DE102012203432A1

DE102012203432A1 - Motor ohne Zylinderbüchse

Info

Publication number: DE102012203432A1
Application number: DE102012203432A
Authority: DE
Inventors: Thomas A. Perry; Michael J. Walker; Jun. Bob R. Powell; Anil K. Sachdev; Herbert W. Doty; Michael J. Lukitsch
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2012-09-13
Also published as: CN102678369A; US20120227699A1

Abstract

Ein Motor ohne Zylinderbüchse weist ein Gussteil auf, das eine Bohrung mit einer Innenfläche und einer zentralen Längsachse definiert. Das Gussteil ist aus einer gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet, die Siliziumpartikel aufweist, die in einem Bereich von ungefähr 11 bis ungefähr 12,5 Gewichtsanteile vorliegen. Die Innenfläche weist eine Höhenschwankung auf, die durch zumindest einige der Siliziumpartikel definiert ist, die in Richtung der Achse für ungefähr 0,6 Mikrometer bis ungefähr 1,5 Mikrometer hervorstehen. Der Motor ohne Zylinderbüchse weist einen Kolben auf, der in der Bohrung verschiebbar angeordnet und ausgebildet ist, um sich entlang der Achse zu bewegen, wobei der Kolben aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist und einen Körper mit einem Mantelabschnitt, der mit einer ersten Beschichtung beschichtet ist, und zumindest einen Ring aufweist, der den Körper umgibt und mit diesem in Kontakt steht. Der Ring ist mit einer diamantähnlichen Beschichtung beschichtet, die frei von einem Abbau ist, wenn sie mit zumindest einigen der Siliziumpartikel in Kontakt steht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein einen Motor und spezieller einen Motor ohne Zylinderbüchse.
HINTERGRUND
Motoren, wie beispielsweise Verbrennungsmotoren, weisen im Allgemeinen einen Zylinderblock aus Metall auf, der eine oder mehrere Zylinderbohrungen definiert, und eine entsprechende Anzahl von Metallkolben, die sich während des Betriebs des Motors in den Bohrungen verschiebbar bewegen. Solche Motoren werden oft bei hohen Temperaturen und Drücken betrieben, und die Kolben können sich in den entsprechenden Bohrungen mit einer hohen Geschwindigkeit reversibel bewegen. Die Kolben sind im Allgemeinen mit engen Toleranzen in die Bohrungen eingepasst, und eine beliebige Abweichung von der Toleranz kann zu einem Metall-Metall-Kontakt zwischen dem Kolben und der Bohrung beitragen. Ein solcher Metall-Metall-Kontakt kann die Bohrung und/oder den Kolben beschädigen. Beispielsweise kann der Metallkolben die Zylinderbohrung abschaben, verkratzen und/oder polieren. Die Beschädigung durch den Metall-Metall-Kontakt kann außerdem verschlimmert werden, wenn der Kolben und die Bohrung aus ähnlichen Materialien gebildet sind und/oder wenn der Motor bei extremen Umgebungstemperaturen betrieben wird.
Um einen solchen Metall-Metall-Kontakt zwischen dem Kolben und dem vergleichsweise weicheren Metall des Zylinderblocks zu minimieren, werden oft Zylinderbüchsen oder Hülsen zwischen dem Kolben und der entsprechenden Bohrung angeordnet, indem der Zylinderblock um die Zylinderbüchsen oder Hülsen herum gegossen wird. Die Zylinderbüchsen oder Hülsen können aus einem harten, widerstandsfähigen Material gebildet werden, das bei einem Kontakt mit dem Metall des Kolbens nicht abgebaut oder beschädigt wird. Solche Zylinderbüchsen können jedoch ein Gewicht des Motors erhöhen und zu erhöhten Material- und Handhabungskosten beitragen, und sie können die Guss- und Bearbeitungsprozesse des Zylinderblocks verkomplizieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Motor ohne Zylinderbüchse weist ein Gussteil auf, das eine Bohrung mit einer Innenfläche und einer zentralen Längsachse definiert, wobei das Gussteil aus einer gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet ist. Die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung weist Aluminium und eine Vielzahl von Siliziumpartikeln auf, die in einem Bereich von ungefähr 11 Gewichtsanteilen bis ungefähr 12,5 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sind. Die Innenfläche weist eine Höhenschwankung auf, die dadurch definiert ist, dass zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel für ungefähr 0,6 Mikrometer bis ungefähr 1,5 Mikrometer in Richtung der zentralen Längsachse hervorstehen. Der Motor ohne Zylinderbüchse weist auch einen Kolben auf, der in der Bohrung verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben ist ausgebildet, um sich entlang der zentralen Längsachse zu bewegen, und er ist aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Ferner weist der Kolben einen Körper mit einem Mantelabschnitt auf, wobei der Mantelabschnitt mit einer ersten Beschichtung beschichtet ist. Der Kolben weist auch zumindest einen Ring auf, der den Körper in einer Ebene rechtwinklig zu der zentralen Längsachse umgibt und in Kontakt mit dem Körper angeordnet ist. Der zumindest eine Ring ist mit einer diamantähnlichen Beschichtung beschichtet, die im Wesentlichen frei von einem Abbau ist, wenn sie in Kontakt mit zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel angeordnet ist.
Gemäß einer Abwandlung umfasst die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung auch Kupfer, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,5 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden ist, Nickel, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden ist, Magnesium, das in einem Bereich von ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen bis ungefähr 1,0 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden ist, sowie Mangan und Eisen, die in einem Verhältnis größer als ungefähr 1,2 Gewichtsanteile des Magnesiums zu 1 Gewichtsanteilen des Eisens basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sind. Ferner definiert jede der mehreren Innenflächen eine Vielzahl von Poren, die eine mittlere Größe von weniger als ungefähr 100 Mikrometern aufweisen und in einem Bereich von weniger als ungefähr 0,1 Volumenanteilen basierend auf 100 Volumenanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sind. Der Motor ohne Zylinderbüchse weist auch mehrere Kolben auf, die jeweils in einer entsprechenden der mehreren Bohrungen verschiebbar angeordnet sind, um mehrere Zwischenräume zwischen jedem der mehreren Kolben und einer entsprechenden der mehreren Innenflächen zu definieren. Jeder der mehreren Zwischenräume weist eine erste Weite von weniger als oder gleich ungefähr 25 Mikrometer bei einer Temperatur von ungefähr –40°C auf. Ferner ist jeder der mehreren Kolben ausgebildet, um sich entlang einer entsprechenden der mehreren zentralen Längsachsen reversibel zu bewegen, er ist aus einer Aluminiumlegierung gebildet und weist eine Zylindrizität von weniger als ungefähr 15 Mikrometern auf. Jeder Kolben weist den Körper mit dem Mantelabschnitt auf, wobei der Mantelabschnitt mit der ersten Beschichtung beschichtet ist, und zumindest einen Ring. Der zumindest eine Ring umgibt den Körper in einer Ebene rechtwinklig zu der entsprechenden zentralen Langsachse und ist in Kontakt mit dem Körper angeordnet. Der zumindest eine Ring weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, das von dem ersten Ende beabstandet ist, um eine Lücke zwischen diesen mit einer zweiten Weite von ungefähr 4 Mikrometern bis ungefähr 10 Mikrometer bei einer Temperatur von ungefähr –40°C zu definieren. Ferner ist der zumindest eine Ring mit einer diamantähnlichen Beschichtung beschichtet, die im Wesentlichen frei von einem Abbau ist, wenn sie in Kontakt mit zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikeln angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Abwandlung weist jedes von der Vielzahl der Siliziumpartikel eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 10 Mikrometern und ein Aspektverhältnis von weniger als ungefähr 3:1 auf. Die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung ist außerdem im Wesentlichen frei von primärem Silizium. Zusätzlich weist der Körper jedes der mehreren Kolben einen proximalen Rand, einen distalen Rand, der von dem proximalen Rand beabstandet ist, und einen Mantelabschnitt auf, der zwischen dem distalen Rand und dem proximalen Rand angeordnet ist. Der Mantelabschnitt ist mit der ersten Beschichtung beschichtet, die eine Nicht-Opferbeschichtung ist und den Kontakt zwischen der Aluminiumlegierung des Kolbens und dem Aluminium des Gussteils minimiert, wenn sich der Kolben entlang der entsprechenden zentralen Langsachse reversibel bewegt. Der zumindest eine Ring ist ebenso mit der diamantähnlichen Beschichtung beschichtet, die eine Nicht-Opferbeschichtung ist und im Wesentlichen frei von einem Abbau ist, wenn sie in Kontakt mit zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel angeordnet ist, um dadurch den Kontakt zwischen dem zumindest einen Ring und dem Aluminium des Gussteils zu minimieren, wenn sich der Kolben reversibel entlang der entsprechenden zentralen Längsachse bewegt.
