KR20150037737A - 내연 기관 자켓 - Google Patents

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KR20150037737A KR1020147031294A KR20147031294A KR20150037737A KR 20150037737 A KR20150037737 A KR 20150037737A KR 1020147031294 A KR1020147031294 A KR 1020147031294A KR 20147031294 A KR20147031294 A KR 20147031294A KR 20150037737 A KR20150037737 A KR 20150037737A
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Abstract

내연 기관 자켓이 개시된다. 상기 자켓의 내부는 완전히 매끄럽게 처리되고 DLC 타입의 코팅을 수용한다.

Description

내연 기관 자켓{INTERNAL COMBUSTION ENGINE JACKET}
본 발명은 내연 기관 자켓에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 마찰 손실을 줄이는 것을 목표로 한 내연 기관 자켓 또는 유사한 형상의 물체의 처리에 관한 것이다. 본 발명은 자동차 분야에서 특히 유리한 응용을 발견하지만 이에 한정되지 않는다.
대부분의 금속의 마찰 계수를 낮추기 위해 링 위에 다이아몬드상 탄소(diamond like carbon, DLC) 타입의 코팅을 사용하는 것은 본 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있다. 이는, 예를 들어, 마찰이 엔진 손실의 대략 30 내지 40%를 생성하는 내연 기관의 링, 피스톤, 자켓 어셈블리의 경우이다.
마찰 계수를 줄이기 위해, 예를 들어 문헌 WO 2011/051008의 교시에서 나타나듯이, 링에 DLC 타입의 코팅을 적용하였다. 그러나 이 해결책은 만족스럽지 못하다.
운동학적 관점에서, 링이 자켓보다 더욱 강한 마모를 받는다는 것을 상기해야 한다. 실제로, 링의 어느 한 지점은 피스톤의 순환 주기에서 자켓과 영구 접촉하는 반면, 자켓의 어느 한 지점은 매우 짧은 시간 동안 링과 접촉한다.
또한, 만족스러운 결과를 얻기 위해, 일반적으로 10 ㎛ 이상의 두께를 갖는 매우 두꺼운 DLC 코팅을 적용할 필요가 있는데, 이는 경제적으로 불리하며 상당한 기술적 곤란을 발생시킨다.
실제로, DLC 층의 큰 두께는 링 위에 상당한 거칠기를 생성하며, 이는 증착 후에 수정될 필요가 있는데, 그렇게 하지 않는 경우 자켓의 적용이 허용되지 않을 것이다. 또한 링이 DLC 코팅에 악영향을 미칠 수 있는 고온에 도달하는 것을 관찰할 수 있다.
지적한 바와 같이, 자켓의 경우 마모가 작기 때문에, 마찰을 줄이기 위해 자켓의 내부 표면 수준에서 작용하도록 제공되었다.
이를 위해, 종래 기술의 교시에 따라, 엔진 자켓은 고려된 기계적 마찰에서 윤활유를 유지하는 기능을 갖는 중공 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 마무리 작업을 겪는다. "호닝(honing)"라고 알려진 이러한 마무리 작업은 자켓에 직접 적용되거나 또는 상기 자켓 내부의 두꺼운 코팅에 적용된다. 이러한 유형의 해결책은 예를 들어 EP 0716151의 교시에 나타나는데, 이는 방열 돌기(thermal projection)에 의해 형성된 두꺼운 증착물로 코팅된 후, 증착물 두께의 최대 10 ㎛를 제거하는 호닝 단계를 거친 내부를 갖는 자켓에 관한 특허이다.
코팅의 적용 이후 수행되는 호닝 단계에 관한 문헌 WO 2009106981이 또한 언급될 수 있다.
따라서 자켓 수준에서 마찰을 줄이기 위해 그리고 걸림(jamming) 위험을 제한하기 위해 사용되는 해결책 모두는 고려된 기계적 마찰에서, 예를 들어, 링과 자켓 사이에서 윤활유를 유지하기 위해 상승 영역을 형성하는데 필요한 호닝 단계를 필요로 한다.
