DE202007018256U1

DE202007018256U1 - Internal combustion engine with insulating elements

Info

Publication number: DE202007018256U1
Application number: DE202007018256U
Authority: DE
Original assignee: Pechwitz Wilfried Dipl-Ing (fh)
Current assignee: PECHWITZ, WILFRIED, DIPL.-ING. (FH), DE
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2017-12-28

Abstract

Brennkraftmaschine mit isolierenden Elementen im brennraumangrenzenden Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Elemente und/oder ganze Motorkomponenten der Brennraumkonstruktion aus einer metallischen warmfesten und/oder hochwarmfesten Legierung bestehen.Internal combustion engine with insulating elements in the combustion chamber adjoining area, characterized that the insulating elements and / or whole engine components of the Combustion chamber construction of a metallic heat-resistant and / or heat-resistant alloy.

Description

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Brennkraftmaschinen sind prinzipiell bekannt.The The invention relates to internal combustion engines according to the preamble of Main claim. Internal combustion engines are known in principle.

Bei Brennkraftmaschinen nach dem Stand der Technik wird die zugeführte Brennstoffenergie nur zu etwa einem Drittel in Nutzarbeit/-energie umgesetzt. Etwa ein weiteres Drittel wird als Verlustwärme/-energie indirekt über Gehäuseteile an das Kühlsystem abgeführt.at Prior art internal combustion engines only use the supplied fuel energy converted to about one third in useful work / energy. About one Another third is as loss heat / power indirectly via housing parts to the cooling system dissipated.

Bei Brennkraftmaschinen werden die Bauteile Zylinderkopf, Kolben, Arbeitszylinder, Ventile in der Regel aus Vollmaterial hergestellt. Für Kolben und Zylinderkopf werden überwiegend Aluminiumlegierungen verwendet und für Arbeitszylinder überwiegend Stahlgusslegierungen. Arbeitszylinder werden beispielsweise als nasse Laufbuchsen eingebaut oder sind direkt in das Motorblockgehäuse integriert. Motorbauteile sind heute so konstruiert, dass sich bei Volllast an Zylinderkopf und Kolben eine maximale Oberflächentemperatur von ca. 350°C einstellt, an Zylinderwandungen ca. 250°C, an Ventiloberflächen bis ca. 800°C. Höheren Temperaturen wären die oben angeführten Bauteile von Brennkraftmaschinen nach dem Stand der Technik nicht gewachsen. Die Brennkraftmaschinen sind durch ihre Konstruktion, Auswahl von Materialien und Kühlungmaßnahmen derart ausgelegt, dass diese Temperaturen nicht überschritten werden, um beispielsweise Abschmelzen von Material zu vermeiden.at Internal combustion engines are the components cylinder head, piston, working cylinder, Valves usually made of solid material. For pistons and cylinder head become predominant Aluminum alloys used and predominantly for working cylinder Cast steel alloys. Working cylinders are for example as wet bushings installed or are integrated directly into the engine block housing. engine components are designed today so that at full load on cylinder head and piston a maximum surface temperature of about 350 ° C adjusts to cylinder walls approx. 250 ° C, on valve surfaces up to about 800 ° C. higher Temperatures would be the above Components of internal combustion engines according to the prior art not grown. The internal combustion engines are by their design, selection of materials and cooling measures such designed that these temperatures are not exceeded, for example To avoid melting of material.

Während des Arbeitstaktes kommt es bei Brennkraftmaschinen infolge der Verdichtung der angesaugten Luft, oder des Kraftstoff-Luft-Gemisches, und der Verbrennung des Kraftstoffs zu Temperaturen im gasförmigen Arbeitsgemisch bis ca. 2500°C.During the Power stroke occurs in internal combustion engines as a result of compression the intake air, or the fuel-air mixture, and the Combustion of the fuel to temperatures in the gaseous working mixture up to 2500 ° C.

Nachteilig am Stand der Technik ist der hohe Temperaturunterschied zwischen dem arbeitenden Gas und den brennraumbegrenzenden Bauteilen, wie beispielsweise Zylinderkopf, Kolben, Ventile und/oder Zylinderwandung, während des Arbeitstaktes. Der Temperaturunterschied ist die treibende Kraft für einen Wärmestrom vom arbeitenden Gas in die Bauteile der Maschine.adversely In the prior art, the high temperature difference between the working gas and the brennraumbegrenzenden components, such as For example, cylinder head, piston, valves and / or cylinder wall, while of the work cycle. The temperature difference is the driving force for one heat flow from the working gas into the components of the machine.

Die Wärmeenergie wird während des Arbeitsprozesses durch Konvektion und durch Strahlung bzw. Gasstrahlung in die Brennraumwandungen eingeleitet. Durch diesen Wärmestrom während des Arbeitstaktes sinkt die Temperatur des Arbeitsgases, was eine Druckverminderung im Brennraum zur Folge hat. Es handelt sich um einen Verlustwärmestrom, da die Druckverminderung während des Arbeitstaktes zu geringerem Drehmoment und damit geringerer Leistung der Brennkraftmaschine führt.The Thermal energy is during the working process by convection and by radiation or gas radiation introduced into the combustion chamber walls. By this heat flow while the working cycle, the temperature of the working gas decreases, which is a Pressure reduction in the combustion chamber has the consequence. It is a matter of a loss of heat flow because the pressure reduction during the power stroke to lower torque and thus lower power the internal combustion engine leads.

