피치(pitch)가 매우 큰 헬리컬형 절삭 그루브를 내부 표면에 지니는 실린더 라이너를 기술하고 있다. 그루브가 절삭되기 전에, 이 라이너는 호닝되어야 하는데, 이는 라이너를 제조하기에 값이 비싸며, 그 이유는 우선적으로 라이너가 한 기구내에서 거의 최종의 내부 치수로 기계가공되어야 하며, 그리고 나서 라이너가 호닝 머신에서 설치되어 호닝되고, 그 다음에 그루브를 절삭하는 제 1기구에 재배치되어야만 하기 때문이다. 대형 엔진용 실린더 라이너는 기계가공 장치내에 재배치 및 설치하는데 시간 소비적인 무거운 요소이다.

JP-A 5-65849는 피스톤 엔진용 실린더 블록을 기술하고 있으며, 여기서 보링 후의 실린더는 연삭 마크 또는 그루브를 웨플 패턴으로 형성하는 호닝 작업을 받아야 한다. 이 연삭 마크는 피스톤 링에 손상을 일으킬 수 있는 작고 예리한 돌출부를 포함한다. 이를 방지하기 위해 실린더의 내부면은 몇개의 압연 공구로 버니싱된다. 실린더형 표면상의 작은 돌출부를 평활하게 하는 이와같은 버니싱 작업은 잘 알려진 공정이다. 이 일본 특허 문서에 기술된 실린더 블록은 서로 다른 기계내의 몇가지 기구들사이에 또한 재배치되어야 한다.

본 발명은 대형 2행정 크로스헤드 엔진과 같은 피스톤 엔진용 실린더 라이너를 제조하는 방법에 관한 것으로, 여기서 라이너의 내부 표면상의 피스톤 링에 대한 주행 표면은, 우선적으로, 곡면 절삭 에지를 지니는 적어도 하나의 절삭 공구를 사용하여 내부 표면내로 적어도 0.05mm의 트로프(trough)와 파형 마루(wave crest) 사이의 레벨차를 갖는 파형 패턴을 절삭하고 그리고 나서 피스톤 상부의 데드 센터(dead center) 위치에 가장 가까운 적어도 주행 표면에서 상기 패턴으로부터 파형 마루를 제거함으로써 완성됨으로, 종방향 섹션에서 다듬질 라이너의 내부 표면은 파형 트로프가 실제 평행한 영역에 의해 분리되는 부분 파형의 표면을 지닌다.

도 1은 실린더 라이너에 대한 부분 측면도 및 부분적인 종방향 단면도.

도 2는 부분적으로 도시된 기계가공 장치내에 있는 실린더 라이너 기구의 사시도.

도 3은 압연 공구의 사시도.

도 4는 또 다른 압연 공구의 측면도.

도 5는 본 발명에 따라 압연된 실린더 라이너의 내부 표면을 통한 크게 확장된 종방향 단면도.

도 6은 파형 절단되고 부분적으로 호닝된 실린더 라이너의 내부 표면에 대하여 5배 확장된 사진.

도 7은 본 발명에 따라 파형 절단 및 압연된 실린더 라이너의 유사한 사진, 및

도 8은 도 6에 도시된 라이너 내부 표면상에서 이루어진 조도(roughness) 측정의 사본.

도 9는 도 7에 도시된 라이너 내부 표면상에서 이루어진 조도의 사본.

본 발명의 목적은, 값비싼 호닝 장치를 피하고 라이너의 최급을 용이하게 할 수 있는 방법으로 이점있는 울퉁불퉁한 패턴을 지니는 실린더 라이너를 제공하여 제조에 소비되는 시간을 감소시키는 것이다.

이러한 점에서, 본 발명에 따른 방법은, 실린더 라이너는 25cm 내지 100cm 간격의 내부 직경 및 100cm 내지 400cm 간격의 길이를 지니며, 파형 마루는 호닝을 사용하지 않고 상기 실제 평편한 영역내로의 적어도 0.004mm 높이의 소성 압축에 의해 제거되며, 압축후의 파형 트로프의 하부는 이러한 영역보다도 더 낮은 적어도 0.001mm의 레벨에 있다는 것을 특징으로 한다.