이러한 해결책은 자켓 벽에 상당한 양의 오일을 필요로 한다. 동력의 일부가 막의 전단(film shearing)에서 손실된다.
본 발명은 간단하고, 확실하고, 효율적이며 합리적인 방식으로 이러한 단점을 극복하는데 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자켓 벽에서의 오일의 양을 최소화하고 유막 전단에서 손실되는 힘을 줄이기 위해 자켓 내부에서의 호닝을 억제하는 것이다.
본 발명은 또한 엔진의 수명 동안 최적의 기밀성의 분할을 유지하기 위해 링의 마모를 줄이는데 목적이 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해, DLC 타입의 코팅을 수용할 수 있도록 완전히 매끄럽게 처리된 내부를 갖는 내연 기관 자켓이 설계되고 개발되었다.
이러한 특징은, 예를 들어, 연마되고 DLC로 코팅되어 완전히 매끄러운 자켓의 사용이 자켓에 대한 피스톤 링의 마찰에 의한 손실을 상당히 줄이고 또한 엔진의 CO2 배출을 간접적으로 줄이는 결과로 이어진다는 것이다. 낮은 거칠기를 사용하는 것은 또한 링의 마모를 줄이고, 따라서 엔진 수명(압축 또는 오일 소비율) 동안 높은 성능 수준을 유지할 수 있게 한다. 마지막으로, 자켓 내부에서의 DLC 코팅의 사용은 최종 호닝 단계 및 이에 따른 단점을 제거할 수 있다.
증착 이전의 자켓 표면의 거칠기(Ra)는 0.06 ㎛ 미만이고 유리하게는 0.04 ㎛ 미만이다.
유리하게, DLC 층을 포함하는 코팅의 총 두께는 10 ㎛ 미만이고, 바람직하게는 7 ㎛ 미만이며, 유리하게는 4 ㎛ 이하이다.
엔진 자켓은 낮은 거칠기를 얻기 위해 연마(polishing) 작업을 거칠 수 있는 금속형 소재로 제조된다. 비제한적인 예로서, 자켓은 알루미늄 합금, 강철, 스테인리스강 등으로 제조된다.
DLC 코팅은, 자켓이 직경보다 큰 길이를 갖는 경우 특별히 개조된 방법에 의해 또는 자켓의 길이가 직경보다 작거나 대략 직경의 크기인 경우 더욱 통상적인 방법을 구현함으로써 상기 자켓의 내부에 적용된다. 예를 들어, DLC 코팅은, 공지된 방식으로, 이온 에칭 단계와 실제 증착에 해당하는 단계를 포함하는 진공 증착 기술에 의해 자켓의 내부에 적용된다.
이온 에칭은 거대한 이온으로 표면을 스퍼터링하는 단계를 포함한다. 표면 원자가 방출되고, 이에 따라 증착물의 고착에 악영향을 주는 표면 산화물이 제거된다. 표면 산화물의 에칭은 표면 상태에 어떠한 변형도 제공하지 않는다. 증착은 DLC 코팅을 형성하기 위해 부품의 표면에서 응축하는 아세틸렌, 메탄 등과 같은 탄화수소를 분해(cracking)하는 단계를 포함한다. DLC의 접착을 가능하게 하기 위해, 자켓을 형성하는 소재에 접착하는 증착을 형성할 수 있고 자켓에 접착하는 DLC를 갖는 서브층(sub-layer)이 이전에 사용되었다. 이 서브층은 PVD 기술 또는 PACVD 기술에 의해 증착될 수 있다. 자켓 또는 이와 동등한 부재의 내부 처리와 관련된 어려움은 플라즈마의 균일성과 그에 따른 처리에 관한 것이다. 플라즈마는 자켓의 편광에 의해 또는 자켓의 형상, 즉, 자켓의 직경에 대한 길이에 따라 자켓의 내부 또는 외부에 배치된 보조 플라즈마 소스로부터 형성될 수 있다.
본 발명의 특징에 따라 완전히 연마된 자켓의 내부에 그리고 종래 기술에 따라 호닝 작업을 거친 자켓의 내부에 DLC 코팅을 적용하는 것을 고려하여, 본 발명이 다양한 실시예와 실시형태에 의해 이하에서 더욱 상세하게 논의된다.