Versuche diesen Wärmestrom mit keramischen Verkleidungen zu minimieren, wie sie beispielsweise in der DE 3331579 A beschrieben sind, führte zu keiner zufriedenstellenden Lösung des beschriebenen Problems. Mit Keramik wurde zwar ein Material geringer Wärmeleitfähigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit verwendet; Nachteilig erweist es sich hierbei jedoch, dass Keramik einen hohen Strahlungskoeffizienten besitzt und die Verkleidungen die verkleideten Bauteile nach dem Stand der Technik vollflächig berühren. Zeitlich wird etwa während der ersten Hälfte des Arbeitstaktes Wärmeenergie von den Oberflächen der Keramik aufgenommen. Die Zeitgrößenordnung für diese erste Hälfte des Arbeitstaktes liegt in einer Größenordnung von 1/100 bis 1/1000 Sekunde. Während der Restzeit des gesamten Arbeitsspiels, was beim Viertaktmotor der zweiten Hälfte des Arbeitstaktes, dem Ausschieben, dem Ansaugen und dem Verdichten entspricht, wird infolge des hohen Strahlungskoeffizienten der Keramik Wärmeenergie an systembedingt kältere Bauteilwandungen, wie beispielsweise eine Zylinderwandung, abgestrahlt. Teilweise wird Wärmeenergie in die weiter entfernten Bauteilzonen abgleitet, da zu den verkleideten Bauteilen keine ausreichende Isolation besteht. Diese Wärmeenergie wird im Zeitverlauf weiter durch die Bauteile geleitet und geht schließlich als Kühlenergie verloren. Da der Zeitabschnitt der Energieaufnahme, was der ersten Hälfte des Arbeitstakts entspricht, nur etwa ein Achtel der Gesamtzeit des Arbeitsspiels dauert, demgegenüber der Zeitabschnitt der Energieabgabe aber 7/8 der Gesamtzeit des Arbeitsspiels dauert, kommt es durch die erwähnten Nachteile der Keramikkomponenten, ein hoher Wärmeabstrahlungskoeffizienten und vollflächigem Schluss mit den verkleideten Bauteilen, nicht zu deutlich erhöhten Oberflächentemperaturen, was jedoch die Voraussetzung für eine Verringerung des Wärmestroms vom arbeitenden Gas in die Bauteile ist. Mit Keramik lässt sich aus der Erfahrung heraus nicht einmal der positive Isolationseffekt wettmachen, der bei den etwas kälter gefahrenen herkömmlichen Motormaterialien, wie Aluminium und/oder Stahlgusslegierungen, durch die isolierenden Russablagerungen hervorgerufen wird.Try to minimize this heat flow with ceramic panels, as for example in the DE 3331579 A described, did not lead to a satisfactory solution to the problem described. With ceramic, although a material of low thermal conductivity and high temperature resistance was used; However, it proves to be disadvantageous here that ceramic has a high radiation coefficient and the claddings touch the entire surface of the clad components according to the prior art. At times, during the first half of the power stroke, heat energy is absorbed by the surfaces of the ceramic. The time sequence for this first half of the power stroke is on the order of 1/100 to 1/1000 second. During the remaining time of the entire work cycle, which corresponds to the four-stroke engine of the second half of the power stroke, the pushing out, the suction and compression, due to the high radiation coefficient of the ceramic heat energy to systemally colder component walls, such as a cylinder wall, emitted. Partly, heat energy is dissipated in the more distant component zones, since the clad components do not have sufficient insulation. This heat energy is passed through the components over time and eventually lost as cooling energy. Since the period of energy intake, which corresponds to the first half of the working cycle, takes only about one-eighth of the total time of the cycle, on the other hand, the time period of the energy but takes 7/8 of the total time of the work cycle, it comes through the mentioned disadvantages of ceramic components, a high Heat radiation coefficient and full-surface finish with the clad components, not too significantly increased surface temperatures, but this is the prerequisite for reducing the heat flow from the working gas into the components. With ceramic it is not even possible to make up for the positive insulating effect that is produced by the insulating carbon deposits in the somewhat cooler conventional engine materials, such as aluminum and / or cast steel alloys.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Brennraumisolierung zu schaffen, die die aufgezeigten Nachteile nicht aufweist.task The invention is therefore an internal combustion engine with at least To create a combustion chamber insulation, the disadvantages indicated does not have.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die derart ausgebildet ist, dass die Verlustwärme verringert wird, ein erhöhter Wirkungsgrad erreicht wird, sowie Schadstoffe und CO2-Emissionen verringert werden.It is therefore an object of the invention to provide an internal combustion engine, which is designed such that the heat loss is reduced, an increased efficiency as well as reducing pollutants and CO2 emissions.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, indem durch wärmeisolierende Ausführung der Brennkraftmaschinen die Verlustwärme verringert wird und dadurch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine signifikant erhöht wird. Des Weiteren werden die Schadstoff- und CO2-Emissionen der Brennkraftmaschine verringert.This object is achieved by the loss of heat is reduced by heat-insulating design of the engine and there is significantly increased by the efficiency of the internal combustion engine. Furthermore, the pollutant and CO2 emissions of the internal combustion engine are reduced.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, indem durch gering wärmeleitende warmfeste metallische Verkleidungen der Brennraumwände an Kolben, Zylinderkopf, Zylinderwandungen und/oder Ventilen, welche aus Vollmaterial und/oder aufgeschäumtem Material bestehen, ein Wärmeleitungswiderstand eingebracht wird somit der Wärmestrom vom Arbeitsgas in die Motorbauteile verringert wird. Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst, indem für die Motorkomponenten selbst, wie Kolben, Zylinderkopf, Zylinder und Motorgehäuse eine aufgeschäumte und damit stark isolierende warmfeste Metalllegierung verwendet wird. Die Struktur ist derart ausgebildet, dass die Bauteile einen zellulären Kern mit kompakter Aussenhaut aufweisen. Die Bauteile können jedoch auch aus einem Schaumblock herausgearbeitet sein, eine kompakte Aussenhaut ist dann nicht vorhanden.These Task is solved by by low thermal conductivity heat-resistant metallic linings of combustion chamber walls to pistons, Cylinder head, cylinder walls and / or valves, which are made of solid material and / or foamed material exist, introduced a thermal conductivity resistance thus becomes the heat flow is reduced by the working gas in the engine components. The task becomes also solved, by for the engine components themselves, such as piston, cylinder head, cylinder and motor housing a frothed and thus highly insulating heat resistant metal alloy is used. The structure is designed such that the components form a cellular core have a compact outer skin. However, the components can also be worked out of a foam block, a compact Outer skin is not present then.

