DE102009016933A1 - Cylinder liner for an internal combustion engine, comprises two concentric layers such as an outwardly lying bearing layer viewed in a radial direction and an inwardly lying functional layer, which serves as a carrier of a piston - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a cylinder liner for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
In modernen Hochleistungsmotoren herrschen im Bereich der Kolbenbewegung, also im Zylinderkurbelgehäuse extrem hohe thermische und mechanische Belastungen vor. Insbesondere bei der Verwendung von Leichtmetall als Material für das Zylinderkurbelgehäuse ist es häufig notwendig, im Bereich, in dem der Kolben sich bewegt, also in der Zylinderbohrung eine lokale Verstärkung einzusetzen. Derartige lokale Verstärkungen werden in der Regel durch das Einsetzen von sogenannten Zylinderlaufbuchsen erzielt. Zylinderlaufbuchsen werden dabei in der Regel bereits während der Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses in einem Druckgießprozess in das Druckgießwerkzeug eingelegt und von dem flüssigen Gießmetall während des Gießens umgossen. Die Stabilität und die tribologischen Eigenschaften der Zylinderlaufbuchse sind dabei von besonderer Bedeutung.In modern high-performance engines prevail in the field of piston movement, So in the cylinder crankcase extremely high thermal and mechanical Burdens. Especially when using light metal as a material for the cylinder crankcase It is often necessary in the area where the piston is moves, so in the cylinder bore a local reinforcement use. Such local reinforcements are used in the Reached by the use of so-called cylinder liners. Cylinder liners are usually already during the manufacture of the cylinder crankcase in a die casting process inserted into the die casting and the liquid Casting metal cast during casting. The Stability and tribological characteristics of the cylinder liner are of particular importance.
In
der Literatur werden bereits mehrere Arten von Zylinderlaufbuchsen
beschrieben. So ist etwa in der
Die
Ferner
beschreibt die
Aufgabe der Erfindung ist es eine gegenüber der Standardtechnik kostengünstige Zylinderlaufbuchse bereit zu stellen, die einerseits eine verbesserte Anbindung an das Material des Zylinderkurbelgehäuses aufweist und im Bereich der Kolbenbewegung den tribologischen und thermischen Beanspruchungen gerecht wird.task The invention is one over the standard technique cost-effective cylinder liner to provide that on the one hand an improved connection to the material of the cylinder crankcase and in the area of the piston movement the tribological and thermal stresses.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Zylinderlaufbuchse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The Solution of the task consists in a cylinder liner with the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse für einen Verbrennungsmotor gemäß Patentanspruch 1 ist in mindestens zwei konzentrischen Schichten aufgebaut. Hierbei handelt es sich um eine in radialer Richtung gesehen außen liegende tragende Schicht und um eine innen liegende Funktionsschicht, die als Laufbahn eines Kolbens dient. Die Funktionsschicht ist hierbei in Form einer thermischen Spritzschicht ausgestaltet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die tragende Schicht auf der Basis einer Aluminium-Silizium-Legierung besteht.The Inventive cylinder liner for an internal combustion engine according to claim 1 is built up in at least two concentric layers. in this connection it is a viewed in the radial direction outside lying supporting layer and an inner functional layer, which serves as a raceway of a piston. The functional layer is here designed in the form of a thermal sprayed layer. The invention draws characterized by the fact that the bearing layer on the basis of a Aluminum-silicon alloy exists.
Eine derartige tragende Schicht auf Basis einer Aluminium-Silizium-Legierung kann kostengünstig hergestellt werden und ist hierbei gegenüber den üblicherweise verwendeten Stahlbuchsen besonders leicht. Insbesondere bei der Verwendung von Druckgusszylinderkurbelgehäusen, die ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung bestehen, ist auch die Anbindung an das umliegende Zylinderkurbelgehäuse aufgrund der gleichen Materialeigenschaften besonders gut.A Such a supporting layer based on an aluminum-silicon alloy can be produced inexpensively and is in this case opposite the commonly used steel bushings particularly light. Especially when using die-cast cylinder crankcases, which also consist of an aluminum alloy, is also the Connection to the surrounding cylinder crankcase due the same material properties especially good.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist die tragende Schicht, die auf der Basis einer Aluminium-Silizium-Legierung besteht, zusätzliche Siliziumkarbid-Partikel auf. Diese Siliziumkarbid-Partikel sind dazu geeignet, den Elastizitätsmodul der tragenden Schicht deutlichen zu erhöhen. Hierdurch weist die Schicht und somit die Buchse eine höhere Eigenfestigkeit auf.In an advantageous embodiment of the invention has the load-bearing Layer based on an aluminum-silicon alloy, additional silicon carbide particles on. These silicon carbide particles are suitable for carrying the modulus of elasticity of the load Shift significantly. This indicates the layer and thus the socket on a higher intrinsic strength.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die tragende Schicht der Zylinderlaufbuchse in Form einer Schleudergussbuchse ausgestaltet. Das bedeutet, dass die Buchse bzw. ein Rohr aus dem die Buchse gegebenenfalls abgetrennt ist, durch ein Schleudergussverfahren hergestellt wird.In Another advantageous embodiment is the load-bearing Layer of the cylinder liner in the form of a centrifugally cast bushing designed. This means that the socket or a pipe from the optionally, the bush is severed by a centrifugal casting process will be produced.