제 1 실시형태에서, 72 mm의 직경과 150 mm의 길이를 갖는 두 개의 강철 엔진 자켓을 DLC로 코팅한다. 하나의 자켓의 내부 표면이, 본 발명에 따라, 화학적-기계적 연마 유형의 기술로 사전에 연마됨으로써 거칠기(Ra)가 0.02 ㎛ 미만이다. 제 2 엔진 자켓은 종래 기술에 따라 수행되는 것과 같은 호닝 작업을 거친다. 이 제 2 자켓의 Ra는 0.25 ㎛이고, 음의 RSk를 갖는다. 음의 RSk 값은 호닝 홈(honing groove)의 존재를 나타낸다.
세척 이후, 자켓을 진공 인클로저 내에 배치한다. 펌핑 시, 진공실과 자켓은 종래의 방식으로 200℃의 방사 난방에 의해 탈기된다. 진공이 대략 1×10-5 mbar의 압력에 도달할 때, 1 Pa의 압력을 얻기 위해 진공실에 아르곤을 도입하고, 자켓을 -500 V의 높은 음의 값으로 처리하여 이온 에칭을 수행함으로써, 강철을 덮은 자연 산화물을 제거하여 코팅의 접착을 촉진한다. 에칭 이후, 자켓 내부에 배치된 30 mm의 직경을 갖는 원통형 마그네트론 음극(magnetron cathode)을 사용하여 각각의 자켓 내부에서 텅스텐 탄화물 타입의 증착이 수행된다. 이 증착에 사용되는 타겟은 텅스텐 탄화물로 제조된다. 음극에 인가되는 출력 밀도는 대략 5 W/cm2이다. 텅스텐 탄화물 증착 시, 아세틸렌을 증가하는 유량으로 도입하여, 증착물의 구조가 텅스텐 탄화물에서 텅스텐을 포함하는 비정질 탄소 매트릭스로 변하게 한다. 마지막으로, 부품을 0.9 Pa의 압력의 아세틸렌 분위기에서 -450 V 볼트로 처리함으로써 DLC 타입의 탄소층을 증착한다.
이러한 작업은 각각의 자켓 내부에 DLC 타입의 증착으로 끝나며, 이는 HF1 내지 HF3으로 언급되는 로크웰 압흔(Rockwell indentation)에 의한 접착으로 특징된다. 칼로테스트(calottes) 방법에 의해 결정되는 증착물의 두께는 서브층이 0.7 ㎛의 두께를 갖고 DLC가 2.5 ㎛의 두께를 갖는 것을 나타낸다.
제 2의 승인된 실시형태에서, 72 mm의 직경과 150 mm의 길이를 갖는 두 개의 강철 엔진 자켓을 DLC로 코팅한다. 제 1 자켓의 내부 표면은, 본 발명에 따라, 연마 페이스트(abrasive paste)에 함침된 직물 디스크가 자켓 내부에서 회전되는 버프연마(buffing) 유형의 기술로 사전에 연마됨으로써 거칠기(Ra)가 0.04 ㎛ 미만이다. 제 2 엔진 자켓은 종래 기술에 따라 수행되는 것과 같은 호닝 작업을 거치며, 이의 Ra는 0.25 ㎛이다.
세척 이후, 자켓을 진공 인클로저 내에 배치한다. 펌핑 시, 진공실과 자켓은 종래의 방식으로 200℃의 방사 난방에 의해 탈기된다. 진공이 대략 1×10-5 mbar의 압력에 도달할 때, 1 Pa의 압력을 얻기 위해 진공실에 아르곤을 도입하고, 자켓을 -500 V의 높은 음의 값으로 처리하여 이온 에칭을 수행함으로써, 강철을 덮은 자연 산화물을 제거하여 코팅의 접착을 촉진한다. 에칭 이후, 자켓 내부에 배치된 30 mm의 직경을 갖는 원통형 마그네트론 음극을 사용하여 각각의 자켓 내부에서 크롬 탄화물 타입의 증착이 수행된다. 본 실시예에서, 원통형 마그네트론 음극은 크롬 탄화물 타겟으로 덮여있고, 여기에 5 W/cm2의 출력 밀도가 인가된다. 크롬 탄화물 증착 시, 아세틸렌을 증가하는 유량으로 도입하여, 증착물의 구조가 크롬 탄화물에서 크롬을 포함하는 비정질 탄소 매트릭스로 변하게 한다. 마지막으로, 부품을 0.9 Pa의 압력의 아세틸렌 분위기에서 -450 V 볼트로 처리함으로써 DLC 타입의 탄소층을 증착한다.