상기 소성 압축은 비교적 간편하고 값싼 장비로 이행되는 기술적으로 복잡하지 않은 공정에 의해 이루어질 수 있고 매우 큰 라이너는 하나의 동일한 기구내에 유지될 수 있는 동안 파형 패턴은 라이너의 내부면내로 절단되고 파형마루는 실제 평편한 영역내로 압축된다. 게다가 호닝 장치에서의 인베스트먼트(investment)는 절약되고, 상기 장치는 커다란 크기의 라이너에 대해 매우 값이 비싸다. 더욱이, 파형 트로프간의 대략 평편한 영역에서 라이너의 내부 표면은 라이너 및 피스톤 링의 주행에 매우 만족한 표면 특성을 성취한다. 압연 표면은 예리한 돌출부가 없지만, 다른 한편에는 완전히 평활하거나 또는 밝지 않은데, 이는 라이너와 피스톤 링간의 윤활에 대한 문제점을 초래한다. 파형 마루의 소성 압축은 이에 대한 장비가 가장 간단하기 때문에 바람직한 작은 압연 공구로 압연 등에 의해 이행될 수 있다. 변형적으로, 압연은 라이너의 전체 길이를 따라 연장되는 단일 롤러에 의해 이행될 수 있다. 파형 표면의 높이에 대한 상기 언급된 제한은, 압연하기 전에 0.01-0.02mm의 마루와 파형 트로프간의 레벨차를 갖는 파형 패턴에 특히 유리하다. 상기 간격 제한내에서의 파형 마루의 소성 변형으로, 라이너의 내부 표면은 피스톤 링의 온전한 주행을 제공하는 표면을 얻는다. 파형 트로프의 깊이가 0.001mm 보다 더 작게 되는 경우, 성취되는 윤활 상태는 만족스럽지 않을 것이다.

바람직하기로는, 파형 패턴은 보링 바에 의해 라이너의 종방향으로 전진되는 상기 적어도 하나의 절삭 공구에 의해 라이너의 내부 표면내로 절삭되는 동안 라이너는 파형 패턴이 적어도 하나의 나선 절삭으로 형성되도록 회전되며, 소성 압축은 절삭 공구와 동일한 보링 바에 의해 전방으로 이동되는 압연 공구로 내부 표면을 압연시켜 이행된다. 이는 한 기계내의 한 기구로부터 또 다른 기계내의 기구로 실린더를 재배치하는 시간 소비를 해결한다. 나선 절삭이 라이너의 내부 표면에서 절삭된 경우, 보링 바는 라이너의 외부로 압연 공구는 장착될 수 있으며, 이 경우 보링 바는 라이너내로 재삽입되고 압연이 이행된다. 절삭 및 압연 공구는 각각의 가로 이송대내에 또는 각각의 홀더내에 장착될 수 있음으로 공구의 적당한 변경은 필요에 따라 라이너의 내부 표면과 관련하여 공구를 전후방으로 주행시켜 대체될 수 있다. 절삭 공구를 지니는 보링 바는 공구의 방사상 변위에 의해 절삭 공구의 절삭 깊이를 조절하는데 적당하며, 결과적으로 압연 압력은 보링 바의 기존의 조절 선택 기능을 이용하도록 라이너의 방사 방향으로 압연 공구를 변위시켜 조절될 수 있는 것이 적당하다.

압연은 파이프의 내부 표면의 압연으로 알려진 공구 헤드에 장착된 몇개의 롤러를 지니는 압연 공구로 또한 이행될 수 있지만, 이러한 공구는 파이프 직경이 일정한 경우에 비교적 작은 파이프 직경에 가장 적당하다. 바람직하기로는, 소성 압축은 단일 롤러를 지니는 압연 공구로 회전시켜 이행되며, 라이너의 내부 표면과 관련한 롤러의 방사상 위치는 조절될 수 있으며, 이는 라이너가 회전하는 동안 라이너의 종방향으로 전방 이동될 수 있다. 이는 동일한 공구가 서로 다른 내부 직경을 갖는 라이너를 압연하는데 사용될 수 있다. 단일 롤러를 사용하면 압연 압력은 파형 패턴의 과도한 압연을 피하도록 롤러의 방사상 변위에 의해 매우 정확하게 조절될 수 있다. 몇개의 롤러가 사용되는 경우, 롤러의 동시 제어는 협소한 제한내에 이해되어야 하는데, 이는 특히 한 롤러상의 변화하는 힘이 다른 롤러(들)로 전달될 수 있기 때문에 어려울 수 있다.

