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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Zylinderbuchse beziehungsweise Zylinderlaufbuchse, im Folgenden Zylinderbuchse genannt, und einen Zylinderblock, der gegossen eine Zylinderbuchse umschließt und in einem Motor zu verwenden ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung beziehungsweise Aufbereitung einer Zylinderbuchse.
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Stand der Technik
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Ein Gusseisenzylinderblock für einen Motor, der in der Praxis verwendet wird, wird hergestellt durch Umschließen einer gusseisernen Zylinderbuchse in einem Zylinderblockhauptgehäuse, im Folgenden Zylinderblockgehäuse genannt, durch ein umschließendes Gießverfahren, um das Gewicht und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
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Bei der Produktion eines bekannten Zylinderblocks mit einer gusseisernen Zylinderbuchse werden jedoch gelegentlich Spalte oder Lücken an der Grenzfläche zwischen dem Zylinderblockgehäuse und der Zylinderbuchse ausgebildet.
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Wenn Spalte an der Grenzfläche zwischen dem Zylinderblockgehäuse und der Zylinderbuchse gebildet werden, wird die Wärmeleitfähigkeit zwischen diesen reduziert, was die Kühlleistung des Motors beeinflusst und eine Abweichung der Wärmeleitfähigkeit in der Zylinderbuchse in Umfangsrichtung bewirkt. Die Variation der Wärmeleitfähigkeit der Zylinderbuchse in Umfangsrichtung bewirkt, dass sich die Wärmeleitfähigkeit der Zylinderbuchse in Abhängigkeit von der Umfangsstelle ändert. Die Änderung der Wärmeleitfähigkeit der Zylinderbuchse hat zur Folge, dass diese bei ihrer Ausdehnung nicht eine perfekte kreisförmige Form beibehält, was zur Folge hat, dass die innere Oberfläche der Zylinderbohrung deformiert wird und eine verzerrte zylindrische Form aufweist. Wenn sich ein Kolben in der deformierten Zylinderbohrung auf und ab bewegt, steigt der Reibungskoeffizient zwischen dem Kolben und der Zylinderbuchse an. Hierdurch nehmen der Ölverbrauch und der Abrieb des Kolbenrings zu, was zu Faktoren von gesteigertem Kraftstoffverbrauch, reduzierter Leistung und reduzierter Haltbarkeit des Motors führt.
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Des Weiteren, wenn Wasser in den an der Grenzfläche zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse ausgebildeten Spalt eindringt, leidet die Zylinderbuchse unter Rostentwicklung, was gelegentlich zu Deformationen der Zylinderbuchse führt.
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Des Weiteren, wenn Spalte an der Grenzfläche zwischen dem Zylinderblockgehäuse und der darin durch Gießen eingeschlossenen Zylinderbuchse auftreten, tritt, wenn die innere Oberfläche der Zylinderbohrung einem Bearbeitungsprozess unterzogen wird, eine elastische Deformation auf, das so genannte Rückfedern der Zylinderbuchse in Folge der Belastung, die beim Bearbeiten der Zylinderbuchse erzeugt wird, was zu einer Verringerung der Bearbeitungsgenauigkeit der Zylinderbuchse führt. Zudem bewirkt das Vorhandensein von Spalten an der Grenzfläche wiederholt zu einer Belastung der Zylinderbuchse und führt daher dazu, dass die Zylinderbuchse sich im Laufe der Zeit verformt. In gleicher Weise wird, wenn der dünne Bereich des Zylinderblockgehäuses von einer Bearbeitungsmaschine bearbeitet wird, eine Belastung während der Bearbeitung erzeugt, die eine elastische Deformation bewirkt, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit des Zylinderblocks vermindert wird.
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Ein Aluminiumzylinderblock wird ausgebildet durch Gießen einer geschmolzenen Aluminiumlegierung um eine Zylinderbuchse. Beim Erstarren und Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung erfährt die Grenzfläche zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse eine große Belastung, die durch die Restspannung hauptsächlich in der Aluminiumlegierung und durch den Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Aluminiumlegierung und dem Eisen der Zylinderbuchse erzeugt wird. In diesem Fall, wenn Spalte an der Grenzfläche zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse ausgebildet sind, wird die Spannung in einem Bereich um den Spalt konzentriert, wodurch das Aluminiumlegierung-Zylinderblockgehäuse beschädigt wird. Insbesondere ein dünner Bereich des Zylinderblockgehäuses wird leicht durch Spannungskonzentration beschädigt.
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Um das oben genannte Problem zu lösen ist ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderblocks bekannt, bei dem Kugelstrahlen bezüglich der äußeren Oberfläche der Eisen-Zylinderbuchse unter Verwendung feiner Stahlpartikel ausgeführt wird, um die Oberfläche aufzubereiten und eine rauhe Oberfläche zu erhalten. Ein AluminiumZylinderblock mit umschließendem Guss, der hierdurch erhalten wird, erreicht einen exzellent engen Kontakt an der Grenzfläche zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse.
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Wie in den
JP 2001-227403 A ,
JP 2001-334357 A und
JP H07-139419 A offenbart, ist ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderblockes bekannt, bei dem eine große Anzahl von Nuten oder Vorsprüngen integral auf der Oberfläche der GusseisenZylinderbuchse ausgebildet sind, und die Zylinderbuchse und das Gusszylinderblockgehäuse in engem Kontakt miteinander sind durch deren Kontakt an der Grenzfläche dazwischen.
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In einem anderen bekannten Verfahren zum Herstellen eines Zylinderblocks wird ein Cu-basiertes Metall und ein Zn-basiertes Metall, die gute Schmelzhaftungseigenschaften mit geschmolzener Aluminiumlegierung aufweisen, durch Plattieren bei dem Zylinderblock angewandt und eine Gaskomponente wie beispielsweise Wasserstoff, die in der plattierten Lage enthalten ist, wird entfernt durch Eintauchen der Zylinderbuchse in einem Schmelzmittelbad (Fluxbad) und daraufhin wird die bearbeitete Zylinderbuchse in dem Zylinderblockgehäuse eingeschlossen durch das Verfahren des Einschlussgießens. Hierdurch sind die Zylinderbuchse und das Gusszylinderblockgehäuse in engem Kontakt miteinander durch deren Kontakt an der dazwischen liegenden Grenzfläche.
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Die
JP 2007 -
321 576 A offenbart in dem in Rede stehenden Zusammenhang J-förmige Rillen mit Hinterschneidungen, die jedoch nicht spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Die
DE 196 14 328 A1 offenbart zueinander geneigte und durch einen Laser hergestellte rillenartige Vertiefungen. Die
JP 2008 -
138 552 A offenbart zueinander geneigte rillenartige Vertiefungen ohne mittige Erhebung. Die
US 7 273 029 B2 offenbart J-förmige Vertiefungen ohne spiegelsymmetrische Anordnung mit mittiger Erhebung. Auch aus der
DE 197 53 017 A1 ist eine mittige Erhebung nicht bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Das oben erwähnte Verfahren unter Verwendung von Kugelstrahlen, um die äußere Oberfläche der Zylinderbuchse aufzurauhen, kann bei relativ geringen Kosten ausgeführt werden und die Fließfähigkeit der Aluminiumlegierung wird erhöht. Zudem wird der enge Kontakt (Adhäsion) an der Grenzfläche zwischen dem Zylinderblockgehäuse und der Zylinderbuchse erhöht. Im Gegensatz dazu wird die Verbindungsstärke beziehungsweise Verbindungskraft zwischen dem Zylinderblockgehäuse und der Zylinderbuchse reduziert, und daher neigt die Zylinderbuchse eher dazu, aufgrund von Spannungen wie beispielsweise Restspannungen oder Schrumpfung, die erzeugt werden bei der Verfestigung der für das Umschließungsgießen verwendeten Aluminiumlegierung, Schaden zu nehmen, wodurch es schwierig ist, eine Grenzfläche zu erhalten, die frei ist von Spalten zwischen dem Zylinderblockgehäuse und der Zylinderbuchse.
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Bezüglich des in den vorstehend genannten Veröffentlichungen offenbarten Verfahrens, bei dem eine große Anzahl von Nuten oder Vorsprüngen integral auf der äußeren Oberfläche der Zylinderbuchse ausgebildet sind und die resultierende Zylinderbuchse beim Gießen in der Aluminiumlegierung eingeschlossen ist, ist festzustellen, dass, obwohl die Bindungskraft zu einem gewissen Maße durch einen mechanischen Faktor erhöht ist, die Nuten oder Vorsprünge den Fluss der Aluminiumlegierungsschmelze behindern und die Grenzfläche zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse daher dazu neigt, einen ungleichmäßigen Kontaktzustand aufzuweisen. Zudem bestehen verschiedenartige Beschränkungen bei der Bildung einer großen Anzahl von Vorsprüngen auf der äußeren Oberfläche der Zylinderbuchse durch einen Bearbeitungsvorgang und die Herstellungskosten können daher erhöht sein.
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Bezüglich des vorstehend erwähnten Verfahrens, bei dem ein Metall, wie beispielsweise ein Cu-basiertes oder Zn-basiertes Metall, auf der äußeren Oberfläche der Zylinderbuchse plattiert wird und die behandelte Zylinderbuchse in dem Zylinderblockhauptgehäuse durch ein Gießeinschlussverfahren eingeschlossen ist, ist festzustellen, dass die Dicke der Plattierungsschicht des Cu-basierten Materials oder Zn-basierten Materials leicht variiert und daher der Kontaktzustand zwischen der Zylinderbuchse und der Plattierungsschicht ungleichmäßig werden kann. Diese Variation und Ungleichförmigkeit beeinflusst in erheblichem Maße die Oberflächenstruktur der Zylinderbuchse. Wenn die Dicke der Plattierungsschicht oder der Kontaktzustand zwischen der Plattierungsschicht und der Zylinderbuchse variiert, variiert, wenn die geschmolzene Aluminiumlegierung eingeführt wird, eine Metallverbindung, die durch Reaktion zwischen der Plattierungsschicht und der Aluminiumlegierung gebildet wird, in ihrer Dicke und daher wird eine ungleichförmige Grenzfläche ausgebildet und die Grenzfläche kann durch das Auftreten von Spalten und unstabilen Bindungskräften beeinträchtigt sein.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zylinderbuchse bereitzustellen, welche die Bildung von Spalten im Bereich der Grenzfläche zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse zum Aufnehmen der Zylinderbuchse darin kontrolliert und dazu beiträgt, einen engen Berührungszustand sowie eine gesteigerte Bindekraft zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse zu erreichen und einen entsprechenden Zylinderblock bereitzustellen, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Zylinderbuchse.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt eine Gusseisenzylinderbuchse, die die Form eines Hohlzylinders aufweist, der durch ein Umschließungsgießverfahren in einem Zylinderblockhauptgehäuse aus einer Aluminiumlegierung einzuschließen ist, welche umfasst eine Mehrzahl von streifenförmigen ebenen Oberflächen, die sich kreisförmig in einer Umfangsrichtung der Zylinderbuchse erstrecken, wobei die kreisförmigen, streifenförmigen ebenen Oberflächen ausgebildet sind an einer äußeren Umfangsfläche der Zylinderbuchse in Abständen in axialer Richtung, sowie eine Vielzahl von Umfangsnuten, die sich in Umfangsrichtung erstrecken, wobei die Umfangsnuten zwischen den angrenzenden streifenförmigen ebenen Oberflächen gebildet sind,
wobei die Umfangsnuten der Zylinderbuchse in axialer Schnittansicht aufweisen:
- eine erste Umfangsnut umfassend,
- eine erste geneigte Fläche, deren Durchmesser graduell abnimmt von einer äußeren Umfangskante einer streifenförmigen ebenen Oberfläche, die sich an einer Seite eines Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse zu der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse erstreckt, um einen Tragabschnitt der streifenförmigen ebenen Oberfläche zu hinterschneiden,
- eine erste gekrümmte Fläche, deren Durchmesser graduell abnimmt von einem inneren Umfangsende der ersten geneigten Fläche, und
- eine zweite geneigte Fläche, deren Durchmesser graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende der ersten gekrümmten Fläche zu der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse und welche der ersten geneigten Fläche zugewandt ist,
- wobei die erste geneigte Fläche, die erste gekrümmte Fläche und die zweite geneigte Fläche kontinuierlich in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um in Querschnittsansicht die Form des Buchstabens „J“ auszubilden, und
- eine zweite Umfangsnut, umfassend
- eine dritte geneigte Fläche, die kontinuierlich mit einem äußeren Umfangsende der zweiten geneigten Fläche verbunden ist und deren Durchmesser graduell abnimmt zu der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse,
- eine zweite gekrümmte Fläche, deren Durchmesser graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende der dritten geneigten Fläche, und
- eine vierte geneigte Fläche, deren Durchmesser zunimmt von einem äußeren Umfangsende der zweiten gekrümmten Fläche zu der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse, welche der dritten geneigten Fläche zugewandt ist und deren äußeres Umfangsende mit einer äußeren Umfangskante einer benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche verbunden ist, die an der Seite zu dem anderen Ende in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, um einen Tragabschnitt der streifenförmigen ebenen Oberfläche zu hinterschneiden,
- wobei die dritte geneigte Fläche, die zweite gekrümmte Fläche und die vierte geneigte Fläche kontinuierlich in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um in Schnittansicht die Form des Buchstabens „J“ auszubilden.
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Gemäß dem vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Umfangsnuten, die in Umfangsrichtung der Zylinderbuchse verlaufen, auf einer äußeren Umfangsfläche der Zylinderbuchse bereitgestellt und jede der Umfangsnuten ist aufgebaut in Form einer ersten Umfangsnut, die an der Kante einer streifenförmigen ebenen Oberfläche an der Seite zu einem Ende in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, so dass ein Tragabschnitt dieser streifenförmigen ebenen Oberfläche in Form des Buchstabens „J“ hinterschnitten wird, und einer zweiten Umfangsnut, die kontinuierlich mit der ersten Umfangsnut verbunden ist und an dem Rand beziehungsweise der Kante einer benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche an einer Seite eines Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, so dass ein Tragabschnitt dieser benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche in Form des Buchstabens „J“ hinterschnitten wird. Daher wird, wenn die geschmolzene Aluminiumlegierung, die für das Umschließungs- beziehungsweise Einschluss-Gießen der Zylinderbuchse verwendet wird, sich verfestigt und schrumpft, die Bewegung der geschmolzenen Aluminiumlegierung in der axialen Richtung beschränkt und daher wird die Spannung in axialer Richtung, die bei der Erstarrung und dem Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung erzeugt wird, gleich aufgeteilt, wodurch Eigen- beziehungsweise Restspannung, die in der geschrumpften Aluminiumlegierung erzeugt wird, reduziert und gleichmäßig verteilt wird, um zu verhindern, dass das Zylinderblockgehäuse bricht beziehungsweise reißt.
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Zudem werden verschiedene Spannungen wie beispielsweise Abschälspannung, Bearbeitungsspannung beim maschinellen Bearbeitungsverfahren und Restbeziehungsweise Eigenspannung, die in dem die Zylinderbuchse einschließenden Zylinderblockgehäuse erzeugt werden, von der aus der ersten Umfangsnut und der zweiten Umfangsnut in J-Form gebildeten Umfangsnut aufgenommen, um zu verhindern, dass Spalte an der Grenzfläche zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse auftreten. Daher kann ein enger Kontakt zwischen der aus Gusseisen gefertigten Zylinderbuchse und dem aus einer Aluminiumlegierung gefertigten Zylinderblockgehäuse stabil beibehalten werden und es können daher gute Bindungskräfte zwischen beiden sichergestellt werden.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gusseisenzylinderbuchse mit der Form eines Hohlzylinders, die in einem aus einer Aluminiumlegierung gefertigten Zylinderblockgehäuse durch Einschlussgießen, einzuschließen ist, bereit zu stellen, welche umfasst eine streifenförmige ebene Oberfläche, die spiralförmig in eine Umfangsrichtung der Zylinderbuchse verläuft, wobei die spiralförmige streifenförmige ebene Oberfläche auf einer äußeren Umfangsfläche der Zylinderbuchse in Abständen in Axialrichtung ausgebildet ist, sowie eine Umfangsnut, die spiralförmig und kontinuierlich zwischen der spiralförmigen streifenförmigen ebenen Oberfläche ausgebildet ist,
wobei die Umfangsnut der Zylinderbuchse in einer axialen Schnittansicht aufweist:
- eine erste Umfangsnut, umfassend
- eine erste geneigte Fläche, deren Durchmesser graduell abnimmt von einer äußeren Umfangskante einer streifenförmigen ebenen Oberfläche, die sich zur Seite eines Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse erstreckt, zu der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse, um einen Tragabschnitt der streifenförmigen ebenen Oberfläche zu hinterschneiden,
- eine erste gekrümmte Fläche, deren Durchmesser graduell abnimmt von einem inneren Umfangsende der ersten geneigten Fläche, und
- eine zweite geneigte Fläche, deren Durchmesser graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende der ersten gekrümmten Fläche zu der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse und die der ersten geneigten Fläche zugewandt ist,
- wobei die erste geneigte Fläche, die erste gekrümmte Fläche und die zweite geneigte Fläche kontinuierlich in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um in Schnittansicht die Form des Buchstabens „J“ auszubilden,
- und
- eine zweite Umfangsnut, umfassend
- eine dritte geneigte Fläche, die kontinuierlich mit einem äußeren Umfangsende der zweiten geneigten Fläche verbunden ist und deren Durchmesser graduell abnimmt zu der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse,
- eine zweite gekrümmte Fläche, deren Durchmesser graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende der dritten geneigten Fläche, und
- eine vierte geneigte Fläche, deren Durchmesser zunimmt von einem äußeren Umfangsende der zweiten gekrümmten Fläche zu der Seite des einen Endes in der axialen Richtung der Zylinderbuchse, welche der dritten geneigten Fläche zugewandt ist und deren äußeres Umfangsende mit einer äußeren Umfangskante einer benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche verbunden ist, die an der Seite zu dem anderen Ende in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, um einen Tragabschnitt dieser streifenförmigen ebenen Oberfläche zu hinterschneiden,
- wobei die dritte geneigte Fläche, die zweite gekrümmte Fläche und die vierte geneigte Fläche in dieser Reihenfolge kontinuierlich miteinander verbunden sind, um die Form des Buchstabens „J“ des Alphabets in Schnittansicht auszubilden.
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Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung wird eine spiralförmige Umfangsnut, die sich von der Seite des einen Endes zu der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse erstreckt, auf einer äußeren Umfangsfläche der Zylinderbuchse bereitgestellt, und die Umfangsnut ist aufgebaut durch eine erste Umfangsnut, die an dem Rand einer streifenförmigen ebenen Oberfläche ausgebildet ist, die an der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, so dass ein Tragabschnitt dieser streifenförmigen ebenen Oberfläche in der Form des Buchstabens „J“ hinterschnitten wird, und eine zweite Umfangsnut, die kontinuierlich mit der ersten Umfangsnut verbunden ist und an dem Rand einer benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche ausgebildet ist, die an einer Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, so dass ein Tragabschnitt der benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche in Form des Buchstabens „J“ hinterschnitten wird. Daher wird, wenn die geschmolzene Aluminiumlegierung, die zum Einschlussgießen der Zylinderbuchse verwendet wird, erstarrt und schrumpft, die Bewegung der geschmolzenen Aluminiumlegierung in axialer Richtung begrenzt und daher die Spannung in axialer Richtung, die durch die Erstarrung und das Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung erzeugt wird, gleichmäßig verteilt, wodurch Eigen- beziehungsweise Restspannung, die in der geschrumpften Aluminiumlegierung erzeugt wird, reduziert und gleichmäßig verteilt wird, um ein Reißen beziehungsweise Brechen des Zylinderblockgehäuses zu verhindern.
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Zudem werden verschiedene Spannungen wie beispielsweise Abschälspannung, Bearbeitungsspannung beim maschinellen Bearbeiten und Eigen- beziehungsweise Restspannung, die in dem die Zylinderbuchse einschließenden Zylinderblockgehäuse erzeugt werden, von der spiralförmigen Umfangsnut, die durch die erste Umfangsnut und die zweite Umfangsnut in J-Form gebildet ist aufgenommen, um das Auftreten von Spalten an der Grenzfläche zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse zu verhindern. Daher kann ein enger Kontakt zwischen der aus Gusseisen gefertigten Zylinderbuchse und dem aus Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderblockgehäuse stabil erhalten werden und somit können gute Bindungskräfte zwischen den beiden sichergestellt werden.
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Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemäße Zylinderblock ein Zylinderblockgehäuse aus einer Aluminiumlegierung und eine darin eingeschlossene Zylinderbuchse aus Gusseisen, das erhalten wird durch Einschließen der Gusseisenzylinderbuchse in dem Aluminiumlegierung-Zylinderblock durch ein Einschlussgießverfahren. Hierdurch kann ein enger Kontakt zwischen der Zylinderbuchse aus Gusseisen und dem Zylinderblockgehäuse aus Aluminiumlegierung stabil erhalten werden und gute Bindungskräfte zwischen den beiden werden hierdurch im höchsten Maße sichergestellt, wodurch ein Zylinderblock hoher Qualität erhalten werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung beziehungsweise Bearbeitung einer Zylinderbuchse aus Gusseisen bereitgestellt, welche die Form eines Hohlzylinders aufweist, der in einem Zylinderblockgehäuse aus Aluminiumlegierung durch Einschlussgießverfahren einzuschließen ist, die eine Vielzahl von streifenförmigen ebenen Oberflächen aufweist, welche sich kreisförmig in Umfangsrichtung der Zylinderbuchse erstrecken, wobei die kreisförmigen streifenförmigen ebenen Oberflächen auf einer äußeren Umfangsfläche der Zylinderbuchse in Abständen in Axialrichtung ausgebildet werden, sowie eine Vielzahl von Umfangsnuten, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken, wobei die Umfangsnuten ausgebildet sind zwischen benachbarten streifenförmigen ebenen Oberflächen, umfassend die folgenden Schritte:
- Drehen eines Zylinderbuchsenmaterials, das in der Form eines kreisförmigen Zylinders gegossen ist, um seine Mittelachse und Aufbringen eines Bearbeitungswerkzeugs auf einer äußeren Umfangsfläche des Materials, um eine Vielzahl von ersten Umfangsnuten in axialer Richtung in Abständen zu schneiden,
- wobei die ersten Umfangsnuten aufweisen
- eine erste geneigte Fläche, die in axialer Schnittansicht eine kreisförmige Form aufweist und deren Durchmesser graduell abnimmt von einer äußeren Umfangskante einer streifenförmigen ebenen Oberfläche, die an der Seite zu einem Ende in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, zu der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse, um einen Tragabschnitt der streifenförmigen ebenen Oberfläche zu hinterschneiden,
- eine erste gekrümmte Fläche, deren Durchmesser, in axialer Schnittansicht gesehen, graduell abnimmt von einem inneren Umfangsende der ersten geneigten Fläche, und
- eine zweite geneigte Fläche, deren Durchmesser, in axialer Schnittansicht gesehen, graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende der ersten gekrümmten Fläche zu der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse und welche der ersten geneigten Fläche zugewandt ist,
- wobei die erste geneigte Fläche, die erste gekrümmte Fläche und die zweite geneigte Fläche kontinuierlich in dieser Form miteinander verbunden sind, um in Schnittansicht die Form des Buchstabens „J“ auszubilden,
- und
- Drehen des Zylinderbuchsenmaterials, auf dem die Vielzahl erster Umfangsnuten durch Schneiden bereitgestellt sind, um seine Mittelachse und Aufbringen eines Bearbeitungswerkzeugs auf das Material, um eine Vielzahl von zweiten Umfangsnuten in Intervallen in axialer Richtung zu schneiden,
- wobei die zweiten Umfangsnuten aufweisen
- eine dritte geneigte Fläche, die, in axialer Schnittansicht gesehen, kontinuierlich verbunden ist mit einem äußeren Umfangsende der zweiten geneigten Fläche und deren Durchmesser graduell abnimmt zu der Seite des anderen Endes in der axialen Richtung der Zylinderbuchse aus,
- eine zweite gekrümmte Fläche, deren Durchmesser, in axialer Schnittansicht gesehen, graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende der dritten geneigten Fläche aus, und
- eine vierte geneigte Fläche, deren Durchmesser, in axialer Schnittansicht gesehen, zunimmt von einem äußeren Umfangsende der zweiten gekrümmten Fläche zu der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse, welche der dritten geneigten Fläche zugewandt ist und deren äußeres Umfangsende verbunden ist mit einer äußeren Umfangskante einer benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche, die an der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, um einen Tragabschnitt dieser streifenförmigen ebenen Oberfläche zu hinterschneiden,
- wobei die dritte geneigte Fläche, die zweite gekrümmte Fläche und die vierte geneigte Fläche in dieser Reihenfolge kontinuierlich miteinander verbunden sind, um die Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht auszubilden.
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Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt der Erfindung kann die Zylinderbuchse effektiv hergestellt werden durch Drehen eines in der Form eines Kreiszylinders gegossenen Zylinderbuchsenmaterials um seine Mittelachse und Aufbringen eines Bearbeitungswerkzeugs auf die äußere Umfangsfläche, um eine Vielzahl von ersten Umfangsnuten mit der Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht in Abständen zu schneiden, und darauf folgendem Drehen des Zylinderbuchsenmaterials, auf dem die Vielzahl erster Umfangsnuten ausgebildet wurde, um seine Mittelachse und Aufbringen eines Bearbeitungswerkzeugs auf das Material, um eine Vielzahl zweiter Umfangsnuten in der Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht in Abständen zu schneiden. Die Zylinderbuchse kann somit leicht hergestellt werden, beispielsweise unter Verwendung einer Drehbank als Bearbeitungswerkzeug.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zur Herstellung einer Gusseisenzylinderbuchse, die die Form eines Hohlzylinders aufweist und in ein Zylinderblockgehäuse aus einer Aluminiumlegierung durch Einschließgießverfahren einzuschließen ist, welche umfasst eine streifenförmige ebene Oberfläche, die spiralförmig verläuft in eine Umfangsrichtung auf der Zylinderbuchse, wobei die spiralförmige streifenförmige ebene Oberfläche ausgebildet ist an einer äußeren Umfangsfläche der Zylinderbuchse in Abständen in Axialrichtung, und eine Umfangsnut, die spiralförmig und kontinuierlich ausgebildet ist zwischen der spiralförmigen streifenförmigen ebenen Oberfläche, umfassend die folgenden Schritte:
- Drehen eines Zylinderbuchsenmaterials, das in der Form eines Kreiszylinders gegossen ist, um seine Mittelachse und Aufbringen eines Bearbeitungswerkzeugs auf eine äußere Umfangsfläche des Materials, wobei das Werkzeug von einer Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse zu der Seite des anderen Endes parallel zur Mittelachse bewegt wird, um eine erste Umfangsnut zu schneiden,
- eine spiralförmige erste geneigte Fläche, deren Durchmesser, in axialer Schnittansicht gesehen, graduell abnimmt von einer äußeren Umfangskante einer streifenförmigen ebenen Oberfläche, die an der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, zu der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse hin, um einen Tragabschnitt der streifenförmigen ebenen Oberfläche zu hinterschneiden,
- eine erste gekrümmte Fläche, deren Durchmesser, in axialer Schnittansicht gesehen, graduell abnimmt von einem inneren Umfangsende der ersten geneigten Fläche, und
- eine zweite geneigte Fläche, deren Durchmesser, in axialer Schnittansicht gesehen, graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende der ersten gekrümmten Fläche zu der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse und die der ersten geneigten Fläche zugewandt ist,
- wobei die erste geneigte Fläche, die erste gekrümmte Fläche und die zweite geneigte Fläche kontinuierlich in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um die Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht zu bilden,
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- Drehen des Zylinderbuchsenmaterials, auf dem die spiralförmige erste Umfangsnut durch Schneiden ausgebildet wurde, um seine Mittelachse in eine Richtung entgegengesetzt der zuvor genannten Drehrichtung und Aufbringen eines Bearbeitungswerkzeugs auf eine äußere Umfangsfläche des Materials, wobei das Werkzeug von der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse zu der Seite des einen Endes und parallel zu der Mittelachse bewegt wird, um eine zweite Umfangsnut zu schneiden,
- wobei die zweite Umfangsnut aufweist
- eine spiralförmige dritte geneigte Fläche, die, in axialer Schnittansicht gesehen, kontinuierlich verbunden ist mit einem äußeren Umfangsende der zweiten geneigten Fläche und deren Durchmesser graduell abnimmt zu der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse hin,
- eine zweite gekrümmte Fläche, deren Durchmesser, in axialer Schnittansicht gesehen, graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende der dritten geneigten Fläche aus, und
- eine vierte geneigte Fläche, deren Durchmesser, in axialer Schnittansicht gesehen, zunimmt von einem äußeren Umfangsende der zweiten gekrümmten Fläche aus zu der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse hin, welche der dritten geneigten Fläche zugewandt ist und deren äußeres Umfangsende verbunden ist mit einer äußeren Umfangskante einer benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche, die an der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, um einen Tragabschnitt dieser streifenförmigen ebenen Oberfläche zu hinterschneiden,
- wobei die dritte geneigte Fläche, die zweite gekrümmte Fläche und die vierte geneigte Fläche kontinuierlich in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um die Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht auszubilden.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt der Erfindung kann die Zylinderbuchse effektiv hergestellt werden durch Drehen eines Zylinderbuchsenmaterials, das in der Form eines Kreiszylinders gegossen ist, um seine Mittelachse und Aufbringen eines Bearbeitungswerkzeugs auf die äußere Umfangsfläche, wobei das Werkzeug von der Seite des einen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse zu der Seite des-anderen Endes parallel zu der Mittelachse bewegt wird, um eine erste spiralförmige Umfangsnut mit der Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht in Abständen zu schneiden, und Drehen des Zylinderbuchsenmaterials mit der darauf ausgebildeten ersten Umfangsnut um seine Mittelachse in eine Richtung entgegengesetzt der vorstehend genannten Richtung und Aufbringen eines Bearbeitungswerkzeugs auf die äußere Umfangsfläche des Materials, wobei das Werkzeug von der Seite des anderen Endes in axialer Richtung der Zylinderbuchse zu der Seite des einen Endes parallel zur Mittelachse bewegt wird, um eine zweite spiralförmige Umfangsnut mit der Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht in Abständen zu schneiden. Die Zylinderbuchse kann somit leicht hergestellt werden, beispielsweise unter Verwendung einer Drehbank als Bearbeitungswerkzeug.
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Wirkung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn die geschmolzene Aluminiumlegierung zum Einschließen der Zylinderbuchse durch Einschlussgussverfahren erstarrt und schrumpft, die Bewegung der geschmolzenen Aluminiumlegierung in axialer Richtung eingeschränkt und daher die Eigenbeziehungsweise Restspannung, die in axialer Richtung bei der Verfestigung beziehungsweise Erstarrung und dem Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung erzeugt wird, gleichmäßig verteilt und reduziert, wodurch das Zylinderblockgehäuse davor bewahrt wird, zu brechen, beziehungsweise zu reißen. Gleichzeitig werden verschiedene Spannungen, beispielsweise Abschälspannung, Bearbeitungsspannung beim maschinellen Bearbeiten und Rest- beziehungsweise Eigenspannung, die in dem die Zylinderbuchse umschließenden Zylinderblock erzeugt werden, durch die Umfangsnut beziehungsweise die Umfangsnuten der Zylinderbuchse aufgenommen, um das Auftreten von Spalten an der Grenzfläche zwischen der Zylinderbuchse und dem Zylinderblockgehäuse zu verhindern. Daher kann ein enger Kontakt zwischen der aus Gusseisen hergestellten Zylinderbuchse und dem aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderblockgehäuse stabil aufrechterhalten werden und somit gute Bindungskräfte zwischen beiden sichergestellt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Draufsicht auf einen Zylinderblock gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 ist eine Schnittansicht des Zylinderblocks gemäß 1 längs der Linie I-I.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht der Zylinderbuchse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 4 ist eine Seitenansicht der Zylinderbuchse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 5 ist eine vergrößerte Darstellung einer Schnittansicht gemäß der Linie II-II in 3.
- 6 ist eine vergrößerte Darstellung des Bereichs „A“ in 5.
- 7 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Schrumpfspannung, die bei der Verfestigung und beim Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung gemäß dem erstem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt wird.
- 8 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Abschälspannung, die auf den Zylinderblock gemäß dem erstem Ausführungsbeispiel der Erfindung wirkt.
- 9 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Vergleichs eines Ausführungsbeispiels mit dem erstem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß 8.
- 10 ist eine Darstellung zur Erläuterung der axialen Spannung (Teil- bzw. Scherspannung), die auf den Zylinderblock gemäß dem erstem Ausführungsbeispiel der Erfindung wirkt.
- 11 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Umfangsnut der Zylinderbuchse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 12 ist eine weitere schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Umfangsnut der Zylinderbuchse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 13 ist eine weitere schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Umfangsnut der Zylinderbuchse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 14 ist eine perspektivische Ansicht der Zylinderbuchse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 15 ist eine vergrößerte Darstellung einer Schnittansicht gemäß der Linie III-III in 14.
- 16 ist eine vergrößerte Darstellung des Bereichs „B“ in 15.
- 17 ist eine Schnittansicht eines Zylinderblocks gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 18 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Schrumpfspannung, die bei der Verfestigung und beim Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt wird.
- 19 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Abschälspannung, die auf den Zylinderblock gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wirkt.
- 20 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Umfangsspannung, die auf den Zylinderblock gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wirkt.
- 21 ist eine Darstellung zur Erläuterung der axialen Spannung (Teil- bzw. Scherspannung), die auf den Zylinderblock gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wirkt.
- 22 ist eine weitere Darstellung zur Erläuterung der axialen Spannung (Teil- bzw. Scherspannung), die auf den Zylinderblock gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wirkt.
- 23 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Umfangsnut der Zylinderbuchse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 24 ist eine weitere schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Umfangsnut der Zylinderbuchse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 25 ist eine weitere schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Umfangsnut der Zylinderbuchse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele einer Zylinderbuchse, eines Zylinderblocks und eines Verfahrens zur Herstellung einer Zylinderbuchse gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die 1 bis 13 erläutert. 1 ist eine Draufsicht auf einen Zylinderblock 1, der erhalten wird, indem eine Zylinderbuchse 10 beim Gießen eingeschlossen wird in einem Zylinderblockgehäuse 30, das aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, das zu geschmolzenem Metall wird, 2 ist eine Schnittansicht von 1 längs der Linie I-I, 3 ist eine perspektivische Ansicht der Zylinderbuchse 10, 4 ist eine Seitenansicht der Zylinderbuchse 10 und 5 ist eine Schnittansicht gemäß der Linie II-II in 3.
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Die Zylinderbuchse 10 ist zylindrisch ausgebildet mit einer inneren Oberfläche 11 und einer äußeren Umfangsfläche 12 einer Zylinderbohrung mit kreisförmigem Querschnitt, die sich in axialer Richtung mittig um die Mittelachse L erstreckt, wie in den 3 bis 5 gezeigt. Eine Vielzahl kreisförmiger streifenförmiger ebener Oberflächen 14 sind in Abständen p in axialer Richtung auf der äußeren Umfangsfläche 12 der Zylinderbuchse ausgebildet, wobei die streifenförmigen ebenen Oberflächen 14 in der Umfangsrichtung R parallel zur Mittelachse L verlaufen über den Bereich des einen Endes 12a in einer axialen Richtung der Zylinderbuchse zu dem anderen Ende 12b, und eine Vielzahl von Umfangsnuten 15, die sich in der Umfangsrichtung R erstrecken, sind zwischen den angrenzenden kreisförmigen streifenförmigen ebenen Oberflächen 14 ausgebildet.
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Wie in 6 gezeigt, die eine vergrößerte Darstellung des Bereichs „A“ in 5 ist, wird die Umfangsnut 15 in axialer Richtung gesehen von einer ersten Umfangsnut 16 und einer zweiten Umfangsnut 18 gebildet; und die erste Umfangsnut 16 setzt sich zusammen aus einer ersten geneigten Fläche 16a, deren Durchmesser sich graduell reduziert von einem ersten äußeren Umfangsende 15a aus, das einem Rand einer streifenförmigen ebenen Oberfläche 14 entspricht, die an der dem einem Ende 12a in axialer Richtung der Zylinderbuchse zugewandten Seite zu dem einen Ende 12a in axialer Richtung hin existiert, um eine geneigte Fläche zu bilden, eine erste gekrümmte Fläche 16c, deren Durchmesser graduell reduziert ist in der Form eines Bogens ausgehend von einem inneren Umfangsende 16b der ersten geneigten Fläche 16a und die einem ersten Nutenboden entspricht, und einer zweiten geneigten Fläche 16e, deren Durchmesser graduell zunimmt ausgehend von einem inneren Umfangsende 16d der ersten gekrümmten Fläche 16c zu der Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung der Zylinderbuchse hin, um eine geneigte Fläche zu bilden und der ersten geneigten Fläche 16a zugewandt zu sein, wobei die erste geneigte Fläche 16a, die erste gekrümmte Fläche 16c und die zweite geneigte Fläche 16e durchgehend in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um in Schnittansicht die Form des Buchstabens „J“ zu bilden; und die zweite Umfangsnut 18 setzt sich zusammen aus einer dritten geneigten Fläche 18e, die durchgehend verbunden ist mit einer Kantenlinie 17, die einem äußeren Umfangsende der zweiten geneigten Fläche 16e entspricht, und deren Durchmesser sich graduell reduziert zu der Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung der Zylinderbuchse hin, um eine geneigte Form zu bilden, eine zweite gekrümmte Fläche 18c, deren Durchmesser graduell zunimmt in der Form eines Bogens ausgehend von einem inneren Umfangsende 18d der dritten geneigten Fläche 18e, um einen zweiten Nutenboden zu bilden, und eine vierte geneigte Fläche 18a, deren Durchmesser graduell zunimmt ausgehend von einem äußeren Umfangsende 18b der zweiten gekrümmten Fläche 18c zu dem einen Ende 12a in axialer Richtung der Zylinderbuchse hin, um eine geneigte Form zu bilden und der dritten geneigten Fläche 18e zugewandt zu sein, und deren äußeres Umfangsende verbunden ist mit einem zweiten äußeren Umfangsende 15b, das einem Rand einer streifenförmigen ebenen Oberfläche 14 entspricht, die zur Seite des Endes 12b in axialer Richtung der Zylinderbuchse existiert, wobei diese dritte geneigte Fläche 18e, zweite gekrümmte Fläche 18c und vierte geneigte Fläche 18a in dieser Reihenfolge durchgehend miteinander verbunden sind, um in Schnittansicht die Form des Buchstabens „J“ zu bilden; wobei die erste Umfangsnut 16 und die zweite Umfangsnut 18 zu der Kantenlinie 17 symmetrisch angeordnet sind.
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Die erste geneigte Fläche 16a und die vierte geneigte Fläche 18a haben einen Neigungswinkel θ von 3° bis 35° (Grad) bezüglich einer radialen Referenzlinie L1 senkrecht zur Mittelachse L, und die Flächen der ersten geneigten Fläche 16a und der vierten geneigten Fläche 18a bilden einen Hinterschnitt (einen Bereich, der einen Stützbereich einer streifenförmigen ebenen Oberfläche hinterschneidet). Genauer gesagt, eine erste Umfangsnut 16 geneigt verlaufend von einem ersten Nutboden an der Seite des einen Endes 12a in axialer Richtung der Zylinderbuchse zugewandten Seite zu der Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung hin und eine zweite Umfangsnut 18 geneigt verlaufend von einem Nutboden an der Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung zugewandten Seite zu der Seite des einen Endes 12a in axialer Richtung hin sind symmetrisch zu einer Kantenlinie 17 miteinander verbunden, um eine Umfangsnut 15 zu bilden, die sich zwischen zwei nebeneinanderliegenden streifenförmigen ebenen Oberflächen 14 öffnet.
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Eine sich so ergebende Zylinderbuchse 10 wird einem Gusseinschlussverfahren unterzogen. Eine Vielzahl von Zylinderbuchsen 10 (zwei Zylinderbuchsen im Falle dieses Ausführungsbeispiels) werden parallel in eine Gussform eingesetzt und durch Gießen einer geschmolzenen Aluminiumlegierung eingeschlossen, wodurch ein Zylinderblock 1 erhalten werden kann, bei dem in einem Zylinderblockgehäuse 30 aus Aluminiumlegierung eingeschlossene Zylinderbuchse 10 und das Zylinderblockgehäuse 30 integriert sind, wie in den 1 und 2 gezeigt.
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In dem Einschluss-Gießverfahren fließt die geschmolzene Aluminiumlegierung in eine Umfangsnut 15, und beim Erstarren und Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung wirkt eine Schrumpfspannung σ1 in der Richtung senkrecht zu einer streifenförmigen ebenen Oberfläche 14 und gleichzeitig wird eine axiale Schrumpfung, die bei der Erstarrung erzeugt wird, gleichmäßig aufgenommen von ersten Umfangsnuten 16 und zweiten Umfangsnuten 18 einer Anzahl von Umfangsnuten 15, die auf der Umfangsfläche 12 der Zylinderbuchse 10 ausgebildet sind, um zu verhindern, dass sich geschmolzene Aluminiumlegierung in axialer Richtung bewegt, wie in 7 gezeigt. Hierdurch wird eine axiale Schrumpfspannung σ2, die bei der Erstarrung und Schrumpfung der geschmolzenen Aluminiumlegierung erzeugt wird, gleichmäßig verteilt längs der Umfangsfläche 12 der Zylinderbuchse 10 und daher kann die in der Aluminiumlegierung erzeugte Eigenspannung bzw. Restspannung nach dem Schrumpfen reduziert und gleichmäßig verteilt werden. Die Reduktion und der Ausgleich relaxieren eine Eigenspannung in dem Zylinderblockgehäuse 30. Genauer gesagt, die Eigenspannung in dem Zylinderblockgehäuse 30, speziell in dem dünnwandigen Bereich 31 hiervon, der zwischen benachbarten Zylinderbuchsen 10 ausgebildet ist, wird relaxiert, wodurch das Zylinderblockgehäuse 30 vor Bruch (Reißen) bewahrt werden kann.
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Eine Rest- bzw. Eigenspannung und ein Unterschied in der Wärmeausdehnung, die bei der Erstarrung und beim Schrumpfen der eine Gusseisenzylinderbuchse 10 ein- bzw. umschließenden geschmolzenen Aluminiumlegierung erzeugt wird, ergibt eine hohe Spannung in und stellt eine hohe Belastung für das eine Gusseisenzylinderbuchse 10 ein- bzw. umschließende Zylinderblockgehäuse 30, das aus der geschmolzenen Aluminiumlegierung hergestellt ist, dar, und daher wird eine Schälspannung σ3 gelegentlich in der Richtung, die das Zylinderblockgehäuse 30 von der Umfangsfläche 12 der Zylinderbuchse 10 schält, wie in 8 gezeigt, erzeugt.
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Ein Teil 32 des Zylinderblockgehäuses 30, der in die Umfangsnut 15 von der Zylinderbuchse 10 geflossen ist, wird von der ersten Umfangsnut 16 und der zweiten Umfangsnut 18 der Umfangsnut 15 der Zylinderbuchse 10 aufgenommen, besonders den Bereichen von einem in etwa äußeren Umfangsende des Hinterschnitts der ersten gekrümmten Fläche 16c bis zu der ersten geneigten Fläche 16a und von einem in etwa äußeren Umfangsende der zweiten gekrümmten Fläche 18c bis zu der vierten geneigten Fläche 18a, wodurch eine Zugkraft P3 gegen die Schälspannung σ3 wirkt. Somit wird eine enge Kontaktkraft P1 zwischen der Zylinderbuchse 10 und dem Zylinderblockgehäuse 30 sichergestellt, und daher kann das Auftreten von Spalten an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 10 und dem Zylinderblockgehäuse 30 vermieden werden.
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Im Gegensatz dazu ist in einer erläuternden vergleichenden Darstellung gemäß 9, die 8 entspricht, ein eine Zylinderbuchse 110, die mit einer glatten äußeren Umfangsfläche 112 versehen ist, die keine Umfangsnuten aufweist, in Aluminiumlegierung einschließendes Zylinderblockgehäuse 130 gezeigt. In dem Fall, dass eine Schälspannung σ3 in der Schälrichtung des Zylinderblockgehäuses 130 von der Zylinderbuchse 110 erzeugt wird, durch die bei der Erstarrung und Schrumpfung der geschmolzenen Aluminiumlegierung erzeugten Restspannung und unterschiedlichen Wärmeausdehnung, wird das Zylinderblockgehäuse 130 abgeschält von der Zylinderbuchse 110 gegen die enge Kontaktkraft P1 zwischen der Zylinderbuchse 110 und dem Zylinderblockgehäuse 130, wodurch Spalte C gelegentlich auftreten an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 110 und dem Zylinderblockgehäuse 130.
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Die an der äußeren Umfangsfläche 12 der Zylinderbuchse 10 ausgebildete Umfangsnut 15 ist geformt zwischen der ersten Umfangsnut 16, die sich von einem Nutboden an der Seite des einen Endes 12a in axialer Richtung der Zylinderbuchse zu der Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung geneigt erstreckt, sowie einer zweiten Umfangsnut 18, die sich von einem Nutboden an der Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung der Zylinderbuchse zu der Seite des einen Endes 12a in axialer Richtung geneigt erstreckt, wobei diese symmetrisch in Bezug auf eine Kantenlinie 17 miteinander verbunden sind, und ist gleichzeitig geöffnet zwischen nebeneinanderliegenden streifenförmigen ebenen Oberflächen 14. Wie in 10 gezeigt, wirkt daher eine Teilspannung σ4a einer axialen Spannung (Scherspannung) σ4 in axialer Richtung der Zylinderbuchse 10 durch die Kraft eines Kolbens längs der ersten Umfangsnut 16 und der zweiten Umfangsnut 18 der Umfangsnut 15, die sich von der Seite des einen Endes 12a in axialer Richtung zu der Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung erstreckt und zwischen zwei nebeneinanderliegenden streifenförmigen ebenen Oberflächen 14 öffnet, und die Teilspannung σ4a wird aufgenommen von der Umfangsnut 15, um über die Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 10 und dem Zylinderblockgehäuse 30 verteilt zu werden. Hierdurch kann ein enger Kontakt an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 10 und dem Zylinderblockgehäuse 30 sichergestellt und das Auftreten von Spalten verhindert werden.
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In einem in der oben beschriebenen Weise hergestellten Zylinderblock 1 treten daher keine Spalte zwischen der Gusseisenzylinderbuchse 10 und dem aus einer Aluminiumlegierung gefertigten Zylinderblockgehäuse 30 auf, und gleichzeitig wird die Wärmeleitfähigkeit zwischen der Gusseisenzylinderbuchse 10 und dem Zylinderblockgehäuse 30 über den gesamten Umfang in der axialen Richtung der Gusseisenzylinderbuchse 10 gleichmäßig und die Wärmeleitfähigkeit wird zudem erhöht, wodurch eine gute Kühlleistung eines Motors sichergestellt werden und gleichzeitig eine Variation der Wärmeausdehnung der Zylinderbuchse 10 verhindert werden kann. Als Ergebnis dehnt sich die Zylinderbuchse 10 in der Form eines perfekten Kreises aus und stellt eine innere Oberfläche 11 einer Zylinderbohrung in der Form eines perfekten Kreiszylinders bereit, wodurch der Reibkoeffizient eines sich in der Zylinderbohrung auf und ab bewegenden Kolbens reduziert wird. Die Reduktion des Reibkoeffizienten zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung führt zu einer Reduktion des Ölverbrauchs des Motors und gleichzeitig zur Verbesserung von Kraftstoffverbrauch, Leistung und Haltbarkeit des Motors.