이러한 작업은 각각의 자켓 내부에 DLC 타입의 증착으로 끝나며, 이는 HF1 내지 HF3으로 언급되는 로크웰 압흔에 의한 접착으로 특징된다. 칼로테스트 방법에 의해 결정되는 증착물의 두께는 서브층이 0.8 ㎛의 두께를 갖고 DLC가 2.7 ㎛의 두께를 갖는 것을 나타낸다.
제 3의 승인된 실시형태에서, 86 mm의 직경과 150 mm의 길이를 갖는 두 개의 강철 엔진 자켓을 DLC로 코팅한다. 제 1 자켓의 내부 표면은 전해 증착(electrolytic deposition)에 의해 사전에 연마됨으로써 거칠기(Ra)가 0.03 ㎛ 미만이다. 제 2 엔진 자켓은 종래 기술에 따라 수행되는 것과 같은 호닝 작업을 거치며, 0.25 ㎛의 Ra를 제공한다.
나머지 방법은 제 2 실시형태와 동일하다.
이러한 작업은 각각의 자켓 내부에 DLC 타입의 증착으로 끝나며, 이는 HF1 내지 HF3으로 언급되는 로크웰 압흔에 의한 접착으로 특징된다. 칼로테스트 방법에 의해 결정되는 증착물의 두께는 서브층이 0.8 ㎛의 두께를 갖고 DLC가 2.7 ㎛의 두께를 갖는 것을 나타낸다.
제 4의 승인된 실시형태에서, 92 mm의 직경과 88 mm의 길이를 갖는 두 개의 강철 엔진 자켓을 DLC로 코팅한다. 제 1 자켓의 내부 표면은 0.03 ㎛ 미만의 거칠기를 제공하는 직물 연마(fabric polishing)를 거친다. 자켓의 내경에 대한 이의 길이는 더욱 통상적인 기술을 사용할 수 있게 한다, 즉, 플라즈마 소스가 자켓 외부에 배치된다. 제 2 엔진 자켓은 종래 기술에 따라 수행되는 것과 같은 호닝 작업을 거치며, 이의 Ra는 0.25 ㎛이다.
이들 자켓을 세척한 후에, 이를 기계적 어셈블리 상에 배치하여 자켓이 행성 운동에 따라 기계 내부에서 스스로 회전하게 함으로써 처리가 자켓의 두 단부로부터 침투될 수 있게 한다. 200℃로 가열함으로써 진공 기계를 탈기한 이후, 0.3 Pa의 압력의 아르곤 분위기에서 자켓을 에칭한다. 에칭은 자켓을 기계 벽에 대해 -150 V 볼트로 처리함으로써 수행된다. 아르곤 플라즈마 이후, 5 W/cm2의 출력 밀도가 인가되는 크롬 타겟을 구비한 평면 마그네트론 음극으로부터 형성된, 0.1 내지 0.2 ㎛ 범위의 두께를 갖는 얇은 크롬층의 증착이 이어진다. 이후, 평면 마그네트론 음극의 스퍼터링에 의해 텅스텐 탄화물층이 형성되어 1.5 ㎛의 두께를 얻는다. 이를 달성하기 위해, 제 2 음극은 5 W/cm2의 출력 밀도가 인가되는 텅스텐 탄화물 타겟을 구비한다. 그리고 나서, 아세틸렌을 증가하는 유량으로 도입하여 DLC와 접착할 수 있는 층을 형성한다. 마지막으로, 자켓에 1 Pa의 압력 하에 -500 V로 극성을 줌으로써 아세틸렌 분위기에서 DLC를 증착시켜 2.2 ㎛의 두께를 얻는다.
