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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Brennkraftmaschine mit einer Wandoberfläche, die einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zugewandt ist und teilweise oder vollständig mit einer anodischen Oxidationsbeschichtung versehen ist, und ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine, das durch ein Verfahren zum Ausbilden der anodischen Oxidationsbeschichtung gekennzeichnet ist.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Eine Brennkraftmaschine, wie beispielsweise ein Otto-Motor oder eine Dieselmaschine, besteht hauptsächlich aus einem Motorblock, einem Zylinderkopf und Kolben. Eine Brennkammer derselben ist durch eine Bohrungsoberfläche eines Zylinderblocks, einen Kolbenoberteil, der in der Bohrung eingebracht ist, eine untere Oberfläche eines Zylinderkopfs und obere Bereiche von Einlass- und Auslassventilen, die in dem Zylinderkopf angeordnet sind, definiert. Da es bei Brennkraftmaschinen immer wichtiger wird, dass sie einen geringen Kraftstoffverbrauch aufweisen, ist es wichtig, den Kühlverlust zu reduzieren. Als eine Maßnahme zur Reduzierung des Kühlverlusts ist ein Verfahren zur Ausbildung einer wärmeisolierenden Beschichtung einer Keramik auf einer Innenwand einer Brennkammer bekannt.
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Die vorstehend erwähnte Keramik weist im Allgemeinen jedoch eine niedrige thermische Leitfähigkeit und eine hohe Wärmekapazität auf. Wenn eine Innenwand einer Brennkammer aus Keramik besteht, tritt aufgrund eines stetigen Anstiegs einer Oberflächentemperatur eine Verschlechterung einer Einlass- bzw. Ansaugeffizienz und ein Klopfen auf (irreguläre Verbrennung aufgrund eines Wärmestaus in einer Brennkammer); deshalb haben sich Keramiken als Beschichtungsmaterial einer Innenwand einer Brennkammer bis heute nicht durchgesetzt.
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Deshalb ist eine Wärmeisolationsbeschichtung, die auf einer Wandoberfläche einer Brennkammer ausgebildet wird, bevorzugt aus einem Material ausgebildet, das nicht nur den Wärmewiderstand und eine Wärmeisolationseigenschaft aufweist, sondern auch eine niedrige thermische Leitfähigkeit und eine niedrige Wärmekapazität aufweist. Das heißt, um einen stetigen Anstieg der Wandtemperatur zu vermeiden, ist es erwünscht, dass in einem Einlasstakt die Wärmeisolationsbeschichtung eine niedrige Wärmekapazität aufweist, um die Wandtemperatur einer Einlasslufttemperatur folgend zu verringern. Ferner ist neben der niedrigen thermischen Leitfähigkeit und einer niedrigen Wärmekapazität für eine Beschichtung erwünscht, dass sie aus einem Material besteht, das wiederholten Belastungen eines maximalen Verbrennungsdrucks und eines Kraftstoffeinspritzungsdrucks und einer thermischen Expansion und einer thermischen Schrumpfung während einer Verbrennung in einer Brennkammer widerstehen kann, und welches bezüglich eines Basismaterials, wie beispielsweise dem des Zylinderblocks, hoch adhäsiv ist.
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Ein Zylinderkopf, in welchem sowohl auf einer unteren Oberfläche des Zylinderkopfes als auch auf einer inneren Oberfläche eines Wassermantels, der in dem Zylinderkopf definiert ist, durch anodische Oxidation eine mikroporöse Siliziumdioxid- oder Aluminiumoxidbeschichtung ausgebildet ist, wird in der
japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2003-113737 (
JP 2003-113737 A ) offenbart. Gemäß diesem Zylinderkopf expandiert, da eine mikroporöse Beschichtung auf sowohl einer Zylinderkopfoberfläche als auch einer inneren Oberfläche eines Wassermantels aufgebracht ist, über die Beschichtung ein Oberflächenbereich der Kopfbodenoberfläche und der inneren Oberfläche des Mantels; demnach kann Wärme, die in der Brennkammer erzeugt wird, in der Brennkammer effizient über die Beschichtung absorbiert werden. Auf der inneren Oberfläche des Mantels kann Wärme, die innerhalb absorbiert wird, über die Beschichtung effizient in Kühlwasser abgegeben werden. Demnach kann ein Zylinderkopf erhalten werden, bei welchem ein Temperaturanstieg vermieden wird und bei welchem Material durch Absorbieren von Wärme geeignet erwärmt oder durch Ableiten von Wärme geeignet gekühlt wird.
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Wenn hierbei eine anodische Oxidationsbeschichtung auf einer Wandoberfläche ausgebildet wird, die einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine zugewandt ist, kann eine Brennkraftmaschine ausgebildet werden, die nicht nur eine niedrige thermische Leitfähigkeit und eine niedrige Wärmekapazität, sondern auch eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist. Zusätzlich zu diesen Eigenschaften ist es bei der anodischen Oxidationsbeschichtung weiter erwünscht, dass sie ausgezeichnete Temperaturschwankungseigenschaften aufweist. Hierbei sind ”Temperaturschwankungseigenschaften” Eigenschaften bzw. Kennwerte, bei welchen, bei einer vorliegenden Wärmeisolationseigenschaft, eine Temperatur der anodischen Oxidationsbeschichtung einer Gastemperatur in einer Brennkammer folgt.
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Wenn die anodische Oxidationsbeschichtung unter einem Mikroskop betrachtet wird, können auf ihrer Oberfläche viele Risse erkannt werden. Im Inneren der anodischen Oxidationsbeschichtung gibt es viele Defekte bzw. Fehler, welche mit den Rissen verbunden sind. Es ist jedoch normal, dass eine Mehrzahl von Lücken, welche diese Risse und Fehler bilden, von einer Oberfläche der Beschichtung zum Inneren derselben vorhanden sind. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass diese Risse und Fehler eine Dimension in einem Bereich von ca. 1 bis 10 μm aufweisen.
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Ferner liegen im Inneren der anodischen Oxidationsbeschichtung zusätzlich zu den Lücken im Mikrometer-Bereich auch feine Löcher im Nanometer-Bereich (Nano-Löcher) vor.
