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技術 内燃機関のシリンダをコーティングするための方法、および内燃機関のためのシリンダ

出願人 ドクターエンジニールハーツェーエフポルシェアクチエンゲゼルシャフト
発明者 ホルガークランプ
出願日 2017年9月6日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2017-170969
公開日 2018年3月15日 (1年6ヶ月経過) 公開番号 2018-040360
状態 特許登録済
技術分野 内燃機関のシリンダブロック、ケーシング ピストン、ピストンリング、シリンダ
主要キーワード 歯形構造 一改良形態 円形機 移動矢印 ライニング面 仕上げプロセス 例示的実施 中空シリンダ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年3月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

内燃機関シリンダコーティングするための方法、および内燃機関のためのシリンダを提供する。

解決手段

内燃機関のシリンダをコーティングするための方法であって、ピストン移動面5を備えたシリンダライニング面部であって、ピストン移動面5がシリンダ1の内部空間に面するように構成され、ピストン移動面5に沿ってピストンが動かされ得るシリンダライニング面部を有し、シリンダが、内部空間に隣接するさらなる表面13、14、特にクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部6の軸受部面13と、軸受部6とシリンダライニング面部との間に構成された逃げ部8の逃げ部面14とを有する方法に関する。本発明によると、第1ステップにおいて、内部空間に面するように構成されたさらなる表面13、14が、画定された構造16を与えられ、第2ステップにおいて、コーティングが、ピストン移動面5の吹付けの形で行われる。

概要

背景

内燃機関シリンダコーティングするための方法は既知である。シリンダのピストン移動面のコーティングは、内燃機関のピストンの、摩耗の少ない移動に役立ち、このピストンはシリンダ内往復方式で移動する。コーティングは、ピストン移動面にプラズマスプレーを吹き付けることにより行われる。

特許明細書(特許文献1)は、シリンダであって、そのピストン移動面が溝または渦巻プロファイルを含む粗面化された構造を有するシリンダを開示する。粗面化された構造はアンダーカット部を有し、このことは、シリンダのコーティングのための接着表面積の増大をもたらす。さらに、その結果、コーティングの改良された接着性がもたらされる。

シリンダのピストン移動面が、コーティングの改良された接着性のために2つの凹凸形状を含むねじ山状構造を有する、シリンダをコーティングするための方法が、特許明細書(特許文献2)から分かり得る。

特許明細書(特許文献3)は、内燃機関のためのシリンダであって、そのピストン移動面が合金からなるコーティングを有するシリンダを開示している。ピストン移動面自体は、コーティングの改良された接着性のための、複数の斜めに移動する歯を備える粗面化された構造を有する。

しかしながらコーティング作業中、コーティング材料粒子の、材料の不定の埋め込みが、前記コーティング材料の反射粒子の結果として、コーティングにおいて生じる。前記粒子は、特に、表面であって、シリンダにおいて構成された、ホーニング逃げ部(run−out)として既知のものの表面および軸受台として既知のものの表面で、反射される。前記反射は、反射粒子の埋め込みの結果として、コーティングの不均一な層構成の原因となる。前記不均一なコーティングは、さらなる機械加工プロセス、特にシリンダのホーニングなどの仕上げプロセスにおいて、亀裂および表面損傷を招く。結果として、シリンダは使用不能となり、もはや使用され得ない。

概要

内燃機関のシリンダをコーティングするための方法、および内燃機関のためのシリンダを提供する。内燃機関のシリンダをコーティングするための方法であって、ピストン移動面5を備えたシリンダライニング面部であって、ピストン移動面5がシリンダ1の内部空間に面するように構成され、ピストン移動面5に沿ってピストンが動かされ得るシリンダライニング面部を有し、シリンダが、内部空間に隣接するさらなる表面13、14、特にクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部6の軸受部面13と、軸受部6とシリンダライニング面部との間に構成された逃げ部8の逃げ部面14とを有する方法に関する。本発明によると、第1ステップにおいて、内部空間に面するように構成されたさらなる表面13、14が、画定された構造16を与えられ、第2ステップにおいて、コーティングが、ピストン移動面5の吹付けの形で行われる。