Der Effekt des stark verringerten Verlustwärmestroms durch die Brennraumwände stellt sich durch diese Maßnahme ebenfalls ein. Hierbei ist festzustellen, dass Ventile, speziell Auslassventile, von Brennkraftmaschinen nach dem Stand der Technik aufgrund einer extremen Temperaturbeanspruchung durch die ausströmenden Verbrennungsgase thermisch hoch beansprucht sind und daher hochwarmfest ausgebildet sind. Die Wärmeabgabe des Ventils an den Zylinderkopf ist aufgrund seiner Relativbewegung der Teile zueinander eher gering anzusehen und tangiert den Kern der Erfindung, isolierende Elemente zu schaffen, nicht.Of the Effect of greatly reduced heat loss through the combustion chamber walls provides through this measure also one. It should be noted that valves, especially Exhaust valves, based on state-of-the-art internal combustion engines an extreme temperature stress by the outflowing combustion gases are highly stressed and therefore highly thermally resistant trained are. The heat output the valve to the cylinder head is due to its relative movement the parts to each other rather low and affects the core the invention, insulating elements to create, not.

Die Bauteile oder Verkleidungen müssen mindestens warmfest sein damit sie bei den hohen Oberflächentemperaturen, die sich erfindungsgemäß einstellen, den mechanischen und thermischen Belastungen gewachsen sind.The Components or panels must be at least be heat resistant so that they can withstand high surface temperatures adjust according to the invention, the mechanical and thermal loads are grown.

Hierbei ist es als unerheblich anzusehen ob es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Drehkolbenmotor oder Hubkolbenmotor handelt.in this connection it is considered irrelevant if it is the internal combustion engine is a rotary piston engine or reciprocating engine.

Es hat sich sogar als besonders vorteilhaft herausgestellt wenn die Einzelbauteile der entsprechenden Brennkraftmaschine komplett aus warmfestem Vollmaterial und/oder aufgeschäumten hochwarmfestem Material ausgebildet sind. Der Isolationseffekt bei aufgeschäumtem Material kann mit dem von Styropor verglichen werden. Hierzu ist das warmfeste Material zwingend erforderlich, da die Bauteile sonst den thermischen Belastungen nicht gewachsen wären.It has even proved to be particularly advantageous if the Individual components of the corresponding engine completely off heat-resistant solid material and / or foamed high-temperature resistant material are formed. The insulating effect of foamed material can be compared with that of Styrofoam. This is the heat resistant Material mandatory, because the components otherwise the thermal Burdens would not be equal.

Durch die vorgehend beschriebene Isolation steigt die Oberflächentemperatur brennraumseitig während des Gesamtprozesses an und somit auch während des Arbeitstaktes. Als Ergebnis wird der Verlustwärmestrom während des Arbeitstaktes reduziert.By the isolation described above increases the surface temperature on the combustion chamber side during of the overall process and thus also during the working cycle. When The result is the loss of heat flow while reduced the working cycle.