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Eine anodische Oxidationsbeschichtung enthält im Wesentlichen Lücken, wie beispielsweise Oberflächenrisse und innere Fehler im Mikrometer-Bereich, und eine Mehrzahl von Nano-Löchern im Nanometer-Bereich. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass, während es erwünscht ist, dass die Lücken im Mikrometer-Bereich abzudichten sind (eingebettet, blockiert), mit Hinblick auf die Beschichtungsstärke es auch erwünscht ist, dass, mit Hinblick auf die Temperaturschwankungseigenschaften, viele Nano-Löcher in der anodischen Oxidationsbeschichtung in einem Zustand bleiben, in welchem weiterhin Poren im Nanometer-Bereich vorliegen.
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Hierbei können, mit Bezug auf eine herkömmliche Technologie zur Abdichtung der Oberflächenrisse (Lücken) im Mikrometer-Bereich, ein Artikel über korrosionsresistive Oberflächenbehandlung und ein Verfahren zur Umsetzung derselben, welches in der
japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2005-298945 (
JP 2005-298945 A ) offenbart wird, zitiert werden.
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Die
JP 2005-298945 A offenbart eine Technologie, bei welcher eine Siliziumkomponente, die aus Perhydropolysilazan oder einem Polykondensat desselben erhalten wird, zur Abdichtung in die Oberflächenrisse gefüllt wird.
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Wie in der
JP 2005-298945 A offenbart, werden, wenn durch Auffüllen mit Perhydropolysilazan relativ große Oberflächenrisse abgedichtet werden, die Lücken abgedichtet und die Oberflächenfestigkeit kann verbessert werden. Allerdings werden durch bloßes Füllen von Perhydropolysilazan in eine anodische Oxidationsbeschichtung auch die Nano-Löcher, die in der Beschichtung vorliegen, abgedichtet. Demnach ist es schwierig, die anodische Oxidationsbeschichtung derart auszubilden, dass auch die hervorragenden Temperaturschwankungseigenschaften gewährleistet werden können.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Brennkraftmaschine, die mit einer anodischen Oxidationsbeschichtung vorgesehen ist, welche eine niedrige thermische Leitfähigkeit und eine niedrige Wärmekapazität aufweist, eine hervorragende Wärmeisolationseigenschaft hat und darüber hinaus auf einem Teil oder der gesamten Wandoberfläche, die einer Brennkammer zugewandt ist, hervorragende Temperaturschwankungseigenschaften aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung der Brennkraftmaschine.
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Kurzfassung der Erfindung
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Eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine mit einer anodischen Oxidationsbeschichtung, die wenigstens auf einem Teil einer Wandoberfläche ausgebildet ist, die einer Brennkammer zugewandt ist, wobei die anodische Oxidationsbeschichtung Lücken und Nano-Löcher, die kleiner als die Lücken sind, aufweist; wenigstens ein Teil der Lücken ist durch ein Dichtmittel abgedichtet, das durch Konvertieren eines Dichtmaterials erhalten wird; und wenigstens ein Teil der Nano-Löcher ist nicht abgedichtet.
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Eine Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform weist eine anodische Oxidationsbeschichtung (oder ein Wärmeisolationsbeschichtung) wenigstens auf einem Teil einer Brennkammer auf. Andererseits sind in einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform, anders als bei einer herkömmlichen anodischen Oxidationsbeschichtung, wenigstens ein Teil von Rissen, die sich auf einer Oberfläche derselben befinden, und Fehler, die sich im Inneren derselben befinden (beide stellen Lücken im Mikrometer-Bereich dar) mit einem Dichtmittel abgedichtet, das durch Konvertieren eines Dichtmaterials erhalten wird, wodurch eine Beschichtung mit einer hohen Festigkeit geschaffen wird. Ferner ist in einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform wenigstens ein Teil der vielen Nano-Löcher (Löcher im Nanometer-Bereich), die in der anodischen Oxidationsbeschichtung vorliegen, nicht abgedichtet; demnach wird eine Beschichtung mit einer Struktur geschaffen, bei welcher viele Mikroporen enthalten sind.
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„Wenigstens ein Teil von Lücken ist mit einem Dichtmittel abgedichtet, das durch Konvertieren eines Dichtmaterials erhalten wird” steht für eine Ausführungsform bzw. einen Modus, in welchem, anders als bei einem Modus, in welchem alle Lücken im Mikrometerbereich, die in einer anodischen Oxidationsbeschichtung vorliegen, mit einem Dichtmittel abgedichtet sind, nur Nano-Löcher, welche tiefer als eine definierte Tiefe von einer Oberflächenschicht der anodischen Oxidationsbeschichtung vorliegen, nicht abgedichtet sind. Ferner steht „wenigstens ein Teil von Nano-Löchern ist nicht abgedichtet” für einen Modus, in welchem, anders als in einem Modus, in welchem alle Löcher im Nanometer-Bereich, die in der anodischen Oxidationsbeschichtung vorliegen, nicht abgedichtet sind, nur Nano-Löcher, die bis zu einer definierten Tiefe von einer Oberflächenschicht der anodischen Oxidationsbeschichtung vorliegen, nicht abgedichtet sind. Man kann sagen, dass ein Beschichtungsmodus, in welchen alle Lücken im Mikrometer-Bereich mit einem Dichtmittel abgedichtet werden und nicht alle Löcher im Nanometer-Bereich abgedichtet werden mit Hinblick auf sowohl die Härte der anodischen Oxidationsbeschichtung als auch die Temperaturschwankungseigenschaften wünschenswert ist. Die Lücken und Nano-Löcher sind jedoch Lücken bzw. Löcher im Mikrometer-Bereich oder im Nanometer-Bereich; demnach wird tatsächlich ein Beschichtungsmodus erhalten, in welchem nur Lücken auf einem Oberflächenbereich der anodischen Oxidationsbeschichtung mit einem Dichtmittel abgedichtet werden und Nano-Löcher in einem Oberflächenbereich nicht abgedichtet werden, oder es wird ein Beschichtungsmodus erhalten, in welchem Lücken, die nicht mit einem Dichtmittel abgedichtet werden, und Nano-Löcher (Teil der gesamten Nano-Löcher), die nicht abgedichtet werden, verteilt sind.
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Oberflächenrisse und innere Fehler „abzudichten” bedeutet, Lücken im Mikrometer-Bereich mit einem Dichtmaterial abzudecken, um diese mit Dichtmittel zu bedecken und zu verstopfen, wobei das Dichtmittel durch Konvertieren des Dichtmaterials erhalten wird. Das „Dichtmaterial” ist eine Deckflüssigkeit, die anorganisches Material enthält, und das „Dichtmittel” ist eine Substanz, die durch Konvertieren des Deckmaterials, das anorganisches Material enthält, erhalten wird. Durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass eine Dimension der Lücken im Mikrometer-Bereich, welche die anodische Oxidationsbeschichtung aufweist, die auf einer Wandoberfläche ausgebildet ist, die einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine zugewandt ist, im Wesentlichen im Bereich von ca. 1 bis 10 μm liegt.
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„Nano-Löcher sind nicht abgedichtet” steht dafür, dass in einem Modus, in welchen Nano-Löcher Poren im Nanometer-Bereich sind, das Innere derselben nicht mit Dichtmittel, das durch Konvertieren eines Dichtmaterials erhalten wird, verstopft bzw. abgedichtet wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass eine Porengröße von Nano-Löchern, welche in der anodischen Oxidationsbeschichtung auf einer Wandoberfläche ausgebildet sind, die einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine zugewandt ist, im Wesentlichen im Bereich von ca. 20 bis 200 nm liegt. Das Erkennen bzw. die Bestimmung des Bereichs von 1 bis 10 μm und des Bereichs von 20 bis 200 nm kann derart durchgeführt werden, dass von SEM-Bilddaten und TEM-Bilddaten eines Querschnittsbereichs der anodischen Oxidationsbeschichtung Lücken und Nano-Löcher in einem definierten Bereich entsprechend entnommen werden und deren maximale Abmessungen gemessen werden, und anschließend jeweilige Durchschnittswerte erhalten werden, um die Größe festzulegen.
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Eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform kann ein Otto-Motor oder eine Dieselmaschine sein. Diese bestehen hauptsächlich aus einem Motorblock, einem Zylinderkopf und Kolben. Die Brennkammer derselben wird durch eine Bohrungsoberfläche eines Zylinderblocks, eine Kolbenoberseite, die in der Bohrung eingebracht ist, eine Bodenoberseite eines Zylinderkopfs und einer Oberseite bzw. eines oberen Bereichs von Einlass- und Auslassventilen, die in dem Zylinderkopf angeordnet sind, definiert.
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Die anodische Oxidationsbeschichtung kann entweder auf einer gesamten Wandoberfläche, die der Brennkammer zugewandt ist, oder nur auf einem Teil derselben ausgebildet sein. Der letztere Fall bezieht sich auf eine Ausführungsform, in welcher die anodische Oxidationsbeschichtung nur auf einer Kolbenoberseite oder einer Ventiloberseite ausgebildet ist.
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Beispiele für Basismaterialien, welche eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine konfigurieren, sind Aluminium und Legierungen desselben, Titan und Legierungen desselben und Eisenbasismaterialien, die weiter mit Aluminium anodisch oxidiert werden. Eine anodische Oxidationsbeschichtung, die auf einer Wandoberfläche ausgebildet wird, die konfiguriert ist, ein Basismaterial aus Aluminium oder einer Legierung desselben zu sein, wird Alumit. Nicht nur im Falle einer allgemeinen Aluminiumlegierung, sondern auch im Falle einer hochfesten Aluminiumlegierung mit einem höheren Kompositverhältnis einer Kupferkomponente, einer Nickelkomponente und einer Titankomponente, kann eine Größe von Lücken, welche die Oberflächenrisse oder die inneren Fehler bilden, dazu tendieren, eher größer zu sein. Demnach erhält eine Verbesserung der Beschichtungsstärke, wenn auf diese Lücken ein Dichtmaterial gedeckt wird und in ein Dichtmittel konvertiert wird, eine höhere Bedeutung.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine ist bei einer anodischen Oxidationsbeschichtung, die wenigstens auf einem Teil einer Wandoberfläche ausgebildet ist, die einer Brennkammer derselben zugewandt ist, wenigstens ein Teil von relativ großen Lücken im Mikrometer-Bereich mit einem Dichtmittel abgedichtet, das durch Konvertieren eines Dichtmaterials erhalten wird, und wenigstens ein Teil von Nano-Löchern im Nanometer-Bereich ist nicht abgedichtet. Dadurch erhält eine Brennkraftmaschine eine anodische Oxidationsbeschichtung, die eine hervorragende Wärmeisolationseigenschaft, eine hohe mechanische Festigkeit und hervorragende Temperaturschwankungseigenschaften aufweist, in welcher eine Oberflächentemperatur der anodischen Oxidationsbeschichtung einer Gastemperatur, die in einer Brennkammer erhalten wird, folgt.
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Das Dichtmittel kann eine Substanz sein, die hauptsächlich aus Siliziumdioxid besteht.
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Als das Dichtmaterial, das das Dichtmittel bildet, können Polysiloxan, Polysilazan und Natriumsilikat verwendet werden. Ein Polysiloxan- oder ein Polysilazanbeschichtungsmaterial, das eine bei normaler Raumtemperatur anorganische Substanz enthält, welche eine Viskosität aufweist, durch die relativ einfach in Lücken in der anodischen Oxidationsbeschichtung eingedrungen werden kann, kann ausgehärtet werden, ohne dass eine Hochtemperaturbehandlung (Sintern) angewendet werden muss und weist eine sehr hohe Härte eines Dichtmittels auf, das durch Aushärten erhalten werden kann.
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung wenigstens auf einem Teil einer Wandoberfläche ausgebildet wird, die einer Brennkammer zugewandt ist, aufweisend: Abdichten einer Peripherie von Nano-Löchern, der anodischen Oxidationsbeschichtung mit Lücken und der Nano-Löcher, die kleiner als die Lücken im Inneren derselben sind; und Beschichten eines Dichtmaterials auf den Lücken um wenigstens einen Teil der Lücken mit einem Dichtmittel abzudichten, das durch Konvertieren des Dichtmaterials erhalten wird, um die anodische Oxidationsbeschichtung auszubilden, wobei wenigstens ein Teil der Nano-Löcher nicht abgedichtet wird.
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Bei einer anodischen Oxidationsbeschichtung, die einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine zugewandt ist, wird bei einem Verfahren zum Ausbilden der anodischen Oxidationsbeschichtung auf eine solche Weise, dass wenigstens ein Teil von Lücken im Mikrometer-Bereich abgedichtet wird und msek ein Teil von Nano-Löchern im Nanometer-Bereich nicht abgedichtet wird, eine Peripherie von Nano-Löchern abgedichtet, um Nano-Löcher auszubilden, die einen geschlossenen Raum bilden.