이러한 작업은 자켓 내부에 DLC 타입의 증착으로 끝나며, 이는 HF1 내지 HF2로 언급되는 로크웰 압흔에 의한 접착으로 특징된다. 칼로테스트 방법에 의해 결정되는 증착물의 두께는 서브층이 1.7 ㎛의 두께(0.2+1.5)를 갖고 DLC가 2.2 ㎛의 두께를 갖는 것을 나타낸다.
제 5 실시형태에서, 92 mm의 직경과 80 mm의 길이를 갖는, 자동차 경주용의 두 개의 강철 엔진 자켓을 DLC로 코팅한다. 하나의 자켓의 내부 표면이 화학적-기계적 연마 유형의 기술로 사전에 연마됨으로써 거칠기(Ra)가 0.06 ㎛ 미만이다. 제 2 엔진 자켓은 종래 기술에 따라 수행되는 것과 같은 호닝 작업을 거치며, 이의 Ra는 0.25 ㎛이다.
세척 이후, 자켓을 진공 인클로저 내에 배치한다. 펌핑 시, 진공실과 자켓은 종래의 방식으로 200℃의 방사 난방에 의해 탈기된다. 진공이 대략 1×10-5 mbar의 압력에 도달할 때, 0.3 Pa의 압력을 얻기 위해 진공실에 아르곤을 도입하고, 기계 벽에 배치된 마이크로파 발생장치에 의해 생성된 플라즈마에서 자켓을 -150 V의 높은 음의 값으로 처리하여 이온 에칭을 수행함으로써, 강철을 덮은 자연 산화물을 제거하여 코팅의 접착을 촉진한다. 처리 내내, 자켓은 다양한 플라즈마 소스에 노출될 수 있도록 행성 운동에 따라 기계 내에서 이동한다. 에칭 이후, 증착 장비의 벽에서 평면 마그네트론 음극을 사용하여 자켓 내부에서 텅스텐 탄화물 타입의 증착이 수행된다. 평면 타겟은 텅스텐 탄화물로 제조되고, 여기에 5 W/cm2의 출력 밀도가 인가되어 증착을 수행한다. 텅스텐 탄화물 증착 시, 아세틸렌을 증가하는 유량으로 도입하여, 증착물의 구조가 텅스텐 탄화물에서 텅스텐을 포함하는 비정질 탄소 매트릭스로 변하게 한다. 마지막으로, 부품을 0.4 Pa의 압력의 아세틸렌 분위기에서 -380 V 볼트로 처리함으로써 DLC 타입의 탄소층을 증착한다. 플라즈마는 기계 벽에 배치된 마이크로파 발생장치에 의해 생성된다.
이러한 작업은 각각의 자켓 내부에 DLC 타입의 증착으로 끝나며, 이는 HF1 내지 HF2로 언급되는 로크웰 압흔에 의한 접착으로 특징된다. 칼로테스트 방법에 의해 결정되는 증착물의 두께는 서브층이 1.7 ㎛의 두께를 갖고 DLC가 2.5 ㎛의 두께를 갖는 것을 나타낸다.
다양한 처리 이후, 자켓의 길이에 따라 10 mm 폭의 스트립을 절단하여 코팅을 마찰학적으로 특징짓는다.
이러한 시험을 위해, A.C. 선형 마찰계(linear tribometer)를 사용한다. CrN 증착물 또는 DLC 코팅으로 코팅된 강철 볼을 사용하여 자켓의 다양한 부위에 대해 마찰 시험을 수행한다. 볼은, 링 위에 증착되는 층을 나타내는 증착물의 두께가 15 ㎛가 되는 것을 제외하고, PVD(마그네트론 음극 스퍼터링)에 의해 종래의 방식으로 CrN으로 코팅된다. 마찬가지로, DLC를 이용한 강철 볼의 코팅은 1 ㎛의 두께를 갖는 순수 Cr의 PVD 서브층을 포함하고, 3 ㎛의 두께를 갖는, 강철 표면으로부터 멀리 배치되는 바와 같이 점진적으로 탄소가 풍부한, 텅스텐 탄화물을 함유한 PVD 층이 이어진다. 마지막으로, 두께가 6 ㎛인 DLC 층이 PECVD에 의해 형성되고, 이는 10 ㎛의 총 코팅 두께를 제공한다. 0.02 ㎛의 초기 거칠기(Ra)를 갖는 평면 연마 기준 요소가 볼에 DLC와 동시에 코팅된다. 증착 이후, 이 평면 기준 요소의 거칠기는 0.08 ㎛이 된다. 이 거칠기의 증가는 코팅 두께의 의해 유도된다.