Verkleidungen können hierbei mit den brennraumangrenzenden Bereichen formschlüssig und/oder kraftschlüssig über Schraubverbindungen oder dergleichen befestigt sein. Als Beispiel für eine formschlüssige Herstellung kann das hinterschnittige Umspritzen genannt werden.panels can in this case with the brennraumangrenzenden areas form-fitting and / or non-positively via screw or be attached like. As an example of a positive production can be called the undercut overmolding.

Das Material für diese Bauteile und Verkleidungen ist folgendermaßen beschaffen:

– warmfeste oder hochwarmfeste Legierung, als Vollmaterial mit einer Zeitstandfestigkeit Rm₁₀₀₀ und einer 0,2% – Dehngrenze bei 600°C über 100 N/mm², vorzugsweise über 300 N/mm²
– geringe Wärmeleitfähigkeit von maximal 40 W/mK als Vollmaterial und bei Verwendung als aufgeschäumtes Material ist diese zusätzlich deutlich verringert.

The material for these components and panels is as follows:

- Heat-resistant or high temperature alloy, as solid material with a creep rupture strength Rm ₁₀₀₀ and a 0.2% - yield strength at 600 ° C above 100 N / mm ² , preferably above 300 N / mm ²
- Low thermal conductivity of a maximum of 40 W / mK as a solid material and when used as a foamed material, this is additionally significantly reduced.

Die Struktur der Verkleidungen und/oder Bauteile ist folgendermaßen beschaffen:

– als Vollmaterial ausgebildet oder als Metallschaum mit zellularer Struktur im Inneren und kompakter Aussenhaut, wobei die Strukturen im Aussenbereich nicht offenporig ausgebildet sind. Derartige ausgestaltete Bauteile werden zum Beispiel durch Aufschäumen mit Gasblasen hergestellt.
– sind die Verkleidungen/Bauteile aus einem Metallschaumblock herausgearbeitet, weisen diese jedoch keine kompakte Aussenhaut auf.

The structure of the panels and / or components is as follows:

- Formed as a solid material or as a metal foam with a cellular structure in the interior and a compact outer skin, the structures in the outer area are not open-pored. Such configured components are produced, for example, by foaming with gas bubbles.
- Are the panels / components made out of a metal foam block, but they have no compact outer skin.

Der durch die Erfindung hervorgerufene Effekt lässt sich noch durch weitere Maßnahmen verstärken. Da bei den erreichten hohen Temperaturen die Wärmeübertragung durch Strahlung eine entscheidende Rolle spielt, können die Verkleidungen zusätzlich mit einer wärmestrahlungsmindernden Schicht (z. B. vergoldet und poliert) ausgestattet sein. So würden die Verkleidungen oder Bauteile an denen eine hohe Oberflächentemperatur eingestellt ist (1200°K an Verkleidungen von Kolbenböden, Kolbenmulden, Zylinderkopf, verkleideten Einlass- und Auslassventilen) weniger der aufgenommene Wärmeenergie wieder an konstruktionsbedingt kältere Bauteile (z. B. von Kolbenringen überstrichene, verkleidete Zylinderkaufflächenanteile) abstrahlen.Of the The effect caused by the invention can be further enhanced activities strengthen. Because at the high temperatures reached the heat transfer by radiation plays a crucial role, the panels can be additionally with a heat radiation reducing layer (eg gold plated and polished). So would the Panels or components where a high surface temperature is set (1200 ° K on linings of piston crowns, Piston recesses, cylinder head, paneled intake and exhaust valves) less of the absorbed heat energy again due to design, colder components (eg swept by piston rings, disguised cylinder surface shares) radiate.

Die Oberflächenbeschaffenheit der Verkleidungen und Bauteile kann deshalb folgendermaßen ausgebildet sein:

– geringe Strahlungsemission durch glatte ggf. polierte Oberflächen welche zum Beispiel durch das Verfahren des Elektropolierens ausgebildet sind.
– zusätzliche Beschichtung mit einer strahlungsemissionsmindernden Schicht, als Beispiel kann hier das vergolden angeführt werden.

The surface quality of the panels and components can therefore be designed as follows:

- Low radiation emission by smooth possibly polished surfaces which are formed for example by the method of electropolishing.
- additional coating with a radiation mission-reducing layer, as an example, the gilding can be cited here.