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Die „Abdichtungsbehandlung” ist ein Prozess, bei welchem eine Oberflächenwand von Nano-Löchern ausgebildet wird (durch Erweitern einer Oberflächenwand von Nano-Löchern), um darin Poren im Nanometer-Bereich sicherzustellen. Beispiele der Dichtungsbehandlung enthalten Ausführungsformen der folgenden Mehrzahl von Behandlungsverfahren.
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Das heißt, als Beispiele können ein Verfahren, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung im druckbeaufschlagten Wasserdampf platziert wird, ein Verfahren, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in kochendes Wasser getaucht wird, und ein Verfahren, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in eine Lösung getaucht wird, die eine anorganische Substanz oder eine organische Substanz enthält, genannt werden.
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Bei einem der Verfahren erweitert sich eine Peripherie eines anfänglichen Nano-Lochs und eine Beschichtung, die durch die Expansion gebildet wird, wird in dem Nano-Loch ausgebildet, und Poren im Nanometer-Bereich, die ein Nano-Loch konfigurieren, werden durch eine sich expandierende Beschichtung definiert, um Poren sicherzustellen. In einem Zustand eines Nano-Lochs vor dem Schritt des Abdichten ist ein Loch im Nanometer-Bereich nicht vollständig von einem Bereich außerhalb desselben definiert und die Form einer Pore im Nanometer-Bereich wird nicht beibehalten. Demnach dringt in einem solchen Zustand ein Dichtmaterial, das wie anschließend beschrieben in der zweiten Stufe beschichtet wird, in das Nano-Loch ein, um dieses mit einem Dichtmittel abzudichten, das durch Konvertieren desselben erhalten wird.
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Ferner wurde durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass bei einem derartigen Abdichten Lücken, wie Oberflächenrisse im Mikrometer-Bereich und innere Fehler nicht abgedichtet werden können. Wie vorstehend beschrieben, ist die „Abdichtungsbehandlung” ein Prozess, bei welchem eine Oberflächenwand einer Pore vollständig von einem Bereich außerhalb derselben definiert wird (durch Erweitern einer Oberflächenwand einer Pore, um einen Innendurchmesser einer Pore zu reduzieren). In einer Lücke im Mikrometer-Bereich ist eine Lückengröße jedoch zu groß, um eine Expansionsbeschichtung auszubilden, um eine Gesamtoberfläche einer Lücke von außerhalb derselben vollständig zu definieren.
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Im ersten Schritt werden, wie vorstehend beschrieben, viele Nano-Löcher mit einer Größe im Bereich von ca. 20 bis 200 nm in einer anodischen Oxidationsbeschichtung ausgebildet (definiert).
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In dem zweiten Schritt wird Dichtmaterial auf Lücken im Mikrometer-Bereich aufgetragen und Dichtmittel, das durch Konvertieren des Dichtmaterials erhalten wird, dichtet msek einen Teil der Lücken ab. Dadurch kann eine anodische Oxidationsbeschichtung ausgebildet werden, in welcher msek ein Teil der Nano-Löcher nicht abgedichtet ist bzw. wird.
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Hierbei enthalten Beispiele der Dichtmaterialien wie vorstehend beschrieben Polysiloxan und Polysilazan. Dies hat den Grund, dass hierdurch auf eine Temperaturbehandlung mit einer hohen Temperatur (Sintern) verzichtet werden kann, das Dichtmaterial relativ einfach in die Lücken im Mikrometer-Bereich eingeführt werden kann und, nach dem Aushärten, ein harter Körper (z. B. Siliziumdioxidglas) mit einer hohen Härte ausgebildet werden und die Festigkeit einer anodischen Oxidationsbeschichtung verbessert werden kann.
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Ferner ist ein Verfahren zur Beschichtung mit einem Dichtmaterials nicht auf besondere Weise beschränkt. Vielmehr können beispielsweise Verfahren angewandt werden, wie beispielsweise eines, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in ein Dichtmaterial getaucht wird, eines, bei welchem Dichtmaterial auf eine Oberfläche einer anodischen Oxidationsbeschichtung gesprüht wird, ein Rakelstreichverfahren, ein Rotationsbeschichtungsverfahren, oder ein Bürstenbeschichtungsverfahren.
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Da im ersten Schritt eine Oberfläche eines Nano-Lochs abgedichtet wird, wird verhindert, dass Dichtmaterial, das im zweiten Schritt aufgetragen wird, in Nano-Löcher eindringt. Dadurch kann eine Brennkraftmaschine hergestellt werden, die eine anodische Oxidationsbeschichtung mit hervorragenden Temperaturschwankungseigenschaften wenigstens auf einem Teil einer Brennkammer aufweist.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung gehen davon aus, dass bei einer turbogeladenen Dieselmaschine mit Direkteinspritzung für Personenfahrzeuge bei einer Drehzahl von 2100 U/min und bei einem idealen Kraftstoffverbrauchspunkt entsprechend einem durchschnittlichen effektiven Druck von 1,6 MPa eine maximale Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von 5% erzielt werden kann. Eine Verbesserung von 5% bezüglich des Kraftstoffverbrauchs ist ein Wert, der bei Messungen nicht als Messfehler übersehen wird, sondern ein Wert, der klar als signifikanter Unterschied wahrgenommen werden kann. Ferner wird zusätzlich zu der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs davon ausgegangen, dass eine Abgastemperatur um ca. 15°C ansteigt, was der Wärmeisolation zuzuschreiben ist. Ein Anstieg der Abgastemperatur bewirkt eine Verkürzung der Aufwärmzeit eines NOx-Reduktionskatalysators kurz nach dem Start der vorliegenden Maschine und es kann ein Wert erhalten werden, bei welchem eine NOx-Reduktionsrate verbessert wird.
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Ferner wird ein Kühltest (Schnellkühltest), der durchgeführt wird, wenn die Temperaturschwankungseigenschaften einer anodischen Oxidationsbeschichtung evaluiert werden, auf die folgende Weise durchgeführt werden. Das heißt, mit einem Testobjekt auf einer Seite, auf welcher eine anodische Oxidationsbeschichtung ausgebildet ist, während die andere Seite kontinuierlich (eine Seite, auf welcher die anodische Oxidationsbeschichtung nicht ausgebildet ist) mit einem Strömungsfluss bei einer vorbestimmten hohen Temperatur erwärmt wird, wird Kühlluft einer vorbestimmten Temperatur von einer Vorderseite eines Testobjekts (einer Seite, auf welcher die anodische Oxidationsbeschichtung ausgebildet ist) aufgesprüht, um eine Temperatur an der Vorderseite des Testobjekts zu verringern, wobei eine Temperatur desselben gemessen wird, eine Kühlkurve einer Beschichtungsoberflächentemperatur und eine Zeit ermittelt werden, wodurch eine Temperaturabfallsrate evaluiert wird. Die Temperaturabfallrate wird als 40°C-Abfallszeit durch Ablesen, von einem Graph, einer Zeit, die erforderlich ist, um die Beschichtungsoberflächentemperatur um 40°C zu verringern, evaluiert.
