DE69700868T2

DE69700868T2 - Herstellungsverfahren eines Stössels einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69700868T2
Application number: DE69700868T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Fukuoka; Tatsuo Kanzaki; Akiyoshi Mori
Original assignee: Fuji Oozx Inc; Fuji Valve Co Ltd
Current assignee: Fuji Oozx Inc
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: EP0828060A3; EP0828060B1; US5918366A; EP0828060A2; JPH1077807A; DE69700868D1

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formung eines Stößels in einer Brennkraftmaschine, wobei die äußere Umfangsoberfläche des Stößels mit einer Beschichtung bedeckt ist.
Stößel, die in einem vom direkt wirkenden Typ, mit Ventilen arbeitenden Mechanismus einer Brennkraftmaschine verwendet werden, sind aus einer AI-Legierung hergestellt, um das Gewicht zu verringern. Stößel aus einer AI-Legierung sind unzureichender als Stößel aus einer Fe-Legierung hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit und der Resistenz gegen Abnutzung. Daher werden Beschichtungen aus einem hartem Material auf die äußere Umfangsoberfläche durch thermisches Spritzen aufgebracht, das relativ leicht ausgeführt werden kann.
Um die Beschichtung durch thermisches Spritzen zu bilden, ist es notwendig, die Haftfestigkeit und den Widerstand gegen Abplatzen zu erhöhen, indem die äußere Umfangsoberfläche des Stößels in einem vorhergehenden Schritt aufgerauht wird. Eine Oberflächenaufrauhung, wie z. B. durch Strahlgebläse benötigt jedoch längere Zeit und führt zu einer geringen Produktivität. Weiterhin wird viel von Strahlgebläsematerialien benötigt, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden.
Um das Problem zu lösen, wird ein Verfahren zur Formung eines Stößels vorgeschlagen, wie in Fig. 9 gezeigt, wobei eine rauhe Oberfläche, die eine spiralförmige Rille 2 umfaßt, auf der äußeren Umfangsoberfläche eines Stößelkörpers 1 mit einem Schneidewerkzeug gebildet wird, und wobei ein hartes Material thermisch auf die Oberfläche aufgespritzt wird, um eine Beschichtung zu bilden.
Wie jedoch oben erwähnt, wird bei der Methode, bei der die Beschichtung 3 auf die spiralförmige Rille 2 aufgebracht wird, ein abgekanteter Bereich 4 am unteren Ende gebildet, nachdem die äußere Umfangsoberfläche durch thermisches Spritzen gefertigt wurde. Somit wird der Kamm der spiralförmigen Rille 2 über der Be schichtung 3 freigelegt, wobei die Beschichtung 3 am unteren Ende in ihrer Stärke verringert wird und nicht durchgängig ist, wobei die Haftfestigkeit der Beschichtung 3 verringert wird und dem Abplatzen unterworfen ist. Wenn kleine harte abgeplatzte Stücke in den Kontaktbereich zwischen einem Zylinderkopf und dem Stößel während des Betriebs des Motors geraten, werden die Gleitoberflächen bedeutend abgenutzt.
Die US-A-5, 605, 122, angemeldet im Namen dieses Anmelders, wurde vor dem Anmeldetag der Anmeldung eingereicht, dessen Priorität für die vorliegende Anmeldung beansprucht wurde, aber danach veröffentlicht. Dieses Dokument offenbart einen Stößel aus einem Kernmaterial und einer spiralförmigen Rille auf seiner äußeren Umfangsoberfläche, wobei der Rillendurchmesser sich allmählich an den Rillenenden verringert, um einen abgekanteten Bereich bereitzustellen. Die Rille wird dann mit einer Schicht aus einem hartem Material bedeckt.