압연 압력이 모니터링될 수 있고 내부 표면을 압연하는 동안 섬세히 조절될 수 있도록 현재의 압연 압력용 지압계와 결합되는 것이 바람직하다. 실린더 라이너는 동일한 크기의 몇개의 엔진 또는 단일 엔진에 대해 연속적으로 종종 제조되고, 이러한 연속 제조시 지압계는 실린더 라이너의 특정 크기에 적당한 압연 압력에 대한 경험을 재활용하는데 그리고 라이너의 초기 압연시 압연 공구를 조절하는데 또한 사용될 수 있다.

라이너의 제조를 용이하게 하기 위해서, 파형 패턴의 절작은 ±0.1-0.2mm 등의 절삭된 내부 라이너 직경의 허용치로 이행될 수 있으며, 이 경우 라이너 직경은 25 내지 100cm의 간격내에 있다. 이러한 허용치에도 불구하고, 패턴내의 파형 높이는 ±0.003mm 미만 등의 훨씬 더 미세한 허용치로 절삭되는 데, 그 이유는 절삭공구 내에서의 공구의 아크형 절삭 에지가 라이너의 내부 직경 및 패턴내의 소기의 파형 높이에 따라 100 내지 800mm 등의 매우 큰 반경을 가지며, 그리고 직경의 변화가 매우 느리게 일어나서 인접 파형이 실제 동일한 직경으로 절삭되기 때문이다. 라이너 직경의 허용치로 인해 압연 공구는 비록 라이너의 내부 직경이 라이너의 길이에 대하여 변화되더라도 라이너의 종방향으로 공구가 이동하는 경우에 소기의 압연 압력을 적당히 유지할 수 있다.

직경 변화가 작기 때문에, 매우 간단한 공구 장치내의 압연 압력은 이것이 가해지는 경우에 라이너의 방사 방향으로 소성 제한내에 내부로 굽어지는 아암에 의해 지탱되는 압연 공구에 의해 유지될 수 있음으로, 이 아암은 방사 방향으로, 탄성에 의해 직경 변화를 보상한다. 변형적으로, 압연 공구는 현재의 압연 압력용 지압계로부터의 신호에 기초한 조정 드라이버에 의해 방사 방향으로 연속 조절할 수 있는 가로 이송 대상에 장착될 수 있다.

피스톤 엔진이 주행하는 경우, 피스톤 위에 있는 챔버내의 압력은 상부 데드 센터 위치로부터 나중의 이동시에 강하되며, 감소 압력은 피스톤 링과 라이너 사이에 작은 힘을 초래한다. 어떤 경우에는, 가장 위에 피스톤 링이 활주하는 영역을 포함하는 상부 라이너 섹션에서 압연이 실행되는 방식으로 라이너를 제조하는 것이 가능한데, 이 경우 피스톤은 상부 데드 센터 및 피스톤 행정 부분으로부터 하부 데드 센터 위치 아래로 이동된다. 내부 표면의 압연은 매우 빨리 발생하여 압연을 상부 라이너 섹션으로 제한함으로써 얻어지는 실질적인 시간은 없지만, 보링 바가 그렇게 길 필요가 없기 때문에 길이가 400cm까지의 매우 큰 라이너의 경우에 특히 압연 장치내의 절감이 얻어질 수 있다.

파형 마루는 압연에 의해 상당히 변형될 수 있음으로 파형 트로프간의 실제 평편한 영역은 압연된 영역내의 라이너의 전체 면적중 25 내지 75퍼센트를 이룬다. 이 평면이 25 퍼센트 미만을 이루는 경우, 피스톤 링에 대한 접촉 면적은 매우 작아지고, 이는 과도한 가열로 인해 링의 재료에 손상을 초래할 수 있는데, 그 이유는 열이 라이너 외부로 충분히 전도되지 않기 때문이다. 불충분한 접촉 면적은 피스톤 링의 압력 밀봉 효과를 파괴시킬 수도 있다. 평면이 75% 이상을 차지하는 경우, 윤활 상태(마찰공학적 상태)는 오일 포캣이 너무 작기 때문에 나빠진다. 바람직하기로는, 파형 마루는 압연에 의해 상당히 변형되어 파형 트로프사이의 실제 평편한 영역의 면적은 압연된 면적내의 총 라이너 면적 중 40 내지 60 퍼센트를 차지한다. 이는 윤활 상태에 그리고 열 하중 및 압력 밀봉에 대한 모순된 견해간의 타협점이며, 동시에 위의 한계치에 적당한 간격을 제공하는 것은 어떠한 제조 부정확도가 라이너의 작동 상태에 중요하지 않도록 제한한다.

연소실내의 매우 높은 압력에 대하여 밀봉할 수 있는 피스톤 링의 능력은 압연에 의해 파형 마루를 상당히 변형시켜 보장될 수 있음으로, 연속적인 파형 트로프사이의 실제 평편한 영역은 ±1mm 간격내에서 가장 작은 링 높이를 갖는 피스톤 링의 링 높이 중 1/4에 해당하는 라이너의 종방향으로 넓이를 갖는다. 이렇게 제조된 실린더 라이너 내의 피스톤이 파형 패턴을 갖는 영역을 따라 종방향으로 이동되는 경우, 피스톤 링 각각은 적어도 두개의 연속적인 평면에 의해 둘러쌓이며, 이는 피스톤 상부의 가압 가스가 헬리컬 그루브 또는 트로프를 통해 그리고 피스톤 링의 하부로 취입되는 것을 방지한다.

보다 적절하게는, 파형 마루는 상당히 변형될 수 있음으로, 최소 0.006mm 최대 0.018mm, 바람직하기로 최대 0.015mm 높이의 파형 마루가 실제 평편한 영역내로 압축되고 파형 트로프의 하부는 이 영역보다 더 낮은 적어도 0.002mm의 레벨에 있다. 이러한 보다 협소한 제한치가 국부적으로 초과되는 경우 라이너의 내부 표면이 만족할 만한 표면을 갖는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 바람직한 방법에서, 파형 절삭된 패턴은, 제공된 실제 평편한 영역과 파형 트로프간의 레벨이 평균 방사상차가 압축전 패턴내의 파형 트로프와 파형 마루간의 레벨의 평균차 중 7 내지 66 퍼센트, 바람직하기로는 16 내지 36 퍼센트 사이를 차지하도록 변형된다.

본 발명은 또한 라이너의 내부 표면상에 있는 피스톤 링에 대한 주행 표면을 지니는, 대형 2행정 크로스헤드 엔진과 같은 피스톤 엔진용 실린더 라이너에 관한 것으로, 피스톤 상부의 데드 센터 위치에 적어도 가장 가까운 영역내의 주행 표면은 파형 트로프가 실제 평편한 영역에 의해 분리되는 부분 파형 패턴을 지닌다. 본 발명에 따른 이 실린더 라이너는, 이것이 25 내지 100cm 간격의 내부 직경 및 100 내지 400cm 간격의 길이를 지니며, 실제 평편한 영역은 예리한 돌출부가 없는 압연된 표면이고, 파형 트로프의 하부는 이 영역보다 더 낮은 적어도 0.001mm의 레벨에 있으며, 연속적인 파형 트로프 사이의 상기 실제 평편한 영역은 ±1mm의 간격내에서 가장 작은 링 높이를 지니는 피스톤 링의 링 높이 1/4에 해당하는 라이너의 종방향으로 넓이를 지니는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들은 매우 개략적인 도면을 참조하여 아래에 더 자세히 설명될 것이다.

도 1은 대형 2행정 크로스헤드 엔진용 실린더 라이너(1)를 보여준다. 엔진 크기에 따라, 실린더 라이너는 25 내지 100cm 간격의 내부 직경 및 100 내지 400cm 간격의 해당하는 전형적인 길이를 갖는 여러 크기로 제조될 수 있다. 라이너는 주철로부터 정상적으로 제조될 수 있으며, 이것은 일체형으로 주조될 수 있거나 또는 양끝이 서로 연결된 두 부분으로 나뉠 수도 있다. 본 도면에서, 종방향 축(2)의 우축에 도시된 라이너 절반은 종방향 단면으로 도시되어 있다. 널리 공지된 방식으로,이 라이너는 엔진 프레임 상자 또는 실린더 블록의 상부 플레이트상에 환상의 하향 표면(3)을 위치결정하여 엔진(도시되지않음)에 장착될 수 있으며, 이 상부에는 피스톤 링(5)을 지니는 피스톤(4)은 실린더에 장착되고, 실린더 덮개는 환상의 하향 표면(6)상에 있는 라이너의 상부에 배치되고 상부 플레이트에 고정된다.