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Eine Mehrzahl von Testobjekten wird dem Schnellkühltest unterzogen, wobei die 40°C-Temperaturabfallszeit bei jedem der Testobjekte gemessen wird, wobei eine Annäherungskurve einer Mehrzahl von Plots, die durch eine Kraftstoffverbrauchsverbesserungsrate und die 40°C-Temperaturabfallszeit definiert werden, erhalten wird.
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Anschließend wird, wenn für die 40°C-Temperaturabfallszeit entsprechend der Kraftstoffverbrauchsverbesserungsrate von 5% ein entsprechender Wert ausgelesen wird, dieser durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung bei 45 msek vermerkt. Je kürzer die 40°C-Temperaturabfallszeit ist, desto niedriger sind die thermische Leitfähigkeit und die Wärmekapazität einer Beschichtung, und umso höher ist der Verbesserungseffekt bezüglich des Kraftstoffverbrauchs.
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Gemäß einer Brennkraftmaschine und einem Verfahren zur Herstellung derselben in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden, wenn Löcher im Nanometer-Bereich in einer anodischen Oxidationsbeschichtung vorliegen, die auf einer Wandoberfläche ausgebildet ist, die einer Brennkammer derselben zugewandt ist, abgedichtet werden, viele Nano-Löcher von einem Dichtmaterial undurchdringbar und msek ein Teil von Nano-Löchern wird nicht abgedichtet, und anschließend, wenn Dichtmaterial auf relativ großen Lücken im Mikrometer-Bereich aufgetragen wird, wird msek ein Teil der Lücken mit einem Dichtmittel abgedichtet, das durch Konvertieren des Dichtmaterials erhalten wird. Dadurch kann eine Brennkraftmaschine mit einer anodischen Oxidationsbeschichtung hergestellt werden, die hervorragende Wärmeisolationseigenschaften, eine hohe mechanische Festigkeit und hervorragende Temperaturschwankungseigenschaften wenigstens auf einem Teil oder der gesamten Wandoberfläche aufweist, die einer Brennkammer zugewandt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eigenschaften, Vorteile und technische sowie industrielle Gesichtspunkte der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden anschließend mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen, und wobei:
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1 eine vertikale Querschnittsansicht zeigt, die einen Zustand simuliert, bevor eine Behandlung bei Lücken und Nano-Löchern in einer anodischen Oxidationsbeschichtung angewandt wird, die auf einer Wandoberfläche ausgebildet ist, die einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine bezüglich einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugewandt ist;
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2 ein vergrößertes Diagramm eines Teils II von 1 zeigt;
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3A und 3B schematische Diagramme zeigen, die sequentiell einen Abdichtungsschritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Brennkraftmaschine bezüglich einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern;
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4 ein schematisches Diagramm zur Beschreibung eines Schrittes zum Ausbilden einer anodischen Oxidationsbeschichtung und ein Diagramm zur Beschreibung der anodischen Oxidationsbeschichtung, die gemäß einem Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, zeigt;
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5 eine vertikale Querschnittsansicht zeigt, die eine Brennkraftmaschine simuliert, die durch Anwenden eines Verfahrens zur Herstellung der vorliegenden Ausführungsform bei einer anodischen Oxidationsbeschichtung ausgebildet wird, die auf einer Gesamtheit einer Wandoberfläche ausgebildet wird, die einer Brennkammer zugewandt ist;
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6A ein schematisches Diagramm zur Beschreibung eines Kühltests zeigt, und
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6B ein Diagramm zur Darstellung einer Kühlkurve basierend auf dem Ergebnis des Kühltests und einer 40°C-Abfallzeit, die davon erhalten wird, zeigt;
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7 ein Diagramm zur Darstellung eines Korrelationsgraphen zu einer Kraftstoffverbrauchsverbesserungsrate und der 40°C-Abfallzeit im Kühltest zeigt;
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8 ein Diagramm zeigt, das Versuchsergebnisse darstellt, von welchen die Temperaturschwankungseigenschaften und die mechanische Festigkeit einer anodischen Oxidationsbeschichtung erhalten werden; und
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9A ein SEM-Bild zeigt, das einen Zustand darstellt, in welchem Lücken im Mikrometer-Bereich, die Oberflächenrisse und innere Fehler mit einem Dichtmaterial abgedichtet werden; und
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9B ein SEM-Foto zeigt, das Nano-Löcher darstellt.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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Anschließend werden mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsformen einer Brennkraftmaschine der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung derselben beschrieben. Ein Darstellungsbeispiel stellt eine Ausführungsform bzw. einen Modus dar, in welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung auf einer gesamten Wandoberfläche ausgebildet ist, die einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine zugewandt ist. Allerdings kann auch ein Modus verwendet werden, in welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung nur auf einem Teil einer Wandoberfläche ausgebildet ist, die einer Brennkammer zugewandt ist, wie beispielsweise nur einer Kolbenoberseite oder einer Ventiloberseite.
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1 bis 4 stellen in dieser Reihenfolge Flussdiagramme eines Verfahrens zur Herstellung einer Brennkraftmaschine dar. Genauer gesagt zeigt 1 eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Zustand vor dem Anwenden einer Behandlung für Lücken und Nano-Löcher simuliert, 2 zeigt ein vergrößertes Diagramm eines Teils II von 1, 3A und 3B zeigen in dieser Reihenfolge schematische Diagramme zur Erläuterung eines Abdichtungsschritts eines Verfahrens zur Herstellung einer Brennkraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform und 4 zeigt ein schematisches Diagramm zur Beschreibung eines Schritts zum Ausbilden einer anodischen Oxidationsbeschichtung und ein Diagramm zur Beschreibung der anodischen Oxidationsbeschichtung, die gemäß einem Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet wird.