Der Motor ohne Zylinderbüchse weist eine hervorragende Abnutzungs- und Abriebfestigkeit auf, insbesondere dann, wenn er bei niedrigen Temperaturen während ”Kaltstarts” betrieben wird. Insbesondere ist die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung hart und widerstandsfähig, und sie minimiert dadurch das Einsinken der Siliziumpartikel in die Aluminiumphase der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung. Ferner minimieren sowohl die erste Beschichtung des Mantelabschnitts des Kolbens als auch die diamantähnliche Beschichtung des zumindest einen Rings eine mögliche Beschädigung, z. B. Abschabungen und Polierstellen, an dem Motor ohne Zylinderbüchse. Das heißt, dass der Motor ohne Zylinderbüchse den Metall-Metall-Kontakt zwischen der Innenfläche der Bohrung und dem Kolben minimiert, wenn sich der Kolben während des Betriebs des Motors ohne Zylinderbüchse in der Bohrung bewegt. Ferner können die Siliziumpartikel, die von der Innenfläche der Bohrung hervorstehen, während des Betriebs des Motors ohne Zylinderbüchse nicht brechen, und sie minimieren daher den Schmutz, der das Auftreten einer Abnutzung durch Abrieb in der Bohrung beschleunigt. Ferner ist die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung gießbar und maschinell bearbeitbar. Spezieller ermöglicht die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung eine geeignete Metallzuführung während der Verfestigung des Gussteils, und sie reibt Schneidwerkzeuge während der maschinellen Bearbeitung nicht ab. Zusätzlich minimiert der Motor ohne Zylinderbüchse den Ölverbrauch durch die kontrollierte Porosität der Bohrung und die Zylindrizität des Kolbens, und sie minimiert eine Beschädigung an der Bohrung aufgrund eines Anstoßens des Rings bei niedrigen Temperaturen. Da der Motor ohne Zylinderbüchse keine Zylinderbüchsen aufweist, minimiert der Motor ohne Zylinderbüchse auch die Kosten, die mit dem Gewicht, den Vorgängen zur Materialhandhabung sowie mit den Guss- und Bearbeitungsprozessen verbunden sind.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der Offenbarung leicht ersichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Motors ohne Zylinderbüchse, der ein Gussteil aufweist, das eine Bohrung für einen Kolben definiert, der verschiebbar in der Bohrung angeordnet werden kann, wobei das Gussteil aus einer gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet ist, die eine Vielzahl von Siliziumpartikeln aufweist;
2 ist eine schematische Explosionsansicht des Kolbens von 1, wobei der Kolben einen Körper und zumindest einen Ring aufweist, um den Körper zu umgeben;
3 ist eine schematische Seitenansicht des montierten Kolbens von 1 und 2;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht des Kolbens von 2 und 3, der verschiebbar in der Bohrung von 1 angeordnet ist;
5 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts des Kolbens und der Bohrung von 4;
6 ist eine schematische Querschnittsansicht des Rings von 2 entlang der Linie 6-6;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts des Kolbens von 2 entlang der Linie 7-7; und
8 ist eine schematische Seitenansicht eines von der Vielzahl von Siliziumpartikeln von 1.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Auf die Figuren Bezug nehmend, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen, ist ein Motor ohne Zylinderbüchse allgemein bei 10 in 1 gezeigt. Der Motor 10 ohne Zylinderbüchse kann eine Leistung an einer Einrichtung oder ein System liefern. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse ein Verbrennungsmotor sein, der mit Benzin als Kraftstoff versorgt wird. Daher kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse für Kraftfahrzeuganwendungen verwendbar sein. Basierend auf der hervorragenden Abnutzungs- und Abriebfestigkeit des Motors 10 ohne Zylinderbüchse, insbesondere dann, wenn dieser bei niedrigen Temperaturen während ”Kaltstarts” betrieben wird, wie nachstehend in weiterem Detail dargelegt ist, kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse auch für Nicht-Kraftfahrzeuganwendungen verwendbar sein, wie beispielsweise für Anwendungen in der Luftfahrt, bei der Eisenbahn, in der Schifffahrt, als stationärer Leistungsgenerator und bei Wohnmobilen, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Auf 1 Bezug nehmend, weist der Motor 10 ohne Zylinderbüchse ein Gussteil 12 auf, das eine Bohrung 14 definiert. Das Gussteil 12 kann ein Zylinderblock des Motors 10 ohne Zylinderbüchse sein, und es kann gegossen und/oder maschinell bearbeitet werden, um die Bohrung 14 zu definieren. Ferner kann das Gussteil 12 aus einer gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet sein, wie nachstehend im weiteren Detail dargelegt ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie ”ohne Zylinderbüchse” auf einen Motor, der im Wesentlichen frei von einer Zylinderbüchse oder einer Hülse ist, die in Kontakt mit der Bohrung 14 angeordnet sind. Das heißt, dass der Motor 10 ohne Zylinderbüchse keine Zylinderbüchse oder Hülse in der Bohrung 14 erfordert oder umfasst, um die Bohrung 14 während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse zu schützen.
Obgleich dies von der gewünschten Anwendung des Gussteils 12 abhängt, kann das Gussteil 12 durch ein beliebiges geeignetes Gießverfahren gebildet sein, das eine Verfestigung der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung aus einem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand umfasst. Beispielsweise kann das Gießverfahren eines oder mehrere von einem Gießen mit Formwerkzeug, einem Gießen mit permanenter Form, einem Gießen mit semipermanenter Form, einem gebundenen Sandguss, einem Gießen mit verlorener Form, einem Präzisionssandguss und Kombinationen von diesen umfassen. Bei einer Abwandlung kann das Gussteil 12 in einer geeigneten Form (nicht gezeigt) bei einer Schmelztemperatur von ungefähr 630°C bis ungefähr 815°C, z. B. von ungefähr 630°C bis ungefähr 650°C, gegossen werden. Zusätzlich kann die geeignete Form (nicht gezeigt) Metallkokillen aufweisen, um eine gerichtete Verfestigung des geschmolzenen Materials zu erleichtern und/oder um die Mikrostruktur des geformten Gussteils 12 zu verfeinern.
Ferner kann das Gießverfahren eine Wärmebehandlung zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften des Gussteils 12 und/oder Behandlungen mit Ausscheidungshärtung umfassen. Beispielsweise kann das Gussteil 12 nach einer T6-Temperung geformt werden, wobei die T6-Temperung eine Lösungsbehandlung bei einer Temperatur in der Nähe, aber kleiner als eine Solidustemperatur der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung für ungefähr 4 Stunden bis ungefähr 12 Stunden und eine Aushärtungsbehandlung bei ungefähr 180°C für ungefähr 4 Stunden bis ungefähr 8 Stunden umfasst.
Nachdem das Gussteil 12 geformt ist, kann das Gussteil 12 auch gewaschen, maschinell bearbeitet und/oder endbearbeitet werden. Beispielsweise kann das Gussteil 12 gewaschen werden, um den Schmutz zu minimieren, der in der Bohrung 14 vorhanden ist, um einen Abrieb und/oder eine Abnutzung von Komponenten des Motors 10 ohne Zylinderbüchse während des Betriebs zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich kann das Gussteil 12 bei einer maximalen Rohschnitttiefe von weniger als ungefähr 500 Mikrometern, d. h. 500 × 10^–6 Meter, maschinell bearbeitet werden, um eine Beschädigung an Bestandteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung zu minimieren, und es kann bei einer maximalen Schnitttiefe von weniger als ungefähr 125 Mikrometern endbearbeitet werden, um eine beliebige Beschädigung unter der Oberfläche an dem Gussteil 12 während dessen Bildung zu korrigieren.
Wieder auf 1 Bezug nehmend, kann das Gussteil 12 bei einer Abwandlung mehrere Bohrungen 14, 114, 214 definieren. Gemäß nicht einschränkenden Beispielen kann das Gussteil 12 zwei, vier, sechs, acht oder zwölf Bohrungen 14, 114, 214 derart definieren, dass der Motor 10 ohne Zylinderbüchse als ein 2-Zylinder-, 4-Zylinder-, 6-Zylinder-, 8-Zylinder- oder 12-Zylindermotor 10 ohne Zylinderbüchse ausgebildet sein kann. Obgleich die mehreren Bohrungen 14, 114, 214 in 1 in einer ”V”-Konfiguration gezeigt sind, d. h. in einer V6-Konfiguration, so dass die drei Bohrungen 14, 114, 214 eines Zweigs des ”V” sichtbar sind, können die mehreren Bohrungen 14, 114, 214 ferner auch in Reihe angeordnet sein, um einen Reihenmotor 10 ohne Zylinderbüchse oder einen Mehrzylindermotor ohne Zylinderbüchse zu bilden, wie beispielsweise einen Motor 10 ohne Zylinderbüchse mit einer ”W”-Konfiguration oder einen Motor 10 ohne Zylinderbüchse mit einer entgegengesetzten ”Boxer”-Konfiguration, ohne auf diese beschränkt zu sein. Wie vorstehend dargelegt ist, kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse ferner ein Einzelzylindermotor 10 ohne Zylinderbüchse sein. Daher kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse für eine beliebige Anwendung geeignet sein, die eine Abrieb- und Abnutzungsfestigkeit der Bohrungen 14, 114, 214 erfordert, insbesondere dann, wenn der Motor 10 ohne Zylinderbüchse bei niedrigen Temperaturen während ”Kaltstarts” und/oder bei hohen Temperaturen während der vollen Leistungsabgabe betrieben wird. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie ”Kaltstart” auf eine Betriebsbedingung des Motors 10 ohne Zylinderbüchse, die niedrige Temperaturen, d. h. weniger als ungefähr –30°C, und hohe Lasten oder hohe Drehzahlen umfasst, z. B. mehr als ungefähr 5.000 Umdrehungen pro Minute (rpm). Während solcher Betriebsbedingungen kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse eine verringerte Schmierung durch ein Öl (das in 5 allgemein bei 16 gezeigt ist) erfahren.
Nun auf 1 und 4 Bezug nehmend, kann die Bohrung 14 eine Innenfläche 18 und eine zentrale Langsachse 20 aufweisen. Die zentrale Längsachse 20 kann sich entlang einer Länge der Bohrung 14 erstrecken, und die Innenfläche 18 kann der zentralen Langsachse 20 gegenüberliegen und von dieser beabstandet sein. Bei der Abwandlung, welche die mehreren Bohrungen 14, 114, 214 umfasst, weist jede Bohrung 14, 114, 214 eine entsprechende Innenfläche 18, 118, 218 und eine entsprechende zentrale Langsachse 20, 120, 220 auf, wie es in 1 gezeigt ist.
Wieder auf 1 Bezug nehmend, ist das Gussteil 12 des Motors 10 ohne Zylinderbüchse aus einer gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet, die Aluminium und eine Vielzahl von Siliziumpartikeln 22 (in größerem Detail in 5 und 8 gezeigt) aufweist. Das Aluminium kann in der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung in einer vergleichsweise größeren Menge als eine beliebige andere Komponente der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegen, und es kann der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung Struktur und Härte verleihen.
Die Vielzahl der Siliziumpartikel 22 kann in der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sein, um die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung mit einer erhöhten Abrieb- und Abnutzungsfestigkeit zu versehen, wie nachstehend in weiterem Detail dargelegt ist. Spezieller ist die Vielzahl der Siliziumpartikel 22 in einem Bereich von ungefähr 11 Gewichtsanteilen bis ungefähr 12,5 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden. Beispielsweise kann die Vielzahl der Siliziumpartikel 22 in einem Bereich von ungefähr 11,8 Gewichtsanteilen bis ungefähr 12,5 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sein. Das heißt, dass die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung eine eutektische oder nahezu eutektische Legierung sein kann. Bei Mengen geringer als ungefähr 11 Gewichtsanteile der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 können die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung und das gebildete Gussteil 12 keine geeignete Abrieb- und Abnutzungsfestigkeit während des Betriebs bei niedrigen Temperaturen zeigen, z. B. bei weniger als –30°C, wie nachstehend in weiterem Detail dargelegt ist. Im Gegensatz dazu kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung bei Mengen größer als ungefähr 12,5 Gewichtsanteile der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 schwierig zu verarbeiten sein, d. h. bei dem Gießen und/oder maschinellen Bearbeiten, was durch eine erhöhte Erfordernis für eine Wärmedissipation während der Verfestigung und durch eine Abnutzung eines Werkzeugs zur maschinellen Bearbeitung bedingt ist, wenn dieses beliebigen Partikeln aus primärem Silizum ausgesetzt wird. Ferner ist einzusehen, dass bei der eutektischen Temperatur bis zu ungefähr 1,5 Gewichtsanteile der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 in dem zuvor erwähnten Aluminium aufgelöst werden können und daher nicht in Partikelform vorliegen können. Das heißt, dass die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung beispielsweise insgesamt ungefähr 9,5 Gewichtsanteile bis ungefähr 12,5 Gewichtsanteile Silizium (in einer beliebigen Form) basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung aufweisen kann.
Die Vielzahl der Siliziumpartikel 22 kann feines, modifiziertes Silizium aufweisen. Ferner kann die Vielzahl der Siliziumpartikel 22 eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 10 Mikrometern aufweisen, z. B. ungefähr 5 Mikrometer bis ungefähr 8 Mikrometer. Ferner kann jedes von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 eine lange und spitze Form aufweisen (allgemein in 8 gezeigt), d. h. eine nadelähnliche Form, und es kann ein Aspektverhältnis, d. h. ein Verhältnis einer längsten Abmessung 25 zu einer kürzesten Abmessung 27, von weniger als ungefähr 3:1 aufweisen. Siliziumpartikel 22 mit größeren Aspektverhältnissen können wiederum die Abrieb- und Abnutzungsfestigkeit des Gussteils 12 verringern, das aus der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet wird. Beispielsweise können Siliziumpartikel 22 mit einer mittleren Partikelgröße von mehr als ungefähr 10 Mikrometern und/oder einem Aspektverhältnis größer als ungefähr 3:1 eine Gegenfläche oder ein Schneidwerkzeug des Gussteils 12, das aus der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet wird, durch Abrieb beschädigen.
Zusätzlich kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung im Wesentlichen frei von primärem Silizium sein. Im Allgemeinen ist primäres Silizium grobkörnig, und es kann in der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vermieden werden, um dadurch eine optimale Metallzufuhr während der Verfestigung des Gusses zu optimieren und/oder um eine Abnutzung von Schneidwerkzeugen durch Abrieb während der maschinellen Bearbeitung des Gussteils 12 zu minimieren. Da das primäre Silizium in der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vermieden werden kann, kann sich das übrige Silizium in einer eutektischen Struktur mit dem Aluminium befinden.
Nun auf 5 Bezug nehmend, weist die Innenfläche 18 eine Höhenschwankung 24 auf, die durch zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 definiert ist, die in Richtung der zentralen Längsachse 20 für ungefähr 0,6 Mikrometer bis ungefähr 1,5 Mikrometer hervorstehen. Obgleich 5 zeigt, dass der repräsentative Kolben 30 in der repräsentativen Bohrung 14 verschiebbar angeordnet ist, ist einzusehen, dass sich gleiche Bezugszeihen auf gleiche Komponenten der Kolben 130, 230 und Bohrungen 114, 214 beziehen. Wie in 5 stark vergrößert gezeigt ist, kann ein Ende 32 (8) oder ein anderer Abschnitt zumindest einiger von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 der Höhenschwankung 24 von der Innenfläche 18 in Richtung der zentralen Längsachse 20 der Bohrung 14 für ungefähr 0,6 Mikrometer bis 1,5 Mikrometer, z. B. für ungefähr 0,8 Mikrometer bis ungefähr 1,3 Mikrometer, hervorstehen. Das heißt, dass ein erster Anteil von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung ”flach liegen” kann, d. h. in der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung derart positioniert sein kann, dass die längste Abmessung 25 des Siliziumpartikels 22 im Wesentlichen parallel zu der zentralen Längsachse 20 der Bohrung 14 verläuft und die Innenfläche 18 im Wesentlichen definiert. Ein anderer Anteil, d. h. zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22, können in Richtung der zentralen Längsachse 20 hervorstehen, so dass die Innenfläche 18 die Höhenschwankung 24 aufweist. Bei Distanzen des Hervorstehens von weniger als ungefähr 0,6 Mikrometern kann die Innenfläche 18 der Bohrung 14 keine geeignete Abnutzungs- und Abriebfestigkeit zeigen. Auf ähnliche Weise können zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 der Höhenschwankung 24 bei Distanzen des Hervorstehens von mehr als ungefähr 1,5 Mikrometern von der Innenfläche 18 abbrechen und/oder abscheren, was wiederum Schmutz in der Bohrung 14 ablagern und zu der Abnutzung der Bohrung 14 durch Abrieb beitragen kann. Wie in 5 gezeigt ist, liefern zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 der Höhenschwankung 24, die in Richtung der zentralen Längsachse 20 hervorstehen, eine Gleitfläche für eine andere Komponente des Motors 10 ohne Zylinderbüchse, wie nachstehend im weiteren Detail dargelegt ist. Zusätzlich können zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 der Höhenschwankung 24 während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse lasttragend sein, wie ebenso nachstehend im weiteren Detail dargelegt ist.
Die Innenfläche 18 der Bohrung 14 kann chemisch geätzt werden. Beispielsweise kann die Innenfläche 18 in einer Lösung mit 10% NaOH für ungefähr 3 Minuten chemisch geätzt werden, um zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 zu liefern, die von der Innenfläche 18 hervorstehen, wie vorstehend dargelegt ist. Das heißt, dass die Innenfläche 18 jeder Bohrung 14 derart chemisch geätzt werden kann, dass zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 der Höhenschwankung 24 für ungefähr 0,6 Mikrometer bis ungefähr 1,5 Mikrometer in Richtung der zentralen Längsachse 20 hervorstehen. Die Innenfläche 18 kann chemisch geätzt werden, um auch beliebiges verschmiertes Aluminium an der Innenfläche 18 der Bohrung 14 nach dem Gießen und/oder maschinellen Bearbeiten zu minimieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Innenfläche 18 der Bohrung 14 mechanisch aufgeraut werden, um zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 zu liefern, die von der Innenfläche 18 hervorstehen, wie vorstehend dargelegt ist. Das heißt, dass die Innenfläche 18 jeder Bohrung 14 derart mechanisch aufgeraut werden kann, dass zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 der Höhenschwankung 24 für ungefähr 0,6 Mikrometer bis ungefähr 1,5 Mikrometer in Richtung der zentralen Langsachse 20 hervorstehen. Die Innenfläche 18 kann mechanisch aufgeraut werden, um auch beliebiges verschmiertes Aluminium an der Innenfläche 18 der Bohrung 14 nach dem Gießen und/oder maschinellen Bearbeiten zu minimieren.
Zusätzlich kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung ferner Kupfer umfassen, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,5 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegen kann. Das Kupfer kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung mit einer geeigneten Festigkeit, Härte und Gießbarkeit versehen. Ohne die Absicht, durch eine Theorie eingeschränkt zu sein, können sich spezieller Intermetallide, d. h. feste Phasen, die zwei oder mehr metallische Elemente aufweisen, während der Verfestigung der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung bilden, und/oder es können sich feine Ausscheidungen nach einer Wärmebehandlung bilden, z. B. nach einer Lösungshärtung und einem Kaltaushärten der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung. Solche Intermetallide und/oder feinen Ausscheidungen können die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung mit der zuvor erwähnten Festigkeit, Härte und Gießbarkeit versehen. Daher kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung bei Kupfermengen von weniger als ungefähr 0,5 Gewichtsanteilen keine geeignete Festigkeit nach dem Gießen und der Verfestigung zeigen, und die Innenfläche 18 der Bohrung 14 kann keine geeignete Härte, d. h. eine Härte von mehr als oder gleich 105 HB 10/500/30, für den Betrieb des Motors 10 ohne Zylinderbüchse zeigen.
Die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung kann ferner auch Nickel umfassen, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden ist. Das Nickel kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung aufgrund der Intermetallidenbildung während der Verfestigung mit einer geeigneten Festigkeit und Härte versehen. Bei Nickelmengen von weniger als ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung keine geeignete Festigkeit nach dem Gießen und der Verfestigung zeigen, und die Innenfläche 18 der Bohrung 14 kann keine geeignete Härte, d. h. eine Härte größer als oder gleich 105 HB 10/500/30, für den Betrieb des Motors 10 ohne Zylinderbüchse zeigen.
Zusätzlich kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung ferner Magnesium umfassen, das in einem Bereich von ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen bis ungefähr 1,0 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegt. Das Magnesium, das in dem zuvor erwähnten Bereich vorliegt, kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung mit einer geeigneten Härte nach dem Gießen versehen. Spezieller kann die Innenfläche 18 (4) der Bohrung 14, die durch das Gussteil 12 definiert ist, das aus der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet wird, eine Härte größer als oder gleich 105 HB 10/500/30 aufweisen, wenn diese gemäß dem Brinell-Härtetest gemessen wird. Das heißt, dass die Nomenklatur 10/500/30 bezeichnet, dass die Innenfläche 18 eine Brinelll-Härte von zumindest 105 HB unter Verwendung einer gehärteten Stahlkugel mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Last von 500 Kilogramm, die für eine Zeitdauer von 30 Sekunden angewendet wird, aufweisen kann. Eine solche Härte kann auch ein Einsinken der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 in das Aluminium der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung durch beliebige Lasten minimieren, die auf die hervorstehende Vielzahl der Siliziumpartikel 22 einwirken.
Zusätzlich kann die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung ferner Mangan und Eisen umfassen, die in einem Verhältnis größer als ungefähr 1,2 Gewichtsanteile des Mangans zu 1 Gewichtsanteil des Eisens basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sind. Das heißt, dass die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung vergleichsweise mehr Mangan als Eisen aufweisen kann. Das Mangan und das Eisen können in dem zuvor erwähnten Verhältnis vorhanden sein, um die Porosität der Innenfläche 18 (4) zu minimieren.
Das heißt, dass die Innenfläche 18 jeder Bohrung 14, wie am besten in 5 gezeigt ist, eine Vielzahl von Poren 28 definieren kann, die in einem Bereich von weniger als ungefähr 0,1 Volumenanteilen basierend auf 100 Volumenanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sind. Anders ausgedrückt kann die Innenfläche 18 eine Porosität von weniger als oder gleich 0,1% aufweisen. Ferner kann die Vielzahl der Poren 28 eine mittlere Größe von weniger als ungefähr 100 Mikrometern aufweisen. Eine solche minimierte Porosität kann zu der Effizienz des Motors 10 ohne Zylinderbüchse beitragen, wie nachstehend im weiteren Detail dargelegt ist. Beispielsweise kann die zuvor erwähnte Porosität während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse den Verbrauch an Öl 16 minimieren und die Emissionen verringern. Das heißt, dass die zuvor erwähnte Porosität eine Menge des Öls 16 minimieren kann, das sich in der Vielzahl der Poren 22 befinden und anschließend während der Verbrennung oder des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse aus diesen herausbrennen kann.
Die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung kann auch Spurenmengen anderer Legierungselemente umfassen, wie beispielsweise von Titan, Bor, Natrium, Strontium und Zirkon, ohne auf diese beschränkt zu sein, um die Korngröße und die Form der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 zu steuern.
Nun auf 1–4 Bezug nehmend, weist der Motor 10 ohne Zylinderbüchse auch einen Kolben 30 auf, der in der Bohrung 14 verschiebbar angeordnet und ausgebildet ist, um sich entlang der zentralen Längsachse 20 zu bewegen (4). Das heißt, dass sich der Kolben 30 während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse reversibel in der Bohrung 14 entlang der zentralen Längsachse 20 in einer Richtung bewegen kann, die durch die Pfeile 33 (4) angegeben ist. Der Kolben 30 kann gemäß dem Durchmesser der Bohrung 14 und der gewünschten Leistungsabgabe des Motors 10 ohne Zylinderbüchse geeignet bemessen und geformt sein. Insbesondere kann der Kolben 30 geformt sein, um einer Kompression eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Bohrung 14 standzuhalten. Eine solche Kompression kann die reversible Bewegung des Kolbens 30 entlang der zentralen Längsachse 20 in der Bohrung 14 antreiben. Ferner kann der Kolben 30 aus einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Die Aluminiumlegierung des Kolbens 30 kann auch gemäß den Betriebsbedingungen des Motors 10 ohne Zylinderbüchse, wie beispielsweise der Temperatur und dem Druck, ausgewählt werden.
Bei einer Abwandlung kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse, wie es in 1 gezeigt ist, mehrere Kolben 30, 120, 230 aufweisen. Im Allgemeinen kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse eine gleiche Anzahl von Kolben 30, 130, 230 und Bohrungen 14, 114, 214 aufweisen. Das heißt, dass die mehreren Kolben 30, 130, 230 jeweils verschiebbar in einer entsprechenden der mehreren Bohrungen 14, 114, 214 angeordnet sein können, und jeder der mehreren Kolben 30, 130, 230 kann für eine reversible Bewegung entlang der entsprechenden zentralen Langsachse 20, 120, 220 ausgebildet sein. Bei dieser Abwandlung ist jeder Kolben 30, 130, 230 aus der Aluminiumlegierung gebildet.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, weist der Kolben 30 einen Körper 34 mit einem Mantelabschnitt 36 auf. Insbesondere kann der Körper 34 einen proximalen Rand 38, einen distalen Rand 40, der von dem proximalen Rand 38 beabstandet ist, und den Mantelabschnitt 36 aufweisen, der zwischen dem distalen Rand 40 und dem proximalen Rand 38 angeordnet ist. Der Körper 34 kann mit einer Pleuelstange 42 durch einen Kolbenbolzen 44 verbunden sein, und er kann bemessen sein, um sich in der Bohrung 14 verschiebbar zu bewegen, wie vorstehend dargelegt ist. Ferner kann die Pleuelstange 42 des Kolbens 30 mit einer Kurbelwelle (allgemein bei 46 in 1 und 2 gezeigt) des Motors 10 ohne Zylinderbüchse funktional verbunden sein. Daher kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse dann, wenn sich der Kolben 30 während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse in der Bohrung 14 verschiebbar bewegt, eine lineare Bewegung des Kolbens 30 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 46 umwandeln und dadurch eine Antriebsleistung für ein Fahrzeug (nicht gezeigt) oder ein System liefern.
Nun auf 3, 4 und 7 Bezug nehmend, kann der Mantelabschnitt 36 eine zylindrische Form aufweisen, und er kann aus der Aluminiumlegierung gebildet sein. Insbesondere kann der Kolben 30 eine Zylindrizität von weniger als ungefähr 15 Mikrometern aufweisen. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie ”Zylindrizität” auf einen Toleranzwert zwischen zwei Referenzzylindern, z. B. zwischen dem Mantelabschnitt 36 des Kolbens 30 und der Bohrung 14 des Gussteils 12. Eine Zylindrizität von weniger als ungefähr 15 Mikrometern liefert eine hervorragende Kreisförmigkeit und Geradheit des Kolbens 30 und minimiert die Kegelform des Körpers 34 von dem proximalen Rand 38 bis zu dem distalen Rand 40. Die zuvor erwähnte Zylindrizität minimiert auch den Metall-Metall-Kontakt zwischen dem Kolben 30 und der Innenfläche 18 der Bohrung 14, wenn sich der Kolben 30 während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse reversibel entlang der zentralen Längsachse 20 bewegt, wie nachstehend im weiteren Detail dargelegt ist. Unter Bezugnahme auf 1 bedeutet dies, dass der Kolben 30 eine hervorragende Passung oder Führung in der Bohrung 14 aufweisen kann, um dadurch eine Beschädigung an der Innenfläche 18 der Bohrung 14 in der Form von Polierstellen während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse zu minimieren. Unter Bezugnahme auf 5 können der Kolben 30 und die Bohrung 14 insbesondere einen Zwischenraum 48 zwischen diesen mit einer ersten Weite 50 von weniger als oder gleich ungefähr 25 Mikrometern bei einer Temperatur von ungefähr –40°C definieren. Beispielsweise kann der Kolben 30 eine Presspassung in der Bohrung 14 aufweisen.
Nun auf 7 Bezug nehmend, ist der Mantelabschnitt 36 mit einer ersten Beschichtung 52 beschichtet. Die erste Beschichtung 52 kann eine Nicht-Opferbeschichtung sein. Das heißt, dass die erste Beschichtung 52 während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse (1) nicht abgebaut, verschmiert und/oder auf eine entgegengesetzte Oberfläche übertragen werden kann, z. B. auf die Innenfläche 18 (5) der Bohrung 14 (5). Nicht einschränkende Beispiele geeigneter erster Beschichtungen umfassen Nickel-Zusammensetzungsbeschichtungen, Eisenbeschichtungen und eine beliebige andere Nicht-Opferbeschichtung, welche die Innenfläche 18 nicht beschädigt oder die zuvor erwähnten Vorteile der hervorstehenden Vielzahl der Siliziumpartikel 22 nicht negiert. Insbesondere kann die erste Beschichtung 52 eine stromlos abgeschiedene Nickelbeschichtung sein, die beispielsweise mit Diamant, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, hexgonalem Bornitrid, Polytetrafluorethylen und Kombinationen von diesen verstärkt ist. Im Allgemeinen kann die erste Beschichtung 52, die an dem Mantelabschnitt 36 angeordnet ist, eine Oberflächenrauhigkeit R_z von weniger als ungefähr 10 Mikrometern aufweisen. Eine Oberflächenrauhigkeit R_z von mehr als ungefähr 10 Mikrometren kann zu Polierstellen und einem Abrieb während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse beitragen, welche die Mikrostruktur der Innenfläche 18 der Bohrung 14 verändern können. Eine solche veränderte Mikrostruktur kann wiederum zu einer verringerten Haltbarkeit des Motors 10 ohne Zylinderbüchse beitragen.
Wie unter Bezugnahme auf 5 bis 7 beschrieben ist, kann die erste Beschichtung 52 an dem Mantelabschnitt 36 angeordnet sein, und sie kann den Kontakt zwischen der Aluminiumlegierung des Kolbens 30 und dem Aluminium des Gussteils 12 minimieren, wenn sich der Kolben 30 entlang der zentralen Längsachse 20 bewegt, z. B. reversibel bewegt. Das heißt, dass die erste Beschichtung 52 den Abrieb der Innenfläche 18 der Bohrung 14 minimieren und zu der hervorragenden Abriebfestigkeit des Motors 10 ohne Zylinderbüchse beitragen kann. Die erste Beschichtung 52 minimiert speziell den Abrieb während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse bei niedrigen Temperaturen, z. B. bei weniger als ungefähr –30°C, während ”Kaltstarts”. Da solche Betriebsbedingungen eine geringe Schmierung in dem Motor 10 ohne Zylinderbüchse umfassen können, d. h. relativ niedrige Niveaus des Öls 16 (5) im Vergleich zu dem Standardbetrieb, kann die erste Beschichtung 52 den Aluminium-Aluminium-Kontakt zwischen dem Kolben 30 und der Innenfläche 18 der Bohrung 14 minimieren, die durch das Gussteil 12 definiert ist, welches aus der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet ist.
Wieder auf 2–4 Bezug nehmend, weist der Kolben 30 auch zumindest einen Ring 54 auf, der den Körper 34 in einer Ebene 56 rechtwinklig zu der zentralen Längsachse 20 umgibt (4) und in Kontakt mit dem Körper 34 angeordnet ist. Das heißt, dass sich der zumindest eine Ring 54 um den Körper 34 des Kolbens 30 herumwinden kann und dass er in Kontakt mit dem Körper 34 zwischen dem Mantelabschnitt 36 und dem proximalen Rand 38 des Kolbens 30 angeordnet sein kann. Der zumindest eine Ring 54 kann ausgebildet sein, um eine Verbrennungskammer 58 (4) in der Bohrung 14 abzudichten und den Verbrauch des Öls 16 (5) in der Bohrung 14 zu regeln.
Wie in 2 gezeigt ist, kann der zumindest eine Ring 54 ein erstes Ende 60 und ein zweites Ende 62 aufweisen, das von dem ersten Ring 60 beabstandet ist, um eine Lücke 64 zwischen diesen zu definieren. Das heißt, dass der zumindest eine Ring 54 ein Ring mit offenem Ende sein kann, der ausgebildet ist, um sich um den Körper 34 herum zusammenzuziehen. Die Lücke 64 kann eine zweite Weite 66 von ungefähr 4 Mikrometern bis ungefähr 10 Mikrometer bei einer Temperatur von ungefähr –40°C aufweisen. Solche minimalen Lücken stellen eine hervorragende Verbrennungsdichtung 68 (5) sicher, und sie liefern einen geeigneten Zwischenraum oder eine geeignete Distanz zwischen dem ersten Ende 60 und dem zweiten Ende 62, so dass die Enden 60, 62 nicht überlappen oder aneinander anliegen und/oder während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse während ”Kaltstarts” nicht an der Innenfläche 18 reiben. Da das erste Ende 60 und das zweite Ende 62 des zumindest einen Rings 54 bei niedrigen Temperaturen, z. B. Betriebstemperaturen von weniger als ungefähr –30°C, hohen Drücken ausgesetzt sein können, heißt das, dass die zuvor erwähnte zweite Weite 66 der Lücke 64 zwischen dem ersten Ende 60 und dem zweiten Ende 62 eine thermische Ausdehnung und Kontraktion des zumindest einen Rings 54 und der Bohrung 14 ermöglicht, sogar dann, wenn eine solche thermische Ausdehnung und Kontraktion mit unterschiedlichen Raten auftreten kann.
Wie ferner in 2 gezeigt ist, kann der Körper 34 des Kolbens 30 zumindest ein Rille 70, 170, 270 oder zumindest einen Sitz für den zumindest einen Ring 54 definieren. Wenn der zumindest eine Ring 54 den Körper 34 umgibt und berührt, kann sich der zumindest eine Ring 54 daher leicht von der Oberfläche des Körpers 34 erstrecken. Obgleich der Kolben 30 einen im Wesentlichen einheitlichen Durchmesser von dem proximalen Rand 38 zu bis zu dem distalen Rand 40 aufweisen kann, heißt das, dass der zumindest eine Ring 54 ausgebildet sein kann, um an zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 (5) in der Bohrung 14 anzuliegen, um dadurch die Dichtung 68 zwischen dem Kolben 30 und der Bohrung 14 zu bilden, wie nachstehend in weiterem Detail dargelegt ist. Der zumindest eine Ring 54 kann aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, z. B. aus Stahl oder Gusseisen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 und 3 kann der Kolben 30 mehrere Ringe 54, 154, 254 aufweisen. Bei dieser Abwandlung können zwei Ringe 54, 154, die sich bezogen auf den proximalen Rand 38 des Körpers 34 am nächsten befinden, als Kompressionsringe ausgebildet sein, und der Ring 254, der sich bezogen auf den distalen Rand 40 des Körpers 34 am nächsten befindet, kann als ein Ölsteuerring ausgebildet sein. Die Ausbildung der mehreren Ringe 54, 154, 254, die in 2–4 dargestellt ist, ist jedoch nicht einschränkend, und der Kolben 30 kann eine beliebige Anzahl oder eine beliebige Ausbildung von Ringen 54 aufweisen.
Nun auf 5 und 6 Bezug nehmend, ist der zumindest eine Ring 54 mit einer diamantähnlichen Beschichtung 72 beschichtet, die im Wesentlichen frei von einem Abbau ist, wenn sie in Kontakt mit zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 angeordnet ist. Die diamantähnliche Beschichtung 72 ist ebenso eine Nicht-Opferbeschichtung. Das heißt, dass die diamantähnliche Beschichtung 72 nicht abgebaut, verschmiert und/oder auf eine gegenüberliegende Oberfläche übertragen werden kann, z. B. auf die Innenfläche 18 der Bohrung 14, wenn sich der Kolben 30 in der Bohrung 14 entlang der zentralen Längsachse 20 bewegt. Nicht einschränkende geeignete Beispiele der diamantähnlichen Beschichtungen 72 umfassen im Allgemeinen amorphen Kohlenstoff und zeigen eine hervorragende Härte. Ein spezielles geeignetes Beispiel der diamantähnlichen Beschichtung 72 kann TriboBond 40 umfassen, das bei Ionbond US aus Madison Heights, Michigan, kommerziell verfügbar ist.
Im Allgemeinen kann die diamantähnliche Beschichtung 72, die an dem zumindest einen Ring 54 angeordnet ist, eine Härte größer als oder gleich ungefähr 1.000 VHN aufweisen, d. h. 10 GPa, wenn diese gemäß dem Vickers-Härtetest gemessen wird. Eine Härte von weniger als ungefähr 1.000 VHN kann zu einem Abbau der diamantähnlichen Beschichtung 72 während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse aufgrund des Kontakts der diamantähnlichen Beschichtung 72 mit zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 (5) beitragen, was die diamantähnliche Beschichtung 72 abtragen und den unbeschichteten Ring 54 der Innenfläche 18 der Bohrung 14 aussetzen kann. Ein solcher Kontakt und Abbau kann wiederum zu einer verringerten Haltbarkeit des Motors 10 ohne Zylinderbüchse beitragen.
Wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist, kann die diamantähnliche Beschichtung 72 zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 berühren, wenn sich der Kolben 30 entlang der zentralen Längsachse 20 bewegt, um dadurch eine Dichtung 68 zwischen dem zumindest einen Ring 54 und der Innenfläche 18 der Bohrung 14 zu bilden. Spezieller kann der zumindest eine Ring 54, der mit der diamantähnlichen Beschichtung 72 beschichtet ist, die Dichtung 68 zwischen dem zumindest einen Ring 54 und zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 der Höhenschwankung 24 bilden, die in Richtung der zentralen Längsachse 20 hervorstehen oder sich in diese Richtung erstrecken.
Wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist, kann die diamantähnliche Schicht 72 daher an dem zumindest einen Ring 54 angeordnet sein, und sie kann eine Nicht-Opferbeschichtung und im Wesentlichen frei von einem Abbau sein, wenn sie in Kontakt mit zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 angeordnet ist, um dadurch den Kontakt zwischen dem zumindest einen Ring 54 und dem Aluminium des Gussteils 12 zu minimieren, wenn sich der Kolben 30 entlang der entsprechenden zentralen Langsachse 20 bewegt, z. B. reversibel bewegt. Das heißt, dass die diamantähnliche Schicht 72 einen Abrieb der Innenfläche 18 der Bohrung 14 minimieren und zu der hervorragenden Abriebfestigkeit des Motors 10 ohne Zylinderbüchse beitragen kann. Die diamantähnliche Beschichtung 72 kann den Abrieb speziell während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse bei niedrigen Temperaturen minimieren, z. B. bei weniger als ungefähr –30°C, während ”Kaltstarts”. Da solche Betriebsbedingungen eine geringe Schmierung in dem Motor 10 ohne Zylinderbüchse umfassen können, d. h. relativ niedrige Niveaus des Öls 16 (5) im Vergleich zu dem Standardbetrieb, kann die diamantähnliche Beschichtung 72 einen Metall-Metall-Kontakt zwischen dem zumindest einen Ring 54 und der Innenfläche 18 der Bohrung 14 minimieren, die durch das Gussteil 12 definiert ist, das aus der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet ist.
