DE4229092C1 - Reducing the bore of cylinder liners - by transformation of austenite into martensite over a certain bore region - Google Patents

Reducing the bore of cylinder liners - by transformation of austenite into martensite over a certain bore region

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Abstract

An absorption layer is applied to the wall of the cylinder liner (1) over the region (4) facing the land (5) of the piston (3) at its top dead centre to reduce the reflection of laser light. The region (4) is then hardened by means of laser rays so that the austenite of the cast iron is transformed into martensite. The cast iron vol. increase associated with this transformation reduces the liner bore by the required measure. USE/ADVANTAGE - In the motor industry. It is more cost effective in comparison with known methods.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verengung in der Zylinderbohrung einer aus Gußeisen hergestellten Zylinderlaufbuchse für Hubkolben-Brennkraftmaschinen im Bereich, den der Feuersteg des Kolbens in der oberen Totlage einnimmt, zur Vermeidung von bore-polishing an der Lauffläche der Zylinderbohrung.The invention relates to a method for producing a constriction in the cylinder bore of a cylinder liner made of cast iron for reciprocating piston internal combustion engines in the area that the top land of the Piston in the top dead center to avoid bore polishing on the tread of the cylinder bore.

Nach längeren Laufzeiten einer Brennkraftmaschine kommt es insbesondere auf derjenigen Seite der Zylinderbohrung, gegen die sich der Kolben beim Arbeitshub anlegt, zu bore-polishing. Denn bekanntlich setzt sich am Kolben im Feuerstegbereich, also im Bereich oberhalb des obersten Kolbenrings, im Laufe der Zeit ein Öl-Kohle-Belag an, der an der Lauffläche der Zylinderbohrung reibt. Dadurch können auf der Lauffläche Bereiche extrem starker Glättung entstehen, in denen sich so verschlechterte Bedingungen für Schmierölhaftung und für die Abdichtung ergeben.After longer running times of an internal combustion engine, it occurs in particular the side of the cylinder bore against which the piston is at Working stroke creates, to bore-polishing. Because, as is well known, sits on the piston in the top land area, i.e. in the area above the top piston ring, in the Over time, an oil-coal coating on the tread of the Cylinder bore rubs. This can make areas on the tread extremely strong smoothing arise in which deteriorated conditions for lubricating oil adhesion and for sealing.

Es hat sich gezeigt, daß eine Verengung der Zylinderbohrung der Laufbuchse im Bereich, der dem Feuersteg des Kolbens in der oberen Totlage gegenübersteht, bore-polishing in der Zylinderlaufbuchse vermeidet.It has been shown that a narrowing of the cylinder bore of the liner in the area of the top land of the piston in the top dead center confronts bore polishing in the cylinder liner.

Beispielsweise ist aus der deutschen Auslegeschrift DE-AS-19 02 502 bekannt, die Verengung der Zylinderbohrung in Form einer Stufe durch einen ringförmigen Einsatz zu bilden.For example, from the German design specification DE-AS-19 02 502 known, the narrowing of the cylinder bore in the form of a step by a to form annular insert.

Einfacher und billiger erhält man diese stufenförmige Verengung der Zylinderbohrung dadurch, daß beim Ausdrehen der Zylinderlaufbuchse eine Stufe im gewünschten Bereich stehengelassen wird. This step-shaped narrowing of the is easier and cheaper Cylinder bore in that when the cylinder liner is removed, a Level is left in the desired range.  

Die Dicke des Öl-Kohle-Belags, der sich auf dem Feuersteg des Kolbens ansetzt, ist durch die Verengung der Zylinderbohrung begrenzt, so daß der Öl-Kohle-Belag mit dem nicht verengten Teil der Zylinderbohrung, der Lauffläche, nicht in Berührung kommt.The thickness of the oil-coal coating that is on the piston top land is limited by the narrowing of the cylinder bore, so that the oil-coal coating with the non-constricted part of the cylinder bore, the tread, does not come into contact.

Jedoch hat es sich gezeigt, daß die Kolbenkrone relativ schnell die so hergestellte Stufe wegreibt. Der Verschleißwiderstand einer solchen Stufe ist gegenüber dem Angriff des harten Koks am Feuersteg des Kolbens zu klein. Außerdem kann im Falle der beim Ausdrehen der Zylinderlaufbuchse stehengelassenen Stufe aus fertigungstechnischen Gründen der Laufflächenbereich der Kolbenringe in der Zylinderlaufbuchse nicht gehont werden, und bei gelaufener Zylinderlaufbuchse kann auf diese Weise eine Verengung der Zylinderbohrung nicht nachträglich eingebracht werden.However, it has been shown that the piston crown relatively quickly manufactured stage rubs away. The wear resistance of such Step is opposite to the attack of hard coke on the piston top land too small. In addition, in the case of unscrewing the cylinder liner stage left for manufacturing reasons Tread area of the piston rings in the cylinder liner not honed be, and with a running cylinder liner can in this way The constriction of the cylinder bore cannot be introduced afterwards.