5-N의 하중이 볼에 인가되어 540 MPa의 초기 평균 접촉 압력을 형성한다. 볼은 평균 35 mm/초의 속도로 자켓 부위에 대해 왕복 미끄럼 운동을 갖는다. 속도는 캠(cam)에 의해 얻어지는 사인 법칙(sinusoidal law)에 따라 변한다. 이동 길이는 10 mm이다. 이러한 시험을 위해, SAE 5W30 타입의 엔진 오일 한 방울이 접촉에 도입된다. 시험은 110℃의 온도에서 수행된다. 15,000 사이클 이후, 마찰 계수뿐만 아니라 볼의 마모 및 자켓 부위의 마모가 증가된다. 볼의 마모는 마찰 자국(friction mark)의 직경의 측정에 의해 정량화되는 반면, 자켓 부위의 마모는 마찰 자국에 걸친 형상 측정(profilometry)에 의해 정량화된다. 선택된 매개변수는 모두 높은 중간 지점과 낮은 중간 지점 가까이서 만나는 하중에 해당하는 제한 하중에서 작동할 수 있게 한다. 이 하중은 마찰 손실 및 접촉하는 부품의 마모의 상당한 부분에 대해 책임이 있다.
시험 No. 자켓 자켓 Ra
(㎛)		 증착예
No.		 볼 COF 볼 마모 트랙
마모
1 호닝 0.11 CrN 0.15 105 ㎛ N.M
2 호닝 0.11 DLC 0.10 100 ㎛ 3 ㎛
3 연마 + DLC 0.02 1 CrN 0.11 110 ㎛ N.M
4 호닝 + DLC 0.12 1 CrN 0.12 240 ㎛ N.M
5 연마 + DLC 0.04 2 CrN 0.11 120 ㎛ N.M
6 연마 + DLC 0.04 2 DLC 0.06 110 ㎛ N.M
7 호닝 + DLC 0.12 2 DLC 0.09 180 ㎛ N.M
8 연마 + DLC 0.03 3 CrN 0.10 110 ㎛ N.M
9 호닝 + DLC 0.11 3 CrN 0.11 230 ㎛ N.M
10 연마 + DLC 0.03 4 CrN 0.10 125 ㎛ N.M
11 호닝 + DLC 0.12 4 CrN 0.11 220 ㎛ N.M
12 연마 + DLC 0.02 5 CrN 0.10 105 ㎛ N.M
13 호닝 + DLC 0.12 5 CrN 0.12 215 ㎛ N.M
제 1 시험에서, 통상적인 방법에 따라 형성된 자켓의 전방에서 크롬 질화물로 코팅된 링의 접촉 한계 하중에서의 거동이 재현된다. 모든 시험에서 마찰 계수가 높은 것을 관찰할 수 있다. CrN 코팅된 볼은 마모되지 않으며, 마찰 직경은 초기 접촉 면적에 해당한다. 볼의 검사는 또한, 오일 첨가제에 의해 유도된, 볼 위의 내마모 막의 형성에 의해 유도된 착색을 보여준다.
제 2 시험에서, DLC로 코팅된 링의 거동이 재현된다. DLC 코팅은 마찰 계수를 감소시킬 수 있다. 볼의 마모를 측정할 수 없었다. 그러나, 자켓의 마모는 관찰할 수 있었다. 이 마모는 아마도, 거칠기와 결합된, 볼 위의 증착물의 경도에 의해 유도된다.