目的

本発明の目的である

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

内燃機関シリンダコーティングするための方法であって、前記シリンダ(1)が、前記内燃機関(2)のクランク室(7)において構成されるとともに、ピストン移動面(5)を備えたシリンダライニング面部(4)であって、前記ピストン移動面(5)が前記シリンダ(1)の内部空間(3)に面するように構成され、前記ピストン移動面(5)に沿って前記内燃機関(2)のピストンが動かされ得る、シリンダライニング面部(4)を有し、前記シリンダが、前記内部空間(3)に隣接するさらなる表面(13、14)、特に、前記内燃機関(2)のクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部(6)の軸受部面(13)と、前記軸受部(6)と前記シリンダライニング面部(4)との間に構成された逃げ部(8)の逃げ部面(14)とを有する、方法において、第1ステップにおいて、前記内部空間(3)に面するように構成された前記さらなる表面(13、14)が、画定された構造(16)を与えられ、第2ステップにおいて、前記コーティングが前記ピストン移動面(5)の吹付けの形で行われることを特徴とする、方法。

請求項2

前記コーティングがプラズマコーティングの形で実施されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記コーティングの反射粒子(15)の抽出が、前記第2ステップに続く次のステップにおいて行われるか、事実上同時に行われることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。

請求項4

前記画定された構造(16)が、前記第2ステップまたは次のステップに続くさらなるステップにおいて除去されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

前記さらなる表面(13、14)に施された前記コーティングが、前記次のステップまたはさらなるステップに続く後続ステップにおいて除去されることを特徴とする、請求項3または4に記載の方法。

請求項6

前記さらなる表面(13、14)に施された前記コーティングが、前記画定された構造(16)とともに除去されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。

請求項7

前記画定された構造(16)がスピンドルプロセス、円形機加工作業またはらせん機械加工作業を用いて製造されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。

請求項8

前記画定された構造(16)が歯形構造により実現されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。

請求項9

30°〜60°の角度(α)が、前記画定された構造(16)の2つの隣接する歯(17)の間に構成されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。

請求項10

前記画定された構造(16)がピッチ(P)を有して構成され、前記ピッチ(P)が1以上の値を有することを特徴とする、請求項8または9に記載の方法。

請求項11

内燃機関のためのシリンダであって、前記シリンダ(1)が、ピストン移動面(5)を備えたシリンダライニング面部(4)であって、前記ピストン移動面(5)が前記シリンダ(1)の内部空間(3)に面するように構成され、前記ピストン移動面(5)に沿って前記内燃機関(2)のピストンが動かされ得る、シリンダライニング面部(4)を有し、前記シリンダが、前記内部空間(3)に隣接するさらなる表面(13、14)、特に前記内燃機関(2)のクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部(6)の軸受部面(13)と、前記軸受部(6)と前記シリンダライニング面部(4)との間に構成された逃げ部(8)の逃げ部面とを有する、シリンダにおいて、前記シリンダ(1)が、少なくとも一時的に、画定された構造(16)を有することを特徴とする、シリンダ。

請求項12

前記内部空間(3)に面するように構成された表面(13、14)が、前記画定された構造(16)を有することを特徴とする、請求項11に記載のシリンダ。

請求項13

前記画定された構造(16)が歯形構成のものであることを特徴とする、請求項11または12に記載のシリンダ。

請求項14

30°〜60°の値を有する角度(α)が、前記画定された構造(16)の2つの隣接する歯(17)の間に構成されることを特徴とする、請求項13に記載のシリンダ。

請求項15

前記画定された構造(16)がピッチ(P)を有して構成され、前記ピッチ(P)が1以上の値を有することを特徴とする、請求項11〜14のいずれか一項に記載のシリンダ。

技術分野

0001

本発明は、請求項1の前提部に従って内燃機関シリンダコーティングするための方法と、特許請求項11に記載の内燃機関のためのシリンダとに関する。

背景技術

0002

内燃機関のシリンダをコーティングするための方法は既知である。シリンダのピストン移動面のコーティングは、内燃機関のピストンの、摩耗の少ない移動に役立ち、このピストンはシリンダ内往復方式で移動する。コーティングは、ピストン移動面にプラズマスプレーを吹き付けることにより行われる。