Alternativ schlägt die DE-AS 19 02 502 vor, eine Schicht, das könnte z. B. eine Hartchromschicht sein, an der gewünschten Stelle aufzubringen. Dies könnte auch mit heute bekannten Beschichtungstechnologien, wie z. B. Plasma-, Flamm- oder Detonationsspritzen erreicht werden.Alternatively, DE-AS 19 02 502 proposes a layer that could e.g. B. a hard chrome layer to be applied at the desired location. This could also be used with currently known coating technologies, such as. B. Plasma, flame or detonation injections can be achieved.

Jedoch ist ein solcher Beschichtungsprozeß sehr teuer und außerdem muß der beschichtete Bereich der Innenwand der Zylinderlaufbuchse noch einmal bearbeitet werden, was zusätzlich Kosten verursacht.However, such a coating process is very expensive and, moreover, that coated area of the inner wall of the cylinder liner again processed, which causes additional costs.

Eine sehr viel teurere Möglichkeit, bore-polishing auf der Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse zu verringern, zeigt die europäische Patentschrift EP 01 44 817 B1. Es wird die komplette Zylinderlauffläche gegen Verschleiß gehärtet. Dazu wird die Zylinderbohrung auf einem Durchmesser, der kleiner als der gewünschte Enddurchmesser ist, gehont, die komplette Zylinderbohrung wird mittels Laserstrahlen gehärtet. Danach wird die Zylinderbohrungswand nochmals auf Enddurchmesser zum Erhalt der Zylinderlauffläche gehont. Die Laserhärtung wird so geführt, daß sich nach der Härtung in den Zylinderbohrungswänden während des Brennkraftmaschinenbetriebs keine Risse ergeben.A much more expensive option to bore-polishing on the tread to reduce a cylinder liner, shows the European patent EP 01 44 817 B1. It becomes the complete cylinder tread against wear hardened. To do this, the cylinder bore is made to a diameter that is smaller than the desired final diameter is honed, the complete The cylinder bore is hardened using laser beams. After that the Cylinder bore wall again to the final diameter to maintain the Honed cylinder barrel. Laser curing is carried out in such a way that after hardening in the cylinder bore walls during the Internal combustion engine operation show no cracks.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vergleichsweise kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Zylinderlaufflächen, die mittels einer Verengung in der Zylinderbohrung vor bore-polishing geschützt sind, zu schaffen, das es ermöglicht, die Verengung in der Zylinderbohrung auch nachträglich bei gelaufenen Zylinderlaufbuchsen einarbeiten zu können.The invention is based, a comparative task cost-effective method for the production of cylinder running surfaces, by means of a constriction in the cylinder bore before bore polishing are protected, which enables the narrowing in the Cylinder bore can also be retrofitted when the cylinder liners are running to be able to incorporate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb der Zylinderbohrung mit einem festgelegten, ausgedrehten- bzw. gehonten Enddurchmesser eine Adsorptionsschicht auf die Wand der Zylinderlaufbuchse im Bereich, dem der Feuersteg des Kolbens in der oberen Totlage gegenübersteht, zur Senkung der Reflexion von Laserlicht gebracht wird, und daß dieser Bereich mittels Laserstrahlen gehärtet wird, derart, daß die Zylinderbohrung im gehärteten Bereich durch die mit der Umwandlung des Austenits in Martensit verbundene Volumenvergrößerung im gewünschten Maß verengt wird.This object is achieved in that within the Cylinder bore with a fixed, turned or honed Final diameter of an adsorption layer on the wall of the cylinder liner in the area where the Top of the piston in the top dead center, is brought to reduce the reflection of laser light, and that this area is hardened by means of laser beams in such a way that the Cylinder bore in the hardened area by converting the Austenite in martensite associated volume increase in the desired Measure is narrowed.

Die Laserhärtung wird über die Parameter Strahlenenergie, Strahlbewegungsgeschwindigkeit, über die spezielle Eigenschaft des zu behandelnden Materials und über die Absorptionsschicht gesteuert.Laser hardening is controlled by the parameters radiation energy, Beam movement speed, on the special property of the treated material and controlled via the absorption layer.