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Zudem sind die Zylinderbuchse 10 und das Zylinderblockgehäuse 30 in engem Kontakt miteinander mit keinen Spalten an der diesbezüglichen Grenzfläche B, um die Bindungskraft zwischen beiden sicherzustellen, und, wenn die beim Bearbeiten der inneren Oberfläche 11 der Zylinderbohrung erzeugte Kraft auf die Zylinderbuchse 10 wirkt, kann die Bearbeitungsgenauigkeit durch die mechanische Bearbeitung sichergestellt werden, da elastische Deformationen unterdrückt sind. Des Weiteren, da keine Spalte an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 10 und dem Zylinderblockgehäuse 30 sind, wird verhindert, dass sich die Zylinderbuchse 10, wie oben erläutert, verformt, und hierdurch wird einer Verschlechterung über die Laufzeit vorgebeugt. Zudem verhindert der enge Kontakt an der Grenzfläche B, dass Kühlwasser zwischen die Zylinderbuchse 10 und das Zylinderblockgehäuse 30 tritt und daher kann die Entwicklung von Rost an der Zylinderbuchse 10 unterdrückt werden, wodurch verhindert wird, dass die Zylinderbuchse 10 durch Rostentwicklung deformiert wird.
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Gemäß der zuvor erläuterten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Berührungszustand der Grenzfläche zwischen der gusseisernen Zylinderbuchse 10 und dem aus Aluminiumlegierung gefertigten Zylinderblockgehäuse 30 stabilisiert werden, es werden keine Spalte an der Grenzfläche B gebildet und die Bindungskraft zwischen der Zylinderbuchse 10 und dem Zylinderblockgehäuse 30 ist exzellent. Der zuvor erläuterte Zylinderblock hoher Qualität kann daher stabil und zuverlässig erhalten werden.
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Die 11 bis 13 sind schematische Ansichten zum Erläutern eines Verfahrens zur Herstellung beziehungsweise Aufbereitung einer Zylinderbuchse durch mechanisches Bearbeiten einer äußeren Umfangsfläche eines zylinderförmigen Materials unter Verwendung einer Drehbank oder dergleichen, um Umfangsnuten auf der äußeren Umfangsfläche auszubilden.
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11 zeigt die Beziehung zwischen einem Bearbeitungswerkzeug 51, das zum Bearbeiten der Zylinderbuchse 10 verwendet wird, um eine Umfangsnut 15 und eine erste Umfangsnut 16 herzustellen, wobei die Umfangsnut 15 aus der ersten Umfangsnut 16 und der zweiten Umfangsnut 18 zusammengesetzt ist.
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Ein Bearbeitungswerkzeug 51 wird verwendet, um einen Hinterschnitt der Zylinderbuchse 10 auszubilden. In einem Winkel zwischen einer Mittelachse L und einer Mittellinie 51b einer Schneidkante (Werkzeug) 51a, d.h. einem Schnittwinkel α, einem Winkel β zwischen einer Fläche 12c senkrecht zu einer äußeren Oberfläche 12 der Zylinderbuchse 10 und einer Mittellinie 51b der Schneidkante (Werkzeug) 51a, entsprechend einem Winkel (β>(γ/2)), der größer ist als eine Hälfte des Spitzenwinkels γ der Schneidkante (Werkzeug) 51a des Bearbeitungswerkzeugs 51. Genauer gesagt, ein Eckenradius r der Schneidkante (Werkzeug) 51a entspricht einem Radius einer ersten gekrümmten Fläche 16c, und der Spitzenwinkel γ entspricht einem Winkel zwischen einer ersten geneigten Fläche 16a und einer zweiten geneigten Fläche 16e.
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Ein Überblick über das Verfahren wird in 12 (a) gezeigt und das zum Bearbeiten verwendete Bearbeitungswerkzeug 51 ist schematisch in 12 (b) dargestellt.
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Ein Material 50 einer Zylinderbuchse 10, die in der Form eines kreisförmigen Zylinders gegossen ist und eine durch Vorbearbeitung hergestellte innere Oberfläche 11 einer Zylinderbohrung aufweist, wird um seine Mittelachse L des Materials gedreht und ein Bearbeitungswerkzeug 51 wird auf einer äußeren Umfangsfläche des Materials 50 unter einem Schnittwinkel α und vor bestimmten Intervallen p in axialer Richtung auf einer äußeren Umfangsfläche des Materials 50 angesetzt, um kreisförmig eine erste Umfangsnut 16 jeder der Umfangsnuten 15 zu bilden. Genauer gesagt ergibt der Schnittvorgang
eine schräg ausgebildete erste geneigte Fläche 16a, deren Durchmesser graduell abnimmt von einem äußeren Umfangsende 15a aus, das einer Kante einer streifenförmigen ebenen Oberfläche 14 entspricht, zu einer Seite in Richtung des einen Endes 12a in axialer Richtung der Zylinderbuchse hin,
eine erste gekrümmte Fläche 16c, deren Durchmesser graduell abnimmt in der Form eines Bogens, von einem inneren Umfangsende 16b der ersten geneigten Fläche 16a aus und die ein erster Nutboden wird, und
eine schräg ausgebildete zweite geneigte Fläche 16e, deren Durchmesser graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende 16d der ersten gekrümmten Fläche 16c zu der Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung der Zylinderbuchse und die der ersten geneigten Fläche 16a zugewandt ist, wobei die erste geneigte Fläche 16a, die erste gekrümmte Fläche 16c und die zweite geneigte Fläche 16e durchgehend in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um die erste Umfangsnut 16 im Form des Buchstabens „J“ in Schnittdarstellung zu bilden.
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Der nachfolgende Überblick über die Bearbeitung des Materials 50, auf der die erste Umfangsnut 16 geschnitten ist, wird in 13 (a) gezeigt, und das Bearbeitungswerkzeug 51, welches zum Schneiden verwendet wird, ist schematisch in 13 (b) gezeigt.
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Das Material 50 wird um seine Mittelachse gedreht und ein Bearbeitungswerkzeug 51 wird unter einem Schnittwinkel β auf einer äußeren Umfangsfläche des Materials 50 aufgesetzt, um eine zweite Umfangsnut 18 zu schneiden, wobei eine dritte geneigte Fläche 18e durchgehend mit einer zweiten geneigten Fläche 16e der ersten Umfangsnut 16 unter vorbestimmten Intervallen p in axialer Richtung verbunden ist.
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Genauer gesagt ergibt dieses Schneiden
eine schräg ausgeführte dritte geneigte Fläche 18e, deren äußeres Umfangsende kontinuierlich mit einer Kantenlinie 17, welche einem äußeren Umfangsende der zweiten geneigten Fläche 16e der ersten Umfangsnut 16 entspricht, verbunden ist, und deren Durchmesser graduell abnimmt zu der Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung der Zylinderbuchse hin,
eine zweite gekrümmte Fläche 18c, deren Durchmesser graduell zunimmt in der Form eines Bogens von einem inneren Umfangsende 18d der dritten geneigten Fläche 18e aus und die ein zweiter Nutboden wird, und
eine schräg ausgeführte vierte geneigte Fläche 18a, deren Durchmesser zunimmt von einem äußeren Umfangsende 18b der zweiten gekrümmten Fläche 18c zu der Seite des einen Endes 12a in axialer Richtung der Zylinderbuchse, welche der dritten geneigten Fläche 18e zugewandt ist und deren äußeres Umfangsende verbunden ist mit einem zweiten äußeren Umfangsende 15b, das einer Kante einer benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche 14 entspricht, die an einer Seite des anderen Endes 12b in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, wobei die dritte geneigte Fläche, die zweite gekrümmte Fläche und die vierte geneigte Fläche kontinuierlich miteinander verbunden sind, um die Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht zu bilden. Durch die Schneidbearbeitung kann eine gute Umfangsnut 15 effektiv ausgebildet werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die 14 bis 25 erläutert.
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14 ist eine perspektivische Ansicht der Zylinderbuchse 20 und 15 eine vergrößerte Detailansicht längs der Linie III-III in 14.
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Die Zylinderbuchse 20 ist zylindrisch so ausgebildet, dass sie eine äußere Umfangsfläche 22 und eine innere Oberfläche 21 einer Zylinderbohrung mit kreisförmigen Querschnitt aufweist, die in axialer Richtung zentral zu einer Mittelachse L verläuft, wie in den 14 und 15 dargestellt. Eine spiralförmige streifenförmige ebene Oberfläche 24 verläuft in Umfangsrichtung R parallel zu der Mittelachse L durch den Bereich von einem axialen Ende 22a zu dem anderen axialen Ende 22b und eine Umfangsnut 25 ist spiralförmig verlaufend zwischen der spiralförmigen streifenförmigen ebenen Oberfläche 24 ausgebildet.