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Zunächst wird ein Schritt zur anodischen Oxidation auf einer Wandoberfläche angewandt, die einer Brennkammer einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine zugewandt ist, um eine anodische Oxidationsbeschichtung auszubilden. Das heißt, eine Brennkraftmaschine besteht hauptsächlich aus einem Zylinderblock, einem Zylinderkopf und Kolben. Die Brennkammer derselben wird durch eine Bohrungsoberfläche eines Zylinderblocks, eine Kolbenoberseite, die in der Bohrung aufgenommen wird, eine untere Oberfläche eines Zylinderkopfes und Einlass- und Auslassventiloberseiten, die in dem Zylinderkopf aufgenommen sind, definiert. Die anodische Oxidationsbeschichtung ist auf der gesamten Wandoberfläche, die einer Brennkammer zugewandt ist, ausgebildet.
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Weitere Beispiele für Basismaterialien, die eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine konfigurieren enthalten Aluminium und Legierungen desselben, Titan und Legierungen desselben und auf Eisen basierende Materialien, die mit Aluminium, das weiter anodisch oxidiert wird, geplättet werden. Eine anodische Oxidationsbeschichtung, die auf einer Wandoberfläche ausgebildet wird, die als Basismaterial eines Aluminiums oder einer Legierung desselben konfiguriert ist, wird Alumit.
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Wie in 1 dargestellt sind, wenn eine anodische Oxidationsbeschichtung 1 auf einer Oberfläche eines Basismaterials B aus Aluminium, das eine Wandoberfläche einer Brennkammer konfiguriert, unter einem Mikroskop betrachtet wird, auf einer Oberfläche derselben viele Risse 1a zu erkennen. Im Inneren der anodischen Oxidationsbeschichtung 1 liegen viele Defekte bzw. Fehler vor, die zu den Rissen 1a voranschreiten. Im Allgemeinen liegen auf einer Oberfläche der Beschichtung von der Oberfläche zu einem Inneren derselben viele Lücken vor, welche diese Risse 1a und Fehler 1b bilden.
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Die Risse 1a und Fehler 1b weisen eine Größe im Mikrometer-Bereich auf, genauer gesagt in einem Bereich von ca. 1 bis 10 μm. Nicht nur im Falle von allgemeinen Aluminiumlegierungen, sondern auch im Falle von hochfesten Aluminiumlegierungen, in welchen die Zusammensetzungsverhältnisse einer Kupferkomponente, einer Nickelkomponente und einer Titankomponente höher als die vorstehenden sind, gibt es eine Tendenz dahingehend, dass die Dimension der Lücken, welche die Oberflächenrisse und inneren Fehler konfigurieren, eher größer ist.
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Ferner liegen in der anodischen Oxidationsbeschichtung 1, wie in 2 dargestellt, neben den Oberflächenrissen 1a und den inneren Fehlern 1b, welche die Lücken in Mikrometer-Größe darstellen, auch viele Löcher im Nanometer-Bereich (Nano-Löcher) 1c vor. Eine Porengröße der Nano-Löcher liegt für gewöhnlich in einem Bereich von 20 bis 200 nm vor.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält den Schritt des Behandelns zur Leistungsverbesserung einer anodischen Oxidationsbeschichtung, die auf einer Wandoberfläche ausgebildet ist, die einer Brennkraftmaschine zugewandt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die anodische Oxidationsbeschichtung derart ausgebildet, dass msek ein Teil der Risse 1a und Fehler 1b der Lücken im Mikrometer-Bereich (d. h., eine Gesamtheit derselben, oder was im Bereich einer Oberflächenschicht bis zu einer definierten Tiefe einer Beschichtung 1 vorliegt) abgedichtet wird und msek ein Teil der Nano-Löcher 1c im Nanometer-Bereich (d. h., die Gesamtheit derselben oder was im Bereich einer Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe, die tiefer als die definierte Tiefe einer Beschichtung 1 ist) nicht abgedichtet wird. Bei einem ersten Schritt des Herstellungsverfahrens wird eine Peripherie der Nano-Löcher 1c abgedichtet, um ein Nano-Loch auszubilden, das einen geschlossenen Raum bildet.
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Der Schritt zum Abdichten ist ein Schritt, in welchem eine Oberflächenwand eines Nano-Lochs ausgebildet wird (die Oberflächenwand eines Nano-Lochs wird erweitert, um einen Innendurchmesser eines Nano-Lochs zu reduzieren), um eine Pore im Nanometer-Bereich im Inneren derselben zu gewährleisten. Dadurch wird verhindert, dass Dichtmaterial, das im zweiten Schritt aufgetragen wird, in ein Nano-Loch eindringen und abdichten kann.
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Der Abdichtungsschritt kann ein Verfahren sein, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in druckbeaufschlagtem Wasserdampf platziert wird, ein Verfahren, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in kochendes Wasser getaucht wird, oder ein Verfahren, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in eine Lösung getaucht wird, die eine anorganische Substanz oder eine organische Substanz enthält.
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Gemäß einem Verfahren, in welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in druckbeaufschlagtem Wasserdampf platziert wird, wird ein Brennkammerausbildungselement, welches mit der anodischen Oxidationsbeschichtung vorgesehen wird, nachdem es gründlich mit Wasser gewaschen wurde, in einem druckdichten Behälter platziert und durch Wasserdampf mit 3 bis 5 bar bzw. Atmosphäre, der in dem Behälter für 20 bis 30 min geführt wird, abgedichtet.
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Gemäß einem Verfahren, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in kochendes Wasser getaucht wird, wird, nachdem brennkammerausbildende Teile, die mit einer anodischen Oxidationsbeschichtung vorgesehen werden, gründlich mit Wasser ausgewaschen wurden, die Teile in ein Wasserbad mit reinem Wasser getaucht, das auf 95 bis 100°C für 30 min erhitzt wird (pH: von 5,5 bis 6,5), um abzudichten.
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Gemäß einem Verfahren, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in eine Lösung getaucht wird, welche eine anorganische Substanz oder eine organische Substanz enthält, werden brennkammerausbildende Teile in ein Wasserbad aus Nickelazetat oder Kobaltazetat getaucht, wobei das Wasserbad für 10 bis 20 min auf einer Temperatur von 95°C oder mehr gehalten wird.
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Wenn eine anodische Oxidationsbeschichtung in Wasserdampf oder einem Wasserbad mit einer hohen Temperatur platziert wird, wie in 3A dargestellt, weitet sich eine Beschichtung einer Peripherie eines Nano-Lochs 1c (Blister) in eine Richtung einer Innenseite des Nano-Lochs 1c (X1-Richtung) aus und, wie in 3B dargestellt, eine Nano-Größe (Nano-Loch 1c') wird abschließend durch eine Beschichtung 1c'', welche durch Expansion ausgebildet wird, in einem Zustand definiert, in welchem eine Flüssigkeit nicht von außerhalb desselben eindringen kann. Gemäß dem ersten Schritt werden in der anodischen Oxidationsbeschichtung viele Nano-Löcher 1c' mit einer Größe im Bereich von 20 bis 200 nm ausgebildet (definiert).