피스톤 링(5)은 라이너(7)의 내부 표면을 따라 활주하며, 따라서 내부 표면은 링의 외부면과 라이너의 내부 표면사이의 스커핑(scuffing) 또는 고정을 해결하기 위해 링과 내부 표면사이의 양호한 윤활을 보장하는 구조를 지닌다. 신형 엔진내에서 피스톤과 라이너가 주행하는 동안, 표면 구조는 특히 중요하다. 위에서 언급된 바와같이, 결과적으로 파형 마루가 제거되는 내부 표면내의 파형 패턴을 지니는 실린더 라이너를 제조하는 것이 바람직하다. 전체 내부 표면을 따라 해당 패턴을 갖는 라이너를 제조하는 것이 가능하다. 이 패턴은 하향 피스톤 행정 중 첫 40퍼센트에서 피스톤 링(5)에 의해 일소되는 센션과 같은 라이너의 상부 섹션에서 또한 기계 가공될 수 있다. 이 섹션은 20퍼센트, 25퍼센트, 30퍼센트 또는 35퍼센트 또는 중간값과 같은 기타 다른 관련 크기를 또한 가질 수 있다.

라이너의 하부 섹션에서 소기 에어 슬롯(8)을 기계 가공하기 전에 라이너의 내부 표면(7)의 기계 가공은 다듬질된다.

이는 도 2에 부분적으로만 도시된 무거운 치수의 일종의 선반으로 설계된 매우 큰 보링 머신에서 발생한다. 다음에서 기계는 선반으로 지칭된다. 크레인에 의해, 수평·수직축은 지니는 라이너는 선반의 회전축에 대하여 들어올려지고 중심으로 맞추어지며, 이 상에서 라이너의 한 단부는 4개 척(9)에 의해 선반의 구동 스핀들에 고정되는 반면에, 라이너의 다른 한 단부는 라이너의 외부 표면상에서 주행하는 몇개의 지탱 롤러를 지니는 홀더(10)에 의해 중심 위치에서 지탱된다. 홀더(10)는 선반 베드(12)상에서 변위될 수 있다.

스핀들의 반대편 단부에서, 선반은 매우 무겁고 단단한 보링 바(13)를 지탱하는 새들(도시되지 않음)을 지니는데, 이는 세로축과 동축으로 실린더 라이너내로 또는 이의 외부로 선반상에서 새들을 변위시켜 이동된다. 스핀들에 가장 가까운 단부에서, 보링바는 라이너의 방사 방향으로 공구(15)를 조절할 수 있는가로 이송대의 형태인 공구 홀더(14)를 지닌다.

라이너가 설치되는 경우, 라이너를 지니는 시핀들은 회전되며, 내부 표면(7)은 직경이 5mm 등의 정확도로 거친 회전을 한다. 그리고 나서 미세한 회전은 곡면 절삭 에지를 지니는 공구 비트(tool bit)로 이행되어 절삭물은 미세한 회전에 의해 발생된 라이너의 내부 표면내의 파형 절삭된 패턴으로 파형 트로프의 소기의 모양을 형성한다. 두개의 연속적인 파형 마루사이의 간격(s)(도 5)은 보링바의 종방향 변위로 전방 이송에 의해 원하는데로 조절되며, 간격은 이송 속도와 동일한 길이를 갖는다. 98cm의 내부 직경을 갖는 실린더 라이너에서, 실린더 라이너의 회전당 8mm의 이송 속도가 적당할 수 있는 반면, 4mm의 이송 속도가 50cm 이하의 내부 직경의 실린더 라이너에 대하여 선택될 수도 있다. 피치는 피스톤의 높이 중에 가장 작은 링 높이를 갖는 링의 링 높이의 절반에 해당하도록 선택될 수 있다.

파형 마루와 트로프 사이의 레벨(h)(도 5)의 방사상차는 보다 큰 곡률이 레벨의 보다 큰 차를 제공하기 때문에 공구 비트의 에지의 곡률에 의해 결정된다. 레벨의 차는 0.06mm 만큼 클 수도 있지만, 보통은 0.01 내지 0.02mm 사이가 바람직하다.

파형 패턴을 절삭한 후, 보링 바는 라이너의 외부로 주행하며, 압연 공구는 내부 표면(7)에 대하여 방사상으로 위치결정되며, 이 상에서 내부 표면은 파형 마루내의 재료가 소성적으로 변형되도록 압연되는데, 예컨대 다듬질된 내부 표면이 헬리컬 글루브 또는 파형 트로프(17)에 있어서 도 5에 도시된 모양을 얻도록 외부 방사상으로 압축된다. 도 5에 도시된 라이너의 내부 표면내의 종방향 단면은 방사 방향으로의 크기가 상당히 확장되도록 명료히 나타내기 위해 왜곡되어 있다. 종방향으로, 파형 트로프는 파형 패턴을 지니는 라이너 길이의 25-75 퍼센트, 전형적으로 40-60 퍼센트를 차지하는 평면에 의해 분리된다.