시험 결과는 다음의 4 개의 큰 범주로 수집될 수 있다:
- DLC 코팅된 연마 자켓 / DLC 코팅된 볼(시험 6)
이 구성에서, 마찰 계수는 특히 낮고(0.06), 코팅된 볼의 마모는 무시해도 될 정도이다. 이 예는 엔진의 사용에서와 일치한다.
- DLC 코팅된 연마 자켓 / CrN 코팅된 볼(시험 3, 5, 8, 10, 및 12)
이 구성에서, 마찰 계수는 대략 0.10 내지 0.11의 범위이며, 따라서 DLC 코팅 없이 얻어진 것보다 낮다. 크롬 질화물의 마모는 무시해도 될 정도이다. 또한, 마모방지 오일 첨가물이 크롬 질화물 상에서 반응하였고 내마모 막을 형성한 것을 관찰할 수 있다. 이러한 일련의 시험은 본 발명과 일치한다.
- 호닝 타입의 표면 상태를 갖는 DLC 코팅된 자켓 / DLC 코팅된 볼(시험 7)
이 구성에서, 자켓의 표면 상태는 DLC 코팅 없이 사용된 자켓에서 형성된 바와 같이 유지된다. 시험 6에서와 같이 상대편은 DLC이지만, 마찰 계수가 현저하게 높다(0.09). 볼 위의 DLC 증착물이 상당히 마모된(180 ㎛) 것을 또한 관찰할 수 있다. 이 구성은 본 발명과 일치하지 않는다. DLC 코팅의 존재와 연관된 자켓의 거칠기는, 링을 나타내는, 자켓 상대편의 상당한 마모를 초래했다.
- 호닝 타입의 표면 상태를 갖는 DLC 코팅된 자켓 / CrN 코팅된 볼(테스트 4, 9, 11, 및 13)
이 구성에서, 자켓의 표면 상태는 DLC 코팅 없이 사용된 자켓에서 형성된 바와 같이 유지된다. 마모 계수는 대략 0.11 내지 0.12의 범위이다. 이 값은 시험 3, 5, 8, 10, 및 12에서의 값보다 약간 크다. 그러나, 215 내지 240 ㎛ 범위의 비교적 큰 마모가 CrN 코팅된 볼에서 관찰할 수 있다. 이 구성은 본 발명과 일치하지 않는다. DLC 코팅의 존재와 연관된 자켓의 거칠기는 자켓 상대편의 과도한 마모를 초래했다.
마지막으로, 이들 시험은 DLC의 서브층 또는 코팅을 형성하는 방법이 마모 및 마찰 결과에 상당한 결과를 주지 않는다는 것을 분명하게 보여준다.
장점이 설명으로부터 쉽게 수집될 수 있고, 자켓 내부에서 호닝 작업을 연마 작업과 DLC 코팅으로 교체하는 것이 링 마모를 최소화할 수 있고, 마찰 계수를 줄일 수 있으며, 이에 따라 연소 엔진의 경우, 특히, 자동차 분야에서 CO2 배출을 줄일 수 있다는 것이 특히 강조되고 주목되어야 한다.

Claims (8)

  1. 내연 기관 자켓에 있어서, 상기 자켓의 내부는 완전히 매끄럽게 처리되고 다이아몬드상 탄소(diamond like carbon, DLC) 타입의 코팅을 수용하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 자켓.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅의 두께는 10 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 내연 기관 자켓.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅의 두께는 7 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 내연 기관 자켓.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅의 두께는 4 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내연 기관 자켓.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자켓은 낮은 거칠기를 얻기 위해 연마(polishing) 작업을 거칠 수 있는 금속형 소재로 제조되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 자켓.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DLC 코팅은, 이온 에칭 단계와 실제 증착에 해당하는 단계를 포함하는 진공 증착 기술에 의해, 연마된 자켓의 내부에 적용되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 자켓.
  7. 제 1 항에 있어서,
    증착 이전에 자켓 표면의 거칠기 값(Ra)은 0.06 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 내연 기관 자켓.
  8. 제 1 항에 있어서,
    증착 이전에 자켓 표면의 거칠기 값(Ra)은 0.04 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 내연 기관 자켓.

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