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Anschließend wird bei einem zweiten Schritt, wie in 4 dargestellt, ein Dichtmaterial 2 auf Risse 1a und Fehler 1b von Lücken im Mikrometer-Bereich aufgebracht, um msek einen Teil der Lücken abzudichten. Dadurch wird eine anodische Oxidationsbeschichtung 10 ausgebildet, bei welcher msek ein Teil von Nano-Löchern 1c' in einem Zustand, in welchem aufgrund der erweiterten Beschichtung 1c'' keine Flüssigkeit eindringen kann, nicht abgedichtet ist.
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Hierbei können als Beispiele der Verfahren zur Beschichtung eines Dichtmaterials 2 ein Verfahren, bei welchem eine anodische Oxidationsbeschichtung in einen Behälter getaucht wird, in welchem Dichtmaterial 2 aufgenommen ist, ein Verfahren zum Sprühen eines Dichtmaterials 2 auf eine Oberfläche einer anodischen Oxidationsbeschichtung, ein Rakelbeschichtungsverfahren, ein Rotationsbeschichtungsverfahren und ein Bürstenbeschichtungsverfahren genannt werden.
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Das Dichtmaterial 2 kann Polysiloxan und Polysilazan sein. Durch die Verwendung derselben kann auf eine Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur (Sintern) verzichtet werden, das Dichtmaterial kann relativ einfach in die Risse 1a und Fehler 1b im Mikrometer-Bereich eingebracht werden und, nach dem Aushärten, wird ein harter Körper wie beispielsweise Siliziumdioxidglas mit einer hohen Härte ausgebildet, was in einer Verbesserung der Festigkeit einer anodischen Oxidationsbeschichtung 10 resultiert.
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Da eine Oberfläche des Nano-Lochs im ersten Schritt abgedichtet wird, wird verhindert, dass Dichtmaterial, das im zweiten Schritt aufgetragen wird, in das Nano-Loch eindringen kann. Dadurch kann eine Brennkraftmaschine mit einer anodischen Oxidationsbeschichtung geschaffen werden, welche hervorragende Temperaturschwankungseigenschaften wenigstens auf einem Teil der Brennkammer aufweist.
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5 simuliert eine Brennkraftmaschine, die gemäß dem Herstellungsverfahren mit einer anodischen Oxidationsbeschichtung auf der gesamten Wandoberfläche vorgesehen ist, die der Brennkammer zugewandt ist.
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Eine Brennkraftmaschine N, die in 5 dargestellt ist, ist beispielsweise eine Dieselmaschine. Die Brennkraftmaschine N enthält unter anderem einen Zylinderblock SB, welcher einen Kühlwassermantel J im Inneren desselben aufweist, einen Zylinderkopf SH, der auf dem Zylinderblock SB angeordnet ist, einen Einlassanschluss KP und einen Auslassanschluss HP, die im Zylinderkopf SH definiert sind, ein Einlassventil KV und ein Auslassventil HV, welche nach unten und nach oben frei bewegbar an Öffnungen angebracht sind, an welchen der Einlassanschluss KP und der Auslassanschluss HP einer Brennkammer NS zugewandt sind, und einen Kolben PS, der nach oben und nach unten frei bewegbar von einer unteren Öffnung des Zylinderblocks SB ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung kann auch bei einem Otto-Motor angewandt werden.
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Die jeweiligen Bestandteile, durch die die Brennkraftmaschine N konfiguriert ist, bestehen alle aus Aluminium oder einer Legierung desselben (einschließlich einer hochfesten Aluminiumlegierung).
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In einer Brennkammer NS, die durch die jeweiligen Bestandteile einer Brennkraftmaschine N definiert wird, ist auf Wandoberflächen, wo die jeweiligen Bestandteile einer Brennkammer NS zugewandt sind (Zylinderbohrungsoberfläche SB', Zylinderkopfbodenoberfläche SW, Kolbenoberseite PS', Ventiloberseiten KV' und HV'), eine anodische Oxidationsbeschichtung 10 ausgebildet.
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[Kühltest und Ergebnisse desselben]
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben durch Ausbilden einer anodischen Oxidationsbeschichtung unter den in Tabelle 2 dargestellten Zuständen bzw. Bedingungen auf einem Basismaterial mit einer Komponentenzusammenstellung (Aluminiumlegierung AC8A)), dargestellt in der folgenden Tabelle 1, verschiedene Testobjekte vorbereitet, um einen Kühltest durchzuführen, um die Temperaturschwankungseigenschaften der anodischen Oxidationsbeschichtung zu evaluieren, und gleichzeitig einen Festigkeitstest und ferner ein Experiment zur Ermittlung einer Beziehung zwischen den Temperaturschwankungseigenschaften und der Festigkeit der anodischen Oxidationsbeschichtung durchgeführt. [Tabelle 1]
| Komponente | Cu | Si | Mg | Zn | Fe | Mn | Ni | Ti | Al |
| Aluminiumlegierung (AC8A) (Massenanteil in %) | 0.99 | 12.3 | 0.98 | 0.11 | 0.29 | < 0.01 | 1.27 | < 0.01 | Balance |
[Tabelle 2]
| Elektrolytlösung | Flüssigkeitstemperatur (°C) | Stromdichte (mA/cm2) | Behandlungszeit (Minuten) | durchschnittliche Beschichtungsdicke (μm) |
| 20% Schwefelsäure | 0 | 90 | 60 | 180 |
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Nach dem Ausbilden einer anodischen Oxidationsbeschichtung enthält ein Dichtmaterial Polysiloxan oder Polysilazan als Hauptkomponente und Isopropylakohol, Xylen oder Dibutylether als Lösung.