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Wie in 16 gezeigt, die eine vergrößerte Ansicht des Bereichs „B“ in 15 ist, ist die Umfangsnut 25 in axialer Schnittansicht gebildet durch eine erste Umfangsnut 26 und eine zweite Umfangsnut 28. Die erste Umfangsnut 26 ist zusammengesetzt aus einer ersten geneigten Fläche 26a, deren Durchmesser graduell abnimmt von einer äußeren Umfangskante 25a aus, einer streifenförmigen ebenen Oberfläche 24, die zur Seite des einen Endes 22a in axialer Richtung der Zylinderbuchse in Richtung zu der Seite des einen Endes 22a in axialer Richtung ausgebildet ist, um eine Schräge auszubilden, einer ersten gekrümmten Fläche 26c, deren Durchmesser graduell abnimmt in der Form eines Bogens ausgehend von einem inneren Umfangsende 26b der ersten geneigten Fläche 26a und die ein erster Nutboden wird, sowie einer zweiten geneigten Fläche 26e, deren Durchmesser graduell zunimmt von einem inneren Ende 26d der ersten gekrümmten Fläche 26c zu der Seite des anderen Endes 22b in axialer Richtung der Zylinderbuchse, um eine geneigte Form auszubilden, und die der ersten geneigten Fläche 26a zugewandt ist, wobei die erste geneigte Fläche 26a, die erste gekrümmte Fläche 26c und die zweite geneigte Fläche 26e durchgehend in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um die Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht auszubilden. Die zweite Umfangsnut 28 ist zusammengesetzt aus einer dritten geneigten Fläche 28e, die durchgehend verbunden ist mit einer Kantenlinie 27, die einem äußeren Umfangsende der zweiten geneigten Fläche 26e entspricht, und deren Durchmesser graduell abnimmt zu der Seite des anderen Endes 22b in axialer Richtung der Zylinderbuchse, um eine Neigung auszubilden, eine zweite gekrümmte Oberfläche 28c, deren Durchmesser graduell zunimmt in der Form eines Bogens ausgehend von einem inneren Umfangsende 28d der dritten geneigten Fläche 28e und die einem zweiten Nutboden entspricht, und einer vierten geneigten Fläche 28a, deren Durchmesser graduell zunimmt ausgehend von einem äußeren Umfangsende 28b der zweiten gekrümmten Fläche 28c zu der Seite des einen Endes 22a in axialer Richtung der Zylinderbuchse, wobei sie der dritten geneigten Fläche 28e zugewandt ist und deren äußeres Durchmesserende in der Form einer Schräge mit einem zweiten äußeren Umfangsende 25b, das einer Kante einer streifenförmigen ebenen Oberfläche 24 entspricht, die an der Seite zu einem Ende 22b in axialer Richtung der Zylinderbuchse ausgebildet ist, wobei die dritte geneigte Fläche 28e, die zweite gekrümmte Fläche 28c und die vierte geneigte Fläche 28a kontinuierlich in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um die Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht auszubilden, wobei die erste Umfangsnut 26 und die zweite Umfangsnut 28 symmetrisch bezüglich der Kantenlinie 27 angeordnet sind.
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Die erste geneigte Fläche 26a und die vierte geneigte Fläche 28a haben einen Neigungswinkel θ von 3° bis 35° (Grad) bezüglich einer radialen Referenzlinie L1 senkrecht zu einer Mittelachse L, und die Flächen der ersten geneigten Fläche 16a und der vierten geneigten Fläche 18a formen einen Hinterschnitt (einen Teil, der einen Tragbereich einer streifenförmigen ebenen Oberfläche unter- beziehungsweise hinterschneidet). Genauer gesagt, eine erste Umfangsnut 26, die ausgehend von einem Nutboden von einer Seite zu dem einen Ende 22a in axialer Richtung der Zylinderbuchse zu der Seite des anderen Endes 22b in axialer Richtung geneigt ist, und eine zweite Umfangsnut 28, die von einem Nutboden in der Seite des anderen Endes 22b in axialer Richtung zu der Seite des einen Endes 22a in axialer Richtung geneigt ist, sind miteinander verbunden bezüglich einer Kantenlinie 27, um eine spiralförmige Umfangsnut 25 zu bilden, die zwischen nebeneinanderliegenden streifenförmigen ebenen Oberflächen 24 offen liegt.
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Eine hieraus resultierende Zylinderbuchse 20 wird in gleicher Weise wie das erste Ausführungsbeispiel einem Einschluss-Gießverfahren unterzogen. Eine Vielzahl von Zylinderbuchsen 20 (zwei Zylinderbuchsen bei diesem Ausführungsbeispiel) werden parallel in eine Gussform eingesetzt und durch Gießen von geschmolzener Aluminiumlegierung eingeschlossen, wodurch ein Zylinderblock 1 erhalten werden kann, bei dem Zylinderbuchsen 20, die in ein Zylinderblockgehäuse 30 aus Aluminiumlegierung eingeschlossen sind, und das Zylinderblockgehäuse 30 miteinander integriert sind, wie in 17 gezeigt.
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Eine Umfangsnut 25, die sich spiralförmig erstreckt von der Seite eines Endes 22a in axialer Richtung zu der Seite des anderen Endes 22b in axialer Richtung ist so ausgebildet, dass eine erste Umfangsnut 26, die sich von einem Nutboden an der Seite des einen Endes 22a in axialer Richtung zu der Seite des anderen Endes 22b in axialer Richtung neigt, und eine zweite Umfangsnut 28, die sich von einem Nutboden von der Seite des anderen Endes 22b in axialer Richtung zu der Seite des einen Endes 22a in axialer Richtung neigt, miteinander verbunden sind bezüglich einer Kantenlinie 27 und die Umfangsnut 25 liegt geöffnet zwischen nebeneinanderliegenden streifenförmigen ebenen Oberflächen 24. Daher fließt bei dem Einschlussgießprozess eine geschmolzene Aluminiumlegierung in die Umfangsnut 25 und beim Verfestigen und Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung, die die Zylinderbuchse einschließt, wirkt eine Schrumpfspannung σ1 in der Richtung senkrecht zu einer streifenförmigen ebenen Oberfläche 24 und gleichzeitig wird ein axiales Schrumpfen, das zusammen mit der Verfestigung erzeugt wird, gleichmäßig aufgenommen von der ersten Umfangsnut 26 und der zweiten Umfangsnut 28 der Umfangsnut 25, die auf der Umfangsfläche 22 der Zylinderbuchse 20 ausgebildet ist, um die geschmolzene Aluminiumlegierung daran zu hindern, sich in axialer Richtung zu bewegen, wie in 18 gezeigt. Hierdurch wird eine axiale Schrumpfspannung σ2, die bei der Verfestigung und dem Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung erzeugt wird, gleichmäßig verteilt längs der Umfangsfläche 22 der Zylinderbuchse 20 und daher kann eine Rest- bzw. Eigenspannung, die nach dem Schrumpfen in der Aluminiumlegierung erzeugt wird, reduziert und gleichmäßig verteilt werden. Die Reduktion und Vergleichmäßigung vermindert eine Eigenspannung des Zylinderblockgehäuses 30. Genauer gesagt, die Eigenspannung des Zylinderblockgehäuses 30, insbesondere eines dünnwandigen Bereichs 31 hiervon, der zwischen nebeneinanderliegenden Zylinderbuchsen 20 ausgebildet ist, wird entspannt, wodurch verhindert werden kann, dass das Zylinderblockgehäuse 30 bricht (reißt).
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Eine Restspannung und ein Unterschied bezüglich der Wärmeausdehnung, die bei der Verfestigung und dem Schrumpfen der geschmolzenen Aluminiumlegierung, die die Gusseisenzylinderbuchse 20 umgibt, erzeugt wird, ergeben eine hohe Spannung auf das Zylinderblockgehäuse 30, das aus geschmolzener Aluminiumlegierung hergestellt ist und die gusseiserne Zylinderbuchse 20 einschließt, wie in 19 gezeigt, und daher wird eine Abschälspannung σ3 gelegentlich in der Abschälrichtung des Zylinderblockgehäuses 30 von der Umfangsfläche 22 der Zylinderbuchse 20 erzeugt. Ein Teil der Abschälspannung σ3 wird als Umfangsspannung σ3a längs der Richtung verteilt, in welche die Umfangsnut 25 verläuft, wie in 20 gezeigt, welche eine perspektivische Darstellung zum Erläutern der Umfangsspannung zeigt, die von dem Zylinderblockgehäuse 30 ausgelassen wird.
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Ein Teil 33 des Zylinderblockgehäuses 30, der in die Umfangsnut 25 der Zylinderbuchse 20 fließt, wird aufgenommen von der ersten Umfangsnut 26 und der zweiten Umfangsnut 28 der Umfangsnut 25 der Zylinderbuchse 20, insbesondere die Bereiche von in etwa äußeren Umfangsende der hinterschnittenen ersten gekrümmten Fläche 26c bis zur ersten geneigten Fläche 26a und von einem in etwa äußeren Umfangsende von der zweiten gekrümmten Fläche 28c bis zu der vierten geneigten Fläche 28a, wodurch ein Zug P3 gegen die Abschälspannung σ3 wirkt. Hierdurch kann eine enge Kontaktkraft P1 zwischen der Zylinderbuchse 20 und dem Zylinderblockgehäuse 30 sichergestellt werden und daher kann das Auftreten von Spalten an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 20 und dem Zylinderblockgehäuse 30 vermieden werden.
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Zudem wirkt ein Umfangszug beziehungsweise eine Umfangszugkraft P3, die in eine Richtung entgegen der Umfangsspannung σ3a arbeitet, gegen die Umfangsspannung σ3a, wodurch die Bewegung der Spannung in der Umfangsrichtung R längs der äußeren Umfangsfläche 22 der Zylinderbuchse 20 unterdrückt wird und eine Scherspannung in der Umfangsrichtung, die an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 20 und dem Zylinderblockgehäuse 30 erzeugt wird, unterdrückt wird, was ermöglicht, dass das Auftreten von Spalten an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 20 und dem Zylinderblockgehäuse 30 verhindert wird.