0003

特許明細書(特許文献1)は、シリンダであって、そのピストン移動面が溝または渦巻プロファイルを含む粗面化された構造を有するシリンダを開示する。粗面化された構造はアンダーカット部を有し、このことは、シリンダのコーティングのための接着表面積の増大をもたらす。さらに、その結果、コーティングの改良された接着性がもたらされる。

0004

シリンダのピストン移動面が、コーティングの改良された接着性のために2つの凹凸形状を含むねじ山状構造を有する、シリンダをコーティングするための方法が、特許明細書(特許文献2)から分かり得る。

0005

特許明細書(特許文献3)は、内燃機関のためのシリンダであって、そのピストン移動面が合金からなるコーティングを有するシリンダを開示している。ピストン移動面自体は、コーティングの改良された接着性のための、複数の斜めに移動する歯を備える粗面化された構造を有する。

0006

しかしながらコーティング作業中、コーティング材料粒子の、材料の不定の埋め込みが、前記コーティング材料の反射粒子の結果として、コーティングにおいて生じる。前記粒子は、特に、表面であって、シリンダにおいて構成された、ホーニング逃げ部(run−out)として既知のものの表面および軸受台として既知のものの表面で、反射される。前記反射は、反射粒子の埋め込みの結果として、コーティングの不均一な層構成の原因となる。前記不均一なコーティングは、さらなる機械加工プロセス、特にシリンダのホーニングなどの仕上げプロセスにおいて、亀裂および表面損傷を招く。結果として、シリンダは使用不能となり、もはや使用され得ない。

先行技術

0007

欧州特許第2112359 B1号明細書
欧州特許第1334268 B1号明細書
欧州特許第1225324 B1号明細書

発明が解決しようとする課題

0008

内燃機関のシリンダをコーティングするための改良された方法を特定することが本発明の目的である。内燃機関のための改良されたシリンダを特定することが本発明のさらなる目的である。

課題を解決するための手段

0009

本発明によると、目的は、特許請求項1の特徴を有する内燃機関のシリンダをコーティングするための方法により達成される。本発明によると、さらなる目的は、特許請求項11の特徴を有する内燃機関のためのシリンダにより達成される。本発明の目的に適い、かつ自明ではない展開形態を備えた有利な改良形態は、それぞれの下位クレームにおいて特定される。

0010

内燃機関のシリンダをコーティングのための本発明による方法であって、シリンダが、内燃機関のクランク室において構成されるとともに、ピストン移動面を備えたシリンダライニング面部であって、ピストン移動面がシリンダの内部空間に面するように構成され、ピストン移動面に沿って内燃機関のピストンが動かされ得る、シリンダライニング面部を有し、シリンダが、内部空間に隣接するさらなる表面、特に内燃機関のクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部の軸受部面と、軸受部と移動面部との間に構成された逃げ部(a run−out section)の逃げ部面とを有する方法は、第1ステップにおいて、内部空間に面するように構成されたさらなる表面が、画定された構造(a defined structure)を与えられ、第2ステップにおいて、コーティングがピストン移動面の吹付けの形で行われるという事実により特徴付けられる。本発明による方法の利点は、ピストン移動面として構成されないシリンダの表面、すなわちさらなる表面が、コーティングを施す間に生じる粒子の画定された反射のために構成された画定された構造を与えられるという点にある。これは、ピストン移動面の領域において、実質的に改良されたシリンダ表面が達成され得ることを意味する。結果として不良率が低下し、その結果として製造費が実質的に低下し得る。表面は、好ましくは軸受部面および/または逃げ部の逃げ部面である。逃げ部面は、ピストン移動面に直接隣接するように構成され、したがって後者と直接接触する。軸受部面は、横断方向に、通常はピストン移動面に対して垂直に構成されるため、特に反射のために役立つ。

0011

コーティングは好ましくは、耐熱性および機械的に耐久性のあるプラズマコーティングの形で実施される。

0012

本発明による方法の一改良形態において、反射粒子の抽出が、第2ステップに続く次のステップにおいて行われるか、事実上同時に行われる。反射粒子の抽出は、反射粒子の確実な排除をもたらす。

