DE202011105754U1

DE202011105754U1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE202011105754U1
Application number: DE201120105754
Authority: DE
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2011-11-22
Anticipated expiration: 2021-09-15

Abstract

Brennkraftmaschine, zumindest beinhaltend einen Brennraum, der mindestens einen Zylinder, bedarfsweise eine Zylinderlaufbuchse (3) und mindestens einen mit einem Pleuel (5) über einen zugehörigen Kolbenbolzen (4) zusammenwirkenden Kolben (1) aufnimmt, wobei kolbenseitig mindestens ein innerhalb einer zugehörigen Kolbennut (10) des Kolbens (1) eingebrachter Kolbenring (2) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch den kombinierten Einsatz gleicher oder unterschiedlicher DLC-Schichten im Bereich der Zylinderwand des Zylinders, respektive der inneren Umfangsfläche (3'), der Zylinderlaufbuchse 3, zumindest im Bereich der Lauffläche (2') des Kolbenrings (2) sowie im Bereich der Umfangsfläche (4') des Kolbenbolzens (4).

Description

Die Neuerung betrifft eine Brennkraftmaschine, beinhaltend zumindest einen Brennraum, der mindestens einen Zylinder, bedarfsweise eine Zylinderlaufbuchse und mindestens einen mit einem Pleuel über einen zugehörigen Kolbenbolzen zusammenwirkenden Kolben aufnimmt, wobei kolbenseitig mindestens ein innerhalb einer zugehöriger Kolbennut des Kolbens eingebrachter Kolbenring vorgesehen ist.
Die WO 2009/121719 A2 betrifft einen Kolbenring, der eine DLC-Beschichtung aufweist, wobei der Kolbenring von innen nach außen auf einem Grundwerkstoff eine Haftschicht, eine metallhaltige amorphe Kohlenstoffschicht und eine metallfreie amorphe Kohlenstoffschicht aufweist. Der Kolbenringgrundwerkstoff kann aus Stahl oder Eisen bestehen. Die eine Dicke von max. 2 μm aufweisende Haftschicht kann aus Chrom gebildet sein.
Der US 4,974,498 ist eine Brennkraftmaschine sowie deren Komponenten zu entnehmen. Vorgeschlagen wird unter anderem ein Kolben, der in seinem oberen, dem Gasdruck ausgesetzten Bereich mit einer synthetischen, aus Kohlenstoffmaterial bestehenden Schicht versehen ist. Bedarfsweise können mehrere Schichten aus Kohlenstoffmaterial übereinander vorgesehen werden.
Darüber hinaus wird als Bestandteil des Kolbens ein Kolbenring vorgeschlagen, der eine zylindrisch ausgebildete Lauffläche aufweist, die in Wirkverbindung mit einer gegenüberliegenden Wand eines Zylinders steht. Auch hier ist eine erste aus synthetischem Kohlenstoffmaterial bestehende Schicht integral mit der Lauffläche des Kolbenrings verbunden. Des Weiteren wird eine aus Feststoff gebildete Schicht vorgesehen, die aus Materialien folgender Elemente bestehen kann: Chrom, Vanadium, Titan, Wolfram.
Der WO 2006/125683 A1 ist ein beschichteter Kolbenring zu entnehmen, wobei die Beschichtung eine erste Lage aus mindestens einem Element der Gruppe IVb, Vb und VIb aufweist. Auf dieser ersten Lage ist eine zweite Lage aufgebracht, die aus einem DLC-Werkstoff (Diamond-Like-Carbon) gebildet ist.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine durch weitere Reduzierung der Reibleistung einerseits eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und andererseits eine Absenkung der CO2-Emissionen zu erzielen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den kombinierten Einsatz gleicher oder unterschiedlicher DLC-Schichten im Bereich der Zylinderwand des Zylinders, respektive der inneren Umfangsfläche der Zylinderlaufbuchse, zumindest im Bereich der Lauffläche des Kolbenrings sowie im Bereich der Umfangsfläche des Kolbenbolzens.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Neuerungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Zusätzlich können auch die Ringflanken des jeweiligen Kolbenrings mit mindestens einer DLC-Schicht versehen werden.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die den Ringflanken gegenüberliegenden Nutwände der zugehörigen Kolbennut mit mindestens einer DLC-Schicht zu versehen.
Die jeweilige DLC-Schicht kann nach dem CVD-(plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase) oder PVD-Verfahren (physikalische Abscheidung aus der Gasphase) auf die jeweilige Bauteiloberfläche aufgebracht werden.
Einem weiteren Gedanken der Neuerung gemäß, wird auf der jeweiligen Bauteiloberfläche eine metallhaltige amorphe Kohlenstoffschicht und eine metallfreie amorphe Kohlenstoffschicht aufgebracht. Hierbei werden Schichtwerkstoffe, wie sie beispielsweise in der WO 2009/121719 A2 beschrieben werden, als optimale Laufflächenbeschichtungen angesehen.
Von Vorteil kann sein, wenn zwischen der jeweiligen Bauteiloberfläche und der metallhaltigen Kohlenstoffschicht eine Haftschicht, insbesondere auf Basis von Chrom, vorgesehen wird.
Mit dem Neuerungsgegenstand kann – da eine Vielzahl von auf rotierend, respektive translatorische Bewegungen durchführenden Bauteilen aufgebrachte Beschichtungen – neben einem verringerten Kraftstoffverbrauch auch eine Reduzierung der CO2-Emissionen herbeigeführt werden.
Bezüglich der metallhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht wird noch auf die VDI-Richtlinie 2840 verwiesen, die sich unter anderem mit Kohlenstoffschichten, Schichttypen und deren Eigenschaften auseinandersetzt. Insbesondere behandelt diese Richtlinie Beschichtungen aus Kohlenstoff, die mit dem Verfahren der Vakuumbeschichtungstechnik (PVD oder CVD) abgeschieden wurden.
Der Neuerungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung Teile einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine, nämlich einen Kolben 1, Kolbenringe 2, selbige aufnehmende Kolbennuten 10, eine innerhalb eines nicht weiter dargestellten Brennraums eingesetzte Zylinderlaufbuchse 3, ein über einen Kolbenbolzen 4 mit dem Kolben 1 in Wirkverbindung stehendes Pleuel 5. Die Bauteile 1, 2, 3, 4, 5 sind aus unterschiedlichen Grundwerkstoffen hergestellt. Zur Reduzierung der Reibleistung der Brennkraftmaschine sollen die jeweiligen miteinander in Wirkverbindung stehenden Bauteiloberflächen 1', 2', 3', 4' mit bedarfsweise unterschiedlichen DLC-Schichten versehen werden. Hierbei soll von innen nach außen auf dem jeweiligen Grundwerkstoff des jeweiligen Bauteils 1, 2, 3, 4 von innen nach außen eine metallhaltige amorphe Kohlenstoffschicht und eine metallfreie amorphe Kohlenstoffschicht aufgebracht werden.
Vorteilhafterweise kann eine bei der Anmelderin eingesetzte Beschichtung mit der internen Bezeichnung GOE 247 nach dem PACVD-Verfahren (Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition) auf die jeweilige Bauteiloberfläche 1', 2', 3', 4' aufgebracht werden. Der Neuerungsgegenstand ist jedoch nicht auf diese werksinterne DLC-Schicht beschränkt. Der Aufbau der Schichten sowie die einzelnen Schichtdicken und die Oberflächenhärten können in Analogie zur WO 2009/121719 A2 vorgesehen werden.
Zusätzlich besteht noch die Möglichkeit, die jeweiligen Kolbenringflanken 6, 7 der Kolbenringe 2 mit entsprechenden DLC-Schichten zu versehen. Dies kann in gleicher Weise auch für die den Kolbenringflanken 6, 7 gegenüberliegenden Nutwänden 8, 9 der Kolbennuten 10 gelten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/121719 A2 [0002, 0012, 0018]
US 4974498 [0003]
WO 2006/125683 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

