DE4122090A1 - Graphitkolben fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Graphitkolben für eine Brennkraft­ maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Graphit weist als Werkstoff für Kolben von Verbrennungsmotoren im Vergleich zu den üblichen Kolbenwerkstoffen, insbesondere Aluminiumlegierungen oder Grauguß einige wesentliche Vorteile auf, wie z. B. geringere Werkstoffdichte, geringere Wärmedeh­ nung, bessere Geräuschdämpfung und hervorragende Notlaufeigen­ schaften.

Ab etwa 350-400°C beginnt Graphit jedoch bei Anwesenheit von Sauerstoff verstärkt zu oxydieren. Diese Temperaturen werden am Kolbenboden im Normalbetrieb einer Brennkraftmaschine erreicht und zum Teil wesentlich überschritten.

Um diese schädliche Oxydation des Kolbens aus Graphit zu ver­ hindern wird in der US-Patentschrift 14 67 255 vorgeschlagen, den gefährdeten Kolbenboden durch eine elektrolytisch aufge­ brachte Schicht aus Kupfer oder Nickel vor der Einwirkung des Sauerstoffes abzuschirmen.

Neben dem dadurch erforderlichen erhöhten Fertigungsaufwand und dem erhöhten Materialeinsatz wird der Kolbenboden durch die Be­ schichtung mit einem sehr gut wärmeleitenden Metall wesentlich mehr aufgeheizt, wodurch es wiederum verstärkt zu thermischen Problemen an diesem Kolben kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Graphitkolben für eine Brennkraftmaschine ohne wesentlichen Mehraufwand mit einer den Sauerstoff von dem Kolbenboden abschirmenden und wärmeisolie­ renden Schutzschicht zu versehen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus-und Weiterbildungen kennzeich­ nen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß ein Kol­ ben aus Graphit für eine Brennkraftmaschine auf einfachste Weise mit einer zuverlässig wirkenden und wärmeisolierenden Schutzschicht gegen die Einwirkung von Sauerstoff geschützt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrie­ ben.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der Darstellung ein erfindungs­ gemäßer Kolben bezeichnet, der aus bindemittelfreiem Kohlen­ stoff (Mesophase) hergestellt ist.

Der Kolben 1 besteht aus einem flachen kreisförmigen Kolbenbo­ den 2 der brennraumzeitig den kreiszylindrischen Kolbenschaft 3 abschließt.

Vor Inbetriebnahme einer Brennkraftmaschine mit neuen Kolben 1 aus Graphit ist zunächst noch keine Schutz für den Kolbenboden 2 vorhanden. Ab etwa 350-400°C beginnt Graphit jedoch bei An­ wesenheit von Sauerstoff verstärkt zu oxydieren. Diese Tempera­ turen werden am Kolbenboden 2 im Normalbetrieb einer Brenn­ kraftmaschine erreicht und zum Teil wesentlich überschritten. Es muß also eine Schutzschicht 4 bei Temperaturen gebildet werden, die unter den kritischen Temperaturbereichen ab 350°C liegen. Dieses wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Brenn­ kraftmaschine während eines festgelegten Zeitraumes zunächst mit geringer Last betrieben wird, wobei die Temperatur des Kol­ benbodens 2 entsprechend gering bleibt. Die sich unter diesen Lastbedingungen selbstständig bildende, bis zu 0,1 mm dicke Schutzschicht 4 aus Verbrennungsrückständen haftet ausreichend fest an dem Kolbenboden 2,

• - wenn dieser eine freie Porosität von etwa bis 20 Volumen­ prozent aufweist und
• - wenn die Größe der Poren etwa 0,1 bis 1,0 µm beträgt.

Die unter diesen Bedingungen gebildete Schutzschicht 4 schirmt den Kolbenboden 2 im weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine unter normalen Lastbedingungen zuverlässig gegen die Einwirkung von Sauerstoff ab, so daß die Oxydation des Kolbenmaterials verhindert ist. Weiterhin wirkt die Schutzschicht 4 zusätzlich als Wärmeisolation zwischen dem heißen Brennraum und dem die Wärme schlecht ableitenden Graphitkolben 1. Die Einwirkung hö­ herer Temperaturen während des Normalbetriebes nach Abschluß der Betriebsphase mit geringer Ast führt zu einer Verfestigung der Schutzschicht 4 bzw. zu einem Einbrennen der Schutzschicht 4 in den Kolbenboden 2.

Die Erfindung ist neben der beschriebenen Ausführungsform mit einem flachen Kolbenboden 2 gleichermaßen an Kolben mit belie­ big geformten Kolbenboden anwendbar.

Claims (1)

1. Graphitkolben für eine Brennkraftmaschine mit einer den Kolbenboden gegen die Einwirkung von Sauerstoff abschirmenden Schutzschicht, dadurch gekennzeichnet daß die Schutzschicht (4) auf dem Kolben (1), der aus einem Graphit mit einer freien Porosität von etwa 5 bis 20 Volumen­ prozent und mit einer Porengröße von etwa 0,1 bis 1,0 µm be­ steht, aus Verbrennungsrückständen gebildet ist und durch eine Einlaufphase mit geringen Verbrennungstemperaturen aufbringbar ist.