Basierend auf den zuvor erwähnten Zusammensetzungen der Bohrung 14 und des Kolbens 30 dehnen sich die Bohrung 14 und der Kolben 30 jeweils während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse mit einer im Wesentlichen ähnlichen Rate aus und ziehen sich mit dieser zusammen, sogar während ”Kaltstarts” und bei hohen Motorlasten. Daher zeigt der Motor 10 ohne Zylinderbüchse eine hervorragende Haltbarkeit und Abriebfestigkeit.
Wieder auf 5 Bezug nehmend, kann der Motor 10 ohne Zylinderbüchse ferner das Öl 16 aufweisen, das in Kontakt mit jeder der mehreren Bohrungen 14 und jedem der mehreren Kolben 30 angeordnet ist. Während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse kann das Öl 16 in der Vielzahl der Poren 28 mit einer Rate von weniger als oder gleich ungefähr 10 Gramm des Öls 16 pro Stunde angelagert werden, wenn sich die mehreren Kolben 30 jeweils reversibel entlang der entsprechenden zentralen Längsachse 20 bewegen.
Gemäß einer nicht einschränkenden Abwandlung, wie sie unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben ist, weist der Motor 10 ohne Zylinderbüchse das Gussteil 12 auf, das die mehreren Bohrungen 14, 114, 214 definiert, die jeweils die Innenfläche 18, 118, 218 und die zentrale Längsachse 20, 120, 220 aufweisen. Das Gussteil 12 ist aus der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet, die Aluminium und die Vielzahl der Siliziumpartikel 22 aufweist, die in einem Bereich von ungefähr 11 Gewichtsanteilen bis ungefähr 12,5 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sind. Die Innenfläche 18, 118, 218 weist die Höhenschwankung 24 auf, die durch zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 definiert ist, die jeweils in Richtung der entsprechenden zentralen Längsachse 20, 120, 220 für ungefähr 0,6 Mikrometer bis ungefähr 1,5 Mikrometer hervorstehen. Die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung umfasst auch Kupfer, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,5 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden ist, Nickel, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden ist, Magnesium, das in einem Bereich von ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen bis ungefähr 1,0 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden ist, sowie Mangan und Eisen, die in einem Verhältnis größer als ungefähr 1,2 Gewichtsanteile des Mangans zu 1 Gewichtsanteil des Eisens basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sind. Jede der mehreren Innenflächen 18, 118, 218 definiert die Vielzahl der Poren 28, die eine mittlere Größe von weniger als ungefähr 100 Mikrometern aufweisen und in einem Bereich von weniger als ungefähr 0,1 Volumenanteilen basierend auf 100 Volumenanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorhanden sind.
Bei dieser Abwandlung weist der Motor 10 ohne Zylinderbüchse auch die mehreren Kolben 30, 130, 230 auf, die jeweils in einer entsprechenden der mehreren Bohrungen 14, 114, 214 verschiebbar angeordnet sind, um mehrere Zwischenräume 48, 148, 248 zwischen jedem der mehreren Kolben 30, 130, 230 und der entsprechenden der mehreren Innenflächen 18, 118, 218 zu definieren. Jeder der mehreren Zwischenräume 48, 148, 248 weist die erste Weite 50 von weniger als oder gleich ungefähr 25 Mikrometern bei einer Temperatur von ungefähr –40°C auf. Ferner ist jeder der mehreren Kolben 30, 130, 230 ausgebildet, um sich entlang einer entsprechenden der mehreren zentralen Längsachsen 20, 120, 220 reversibel zu bewegen, er ist aus einer Aluminiumlegierung gebildet und weist eine Zylindrizität von weniger als ungefähr 15 Mikrometern auf.
Bei dieser Abwandlung weist jeder der mehreren Kolben 30, 130, 230 den Körper 34 mit dem Mantelabschnitt 36 auf, wobei der Mantelabschnitt 36 mit der ersten Beschichtung 52 beschichtet ist, sowie den zumindest einen Ring 54, der den Körper 34 in einer Ebene 56 rechtwinklig zu der entsprechenden zentralen Längsachse 20, 120, 220 umgibt und in Kontakt mit dem Körper 34 angeordnet ist. Der zumindest eine Ring 54 weist das erste Ende 60 und das zweite Ende 62 auf, das von dem ersten Ende 60 beabstandet ist, um die Lücke 64 zwischen zu definieren, welche die zweite Weite 66 von ungefähr 4 Mikrometern bis ungefähr 10 Mikrometer bei einer Temperatur von ungefähr –40°C aufweist. Der zumindest eine Ring 54 ist mit der diamantähnlichen Beschichtung 72 beschichtet, die im Wesentlichen frei von einem Abbau ist, wenn sie in Kontakt mit zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 angeordnet ist.
Bei einer anderen nicht einschränkenden Abwandlung, wie sie unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben ist, umfasst der Motor 10 ohne Zylinderbüchse das Gussteil 12, das die mehreren Bohrungen 14, 114, 214 definiert, die jeweils die Innenfläche 18, 118, 218 und die zentrale Längsachse 20, 120, 220 aufweisen, wobei das Gussteil 12 aus der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet ist. Die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung umfasst Aluminium und die Vielzahl der Siliziumpartikel 22, die in einem Bereich von ungefähr 11 Gewichtsanteilen bis ungefähr 12,5 Gewichtsanteile der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegen. Jedes von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 weist eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 10 Mikrometern und ein Aspektverhältnis von weniger als ungefähr 3:1 auf. Die Innenfläche 18, 118, 218 weist die Höhenschwankung 24 auf, die durch zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 definiert ist, die in Richtung der jeweiligen von den entsprechenden zentralen Längsachsen 20, 120, 220 für ungefähr 0,6 Mikrometer bis ungefähr 1,5 Mikrometer hervorstehen.
Bei dieser Abwandlung umfasst die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung auch Kupfer, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,5 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegt, Nickel, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegt, Magnesium, das in einem Bereich von ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen bis ungefähr 1,0 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegt, sowie Mangan und Eisen, die in einem Verhältnis größer als ungefähr 1,2 Gewichtsanteile des Mangans zu 1 Gewichtsanteil des Eisens basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegen. Zusätzlich ist die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung im Wesentlichen frei von primärem Silizium.
Bei dieser Abwandlung definiert jede der mehreren Innenflächen 18, 118, 218 die Vielzahl von Poren 28, die eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 100 Mikrometern aufweisen und in einem Bereich von weniger als ungefähr 0,1 Volumenanteilen basierend 100 Volumenanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegen.
Ferner weist der Motor 10 ohne Zylinderbüchse die mehreren Kolben 30, 130, 230 auf, die jeweils in der entsprechenden der mehreren Bohrungen 14, 114, 214 verschiebbar angeordnet sind, um die mehreren Zwischenräume 48, 148, 248 zwischen jedem der mehreren Kolben 30, 130, 230 und der entsprechenden der mehreren Innenflächen 18, 118, 218 zu definieren, wobei jeder der mehreren Zwischenräume 48, 148, 248 die erste Weite 50 von weniger als oder gleich ungefähr 25 Mikrometer bei einer Temperatur von ungefähr –40°C aufweist. Jeder der mehreren Kolben 30, 130, 230 ist ausgebildet, um sich entlang einer entsprechenden der mehreren zentralen Längsachsen 20, 120, 220 reversibel zu bewegen, und er ist aus einer Aluminiumlegierung gebildet.