Durch die hohe Oberflächentemperatur der Wandverkleidungen und Bauteile (je nach Betriebszustand bis etwa 1200°K) ergibt sich der Vorteil dass die Wandverkleidungen jetzt als Oberflächen für katalytische Umwandlungen genutzt werden können. Zum einen sind die Mindesttemperaturen für katalytische Umwandlungen überschritten, zum anderen ist die Oberfläche der Wandverkleidungen bei der hohen Oberflächentemperatur selbstreinigend, d. h. es setzen sich keine Ölkohle oder Verbrennungsrückstände an. Statt Verbrennungsabbruch in Nähe der kalten Wandungen kommt es zum Durchbrennen des Gemischs bis an die Wandung, wodurch zusätzliche Energie entsteht. Ergebnis der nun vollständigen Verbrennung des Gemischs sind verbesserter Wirkungsgrad und geringere Schadstoffemissionen wie z. B. verringerte Kohlenmonoxydwerte und geringere Anteile an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas. Als Beispiel für das Beschichten mit einer katalytisch wirkenden Schicht kann hier das Platinieren angeführt werden. Eine Beschichtung, die sich durch geringen Strahlungsemissionsgrad in Verbindung mit katalytischer Wirkung auszeichnet, ist ebenfalls möglich.By the high surface temperature wall cladding and components (depending on operating condition up to about 1200 ° K) there is the advantage that the wall coverings are now used as surfaces for catalytic Conversions can be used. To the one is the minimum temperatures for catalytic conversions exceeded the other is the surface self-cleaning wall cladding at high surface temperature, d. H. There are no carbon or combustion residues. Instead of combustion in close proximity the cold walls burn through the mixture until to the wall, creating extra energy arises. Result of the complete combustion of the mixture are improved efficiency and lower pollutant emissions such as B. reduced carbon monoxide and lower levels of unburned hydrocarbons in the exhaust gas. As an example for the coating with a catalytically active layer can be listed here the Platinieren. A coating characterized by low radiation emissivity is characterized in conjunction with catalytic action is also possible.

Derartige Verkleidungen bestehen aus mindestens einer Materialschicht, wobei es sich aber überraschenderweise gezeigt hat, dass die Kombination verschiedener Schichten den erfindungsgemäßen Effekt noch erhöht. Handelt es sich um Verkleidungen, können diese derart gestaltet sein, dass Isolationsräume zwischen den Verkleidungen und Bautenwandungen zur Erhöhung des Wärmewiderstandes ausgebildet sind. Durch derartig ausgestaltete Isolationsräume wird die Kontaktfläche zwischen Verkleidungen und Bauteilwandungen verkleinert und damit der Wärmestrom maßgeblich reduziert.such Cladding consists of at least one layer of material, wherein but it is surprisingly has shown that the combination of different layers the effect of the invention still increased. If it is disguises, they can be designed this way be that isolation rooms between the cladding and building walls to increase the heat resistance are formed. Through such designed isolation rooms is the contact surface reduced between panels and component walls and thus the heat flow decisively reduced.

Verwendung können derartige Verkleidungen und/oder Bauteile für alle brennraumbegrenzenden Wandungen an Brennkraftmaschinen finden. Hierbei ist es unerheblich ob es sich um Rotationskolbenmaschinen oder Kolbenbrennkraftmaschinen, die nach dem Otto- oder Dieselprinzip arbeiten, handelt.use can Such panels and / or components for all brennraumbegrenzenden Find walls on internal combustion engines. Here it is irrelevant whether it is rotary-piston engines or piston-type internal combustion engines, who work on the petrol or diesel principle acts.

Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert und beschrieben werden.The Invention will be explained in more detail with reference to the following figures and to be discribed.

1: Zeigt den Wärmeleitungswiderstandsverlauf bei einer aufgeschäumten Metalllegierung mit kompakter Außenhaut und zellulärem Kern. Am dargestellte Probewürfel 1 wird in Abhängigkeit der Koordinate X aufgezeigt, wie sich der Wärmeleitungswiderststand durch Aufschäumen verringert. 1 : Shows the heat conduction resistance of a foamed metal alloy with a compact outer skin and cellular core. On the sample cube shown 1 is shown as a function of the coordinate X, as the heat conduction resistance is reduced by foaming.

2: Zeigt das Temperaturprofil bei einem Leichtmetallbauteil 3 mit einer Verkleidung 2 aus warmfestem Material und Isolationsräumen 21. Die Isolationsräume sind durch eine warmfeste Verkleidung 2 und durch einen Leichtmetallwürfel 3 begrenzt. Wie das Temperaturprofil zeigt ist im Bereich der Verkleidung 2 ein sprunghaft ansteigender Temperaturverlauf zu erkennen, der erfindungsgemäß zu einer Erhöhung der Oberflächentemperatur an der Verkleidung führt. 2 : Shows the temperature profile of a light metal component 3 with a disguise 2 made of heat-resistant material and insulation rooms 21 , The isolation rooms are covered by a heat resistant cladding 2 and through a light metal cube 3 limited. As the temperature profile shows is in the range of the fairing 2 to detect a sudden increase in temperature, which leads according to the invention to an increase in the surface temperature of the panel.

Um das Prinzip der Erfindung unabhängig von komplex geformten Bauteilen darzustellen, wurden Probewürfel aus geschäumtem Material bzw. in 2 ein Leichtmetallgrundkörper mit einer Verkleidung versehen dargestellt.To represent the principle of the invention independently of complex shaped components, sample cubes were made of foamed material or in 2 a light metal body provided with a fairing shown.

3: Zeigt einen Kolben 5 aus aufgeschäumten warmfesten Material mit kompakter Außenhaut und zellulärem Kern. Zum Brennraum hin ist der Kolben 5 mit einer strahlungsemissionsmindernden Schicht 4 ausgestattet welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel elektrolytisch aufgebracht wurde. Der Kolben 5 ist mit einer Laufflächenschicht 6 ausgestattet, die auch den Träger für den Kolbenring bildet. Alternativ können derartige Schichten mittels PVD- oder CVD-Verfahren aufgebracht werden. 3 : Shows a piston 5 Made of foamed, heat-resistant material with a compact outer skin and cellular core. To the combustion chamber is the piston 5 with a radiation emission reducing layer 4 equipped which was applied electrolytically in the present embodiment. The piston 5 is with a tread layer 6 equipped, which also forms the support for the piston ring. Alternatively, such layers can be applied by PVD or CVD methods.