도 3에 도시된 간단한 고안에서, 압연 공구는 보링 바(13)에 의해 지탱되는 공구 홀더(22)내의 요홈에 고정된 크로스 아암의 단부에 있는 포크형 헤드(20)에 회전 장착되는 롤러(19)를 포함할 수 있다. 공구 홀더 또는 공구 자체는 라이너 직경에서 수십분의 밀리미터의 변화가 홀더의 탄성 굽힘으로 흡수되도록 라이너의 방사 방향으로 일정한 제한된 가요성을 가질 수 있다. 크로스 아암은 종방향으로, 예컨대 라이너의 방사 방향으로 조절될 수 있다.

압연 공구의 설계에 대한 또 다른 실시예가 도 4에 도시되어 있으며, 여기서 롤러(23)는 헤드(24)에서 일방으로 삽입되며, 뒤편에서 롤러는 지탱롤러(25)를 접촉시킨다. 헤드는, 서로 탄성적이지만 설정된 압연 압력을 유지하는 두개의 부품(26a, 26b)으로 나뉜 비스듬히 연장된 모서리 부분상에 장착된다. 지압계(27)는 현재의 압연 압력의 크기를 보여준다. 영상 지압계 대신, 공구는, 압연 압력을 측정하고 조절 목적 또는 원격 판독으로 사용될 수 있는 전기 신호를 만드는 유도 시스템이 장착될 수 있다. 중간 피스(28)를 통해, 모서리 부분은 보링바의 공구 홀더(14)에 장착되어 압연 압력은 이 공구 홀더의 방사 변위에 의해 조절될 수 있다. 이러한 유형의 공구는 지정형식 EG 14 하에 동일회사인 W.Hegenscheidt GmbH로부터 상업적으로 입수할 수 있다.

압연 압력 지압계는 보링 바의 가로 이송대내로 고정될 수 있으며, 이 가로 이송대는 압연 공구와 실질적으로 동일한 방사 압력에 의해 영향을 받는다. 선반은 방사 및 축 방향 각각으로 가로 이송대의 변위를 디지탈 표시 등을 하는 디스플레이를 또한 가질 수 있다. 이와같은 디스플레이는 압연 공구라 라이너의 내부 표면과 적은 힘으로 접촉 배치되며, 이 상에서 가로 이송대의 외향 변위는 압연 압력을 나타낼 것이다.

롤러의 세로축은 라이너의 내부 표면과 자유각도(α)를 형성할 수 있고, 여기서 각도면의 정상은 화살표(A)로 표시된 이송 방향으로 전진한다.

이제부터는, 35cm의 내부 직경을 갖는 실린더 라이너로 구성된 실시예의 설명이 뒤따른다.

[실시예 1]

라이너는 대형 엔진에 일반적인 라이너 재료인 주철로 구성되며, 거친 회전 후에 라이너의 내부 표면은 파형 마루와 대략 h=0.015mm의 파형 높이사이의 간격을 갖는 헬리컬형 파형 절단된 패턴에서 전체 길이에 걸쳐 정교하게 회전하였다. 그리고 나서 보링의 절삭 공구는 도 3에 도시된 압연 공구로 대체되었다. 압연 압력은 롤러를 우선적으로 라이너의 내부 표면과 적은 힘으로 접촉시켜 조정되었으며, 이 상에서 보링 바의 가로 이송대는 직경상에서 측정된 F=0.03mm의 외향 변위, 예컨대 0.015mm의 방사 변위시 설정되었다. 변위의 실질적인 부분이 예컨대 압연 압력을 증가시키기 위해 가로 이송대, 공구 홀더 및 공구에 압력을 가하는데 사용되기 때문에 가로 이송대의 조절이 압연 공구의 해당하는 방사 변위를 수반하지 않는다는 것을 주목해야 한다. 이는 선반에 보통 사용되는 절삭공구의 설치와는 달리 실제 차이가 있다. 라이너는 90rpm으로 회전되었고, 이는 압연 공구와 V=100m/min의 라이너의 내부 표면사이에 상대 속도를 가져왔으며, 보링 바는 s=0.5mm./rev의 이송율로 라이너내로 변위되었다.