Zusammenfassung der Erfindung

Hinsichtlich der Nachteile ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Stößels bereitzustellen, um die Freilegung einer spiralförmigen Rille über einer Beschichtung zu verhindern, wenn das Ende eines Stößelkörpers abgekantet wird, um die Resistenz gegen Abplatzen bedeutend zu erhöhen, wobei das Verfahren mit niedrigen Kosten durchgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Formung eines Stößels in einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Formung eines Stößels in einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5 bereitgestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die kleinere spiralförmige Rille in der äußeren Umfangsoberfläche zumindest am unteren Ende des Stößelkörpers mit der Beschichtung bedeckt. Sogar, wenn das untere Ende abgekantet wird, ohne daß die Kämme der kleineren spiralförmigen Rille freigelegt werden, ist die Wahrscheinlichkeit gering, daß die Beschichtung abplatzt. Weiterhin wird die Oberfläche der kleineren spiralförmigen Rille erhöht, wobei die Haftfestigkeit der Beschichtung und die Resistenz gegen Abplatzen gesteigert wird. Die Oberflächenaufrauhung des Stößelkörpers kann leicht mit dem Schneidwerkzeug durchgeführt werden, ohne daß ein Strahlgebläse des Standes der Technik verwendet wird, wobei die Kosten verringert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bezüglich der Ausführungsformen eher ersichtlich, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden:
Fig. 1 ist eine teilweise angeschnittene Vorderansicht, die eine spiralförmige Rille auf der äußeren Umfangsoberfläche des Stößelkörpers in der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptbereiches aus Fig. 1;
Fig. 3 ist eine teilweise angeschnittene Vorderansicht, die eine Beschichtung auf der äußeren Umfangsoberfläche des Stößelkörpers zeigt;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptbereiches aus Fig. 3;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht nach dem Abkanten;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptbereiches des Stößels in der zweiten Ausführungsform:
Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptbereiches des Stößels, der in einer anderen Ausführungsform erhalten wird;
Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptbereiches eines Stößels, der in einer weiteren Ausführungsform erhalten wird;
Fig. 9 ist eine senkrecht angeschnittene Vorderansicht eines herkömmlichen Stößels, wobei eine Beschichtung auf eine spiralförmige Rille auf der äußeren Umfangsoberfläche aufgebracht ist; und
Fig. 10 ist eine vergrößerte senkrecht angeschnittene Ansicht, die einen abgekanteten Bereich am unteren Ende des Stößels aus Fig. 9 zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Fig. 1 bis 5 erläutern die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Während ein Stößelkörper 1 aus einer Al-Legierung auf einer Achse rotiert wird, wird ein Schneidwerkzeug (nicht gezeigt) gegen die äußere Umfangsoberfläche des Stößelkörpers gedrückt und in einer axialen Richtung bewegt, um eine spiralförmige Rille zu bilden, die den gleichen Durchmesser und die gleichen Ganghöhen besitzen.
Die Fortbewegung in einer axialen Richtung wird jedoch bei einer festgelegten Geschwindigkeit in Richtung zum unteren Ende des Stößelkörpers 1 oder zu dem Bereich durchgeführt, wo ein abgekanteter Bereich im weiter unten erwähnten folgenden Schritt gebildet wird. Danach wird das Schneidwerkzeug unter Verringerung der axialen Geschwindigkeit allmählich vom Stößelkörper 1 fortbewegt, um eine kleinere spiralförmige Rille 2a zu bilden, deren Durchmesser sich allmählich von dem Ende der Rille bis zum unteren Ende des Stößelkörpers 1 ver größert. Wie in Fig. 2 gezeigt, betragen die Ganghöhen P&sub1; und P&sub2; der spiralförmige Rillen 2 und der kleineren spirafförmigen Rille 2a beispielsweise 0,277 mm bzw. 0,115 mm. Der Winkel "θ" der kleineren spiralförmigen Rille zur Achse beträgt etwa 30º.
Nachdem die spiralförmigen Rufen 2 und 2a gebildet wurden, wird hartes Fe- Material thermisch auf die äußere Umfangsoberfläche des Stößelkörpers 1 aufgespritzt, um eine Beschichtung 3 zu bilden, die eine gewünschte Stärke beispielsweise 0,3 mm besitzt, wie dies in den vergrößerten Fig. 3 und 4 gezeigt wird.
Weiterhin wird, wie in Fig. 5 gezeigt, eine Fertigbearbeitung an der äußeren Umfangsoberfläche der Beschichtung 3 durchgeführt, um den äußeren Durchmesser auf eine festgelegte Größe zu bringen und die kleinere spiralförmige Rille an dem unteren Ende des Stößelkörpers 1 abzukanten, wobei ein abgekanteter Bereich 4 gebildet wird. Der Winkel des abgekanteten Bereiches 4 wird auf 10 bis 15º festgelegt. Der abgekantete Bereich 4 wird gebildet, indem eine Ecke ab der Mitte des kleineren spiralförmigen Bereiches 2a am unteren Ende des Stößelkörpers 1 abgeschnitten wird.
Bei dem Stößel, der in der vorangegangenen Ausführungsform hergestellt wird, enthält der abgekantete Bereich 4 des Stößelkörpers 1 die kleinere spiralförmige Rille 2a, die sich allmählich in ihrem Durchmesser vergrößert. Über der Beschichtung 3 wird kein Kamm der kleineren spiralförmigen Rille 2a freigelegt, auch wenn abgekantet wurde. Weiterhin erhöht sich der Bereich der äußeren Umfangsoberfläche, so daß sich die Haftfestigkeit des aufgespritzten Materials erhöht, wodurch der Widerstand gegen Abplatzen der Beschichtung bedeutend erhöht wird. Am unteren Ende des abgekanteten Bereiches 4 liegt der Stößelkörper 1 frei, aber der freigelegte Bereich tritt nicht mit der Bohrung des Zylinderkopfes in Verbindung. So ist es nicht notwendig, eine Abnutzungsresistenz in Erwägung zu ziehen.
Fig. 6 zeigt einen Hauptbereich der zweiten Ausführungsform eines Stößels gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine spiralförmige Rille 2 gebildet wird, die die gleichen Ganghöhen und den gleichen äußeren Durchmesser als jene in der ersten Ausführungsform besitzt. Danach wird die Kante des Schneidwerkzeugs in Richtung der äußeren Umfangsoberfläche des Stößelkörpers 1 in die Nähe des unteren Endes des Stößelkörpers 1 bewegt und schneidet allmählich in Richtung der Achse des Stößelkörpers 1, um eine kleinere spiralförmige Rille 2a zu bilden, die in Richtung des unteren Endes spitz zuläuft.
Danach wird eine Beschichtung 3, ähnlich der aus der ersten Ausführungsform, durch thermisches Spritzen aufgebracht und zur selben Zeit mit Beendigung der äußeren Umfangsoberfläche wird ein abgekanteter Bereich 4 auf der äußeren Umfangsoberfläche in dem Bereich erzeugt, wo die kleinere spiralförmige Rille 2a gebildet wurde. Der Winkel der kleineren spiralförmigen Rille 2a zur Achse ist gleich oder größer als der Winkel zu dem abgekanteten Bereich 4 beispielsweise 10 bis 60º. In der zweiten Ausführungsform erhöht sich die Haftfestigkeit auf der kleineren spiralförmigen Rille 2a des aufgespritzten Materials, wodurch der Widerstand gegen Abplatzen der Beschichtung 3 erhöht wird. Die Beschichtung 3 der kleineren spiralförmigen Rille 2a kann in ihrer Stärke vergrößert werden, entsprechend dem Grad der Verjüngung. Daher wird sogar, beim Schneiden der Beschichtung 3 während des Abkantens, kein Kamm der kleineren spiralförmigen Rille 2a freigelegt, wodurch verhindert wird, daß die Beschichtung 3 abplatzt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangegangenen Ausführungsformen begrenzt, bei denen die kleinere spiralförmige Rille 2a an das untere Ende des Stößelkörpers 2a gebildet wird. Eine kleinere spiralförmige Rille 2c kann jedoch ebenso an dem oberen Ende des Stößelkörpers 1, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, gebildet werden. Daher wird ähnlich zu dem oben Genannten der abgekantete Bereich 4 an dem oberen Ende des Stößelkörpers 1 gebildet, nachdem die Beschichtung 6 aufgebracht wurde, wodurch der Widerstand gegen Abplatzen der Beschichtung 3 erhöht wird. Zusätzlich zu einem Stößel aus einer Al-Legierung kann die vorliegende Erfindung auf Stößel aus einer Ti-Legierung angewandt werden. Die Beschichtung 3 kann durch Galvanisierung anstatt durch thermisches Spritzen gebildet werden.