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Der Kühltest wird wie anschließend beschrieben durchgeführt. Wie in 6A dargestellt, ist bei einem Teststück TP nur eine Seite mit der anodischen Oxidationsbeschichtung ausgebildet und die andere Seite (eine Seite, die nicht mit der anodischen Oxidationsbeschichtung vorgesehen ist) wird mit einer Hochtemperaturbeaufschlagung von 750°C erhitzt (Hitze bei dem Ausbildungsprozess), um das gesamte Teststück TP bei ca. 250°C zu stabilisieren, wobei eine Düse, von welcher ein Raumtemperaturfluss ausgeht, im Voraus bei einer vorbestimmten Flussrate durch einen Linearmotor zu einer Vorderseite (einer Oberfläche, die mit der anodischen Oxidationsbeschichtung vorgesehen ist) eines Teststücks TP bewegt wird, um ein Kühlen zu starten (Kühlluft (Luft beim Ausbildungsprozess) mit 25°C vorzusehen, wobei die Hochtemperaturbeaufschlagung zu diesem Zeitpunkt auf der anderen Seite fortgeführt wird). Eine Oberflächentemperatur der anodischen Oxidationsbeschichtung eines Teststücks TP wird mit einem Strahlungsthermometer, das außerhalb desselben vorliegt, gemessen, wobei ferner ein Temperaturabfall während eines Kühlens gemessen wird und eine Kühlkurve, wie in 6B dargestellt, erstellt wird. Der Kühltest ist ein Testverfahren, das einen Einlass- bzw. Ansaugschritt einer Innenwand einer Brennkammer simuliert und evaluiert eine Kühlrate einer Oberfläche einer erhitzten wärmeisolierten Beschichtung. Falls eine wärmeisolierende Beschichtung eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige Wärmekapazität aufweist, ist die Kühlrate bzw. der Kühlvorgang relativ schnell.
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Anhand der erstellten Kühlkurve wird eine Zeit abgelesen, die erforderlich ist, dass eine Temperatur um 40°C abfällt, um die thermischen Eigenschaften einer Beschichtung als 40°C-Abfallzeit zu evaluieren.
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Ferner kann gemäß den Erfindern der vorliegenden Erfindung bei einem Wert, der die Kraftstoffverbrauchsverbesserungsrate klar verifizieren kann, ohne dass dieser als Messfehler eines Versuchs bestimmt wird, eine Aufwärmzeit eines NOx-Reduktionskatalysators aufgrund eines Anstiegs einer Abgastemperatur verkürzt und eine NOx-Reduktion realisiert werden, wobei 5% der Kraftstoffverbrauchsverbesserungsrate als Sollwert betrachtet wird, der durch eine Durchführung einer anodischen Oxidationsbeschichtung erzielt wird, die in der vorliegenden Ausführungsform eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine konfiguriert. Hierzu wird in 7 ein Korrelationsgraph zur Kraftstoffverbrauchsverbesserungsrate, die durch die vorliegenden Erfinder erkannt wurde, und die 40°C-Abfallzeit im Kühltest dargestellt.
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Bei 7 wird die 40°C-Abfallzeit im Kühltest bei 5% der Kraftstoffverbrauchsverbesserungsrate als 45 msek vermerkt; demnach können 45 msek oder weniger als Indikator für hervorragende Temperaturschwankungseigenschaften herangezogen werden.
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Die mechanische Festigkeit wird hingegen durch Anwenden eines Mikro-Vickers-Härtetest evaluiert. Ein zu evaluierender Abschnitt wird auf einen zentralen Teil eines Querschnittsbereichs einer anodischen Oxidationsbeschichtung eingestellt und ein Gewicht wird auf 0,025 kg eingestellt.
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Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle 3 und
8 dargestellt. [Tabelle 3]
| | Hauptkomponente des Dichtmaterials | Abdichtungsbedingung | Härte HV0,025 | 40°C-Abfallzeit (msek) |
| Abdichtungsbehandlung | Beschichtungsdicke (μm) |
| Beispiel 1 | Polysiloxan | Für 30 min oder länger in kochendes reines Wasser halten | 5 | 400 | 42.5 |
| Beispiel 2 | Polysilazan | 5 | 500 | 42.5 |
| Vergleichsbeispiel 1 | Kein Dichtmaterial | - | 150 | 42 |
| Vergleichsbeispiel 2 | Polysiloxan | Keine | 5 | 500 | 46 |
| Vergleichsbeispiel 3 | Polysilazan | 5 | 600 | 46 |
| Vergleichsbeispiel 4 | Kein Dichtmaterial | - | 150 | 42 |
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In 8 wird ein Korrelationsgraph einer Härte bei einer 40°C-Abfallzeit einer Aluminiumlegierung, welche durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung identifiziert wurde, dargestellt. Ein Bereich A bei 8, bei welchem eine Kraftstoffverbrauchsverbesserungsrate 45 msek oder weniger ist und die Vickers-Härte bei HV 0,024 300 oder mehr ist, kann als Bereich betrachtet werden, bei welchem sowohl hervorragende Temperaturschwankungseigenschaften als auch eine hervorragende Härte vorliegen (dieser Bereich ist ein Bereich, der eine bessere Funktion als der der Aluminiumlegierung aufweist). Beide Beispiele 1 und 2 werden als im Bereich A liegend verifiziert.
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Beide Beispiele 1 und 2 werden mit einer anodischen Oxidationsbeschichtung vorgesehen, bei welcher Lücken im Mikrometer-Bereich, welche Risse und Fehler bilden, mit einem Dichtmaterial abgedichtet werden und viele Nano-Löcher nicht abgedichtet werden. Dadurch wird verifiziert, dass bei beiden Beispielen 1 und 2 die Härte und die Temperaturschwankungseigenschaften gleich denen des Aluminiumlegierungsmaterials oder größer sind.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ferner SEM-Bilder von einer Oberfläche und dem Inneren einer anodischen Oxidationsbeschichtung von Beispiel 1 aufgenommen, SEM-Bilder vom Inneren durch eine Vergrößerung aufgenommen, und einen Abdichtungszustand von Oberflächenrissen und inneren Fehlern mit einem Dichtmaterial und einem Zustand von Nano-Löchern betrachtet bzw. überprüft. Die jeweiligen SEM-Bilder bzw. Fotos sind in 9A und 9B dargestellt.
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Ausgehend von 9A kann darauf geschlossen werden, dass Dichtmaterial in die Oberflächenrisse und inneren Fehler einer anodischen Oxidationsbeschichtung gefüllt sind bzw. wurde und Lücken derselben mit einem Dichtmittel, das durch Konvertieren des Dichtmaterials erhalten wird, abgedichtet sind bzw. wurden.
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Ferner kann ausgehend von 9B darauf geschlossen werden, dass ein Nano-Loch in der anodischen Oxidationsbeschichtung mit einer erweiterten Beschichtung in der Peripherie desselben vorgesehen ist (weißer Abschnitt der Nano-Lochoberfläche) und Poren im Nanometer-Bereich vorliegen.