4: Zeigt einen Kolben 8 mit Verkleidung aus warmfestem Material 2, eingearbeitete Isolationsräume 21, und einer strahlungsemissionsmindernden Schicht 4 zum Brennraum hin und Befestigungselementen 7 in Form einer Schraubverbindung. 4 : Shows a piston 8th with cover made of heat-resistant material 2 , incorporated isolation rooms 21 , and a radiation-emission-reducing layer 4 towards the combustion chamber and fasteners 7 in the form of a screw connection.

5: Zeigt einen Kolben 8 mit Verkleidung aus aufgeschäumten warmfesten Material 10 mit kompakter Außenhaut und zellulärem Kern. Eine Zwischenschicht 11 ist eingebracht und eine katalytisch wirkende Schicht 9 aufgebracht. 5 : Shows a piston 8th with cover made of foamed heat-resistant material 10 with a compact outer skin and cellular core. An intermediate layer 11 is introduced and a catalytic layer 9 applied.

6: Zeigt einen Kolben mit Kolbenmulde 13 der mit einer mehrteiliger Verkleidung 12 aus warmfesten Material ausgestattet ist. Die Verkleidungsteile sind formschlüssig hinterschnittig gehaltert. 6 : Shows a piston with a piston recess 13 the one with a multipart panel 12 made of heat-resistant material. The cladding parts are positively supported undercut.

7: Zeigt eine Zylinderlaufbuchse 14 aus warmfestem Material mit Isolationsräumen 21 zum Motorblock hin und einer aufgebrachten Laufflächenschicht 6. 7 : Shows a cylinder liner 14 made of heat-resistant material with insulation spaces 21 towards the engine block and an applied tread layer 6 ,

8: Zeigt eine Laufbuchse 15 mit wärmeisolierender Verkleidung 10 im Bereich der Buchse die zur Zylinderkopffläche anschließt. Die Verkleidung ist aus aufgeschäumten warmfesten Material mit zellulärem Kern und kompakter Außenhaut ausgeführt. Isolationsräume zur Erhöhung des Wärmewiderstands zwischen Verkleidung 10 und Laufbuchse 15 sind eingearbeitet. 8th : Shows a liner 15 with heat-insulating panel 10 in the area of the socket which connects to the cylinder head surface. The cladding is made of foamed, heat-resistant material with a cellular core and a compact outer skin. Insulation spaces to increase the thermal resistance between the cladding 10 and liner 15 are incorporated.

9: Zeigt ein Ventil 16 mit warmfester Verkleidung 17, eingearbeitete Isolationsräume und einem Befestigungselement 7. 9 : Shows a valve 16 with heat resistant Ver dress 17 , incorporated isolation rooms and a fastener 7 ,

10: Zeigt eine Zylinderkopfauskleidung 19 aus aufgeschäumten warmfestem Material mit zellulärem Kern und kompakter Außenhaut. Es hat sich gezeigt, dass durch das Einbringen einer Zwischenschicht 18 eine Ausgleichseinheit zur Kompensation von unterschiedlichen Materialausdehnungen der Elemente 19 und 20 von Vorteil ist. 10 : Shows a cylinder head lining 19 Made of foamed, heat-resistant material with a cellular core and a compact outer skin. It has been shown that by introducing an intermediate layer 18 a compensation unit for compensation of different material expansions of the elements 19 and 20 is beneficial.

11: Schnitt durch einen Probewürfel aus warmfester aufgeschäumter Legierungcut through a test cube made of heat-resistant foamed alloy
22: Verkleidung aus warmfestem Materialpaneling made of heat-resistant material
33: Würfel aus einer LeichtmetalllegierungDice out a light metal alloy
44: Strahlungsemissionsmindernde SchichtRadiation Emission Control layer
55: Kolben aus aufgeschäumten warmfesten Materialpiston frothed heat-resistant material
66: LaufflächenschichtTread layer
77: Befestigungselementfastener
88th: Kolbenpiston
99: katalytisch wirkende Schichtcatalytic acting layer
1010: Verkleidung aus aufgeschäumten warmfesten Materialpaneling frothed heat-resistant material
1111: Zwischenschichtinterlayer
1212: Kolbenverkleidung, mehrteiligPiston paneling, multipart
1313: Kolben mit Kolbenmuldepiston with piston recess
1414: Zylinderlaufbuchse aus warmfestem MaterialCylinder liner made of heat-resistant material
1515: Ausschnitt Motorblockneckline block
1616: VentilValve
1717: Verkleidung aus warmfestem Materialpaneling made of heat-resistant material
1818: Zwischenschicht, federndIntermediate layer, springy
1919: Zylinderkopfauskleidung aus aufgeschäumten warmfestem MaterialCylinder head lining made of foamed heat resistant material
2020: ZylinderkopfausschnittCylinder head cut
2121: Freiraumfree space
AA: Wärmeleitwiderstand des VollmaterialsThermal resistance of the solid material
BB: Wärmeleitungswiderstand des MetallschaumsHeat conduction resistance of the metal foam
CC: Durch Arbeitsprozess zugeführte WärmeenergieBy Supplied to the work process Thermal energy
DD: Durch Kühlung abgeführte WärmeenergieBy cooling dissipated Thermal energy
Ee: Temperaturprofil im verkleidetem Bauteiltemperature profile in the clad component

