DE102010036659A1

DE102010036659A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010036659A1
Application number: DE102010036659A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schmitt
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-28
Also published as: DE102010036659B4

Abstract

Brennkraftmaschine mit mehreren hintereinander in Reihe stehenden Arbeitszylindern und mehreren Brennräumen (1), bei der jeweils ein Brennraum (1) durch ein zu öffnendes und zu verschließendes Auslassventil (3) mit einem Auslasskanal (8) verbunden oder verschlossen und durch ein Einlassventil (2) mit einem Einlasskanal (7) verbunden oder verschlossen wird, wobei die Einlass- und/oder Auslassventile (2, 3) mit einer photokatalytischen Oberflächenbeschichtung (11) versehen sind, und wobei der photokatalytische Effekt durch zumindest eine im Bereich der Einlass- und/oder Auslassventile (2, 3) angeordnete UV-Lichtquelle (9, 10) erzeugt bzw. angeregt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit mehreren hintereinander in Reihe stehenden Zylindern und mehreren Brennräumen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Brennkraftmaschinen sind Wärmekraftmaschinen, die über einen Verbrennungsvorgang die chemische Energie eines Kraftstoffes in mechanische Energie umwandeln. Eine der am weitesten verbreiteten Brennkraftmaschinen ist der Verbrennungsmotor (Diesel- und Ottomotor). Wesentliche Merkmale sind eine offene Prozessführung (ein Medium durchströmt die Brennkraftmaschine), sowie Gemischbildung, Zündung, Verbrennung und Ladungswechsel. Beispielsweise weist die Brennkraftmaschine mehrere Arbeitszylinder, eine Abgasleitung, Einlasskanäle, die in Gaswechselventile in Form von Einlassventilen münden, Auslasskanäle, die in Gaswechselventile in Form von Auslassventilen münden, und eine Abgasrückführleitung, die mit der Abgasleitung der Brennkraftmaschine verbunden ist, auf. Beispielsweise sind pro Zylinderkreis der Arbeitszylinder zwei Einlass- und zwei Auslassventile vorgesehen.
Brennkraftmaschinen leiden jedoch insbesondere an dem Problem der Verkokung (Bauteilverkokung). Wird der Motor kalt gestartet und nicht warm gefahren, bilden sich beispielsweise Verkokungen an den Einlass- und Auslassventilen. Beispielsweise können sich von dem Verkokungsbelag, insbesondere im Bereich der Ventilkehlung, kleinere Partikel lösen und beispielsweise in den Katalysator gelangen. Für die Brennkraftmaschine können somit Sekundärreaktionen mit negativen Folgen auftreten. Beispielsweise können die Verkokungen auch die Gemischaufbereitung im Brennraum beeinträchtigen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der eine übermäßige oder generelle Verkokung von Bauteilen, insbesondere an den Einlass- und Auslassventilen, unterbunden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Einlass- und Auslassventile mit einer photokatalytischen Oberflächenbeschichtung versehen sind, wobei der photokatalytische Effekt durch zumindest eine im Bereich der Einlass- und/oder Auslassventile angeordnete UV-Lichtquelle erzeugt bzw. angeregt werden kann. Durch das Aufbringen einer photokatalytischen Beschichtung an den Einlass- und/oder Auslassventilen kann eine selbstreinigende Oberfläche bereitgestellt werden. Hierzu sieht die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine die Anbringung einer Oberflächenbeschichtung vor, die unter Einwirkung einer UV-Lichtquelle die Entstehung von organischen Ablagerungen an der jeweiligen Oberfläche verhindert. Somit wird die Entstehung von Verkokungen an den Ventiloberflächen verhindert, die üblicherweise im Laufe der Betriebsdauer einer Brennkraftmaschine zustande kommt. Durch die aufgebrachte Oberflächenbeschichtung und das Vorhandensein einer UV-Lichtquelle werden die Ablagerungen durch einen selbstreigenden Effekt entfernt bzw. verhindert.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die UV-Lichtquelle ausgelegt sein kann, um UV-Licht im Wellenlängenbereich von 315 nm bis 380 nm, also dem Wellenlängenbereich einer UV-A-Lichtquelle, zu erzeugen. Dieser Wellenlängenbereich hat sich im Vorfeld durchgeführter Versuche als besonders vorteilhaft erwiesen.
Vorzugsweise kann die Oberflächenbeschichtung aus Titandioxid (TiO2) bestehen. Durch die mögliche Beeinflussung der Korngrößenverteilung kann die Lichtdurchlässigkeit einer Produktrezeptur beeinflusst werden. Der hohe Brechungsindex von TiO2 ermöglicht eine transparente Anpassung des Brechungsindexes bis zur physikalisch möglichen Grenze. Vorzugsweise kommt die Oberflächenbeschichtung aus einer intermetallischen Phase zustande, die beispielsweise durch eine geeignete Legierungszusammensetzung gebildet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, kann die UV-Lichtquelle im Einlass- und/oder Auslasskanal angeordnet sein. Bevorzugt, jedoch keinesfalls zwingend, kann in jedem Einlass- und Auslasskanal eine separate UV-Lichtquelle vorgesehen sein. Das Vorsehen einer UV-Lichtquelle bietet insbesondere im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der Anregung der Oberflächenbeschichtung erhebliche Vorteile. Vorzugsweise kann die UV-Lichtquelle beispielsweise in der Art einer besonders leistungskonstanten und wartungsarmen LED-Lichtquelle ausgebildet sein.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, kann zwischen dem Grundwerkstoff des Einlass- und Auslassventils und der Oberflächenbeschichtung eine als Haftvermittler und/oder Verschleißschutz dienende Zwischenbeschichtung vorgesehen sein. Je nachdem welche Funktion die Beschichtung haben soll, können die Bestandteile der Zwischenschicht gewählt sein.
Vorzugsweise kann sich die Zwischenbeschichtung an den Einlass- und Auslassventilen bis in den Bereich der Hartverchromung (Schaftbereich) der Einlass- und Auslassventile erstrecken.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die einzelnen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 den Teilbereich einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
2 ein beschichtetes Einlassventil in Einzeldarstellung; und
3 die vergrößerte Darstellung des Ventiltellers gemäß dem Einlassventil aus 2.
1 zeigt einen Teilbereich einer Brennkraftmaschine im Schnitt. Der Teilbereich zeigt einen Brennraum 1 in einem Verbrennungsmotor in dem Treibstoff mit Luft oder reinem Sauerstoff verbrannt wird. Der Teilbereich zeigt ferner ein Einlassventil 2, durch das Treibstoff in den Brennraum gelangt. Mittels dem Auslassventil 3 werden verbrannte Treibstoffgase aus dem Brennraum 1 ausgeschieden. Eine Nockenwelle 4 steuert das Ein- und Auslassventil 2, 3, in Abhängigkeit von der Position des Kolbens 5. Eine Zündkerze entzündet den vom Kolben 5 komprimierten Sprit, wodurch eine Explosion entsteht, die zur Bewegung des Kolbens 5 und somit zu einer Bewegung der Kurbelwelle führt.
Das Einlassventil 2 ist mit einem Einlasskanal 7 und das Auslassventil 3 mit einem Auslasskanal 8 verbunden. Sowohl im Einlasskanal 7 als auch im Auslasskanal 8 ist jeweils eine UV-Lichtquelle 9, 10 angeordnet. Das Einlassventil 2 sowie das Auslassventil 3 sind mit einer photokatalytischen Oberflächenbeschichtung 11 versehen. Der photokatalytische Effekt (Verhinderung der Verkokung/Selbstreinigung) wird durch die im Einlasskanal 7 und Auslasskanal 8 angeordneten UV-Lichtquellen 9, 10 erzeugt bzw. angeregt.
2 zeigt das Einlassventil 2 gem. 1 in einer vergrößerten Einzeldarstellung. Das Einlassventil 2 weist u. a. einen Schaftbereich 12 und einen Ventilteller 13 auf. Der Schaftbereich 12 des Einlassventils 2 ist zu einem Großteil mit einer Hartverchromung 14 versehen.
Die im Bereich des Ventiltellers 13 vorgesehene Oberflächenbeschichtung 11 erstreckt sich zumindest im Bereich der Kehlung 15 des Ventiltellers 13. Eine nicht näher dargestellte Zwischenbeschichtung, welche beispielsweise als Haftvermittler und/oder Verschleißschutz dienen kann, kann sich ebenfalls im Wesentlichen bis zu der Hartverchromung 14 am Schaftbereich 12 des Einlassventils 2 erstrecken.
3 zeigt den beschichteten Ventilteller 13 des Einlassventils 2 in vergrößerter Darstellung. Die Oberflächenbeschichtung 11 und die nicht dargestellte Zwischenschicht erstrecken sich zumindest in der Kehlung 15 des Ventiltellers 13 im Wesentlichen bis zur Hartverchromung 14 des Schaftbereichs 12.