Claims

1. Verfahren zur Formung eines Stößels (1) in einer Brennkraftmaschine, wobei das Verfahren den Schritt des Formens einer Rille auf diesen Stößel umfaßt gemäß den nachfolgenden Schritten:

Drücken eines Schneidwerkzeuges gegen eine äußere Umfangsoberfläche des rotierenden Stößelkörpers (1), wobei eine Zuführung in axialer Richtung zur Formung einer spiralförmigen Rille (2) angewendet wird, wobei die Rillen den gleichen Durchmesser und die gleiche Neigung besitzen;

Entfernen des Schneidwerkzeugs vom Stößelkörper (1), wobei die Beschickungsrate des Schneidwerkzeuges verringert wird, wenn die spiralförmige Rille (2) nahe eines ersten Endes des Stößelkörpers gelangt, so daß eine kleinere spiralförmige Rille (2a) nahe des ersten Endes des Stößelkörpers geformt wird, wobei diese kleinere spiralförmige Rille allmählich im Durchmesser ansteigt in Richtung des ersten Endes des Stößelkörpers und

Bedecken der äußeren Umfangsoberfläche des Stößelkörpers mit einer Schicht (3), die hartes Material enthält.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei an einem zweiten Ende des Stößelkörpers eine weitere kleinere Rille (2c) geformt wird in ähnlicher Weise wie bei der Formung der kleineren spiralförmigen Rille (2a) am ersten Ende des Stößelkörpers (1).

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Stößel (1) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das harte Material Eisen umfaßt.

5. Verfahren zur Formung eines Stößels (1) in einer Brennkraftmaschine, wobei das Verfahren den Schritt des Formens einer Rille auf diesem Stößel umfaßt gemäß den nachfolgenden Schritten:

Entfernen des Schneidwerkzeuges vom Stößelkörper (1), wenn die spiralförmige Rille (2) nahe eines ersten Endes des Stößelkörpers (1) gelangt;

Verringerung der Beschickungsrate dieses Schneidwerkzeuges und erneutes Drücken dieses Schneidwerkzeuges gegen die äußere Umfangsoberfläche des Stößelkörpers (1), um in Richtung einer Achse des Stößelkörpers allmählich zu schneiden, um eine kleinere spiralförmige Rille (2a) an diesem ersten Ende des Stößelkörpers zu formen, wobei diese kleinere spiralförmige Rille (2a) allmählich in Richtung des ersten Endes des Stößelkörpers (1) im Durchmesser verringert ist und

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei eine weitere kleinere spiralförmige Rille (2c) am zweiten Ende des Stößelkörpers in ähnlicher Weise geformt wird, wie bei der Formung dieser kleineren spiralförmigen Rille (2a) am ersten Ende des Stößelkörpers (1).

7. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Stößel (1) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das harte Material Eisen umfaßt.