Das Innenhärten von Zylinderlaufbuchsen, in die zueinander parallel verlaufende Härtespuren eingebracht werden, ist bekannt. Mit externen optischen Systemen ist der Laserstrahl fokussierbar und lenkbar. Die thermische Energie des Laserstrahls wird an der Metalloberfläche absorbiert, wobei das Material lokal erhitzt wird. Eine dünne Oberflächenschicht wird also sekundenschnell auf eine Temperatur im Austenitgebiet erwärmt. Diese Energiezufuhr geschieht berührungslos und läßt sich sehr scharf lokalisieren. Der ganze Vorgang ist gut zu kontrollieren und zu automatisieren.The internal hardening of cylinder liners, in parallel to each other traces of hardness are introduced is known. With external In optical systems, the laser beam can be focused and steered. The Thermal energy of the laser beam is on the metal surface absorbed, the material being locally heated. A thin one The surface layer is thus heated to a temperature in seconds Austenite area warmed. This energy supply happens without contact and can be localized very sharply. The whole process is good too control and automate.

Aufgrund der kurzzeitigen Austenitisierung und der bei Weiterführung des Laserstrahls raschen Abkühlung entsteht ein äußerst feiner Martensit mit günstigen mechanischen Eigenschaften. Die Umwandlung des Austenits in Martensit ist mit einer Volumenvergrößerung des behandelnden Materials verbunden, so daß die Zylinderbohrung im beaufschlagten Bereich verengt wird.Due to the short-term austenitization and the continuation of the Laser cooling's rapid cooling creates an extremely fine martensite favorable mechanical properties. The transformation of austenite into Martensite is with an increase in volume of the treating material connected, so that the cylinder bore narrows in the area acted upon becomes.

Die einzige Figur zeigt stark schematisiert im Längsschnitt einen Ausschnitt aus einer Zylinderlaufbuchse 1 mit einer erfindungsgemäß hergestellen stufenförmigen Verengung 2 der Zylinderbohrung und mit einem in der Zylinderlaufbuchse 1 laufenden Kolben 3, wobei der Kolben 3 in der oberen Totlage dargestellt ist. Der Bereich 4 am kopfseitigen Ende der Zylinderlaufbuchse 1, der dem Feuersteg 5 des Kolbens 3 in der oberen Totlage gegenübersteht, ist lasergehärtet worden und bildet die stufenförmige Verengung 2 der Zylinderbohrung. Da die Oberfläche des Bereichs 4 beim Härteprozeß nicht angegriffen wird und der Enddurchmesser durch die Härteparameter eingestellt wird, entfällt ein Nacharbeiten durch Schleifen und/oder Honen. Der Laufflächenbereich 6 der Kolbenringe 7 in der Zylinderlaufbuchse 1 wird durch die Laserhärtung im Feuerstegbereich nicht betroffen.The single figure shows a highly schematic longitudinal section of a section of a cylinder liner 1 with a step-shaped constriction 2 of the cylinder bore produced according to the invention and with a piston 3 running in the cylinder liner 1 , the piston 3 being shown in the top dead center. The area 4 at the head end of the cylinder liner 1 , which faces the top land 5 of the piston 3 in the top dead center, has been laser-hardened and forms the step-shaped narrowing 2 of the cylinder bore. Since the surface of area 4 is not attacked during the hardening process and the final diameter is set by the hardening parameters, reworking by grinding and / or honing is not necessary. The tread area 6 of the piston rings 7 in the cylinder liner 1 is not affected by the laser hardening in the top land area.

Die gewünschte Durchmesserverkleinerung der Zylinderbohrung im gehärteten Bereich 4 hängt vom ursprünglichen Durchmesser der Zylinderlaufbuchse 1 ab. Zum Beispiel wird bei einer Zylinderlaufbuchse mit einem Durchmesser der Zylinderbohrung von 300 mm eine Durchmesserverkleinerung von 0,05-0,15 mm eingestellt, während bei einer Zylinderlaufbuchse mit einem Innendurchmesser von 600 mm eine Durchmesserverkleinerung von ca. 0,1-0,25 mm gewünscht wird.The desired reduction in diameter of the cylinder bore in the hardened area 4 depends on the original diameter of the cylinder liner 1 . For example, for a cylinder liner with a diameter of the cylinder bore of 300 mm, a diameter reduction of 0.05-0.15 mm is set, while for a cylinder liner with an inner diameter of 600 mm, a diameter reduction of approximately 0.1-0.25 mm it is asked for.