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Zudem wirkt, wie in der erläuternden Darstellung gemäß 21 gezeigt, eine Teilspannung σ4a einer axialen Spannung (Scherspannung) σ4, die in axialer Richtung der Zylinderbuchse 20 durch einen Kolben oder dergleichen wirkt, längs einer ersten Umfangsnut 26 und einer zweiten Umfangsnut 28 einer Umfangsnut 25, die in den Richtungen zu dem einen axialen Ende 22a und dem anderen axialen Ende 22b geneigt sind und sich zwischen einer streifenförmigen ebenen Oberfläche 24 öffnen, und daher wird die axiale Spannung σ4 von der Umfangsnut aufgenommen und über die Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 20 und dem Zylinderblockgehäuse 30 verteilt. Der enge Kontakt an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 20 und dem Zylinderblockgehäuse 30 kann sichergestellt werden und das Auftreten von Spalten an der Grenzfläche B kann verhindert werden.
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Zudem wird, wie in 22, welche eine perspektivische Ansicht zum Erläutern der von dem Zylinderblockgehäuse 30 weggelassenen Umfangsspannung zeigt, ein Teil der axialen Spannung σ4 als eine Umfangsspannung σ4b längs der Richtung, in der sich die Umfangsnut 25 erstreckt, verteilt, während ein Zug beziehungsweise eine Zugkraft P4b, die in der Richtung entgegen der Umfangsspannung σ4b arbeitet, auf die Umfangsspannung σ4b wirkt. Hierdurch wird die Bewegung der Spannung in der Umfangsrichtung R längs der äußeren Umfangsfläche 22 der Zylinderbuchse 20 unterdrückt und eine Scherspannung in der Umfangsrichtung, die an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 20 und dem Zylinderblockgehäuse 30 erzeugt wird, wird unterdrückt, was ermöglicht, dass das Auftreten von Spalten an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 20 und dem Zylinderblockgehäuse 30 verhindert wird.
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Bei dem gemäß dem obigen hergestellten Zylinderblock wird der Berührungszustand an der Grenzfläche B zwischen der Zylinderbuchse 20 aus Gusseisen und dem aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderblockgehäuse 30 stabilisiert, es werden keine Spalte an der Grenzfläche B erzeugt und die Bindungskraft zwischen der Zylinderbuchse 20 und dem Zylinderblockgehäuse 30 ist exzellent, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Zylinderblock 1 mit einer hohen Qualität, wie zuvor erläutert, kann daher stabil erhalten werden.
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Zudem wird eine Umfangsnut kontinuierlich und spiralförmig auf der äußeren Umfangsfläche 22 der Zylinderbuchse 20 wie folgt ausgebildet: ein Zylinderbuchsenmaterial, das in der Form eines Kreiszylinders gegossen ist, wird um seine Mittelachse L rotiert und ein Bearbeitungswerkzeug wird auf einer äußeren Umfangsfläche 22 des Materials mit einer Bewegung längs der Mittelachse aufgebracht, um mechanisch eine spiralförmige erste Umfangsnut 26 zu bilden. Das Zylinderbuchsenmaterial wird daraufhin um seine Mittelachse in Gegenrichtung zu der vorstehend genannten Richtung rotiert und ein Bearbeitungswerkzeug wird an einer äußeren Umfangsfläche des Materials angesetzt, wobei das Werkzeug in der Richtung entgegen der obigen Richtung bewegt wird, um eine zweite Umfangsnut 28 zu schneiden, wobei eine dritte geneigte Fläche 28e zu einer zweiten geneigten Fläche 26e der ersten Umfangsnut 26 verläuft. Daher kann die Herstellung der spiralen Umfangsnut effektiv durchgeführt werden und wird hinsichtlich ihrer Produktivität und einer Reduktion der Produktionskosten verbessert im Vergleich mit einem Verfahren zum Ausbilden einer Nut durch intermittierendes Bearbeiten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Ein Überblick des Verfahrens zur Herstellung der Umfangsnut der Zylinderbuchse wird unter Bezug auf die 23 bis 25 erläutert.
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23 zeigt ein wechselseitiges Verhältnis zwischen einem Bearbeitungswerkzeug 61 zum Bearbeiten der Zylinderbuchse 20, um eine Umfangsnut 25 und eine zweite Umfangsnut 28 zu bilden, wobei die Umfangsnut 25 aus der ersten Umfangsnut 26 und der zweiten Umfangsnut 28 zusammengesetzt ist.
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Ein Bearbeitungswerkzeug 61 wird zum Ausbilden eines Hinterschnitts der Zylinderbuchse 20 verwendet in einem Winkel zwischen einer Mittelachse L und einer Mittellinie 61b einer Schneidkante (Werkzeug) 61a, d.h. einem Schnittwinkel α, wobei ein Winkel β zwischen einer Fläche 22c senkrecht zu einer äußeren Umfangsfläche 22 der Zylinderbuchse 20 und eine Mittellinie 61b einer Schneidkante (Werkzeug) 61a definiert ist, der einem Winkel (β>(γ/2)) entspricht, der größer ist als ein halber Spitzenwinkel γ der Schneidkante (Werkzeug) 61a des Bearbeitungswerkzeugs 61. Genauer gesagt, ein Eckenradius r der Schneidkante (Werkzeug) 61a entspricht einem Radius einer ersten gekrümmten Fläche 26c und der Spitzenwinkel γ entspricht einem Winkel zwischen einer ersten geneigten Fläche 26a und einer zweiten geneigten Fläche 26e.
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Die Darlegung des Verfahrens ist in 24 (a) veranschaulicht und das Bearbeitungswerkzeug 61, das bei der Bearbeitung (mechanisch) verwendet wird, ist schematisch in 24 (b) gezeigt.
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Ein Material 60 einer Zylinderbuchse 20, das in Form eines Kreiszylinders gegossen ist und eine vorbearbeitete innere Oberfläche 21 einer Zylinderbohrung aufweist, wird um seine Mittelachse L gedreht und ein Bearbeitungswerkzeug 61 wird auf einer äußeren Umfangsfläche des Materials 60 unter einem Schnittwinkel, einer vorbestimmten Zuführgeschwindigkeit und vorbestimmten Intervallen p in der Axialrichtung von der Seite des anderen axialen Endes 22b zu der Seite des einen axialen Endes 22a angesetzt, um spiralförmig eine erste Umfangsnut 26 zu bilden. Genauer gesagt umfasst der Schneidvorgang
eine schräg geformte erste geneigte Fläche 26a, deren Durchmesser graduell abnimmt von einem äußeren Umfangsende 25a, das einer Kante einer streifenförmigen ebenen Oberfläche 24 entspricht, zu der Seite des einen axialen Endes 22a der Zylinderbuchse hin,
eine erste gekrümmte Fläche 26c, deren Durchmesser graduell abnimmt in der Form eines Bogens von einem inneren Umfangsende 26b der ersten geneigten Fläche 26a und die zu einem ersten Nutboden wird, und
eine schräg angeordnete zweite geneigte Fläche 26e, deren Durchmesser graduell zunimmt von einem inneren Umfangsende 26d der ersten gekrümmten Fläche 26c zu der Seite des anderen axialen Endes 22b hin und die der ersten geneigten Fläche 26a zugewandt ist, wobei die erste geneigte Fläche 26a, die erste gekrümmte Fläche 26c und die zweite geneigte Fläche 26e kontinuierlich in dieser Reihenfolge miteinander verbunden sind, um die erste Umfangsnut 26 in der Form des Buchstabens „J“ in Schnittansicht auszubilden.
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Die anschließende Darlegung der Bearbeitung des Materials 60, auf dem die erste Umfangsnut 26 geschnitten ist, ist in 25(a) gezeigt und das Bearbeitungswerkzeug 61, das zum Schneiden verwendet wird, ist schematisch in 25(b) gezeigt.
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Das Material 60 wird um seine Mittelachse in eine Richtung entgegengesetzt der obigen Richtung gedreht und ein Bearbeitungswerkzeug 61 wird an einer äußeren Umfangsfläche des Materials 60 mit einem Schneidwinkel α in der Richtung entgegengesetzt der obigen Richtung angesetzt, um eine zweite Umfangsnut 28 zu bilden.
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Genauer gesagt, der Schneidvorgang führt zur Ausbildung der zweiten Umfangsnut 28, so dass die dritte geneigte Fläche 28e mit der zweiten geneigten Fläche 26e der zweiten Umfangsnut 28 von der Seite eines axialen Endes 22a aus zu der Seite des anderen axialen Endes 22b verbunden ist. Genauer gesagt, die zweite Umfangsnut 28 umfasst:
- eine schräg geformte dritte geneigte Fläche 28e, deren äußeres Umfangsende kontinuierlich mit einer Kantenlinie 27 verbunden ist, die einem äußeren Umfangsende der zweiten geneigten Fläche 26e entspricht und deren Durchmesser graduell abnimmt von dem anderen Ende 22b aus,
- eine zweite gekrümmte Fläche 28c, deren Durchmesser graduell zunimmt in der Form eines Bogens von einem inneren Umfangsende 28d der dritten geneigten Fläche 28e aus und die zu einem zweiten Nutboden wird, und
- eine schräg geformte vierte geneigte Fläche 28a, deren Durchmesser zunimmt von einem äußeren Umfangsende 28b der zweiten gekrümmten Fläche 28c zu der Seite des einen axialen Endes 22a hin, welche der dritten geneigten Fläche 28e zugewandt ist und deren äußeres Durchmesserende mit einem zweiten äußeren Umfangsende 25b verbunden ist, das mit einer Kante einer benachbarten streifenförmigen ebenen Oberfläche 24 korrespondiert, die an der Seite zu einem axialen Ende 22b hin bereitgestellt ist, wobei diese dritte geneigte Fläche 28e, die zweite gekrümmte Fläche 28c und die vierte geneigte Fläche 28a in dieser Reihenfolge kontinuierlich miteinander verbunden sind, um die Form des Buchstabens „J“ in Schnittdarstellung zu bilden. Durch diesen Schneidvorgang kann eine gute Umfangsnut 25 effektiv ausgebildet werden.