Als Material für die Verkleidungen/Bauteile kann eine hochwarmfeste Legierung mit einer Zeitstandfestigkeit Rm1000 bei 600°C über 100 N/mm² und/oder eine 0,2% Dehngrenze bei 600°C von über 100 N/mm² Verwendung finden.As material for the cladding / components, a high temperature resistant alloy with a creep rupture strength Rm1000 at 600 ° C above 100 N / mm ² and / or a 0.2% yield strength at 600 ° C above 100 N / mm ² can be used.

Ebenfalls kann als Material für die Verkleidungen/Bauteile eine Legierung, die der Hauptgruppe Stahl und der Sortenklasse der hitzebeständige Stähle angehört und/oder die Warmzugfestigkeit bei 600°C einen Wert von mehr als 100 N/mm² aufweist, verwendet werden. Gemäss dem "Stahlgruppennummern für Stahl und Stahlguss" DIN EN 1002-2 können diesen Werkstoffen Stahlgruppennummern 1.47XX(XX) und 1.48XX(XX) zugewiesen sein, wobei die Platzhalter XX hierbei für Zählnummern der Legierungen stehen.Also, as the material of the panels / members, an alloy belonging to the main group of steel and the grade of heat resistant steels and / or the hot tensile strength of 600 ° C may be more than 100 N / mm ² may be used. According to the "Steel Group Numbers for Steel and Steel Casting" DIN EN 1002-2, these materials can be assigned steel group numbers 1.47XX (XX) and 1.48XX (XX), where the placeholders XX stand for counting numbers of the alloys.

Das verwendete Material kann auch der Hauptgruppe Stahl und der Sortenklasse hochwarmfesten Werkstoffen angehören und/oder die Zeitstandfestigkeit der Legierung bei 600°C und 1000 Stunden weist einen Wert von mehr als 100 N/mm² auf. Gemäss dem "Stahlgruppennummern für Stahl und Stahlguss" DIN EN 1002-2 können diesen Werkstoffen die Stahlgruppennummern 1.49XX(XX) zugewiesen sein, wobei die Platzhalter XX dabei für Zählnummern der Legierungen stehen.The material used can also belong to the main group steel and the grades of high-temperature materials and / or the creep rupture strength of the alloy at 600 ° C and 1000 hours has a value of more than 100 N / mm ² . According to the "Steel group numbers for steel and cast steel" DIN EN 1002-2, these materials can be assigned the steel group numbers 1.49XX (XX), whereby the placeholders XX stand for counting numbers of the alloys.

Die verwendeten Legierungen können auch den Nichteisen-Schwermetallen nach DIN 17007 Teil 4, hier den Sortennummern 2.4000 bis 2.4999 mit Nickel oder Cobalt als Nichteisen-Grundmetall zuzuordnen sein und/oder dass die Zeitstandfestigkeit der Legierung mit Nickel oder Cobalt als Grundmetall weist bei 600°C und 1000 Stunden einen Wert von mehr als 100 N/mm² auf.The alloys used may also be assigned to non-ferrous heavy metals in accordance with DIN 17007 Part 4, here the grade numbers 2.4000 to 2.4999 with nickel or cobalt as non-ferrous base metal and / or that the creep rupture strength of the alloy with nickel or cobalt as base metal points at 600 ° C. and 1000 hours, a value of more than 100 N / mm ² .

Ebenfalls können Legierungen verwendet werden, der Hauptlegierungselement Titan ist.Also can Alloys are used, the main alloying element is titanium.

Die Verkleidungen/isolierenden Elemente können derart ausgebildet sein, dass sie mit der Brennraumkonstruktion nicht vollflächig in Kontakt stehen und dass mindestens ein Freiraum zwischen Brennkraftmaschine und Verkleidung ausgebildet ist.The Panels / insulating elements can be designed in such a way that they are not completely flush with the combustion chamber construction Contact and that at least one space between internal combustion engine and fairing is formed.

Zwischen den Verkleidungen und den Bauteilen der Brennraumkonstruktion kann mindestens eine weitere Materialschicht eingebracht ist mindestens eine dieser weiteren Materialschichten kann als Gleitschicht ausgebildet sein.Between the linings and the components of the combustion chamber construction can at least one further material layer is introduced at least One of these further material layers can be formed as a sliding layer be.

Die Verkleidungen/Bauteile können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.The Coverings / components can be formed one or more parts.