외관 검사는, 보다 큰 압연이 바람직했으며 이송율이 실제보다 더 높을 수 있다는 것을 보여 주었다.

[실시예 2]

압연 파라미터와는 별문제로, 실린더 라이너는 실시예 1에서와 같이 동일 한 방식으로 제조되었다. 압연은 V=100m/min, 직경상의 F=0.10mm 및 s=4.0mm/rev의 파라미터들로 이행되었다.

외관 검사 및 조도 측정은, 이송율이 적당했으며 파형 트로프 사이의 영역들은 잘 한정된 넓이를 가졌으며 실질적으로 평편했다.

[실시예 3]

압연 파라미터와는 별문제로, 실린더 라이너는 실시예 1에서와 같이 동일한 방식으로 제조되었다. 압연은 V=100m/min, 직경상의 F=0.15mm 및 s=4.0mm/rev의 파라미터로 이행되었다.

외관 검사 및 조도 측정은, 이송율이 여전히 적당했으며 파형 트로프사이의 영역들이 보다 큰 넓이를 얻었고 라이너의 내부 표면 중 약 30퍼센트를 차지했음을 보여주었다.

[실시예 4]

압연 파라미터와는 별문제로, 실린더 라이너는 실시예 1에서와 같이 동일한 방식으로 제조되었다. 압연은 V=100m/min, 직경상의 F=0.20mm 및 s=4.0mm/rev의 파라미터로 이행되었다.

외관 검사 및 조도 측정은, 이송율이 여전히 적당했으며 파형 트로프사이의 영역들이 보다 큰 넓이를 얻었고 라이너의 내부 표면 중 약 40퍼센트를 차지했음을 보여주었다.

실린더 라이너가 실시예 1에서와 같이 동일한 방식으로 제조되었지만, 압연은 파형 마루를 제거한 부분적인 호닝으로 대체된 비교 테스트가 이루어졌다.

실시예 4에서 부분적인 호닝에 의해 제조된 라이너의 표면은 5배 확대로 사진 찰영되었으며(도 6 및 도 7을 참조), 표면 조도는 방사 방향으로의 배율이 매우 크도록 조절된 Perthen 조도 검사 기구로 측정되었다(도 8 및 도 9를 참조). 기록된 스트립상에서, y축 방향으로의 10mm는 0.025mm의 간격을 나타내는 반면, x축 방향으로의 100mm는 1mm의 간격을 나타낸다.

도 6은 호닝으로부터 명확한 환상의 연삭 마크 또는 그루브를 보여주며, 도 8에서의 조도 테스트는 파형 마루가 제거된 대략 평편한 영역내의 다수의 작은 지점들을 보여준다.

도 7에 도시된 압연 표면은 상당한 훌륭한 외형을 지니며, 도 9에서의 조도 테스트는 훨씬 더 적은 예리한 돌출 지점들을 지니는 파형 트로프 사이의 평편한 영역들을 보여주지만, 표면은 이에 양호한 오일 점착력을 성취하는데 기여하는, 평편한 영역내의 레벨의 많은 작은 환형차를 갖는다.

파형 절삭된 패턴 및 압연된 패턴에 대한 위의 치수 표시에서, 언급된 값들은 평균값임을 이해해야 한다. 조도 테스트의 스트립상에 도시된 바와같이, 표면은 크기에는 포함되지 않는 커다란 요홈들을 국부적으로 지니는데, 이들은 표면내의 흑연 침적물 또는 합금에 의해 결정되는 유사한 변형물인 것이 전형적이다. 이 요홈들은 플래토(plateau)영역으로 또한 불릴 수 있는 실제 평편한 영역내에 또한 존재한다.

Claims (11)