Die Härtung kann in bekannter Weise mittels spiralförmigen, kreisförmigen oder streifenförmigen zueinander parallel laufenden Härtebahnen ausgeführt werden. Wegen der Rißgefährdung bei sich überlappenden Härtebahnen ist auf einen Abstand zwischen den Bahnen von vorzugsweise ca. 3 mm zu achten. Bei Zylinderlaufbuchsen für vergleichsweise nicht so hochbelasteten Motoren, wie z. B. PKW- und/oder LKW-Motoren mit Zündrücken kleiner 130 bar können die Bahnen auch bündig gelegt werden.The hardening can be carried out in a known manner by means of spiral, circular or strip-shaped hardening tracks running parallel to one another will. Because of the risk of cracking with overlapping hardness sheets pay attention to a distance between the sheets of preferably about 3 mm. For cylinder liners for comparatively less stressed Motors such as B. car and / or truck engines with ignition back smaller The tracks can also be laid flush at 130 bar.

Der Feuersteg 5 des Kolbens 3 ist dabei selbstverständlich im Durchmesser in etwa entsprechend der stufenförmigen Verengung 2 kleiner zu halten als der restliche Schaft 8 des Kolbens 3. The top land 5 of the piston 3 is of course to be kept smaller in diameter approximately corresponding to the step-shaped narrowing 2 than the remaining shaft 8 of the piston 3 .

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin gesehen werden, daß auf diese Weise eine stufenförmige Verengung der Zylinderbohrung auch bei gelaufenen Zylinderlaufbuchsen nachträglich erreicht werden kann.Another significant advantage of the method according to the invention can can be seen in this way that a step-like narrowing the cylinder bore even after the cylinder liners have run can be reached.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Verengung der Zylinderbohrung einer aus Gußeisen hergestellten Zylinderlaufbuchse für Hubkolben- Brennkraftmaschinen im Bereich, den der Feuersteg des Kolbens in der oberen Totlage einnimmt, zur Vermeidung von bore-polishing an der Lauffläche der Zylinderbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Zylinderbohrung mit einem festgelegten, ausgedrehten bzw. gehonten Enddurchmesser eine Absorptionsschicht auf die Wand der Zylinderlaufbuchse (1) im Bereich (4), dem der Feuersteg (5) des Kolbens (3) in der oberen Totlage gegenübersteht, zur Senkung der Reflexion von Laserlicht gebracht wird, und daß dieser Bereich (4) mittels Laserstrahlen gehärtet wird, derart, daß die Zylinderbohrung im gehärteten Bereich (4) durch die mit der Umwandlung des Austenits in Martensit verbundene Volumenvergrößerung im gewünschten Maß verengt wird.1. A method for producing a constriction of the cylinder bore of a cylinder liner made of cast iron for reciprocating internal combustion engines in the area that the top land of the piston occupies in the top dead center to avoid bore polishing on the tread of the cylinder bore, characterized in that within the Cylinder bore with a fixed, turned or honed final diameter brought an absorption layer on the wall of the cylinder liner ( 1 ) in the area ( 4 ), which the top land ( 5 ) of the piston ( 3 ) faces in the top dead center, to reduce the reflection of laser light and that this area ( 4 ) is hardened by means of laser beams, in such a way that the cylinder bore in the hardened area ( 4 ) is narrowed to the desired extent by the volume increase associated with the conversion of the austenite into martensite. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserhärtung über die Parameter Strahlenenergie, Strahlenbewegungsgeschwindigkeit, über die speziellen Eigenschaften des zu behandelnden Materials und über die Absorptionsschicht gesteuert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the Laser curing via the parameters of radiation energy, Radiation movement speed, about the special properties of the material to be treated and over the absorption layer is controlled. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Durchmesserverkleinerung der Zylinderbohrung in Abhängigkeit des ursprünglichen Innendurchmessers der Zylinderlaufbuchse eingestellt wird.3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized characterized in that the desired diameter reduction of the Cylinder bore depending on the original inside diameter the cylinder liner is adjusted. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Härten mittels parallel zueinander verlaufenden Härtespuren durchgeführt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the hardening means parallel to each other traces of hardness is carried out. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtespuren zwischen sich einen Randabstand zur Vermeidung von Rissen aufweisen. 5. The method according to claim 4, characterized in that the Signs of hardness between them an edge distance to avoid cracks exhibit.   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Randabstand zwischen den Härtespuren von ca. 3 mm eingehalten wird.6. The method according to claim 5, characterized in that a Edge distance between the hardness traces of approx. 3 mm is observed. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtespuren spiralförmig ausgeführt werden.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the hardness traces are carried out spirally. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtespuren kreisförmig ausgeführt werden.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the hardness marks are circular. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtespuren in Streifen ausgeführt werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the hardness traces are carried out in strips.
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