Claims

Brennkraftmaschine mit mehreren Arbeitszylindern und mehreren Brennräumen (1), bei der jeweils ein Brennraum (1) durch ein zu öffnendes und zu verschließendes Auslassventil (3) mit einem Auslasskanal (8) verbunden oder verschlossen und durch ein Einlassventil (2) mit einem Einlasskanal (7) verbunden oder verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und/oder Auslassventile (2, 3) mit einer photokatalytischen Oberflächenbeschichtung (11) versehen sind, wobei der photokatalytische Effekt durch zumindest eine im Bereich der Einlass- und/oder Auslassventile (2, 3) angeordnete UV-Lichtquelle (9, 10) erzeugt bzw. angeregt wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (9, 10) ausgelegt ist um UV-Licht im Wellenlängenbereich von 315 nm bis 380 nm (UV-A-Lichtquelle) zu erzeugen.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (11) aus Titandioxid (TiO2) besteht.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (11) aus einer intermetallischen Phase gebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (9, 10) im Einlass- und/oder Auslasskanal (7, 8) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (9, 10) in der Art einer LED-Lichtquelle ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundwerkstoff des Einlass- und Auslassventils (2, 3) und der Oberflächenbeschichtung (11) eine als Haftvermittler und/oder Verschleißschutz dienende Zwischenbeschichtung vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zwischenbeschichtung an den Einlass- und Auslassventilen (2, 3) bis in den Bereich der Hartverchromung (Schaftbereich 12) der Einlass- und Auslassventile (2, 3) erstreckt.