1. 대형 2행정 크로스 엔진과 같은 피스톤 엔진용 실린더 라이너(1)를 제조하는 방법으로서, 여기서 라이너의 내부 표면(7)상의 피스톤 링에 대한 주행 표면은, 우선적으로 곡면 절삭 에지를 지니는 적어도 하나의 절삭 공구를 사용하여 내부 표면내로 적어도 0.05mm의 트로프(trough)와 파형 마루(wave crest) 사이의 레벨(h)차를 갖는 파형 패턴을 절삭하고 그리고 나서 피스톤 상부의 데드 센터(dead center) 위치에 가장 가까운 적어도 주행 표면에서 상기 패턴으로부터 파형 마루를 제거함으로써 완성됨으로, 종방향 섹션에서 다듬질 라이너(1)의 내부 표면(7)은 파형 트로프(17)가 실제 평행한 영역(18)에 의해 분리되는 부분 파형의 표면을 지니는 방법에 있어서, 상기 실린더 라이너는 25 내지 100cm 간격의 내부 직경 및 100 내지 400cm 간격의 길이를 지니고, 상기 파형 마루는 호닝을 사용하지 않고 상기 실제 평편한 영역(18)내로의 적어도 0.004mm 높이의 소성 압축에 의해 제거되며, 압축후의 파형 트로프(17)의 하부는 이러한 영역보다도 더 낮은 적어도 0.001mm의 레벨에 있는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 파형 트로프는 이송 속도(s)로 보링 바(boring bar)에 의해 라이너의 종방향으로 진행되는 상기 적어도 하나의 절삭 공구에 의해 라이너의 내부 표면내로 절삭되는 동안 라이너는 파형 패턴이 적어도 하나의 나선형 절삭물로 형성되도록 회전하며, 상기 소성 압축은 절삭 공구와 동일한 보링 바에 의해 전방 이동하는 압연 공구로 내부 표면을 압연시켜 이행되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압연에 의한 소성 압축은 단일 롤러(19;23)를 지니는 압연 공구로 이행되고, 라이너의 내부 표면에 관련한 상기 공구의 방사상 위치는 조절될 수 있으며, 상기 공구는 라이너(1)가 회전되는 동안 라이너의 종방향으로 전방 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 압연 공구는 현재의 압연 압력용 지압계(27)와 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 압연 공구는 비록 라이너(1)의 내부 직경이 라이너의 길이 전반에 걸쳐 변화되지만 라이너의 종방향으로의 공구의 이동시 소기의 압연 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압연은 가장 상부의 피스톤 링이 활주하는 영역을 포함하는 상부 라이너 섹션내에서만 이행되며, 이경우 피스톤(4)은 상부 데드 센터 위치 및 피스톤 행정 부분으로부터 하부 데드 센터 위치의 하방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파형 마루는 압연에 의해 상당히 변형되어 파형 트로프(17) 사이의 실제 평편한 영역(18)의 면적은 압연된 영역내의 라이너의 전체 면적 중 25 내지 75 퍼센트, 바람직하기로는 40 내지 60 퍼센트를 차지하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 파형 마루는 압연에 의해 상당히 변형되어 연속적인 파형 트로프(17) 사이의 실제 평편한 영역(18)은 ±1mm의 간격내에서 가장 작은 링 높이를 지니는 피스톤 링의 링 높이에 1/4에 해당하는 라이너의 종방향으로의 넓이를 지니는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 전기의 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파형 마루는 최소 0.006mm 최대 0.018mm, 바람직하기로는 최대 0.015mm 높이의 파형 마루가 실제 평편한 영역(18)들내로 압축되도록 변형되며, 파형 트로프(17)의 하부는 이 영역들보다 더 낮은 적어도 0.002mm의 레벨에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 전기의 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 파형 절삭된 패턴은, 제공된 실제 평편한 영역(18)과 파형 트로프(17) 사이의 레벨을 평균 방사상차가 압축전 패턴 내에서의 파형 마루와 파형 트로프 사이의 레벨(h)의 평균차 중 7 내지 66퍼센트, 바람직하기는 16 내지 36퍼센트 사이를 차지하도록 변형되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 라이너의 내부 표면(7)상에 피스톤 링에 대한 표면을 갖는, 대형 2행정 크로스헤드 엔진과 같은 피스톤 엔진용 실린더 라이너(1)로서, 피스톤 상부의 데드 센터 위치에 적어도 가장 가까운 영역내의 상기 주행 표면은 파형 트로프(1)가 실제 평편한 영역(18)에 의해 분리되는 부분 파형 패턴을 지니는 실린더 라이너에 있어서, 상기 실린더 라이너는 25 내지 100cm 간격의 내부 직경 및 100 내지 400cm 간격내의 길이를 지니고, 상기 실제 평편한 영역(18)들은 예리한 돌출부가 없는 압연된 표면이며, 상기 파형 트로프(17)의 하부는 이 영역보다 더 낮은 적어도 0.001mm의 레벨에 있고, 연속적인 파형 트로프(17) 사이의 상기 실제 평편한 영역(18)들은 ±1mm의 간격내에서 가장 작은 링 높이를 갖는 피스톤 링의 링 높이에 1/4에 해당하는 라이너의 종방향으로 넓이를 지니는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너.