0013

本発明による方法のさらなる改良形態において、画定された構造が、第2ステップまたは次のステップに続くさらなるステップにおいて除去される。コーティングが行われた後、さらなる表面、特に軸受部面および/または逃げ部面の画定された構造はもはや機能を有さず、したがって除去され得、その結果として、画定された構造に依存して生じる、起こり得る応力集中が回避される。さらなる利点はシリンダの改良された再構成に見られるが、その理由は、画定された構造が、再構成の間の破壊的な要因として排除され得ることからである。

0014

上記理由から、さらなる表面、特に軸受部面および/または逃げ部面に施されたコーティングを、次のステップまたはさらなるステップに続く後続ステップにおいて除去することが同様に有利である。これは、施された画定された構造の除去と同時に行われ得る。除去が同時に行われる場合、これは、方法ステップの減少を理由として、本方法のコスト節約をもたらす。

0015

画定された構造は、好ましくはスピンドルプロセス、円形機加工作業またはらせん機械加工作業を用いて作製される。

0016

画定された構造は、歯形構造により実現される。吹付け噴流に対してある角度にある側面のために、歯は、シリンダの内部空間へ画定された方向に、すなわち、換言すると、ピストン移動面から離れる方を向く方向に、歯に衝突する粒子を導く。それらは単純に、例えば抽出により、そこで除去され得る。画定された構造は好ましくは、2つの隣接する歯間に構成された、0°〜90°の値を有する角度を有する。

0017

本発明の第2態様は、内燃機関のためのシリンダであって、シリンダが、ピストン移動面を備えたシリンダライニング面部であって、ピストン移動面がシリンダの内部空間に面するように構成され、ピストン移動面に沿って内燃機関のピストンが動かされ得る、シリンダライニング面部を有し、シリンダが、内部空間に隣接するさらなる表面、特に内燃機関のクランクシャフトを取り付けるために設けられた軸受部の軸受部面と、軸受部とシリンダライニング面部との間に構成された逃げ部の逃げ部面とを有する、シリンダに関する。本発明によると、シリンダは、少なくとも一時的に、画定された構造を有する。高品質のコーティングされたピストン移動面が、前記少なくとも一時的に画定された構造を用いてもたらされ得る。これはピストン移動面の摩耗を減少させ、したがってシリンダの使用可能期間の延長をもたらす。

0018

本発明のさらなる利点、特徴および詳細が、好ましい例示的実施形態の以下の説明の結果、ならびに図面を使用して、得られる。先行する文章における説明において言及された特徴および特徴の組合せ、ならびに、図面の説明における以下の文章において言及された、ならびに/または図面のみにおいて示された特徴および特徴の組合せは、それぞれの特定された組合せにおいてだけでなく、むしろまた他の組合せもしくはそれ自体でも、本発明の範囲から逸脱すること無く、使用され得る。

図面の簡単な説明

0019

先行技術によるコーティングのための方法の間の、内燃機関のシリンダの概略図を示す。
コーティングのための本発明による方法の間の内燃機関の本発明によるシリンダの概略図を示す。
図2によるシリンダの詳細図IIIを示す。
本発明によるシリンダを備えたクランク室の平面図を示す。
図4によるクランク室の詳細を、断面線V−Vに沿った断面において示す。
図4によるシリンダの詳細図VIを示す。
図4によるシリンダの詳細図VIIを示す。
図5によるクランク室の斜視図を示す。

実施例

0020

図1は、先行技術によるコーティングのための方法の間の、内燃機関2のシリンダ1の概略図を示す。

0021

シリンダ1は中空シリンダの形に構成されるとともに、内部空間3を有し、内部空間3において、ピストン(より詳細には図示せず)が、内燃機関2の作動中に揺動(往復)運動を行うように受け入れられる。シリンダ1のコーティングが、シリンダ1とピストンとの間の摩耗を減らすために、内部空間3に面するように構成されたピストン移動面5の、シリンダ1のシリンダライニング面部4の領域に提供される。シリンダライニング面部4は、作動中に、シリンダ1の、ピストンまたはそのピストンリングと接触する部分である。