Die Verkleidungen oder Bauteile können zusätzlich eine katalytisch wirkende Schicht aufweisen.The Panels or components can additionally have a catalytically active layer.

Die Verkleidungen oder Komponenten können zusätzlich mit einer strahlungsemissionsmindernden Schicht ausgestattet sein, deren Emissionsgrad ε kleiner 0,10 ist.The Panels or components can additionally be equipped with a radiation-emission-reducing layer, their emissivity ε smaller Is 0.10.

Die Verkleidungen können als eine dem Kolbenboden, insbesondere vollflächig, bedeckende Platte oder Schicht ausgebildet sein.The Disguises can as a the piston crown, in particular over the entire surface, covering plate or Layer be formed.

Die Verkleidungen können bei einem Kolben mit Brennraummulde einen dem Kolben auskleidenden Topfeinsatz bilden.The Disguises can in a piston with combustion bowl, a piston lining the piston Make pot insert.

Die Verkleidungen können einen die Zylinderwandung oder einen Teil davon bedeckenden Zylinder oder bedeckende Schicht bilden.The Disguises can a cylinder covering the cylinder wall or a part thereof or covering layer.

Die Verkleidungen können eine den Zylinderkopfboden ganz oder teilweise bedeckende Platte oder Schicht bilden.The Disguises can a cylinder head floor completely or partially covering plate or Forming a layer.

Die Verkleidungen können die Teller der Ventile bedeckende Scheiben und/oder Schichten bilden.The Disguises can forming the plates of the valves covering slices and / or layers.

Die Verkleidungen können eine den Brennraum einer Rotationskolbenmaschine bedeckenden Einsatz oder bedeckende Schicht bilden.The Disguises can a use the combustion chamber of a rotary piston machine covering use or covering layer.

Die Verkleidung oder die Verkleidungen könne den Kolben einer Rotationskolbenmaschine zum Brennraum hin bedecken oder eine bedeckende Schicht bilden.The Cladding or the panels could be the piston of a rotary piston machine cover to the combustion chamber or form a covering layer.

Claims

Internal combustion engine with insulating elements in the combustion chamber adjoining region, characterized in that the insulating elements and / or entire engine components of the combustion chamber construction consist of a metallic heat-resistant and / or high-temperature resistant alloy.

Internal combustion engine, characterized according to claim 1, characterized that insulating elements as claddings of solid material and / or frothed Material are formed, wherein foamed elements a compact Outer skin may have.

Internal combustion engine according to claim 1 or claim 2 characterized in that whole engine components such as pistons, Motor housings, liners, cylinder heads made of heat-resistant and / or high-temperature-resistant alloy as solid material and / or made of foamed Structure made of heat-resistant and / or high-temperature alloy with cellular core exist, being foamed Components may have a compact outer skin.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material used is a high temperature alloy with a creep rupture strength Rm1000 at 600 ° C above 100 N / mm ² and / or a 0.2% proof stress at 600 ° C of more than 100 N. / mm ² .

Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material used belongs to the steel group and the grade class of heat-resistant steels, and / or that the hot tensile strength at 600 ° C has a value of more than 100 N / mm ² , according to "Steel group numbers for steel and cast steel" DIN EN 1002-2 may be assigned to these materials with steel group numbers 1.47XX (XX) and 1.48XX (XX), where the placeholders XX are numbers of the alloys.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the material used belongs to the main group steel and the grade class of high-temperature materials, and / or that the creep rupture strength of the alloy at 600 ° C and 1000 hours has a value of more than 100 N / mm ² , according to the "steel group numbers for steel and cast steel" DIN EN 1002-2, these materials can be assigned the steel group numbers 1.49XX (XX), where the placeholders XX stand for counting numbers of the alloys.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the alloy used according to DIN 17007 Part 4 is the non-ferrous heavy metals, here the grade numbers 2.4000 to 2.4999 with nickel or cobalt as non-ferrous base metal and / or that the creep rupture strength of the alloy Nickel or cobalt as the base metal at 600 ° C and 1000 hours has a value of more than 100 N / mm ² .

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the main component of the used Alloy is titanium.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the panels / insulating elements not fully in contact with the combustion chamber construction and that formed at least one space between the engine and cowling is.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that between the panels and the Components of the combustion chamber construction at least one further layer of material is introduced and that at least one of the further material layers as Sliding layer is formed.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the panels one or more parts is / are trained.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the panels or components additionally a have catalytically active layer.

Internal combustion engines after at least ei nem of the preceding claims, characterized in that the panels or components are additionally equipped with a radiation-emission-reducing layer and that the emissivity ε is less than 0.10.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the panels as a the piston bottom, especially over the entire surface, Covering plate are formed.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the panels in a piston form with the combustion chamber a pot insert lining the piston.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the panels a the cylinder wall or form part of a cylinder covering it.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the panels a the cylinder head floor form a completely or partially covering plate.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the panels combustion chamber side the Make plates of the valves covering slices and / or layers.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the panels a the combustion chamber form an insert covering a rotary-piston machine.

Internal combustion engine according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the fairing or the fairings Cover the piston of a rotary piston machine towards the combustion chamber.