Jeder der mehreren Kolben 30, 130, 230 weist einen Körper 34 auf, der den proximalen Rand 38, den distalen Rand 40, der von dem proximalen Rand 38 beabstandet ist, und den Mantelabschnitt 36 aufweist, der zwischen dem distalen Rand 40 und dem proximalen Rand 38 angeordnet ist. Der Mantelabschnitt 36 ist an dem distalen Rand 40 mit der ersten Beschichtung 52 beschichtet, die eine Nicht-Opferbeschichtung ist und den Kontakt zwischen der Aluminiumlegierung des Kolbens 30, 130, 230 und dem Aluminium des Gussteils 12 minimiert, wenn sich der Kolben 30, 130, 230 reversibel entlang der entsprechenden zentralen Langsachse 20, 120, 220 bewegt. Die erste Beschichtung 52, die an dem Mantelabschnitt 36 angeordnet ist, weist eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als ungefähr 10 Mikrometern auf.
Bei dieser Abwandlung weist jeder der mehreren Kolben 30, 130, 230 auch zumindest einen Ring 54 auf, der den Körper 34 in einer Ebene 56 rechtwinklig zu der entsprechenden zentralen Längsachse 20, 120, 220 umgibt und in Kontakt mit dem Körper 34 zwischen dem Mantelabschnitt 36 und dem proximalen Rand 38 angeordnet ist. Der zumindest eine Ring 54 weist das erste Ende 60 und das zweite Ende 62 auf, das von dem ersten Ende 60 beabstandet ist, um die Lücke 64 zwischen diesen zu definieren. Die Lücke 64 weist die zweite Weite 66 von ungefähr 4 Mikrometern bis ungefähr 10 Mikrometer bei einer Temperatur von –40°C auf. Zusätzlich ist der zumindest eine Ring 54 mit der diamantähnlichen Beschichtung 72 beschichtet, die eine Nicht-Opferbeschichtung ist, und im Wesentlichen frei von einem Abbau ist, wenn sie in Kontakt mit zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel 22 angeordnet ist, um dadurch den Kontakt zwischen dem zumindest einen Ring 54 und dem Aluminium des Gussteils 12 zu minimieren, wenn sich der Kolben 30, 130, 230 reversibel entlang der entsprechenden zentralen Längsachse 20, 120, 220 bewegt.
Der Motor 10 ohne Zylinderbüchse zeigt eine ausgezeichnete Abnutzungs- und Abriebfestigkeit, insbesondere dann, wenn er bei niedrigen Temperaturen während ”Kaltstarts” betrieben wird. Insbesondere ist die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung hart und haltbar, und sie minimiert daher das Einsinken der Siliziumpartikel 22 in die Aluminiumphase der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung. Ferner minimieren sowohl die erste Beschichtung 52 des Mantelabschnitts 36 als auch die diamantähnliche Beschichtung 72 des zumindest einen Rings 54 eine mögliche Beschädigung, z. B. Abrieb und Polierstellen, an dem Motor 10 ohne Zylinderbüchse. Das heißt, dass der Motor 10 ohne Zylinderbüchse den Metall-Metall-Kontakt zwischen der Innenfläche 18 der Bohrung 14 und dem Kolben 30 minimiert, wenn sich der Kolben 30 während des Betriebs des Motors 10 ohne Zylinderbüchse in der Bohrung 14 bewegt. Ferner kann die Vielzahl der Siliziumpartikel 22, die von der Innenfläche 18 der Bohrung 14 hervorstehen, während des Betriebs der Motors 10 ohne Zylinderbüchse nicht abbrechen, und sie minimiert daher den Schmutz, der das Auftreten einer Abnutzung durch Abrieb in der Bohrung 14 beschleunigt. Ferner ist die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung gießbar und maschinell bearbeitbar. Spezieller ermöglicht die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung eine geeignete Metallzufuhr während der Verfestigung des Gussteils, und sie reibt Schneidwerkzeuge während der maschinellen Bearbeitung nicht ab. Zusätzlich minimiert der Motor 10 ohne Zylinderbüchse den Verbrauch des Öls 16 durch eine gesteuerte Bohrungsporosität und Zylindrizität des Kolbens 30, und er minimiert eine Beschädigung an der Bohrung 14 durch ein Anstoßen des Rings bei niedrigen Temperaturen. Da der Motor 10 ohne Zylinderbüchse außerdem keine Zylinderbüchsen aufweist, minimiert der Motor 10 ohne Zylinderbüchse die Kosten, die mit dem Gewicht, den Vorgängen zur Materialbehandlung sowie den Prozessen zum Gießen und maschinellen Bearbeiten verbunden sind.
Obgleich die besten Weisen zum Ausführen der Offenbarung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute, welche die Offenbarung betrifft, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Offenbarung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche auszuüben.

Claims

Motor ohne Zylinderbüchse, der aufweist: ein Gussteil, das eine Bohrung mit einer Innenfläche und einer zentralen Längsachse definiert, wobei das Gussteil aus einer gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung gebildet ist, die aufweist: Aluminium; und eine Vielzahl von Siliziumpartikeln, die in einem Bereich von ungefähr 11 Gewichtsanteilen bis ungefähr 12,5 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegen; wobei die Innenfläche eine Höhenschwankung aufweist, die durch zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel definiert ist, die in Richtung der zentralen Längsachse für ungefähr 0,6 Mikrometer bis ungefähr 1,5 Mikrometer hervorstehen; und einen Kolben, der in der Bohrung verschiebbar angeordnet und ausgebildet ist, um sich entlang der zentralen Längsachse zu bewegen, wobei der Kolben aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist und aufweist: einen Körper mit einem Mantelabschnitt, wobei der Mantelabschnitt mit einer ersten Beschichtung beschichtet ist; und zumindest einen Ring, der den Körper in einer Ebene rechtwinklig zu der zentralen Längsachse umgibt und in Kontakt mit dem Körper angeordnet ist, wobei der zumindest eine Ring mit einer diamantähnlichen Beschichtung beschichtet ist, die im Wesentlichen frei von einem Abbau ist, wenn sie in Kontakt mit zumindest einigen von der Vielzahl der Siliziumpartikel angeordnet ist.
Motor ohne Zylinderbüchse nach Anspruch 1, wobei die erste Beschichtung einen Kontakt zwischen der Aluminiumlegierung des Kolbens und dem Aluminium des Gussteils minimiert, wenn sich der Kolben entlang der zentralen Längsachse bewegt.
Motor ohne Zylinderbüchse nach Anspruch 1, wobei die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung ferner Mangan und Eisen umfasst, die in einem Verhältnis größer als ungefähr 1,2 Gewichtsanteile des Mangans zu 1 Gewichtsanteil des Eisens basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegen.
Motor ohne Zylinderbüchse nach Anspruch 1, wobei die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung ferner Kupfer, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,5 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegt, Nickel, das in einem Bereich von mehr als ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegt, und Magnesium umfasst, das in einem Bereich von ungefähr 0,2 Gewichtsanteilen bis ungefähr 1,0 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegt.
Motor ohne Zylinderbüchse nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Siliziumpartikel eine mittlere Partikelgröße von weniger als ungefähr 10 Mikrometern aufweist.
Motor ohne Zylinderbüchse nach Anspruch 1, wobei die gießbare Aluminium-Silizium-Legierung im Wesentlichen frei von primärem Silizium ist.
Motor ohne Zylinderbüchse nach Anspruch 1, wobei der Kolben und die Bohrung einen Zwischenraum zwischen diesen mit einer ersten Weite von weniger als oder gleich ungefähr 25 Mikrometer bei einer Temperatur von ungefähr –40°C definieren.
Motor ohne Zylinderbüchse nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Ring ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, das von dem ersten Ende beabstandet ist, um eine Lücke zwischen diesen mit einer zweiten Weite von ungefähr 4 Mikrometern bis ungefähr 10 Mikrometer bei einer Temperatur von ungefähr –40°C zu definieren.
Motor ohne Zylinderbüchse nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche eine Vielzahl von Poren definiert, die in einem Bereich von weniger als 0,1 Volumenanteilen basierend auf 100 Volumenanteilen der gießbaren Aluminium-Silizium-Legierung vorliegen.
Motor ohne Zylinderbüchse nach Anspruch 1, wobei die diamantähnliche Beschichtung zumindest einige von der Vielzahl der Siliziumpartikel berührt, wenn sich der Kolben entlang der zentralen Längsachse bewegt, um dadurch eine Dichtung zwischen dem zumindest einen Ring und der Innenfläche der Bohrung zu bilden.