0022

シリンダ1は、クランク室7において構成されるとともに、クランク室7の軸受部6の軸受部面13を含み、この軸受部6は、内燃機関2のクランクシャフト(より詳細には図示せず)と、軸受部6とシリンダライニング面部4との間に構成された逃げ部8とを取り付けるために設けられる。

0023

コーティングとして、吹付けコーティングの形のプラズマコーティングが提供され、このプラズマコーティングは特別に処理(準備)されたピストン移動面5に施される。ピストン移動面5の前記特別な処理(準備)は、ピストン移動面5へのコーティングの改良された接着性のために役立つ。

0024

コーティングのための方法は、開口部10であって、そこから出て行くコーティング材料の吹付け噴流11を構成するための開口部10を有する対応して構成されたランス9により実施される。シリンダ1のコーティングの間、ランス9は、移動矢印19により示されるとおり、そのランス軸12を中心とした回転運動およびそのランス軸12に沿った軸方向運動を行う。

0025

先行技術による方法のコーティング作業の過程において、画定されておらず制御されていない態様でピストン移動面5に堆積するコーティングの粒子15の反射が、軸受部6の領域において、内部空間3に面するように構成された軸受部面13に、および逃げ部8の逃げ部面14であって、内部空間3に面するように構成された逃げ部面14に起こる。

0026

図2は、本発明による方法の間の内燃機関2の本発明によるシリンダ1の概略図を示す。軸受部面13および逃げ部面14は画定された構造16を有し、それにより、軸受部面13および/または逃げ部面14に衝突する粒子15の制御された反射が引き起こされる。画定された構造16を用いて、反射粒子15は、内部空間3内へ標的を定めた方式で反射されるとともにそこで抽出される。

0027

これは、本発明による方法は、第1ステップにおいて、軸受部面13および逃げ部面14に画定された構造16の構成を有することを意味する。本発明による方法の第2ステップにおいて、本発明の例示的実施形態においてはプラズマコーティングであるコーティングが、特にピストン移動面5へ施される。すなわち、換言すると、ピストン移動面5の吹付けが行われる。コーティングの間またはその直後に、反射粒子15の、本発明の例示的実施形態においては、プラズマ粒子の抽出が行われる。

0028

吹付け噴流11のために、内部空間3に面するように構成されたさらなる表面13、14、すなわち、特に軸受部面13および逃げ部面14が、同様にコーティング材料、すなわちプラズマを吹き付けられる。すなわち、前記さらなる表面13、14は同様にコーティングを有する。

0029

コーティングおよび抽出の後で、軸受部面13および逃げ部面14はさらに機械加工され、そこに同様に堆積されたコーティングが除去される。画定された構造16も同様に、前記除去と同時に除去される。

0030

画定された構造16は同様にまた、堆積されたコーティングの除去に続いて除去されてもよい。

0031

図3は本発明によるシリンダ1の詳細図IIIを示す。画定された構造16は歯形構造の形に構成される。画定された構造16の2つの隣接する歯17間に、互いに面するように構成されたそれらの側面18に、角度αがあり、この角度αは、特に図6および7に示されるとおり、30°〜60°の値を有する。

0032

画定された構造16は、1以上の値を有する一定ピッチPを有する。本発明の例示的実施形態において、これはスピンドルプロセスにおいて製造されている。これは同様に、円形機械加工作業またはらせん形機械加工作業においても構成され得る。

0033

図4は、本発明によるシリンダ1を備えたクランク室7の平面図を示す。本発明によるシリンダ1は、図5において、画定された構造16の領域における断面線V−Vに沿った断面図で詳細に示され、および図8において斜視図で示される。画定された構造16の詳細図VI(図6を参照)およびVII(図7を参照)の位置は、図5から分かり得る。

0034

1シリンダ
2内燃機関
3 内部空間
4 シリンダライニング面部
5ピストン移動面
6軸受部
7クランク室
8逃げ部
13 軸受部面
14 逃げ部面
16画定された構造

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