VDI-Richtlinie 2840 [0015]

Claims

Brennkraftmaschine, zumindest beinhaltend einen Brennraum, der mindestens einen Zylinder, bedarfsweise eine Zylinderlaufbuchse (3) und mindestens einen mit einem Pleuel (5) über einen zugehörigen Kolbenbolzen (4) zusammenwirkenden Kolben (1) aufnimmt, wobei kolbenseitig mindestens ein innerhalb einer zugehörigen Kolbennut (10) des Kolbens (1) eingebrachter Kolbenring (2) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch den kombinierten Einsatz gleicher oder unterschiedlicher DLC-Schichten im Bereich der Zylinderwand des Zylinders, respektive der inneren Umfangsfläche (3'), der Zylinderlaufbuchse 3, zumindest im Bereich der Lauffläche (2') des Kolbenrings (2) sowie im Bereich der Umfangsfläche (4') des Kolbenbolzens (4).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich auch die Ringflanken (6, 7) des jeweiligen Kolbenrings (2) mit mindestens einer DLC-Schicht versehen sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich auch die den Ringflanken (6, 7) gegenüberliegenden Nutwände (8, 9) der Kolbennut (10) mit mindestens einer DLC-Schicht versehen sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige DLC-Schicht nach dem CVD- oder PVD-Verfahren auf die jeweilige Bauteiloberfläche (1', 2', 3', 4') aufgebracht ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der jeweiligen Bauteiloberfläche (1', 2', 3', 4') eine metallhaltige amorphe Kohlenstoffschicht und eine metallfreie amorphe Kohlenstoffschicht aufgebracht ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der jeweiligen Bauteiloberfläche (1', 2', 3', 4') und der metallhaltigen Kohlenstoffschicht eine Haftschicht, insbesondere auf Basis von Chrom, vorgesehen ist.