Alternativ zur Herstellung der Buchse im Schleudergussverfahren kann die tragende Schicht auch als eine Strangpressbuchse ausgestaltet sein. Das bedeutet, dass die Buchse durch ein Strangpressverfahren hergestellt wird. Insbesondere bei der Verwendung eines Strangpressverfahrens zur Darstellung der tragenden Schicht ist es zweckmäßig, hierfür eine sogenannte Knetlegierung zu verwenden. Eine Knetlegierung ist durch ihre Legierungsbestandteile besonders gut für die Formgebung im Strangpressverfahren geeignet.alternative for producing the bush by centrifugal casting, the bearing Layer can also be configured as an extrusion bushing. That means, that the bushing is produced by an extrusion process. Especially when using an extrusion process for illustration the wearing layer, it is appropriate for this purpose to use a so-called wrought alloy. A wrought alloy is especially good for those with their alloy components Shaping in the extrusion process suitable.
Ferner ist es ebenfalls zweckmäßig, die tragende Schicht als eine Thixogussbuchse auszugestalten, dies bedeutet, dass das Rohr bzw. die Buchse, die daraus abtrennt wird, und die tragende Schicht, die die Zylinderlaufbuchse bildet, durch ein Thixogießverfahren hergestellt wird.Further it is also appropriate, the bearing layer as a Thixogussbuchse, this means that the Tube or bushing separated therefrom and the supporting layer, which forms the cylinder liner, by a Thixogießverfahren will be produced.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die thermische Spritzschicht, also die Funktionsschicht aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung besteht, die insbesondere mehr als 17 Gewichtsprozent Silizium, insbesondere mehr als 22 Gewichtsprozent Silizium aufweist.Furthermore, it is expedient if the thermal spray coating, ie the functional layer of a hypereutectic aluminum-silicon alloy in particular, more than 17 percent by weight silicon, in particular more than 22 percent by weight silicon.
Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Merkmale werden anhand der folgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.Further Embodiments of the invention and further advantageous features will be explained in more detail with reference to the following description of the figures.
Dabei zeigen:there demonstrate:
In
Auf
einer radial nach außen gesehenen Seite der tragenden Schicht
Zur
Funktionsweise der Titandioxidschicht wird zunächst auf
den Gießprozess eingegangen, in dem die Zylinderlaufbuchse
Durch
die frei werdende exotherme Energie kommt es auch noch zu lokalen
Aufschmelzungen in der tragenden Schicht, die ebenfalls auf Basis
einer Aluminiumlegierung besteht. Durch die Reaktion zwischen flüssigem
Aluminium und dem Titandioxid entstehen demnach Aluminiumoxid und
hochtemperaturbeständige intermetallische Phasen, sogenannte Titanaluminide.
Die Zusammensetzung der Titanaluminide hängt jeweils von
der Konzentration des auftretenden Aluminiums auf der Titandioxidschicht
ab. Dabei kann es sich entweder um Ti3Al
oder um TiAl3 oder um TiAl handeln. Insbesondere
wird durch diese Reaktion und die daraus auftretenden Phasen eine sehr
gute Anbindung zwischen dem Matrixmetall des Zylinderkurbelgehäuses
und der Zylinderlaufbuchse
Im Weiteren soll auf die Herstellungsverfahren der tragenden Schicht näher eingegangen werden.in the Furthermore, it is intended to emphasize the manufacturing process of the supporting layer be discussed in more detail.
Es
gibt verschiedene Verfahren, die tragende Schicht kostengünstig
herzustellen. Eines der Verfahren ist das sogenannte Schleudergussverfahren.
Dieses Verfahren wird insbesondere dafür angewendet, um
lange Rohre herzustellen. Es ist deshalb auch geeignet, Rohre für
Zylinderlaufbuchsen herzustellen. Derartige Rohre werden dann entsprechend der
benötigten Länge der Zylinderlaufbuchse abgetrennt.
Beim Schleudergießverfahren können insbesondere
in vorteilhafter Weise Siliziumkarbid (SiC)-Partikel in die Legierung
eingebracht werden. Diese Siliziumpartikel wandern aufgrund ihres
höheren spezifischen Gewichtes beim Schleudergießen an
die Außenseite der Buchse bzw. der tragenden Schicht
Grundsätzlich
ist es auch insbesondere in Hinblick auf eine Kostenreduktion vorteilhaft,
die tragende Schicht durch ein Strangpressverfahren herzustellen.
Hierbei wird insbesondere eine Knetlegierung verwendet, die sich
insbesondere beim Strangpressen besonders gut umformen lässt.
Durch das Strangpressen entsteht ein langes Rohr, aus dem ebenfalls
die einzelnen Buchsen für die tragende Schicht
Ferner
ist es auch zweckmäßig, die tragende Schicht
Im
Weiteren soll noch auf die thermische Spritzschicht eingegangen
werden, die die Funktionsschicht
- 22
- ZylinderlaufbuchseCylinder liner
- 44
- Tragende Schichtsupporting layer
- 66
- Funktionsschichtfunctional layer
- 88th
- Titanoxidschichttitanium oxide
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAV | Publication of unexamined application with consent of applicant | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |