DE9010077U1

DE9010077U1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE9010077U1
Application number: DE9010077U
Authority: DE
Original assignee: Alcan Deutschland GmbH
Current assignee: Novelis Deutschland GmbH
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1990-07-03
Publication date: 1990-10-04
Anticipated expiration: 2000-07-04

Description

Alcan Deutschland GmbH
Hannoversche Straße 1
D-3400 Göttingen

Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine mit zwischen den Kolbenköpfen und äem Zylinderkopf gebildeten Brennräumen.

Die Optimierung von Verbrennungskraf tina sch inen hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Leistung ist aufgrund der im folgenden geschilderten Umstände begrenzt.

Unter dem Einfluß von Temperatur- und Drucksteigerung während des Kompressionshubes entstehen bei Otto-Motoren örtlich ungesteuerte Zündungen im noch nicht vollständig ausgebrannten Kraftstoff mit sehr hoher Verbrennungsger-chwindigkeit und steilen Druckanstieg. Durch die bei dieser klopfenden Verbrennung auftretenden örtlichen Druck- und Temperaturspitzen kommt es an der Oberfläche der Brennraumwände zu erosivem Materialabtrag.

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Bei Dieselmotoren treten an den thermisch am höchsten beanspruchten Stellen der Brennraumwände Temperaturwechselrisse auf, insbesondere Stegrisse am 7^1inderkopf und Muldenrandrisse am Kolben. Außerdem ui.terliegen die des ;:t &kgr;-janspruchten Brennr&amoberflachen der Anlagerung von Verbrennungsrückständen, wodurch wiederum örtliche Überhitzungen durch übermäßige Absorption von Wärmestrahlung und schädliche Drucksteigerungen durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses verursacht werden mit der möglichen Folge von Glühzündungen, die zum Totalschaden eines Motors führen können.

Es ist bekannt, bei Otto-Motoren die Klopfende Verbrennung durch Veränderung der Zündwinkel in Richtung auf spätere Zündung zu vermeiden. Dadurch wird aber zugleich der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine verschlechtert.

Moderne Motoren werden daher dicht an der Klopfgrenze gefahren. Dabei ist es bekannt, der Erosionsgefahr durch iiine auf den Kolbenkopf aufgebrachte Schutzschicht aus Metall, wie z.B. Eisen, Nickel oder Kupfer (EP-O 084 385) oder Kobalt, Silber, Chrom, Platin oder Palladium (CH-A-227 662) entgegenzuwirken. Derartige Beschichtunyen sind jedoch bisher nur an der kolbenseitigen Brennraumoberfläche bekannt, wobei sie ausschließlich unter dem Gesichtspunkt des thermischen und mechanischen Schutzes der besonders gefährdeten Kolbenoberfläche angewendet werden.

Ferner ist es bereits bekannt, in dem Zylinderkopf an den hochbeanspruchten Stellen metallische Stegeinlagen einzusetzen, um Temperaturv/echseliisse zu vermeiden. Außerdem ist es bekannt, die Bildung von Rückständen auf den Brennraumoberflächen durch Öl- und Kraftstoffadditive zu vermindern.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, durch entsprechende Gestaltung der Brennraumoberf lä'he die Verbrennung des Kraftstoffes in ihrem Verlauf dahingehend zu beeinflussen, daß klopfende Verbrennung vermieden und eine möglichst vollständige ruhige Verbrennung mit bestmöglicher Energieausnutzung durch frühen Zündwinkel erleichtert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zylinderkopfseitigen Brennraumoberflächen zumindest teilweise mit einer hochtemperaturbeständigen und wärrnereflektierenden Beschichtung aus Metall oder einer Metallegierung mit katalytischer Wirkung für den Verbrennungsablauf versehen sind.

Pabei kann auch die kolbenkopfseitige Brennraumoberfläche ganz oder teilweise mit einer hochtemperaturbeständigen und wärmereflektierenden Beschichtung aus Metall oder einer Metallegierung mit katalytischer Wirkung für den Verbrennungsablauf versehen sein.

Für diese Beschichtung eignen sich alle Metalle oder Metallegierungen, die in der aufgebrachten Schicht in möglichst vollkommener Weise ein hohes Wärme-Reflexionsvermögen sowie eine geringe Oberflächenrauhigkeit besitzen, eine katalytische Förderung des Verbrennungsablaufes sowie eine gute Haftung auf dc^i Werkstoff des Zylinderkopfes gewährleisten, der aus Leichtmetall oder aus einer Eisenlegierung bestehen kann. Diese Forderungen werden in besonders guter Weise -on einer Nickelbeschichtung oder einer Beschichtung aus einer Nickelphosphorlegierung oder anderen Nickellegierungen erfüllt. Es wurde nämlich gefunden, daß insbesondere Nickel in der erfindungsgemäßen Beschichtung der zylinderkopfseitigen Brennraumoberfläche nicht nur einen thermischen und mechanischen Schutz dieser

Brennraumoberfläche gewährleistet, sondern außerdem auch
den Verbrennungsablauf in überraschender Weise ciünstig
dahingehend beeinflußt, daß die Klopfneigung reduziert und
die Brennstoff ausnutzung verbessert werden. Dies erklärt
sich durch das hohe Wärme-Reflexionsvermögen dieser
Beischichtung, welche dip Oberflächenauf heizung des
Zylinderkopfes und ggfs. des Kolbenkopfes durch
Strahlungswärme insq^samt reduziert, und durch die glatte

Oberflächenausbildung sowie eine katalytische Wirkung der
°rfindungsgemäßen Beschichtung, wodurch auch die Bildung | von Rückständen an der Brennraumoberfläche und damit die | Gefahr örtlicher Überhitzungen im Bereich dieser fi

Brennraumoberfläche vermieden wird. Durch die Verbesserung
des Verbtennungsablaufes wird auch eine Verringerung der
Oberflächenaufheizung sowohl an der ZylinderkopfSeite als
auch an der Kolbenkopfseite des Brennraumes erreicht.

Neben Nickel oder Nickellegierungen kommen aber auch

Kupfer, Kobalt, Silber, Platin, Palladium, Chrom od. dgl.

als Metalle für die erfindungsgemäße Beschichtung in

Betracht. |

Zum Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschichtung auf die f

Oberfläche des Zylinderkopfes im Bereich der 1

Brennraumoberflächen können alle bekannten <

Beschichtungsverfahren angewendet werden, insbesondere die |

galvanische oder chemische Abscheidung sowie die |

Gasphasenabscheidung. I

Es kann unter Umständen vorteilhaft sein, die !

Eigenschaften mehrerer Metalle für die Lösung der j

erfindungsgemäßen Aufgabe nutzbar zu machen, und zwar
durch Anordnung mehrerer Metallagen aus unterschiedlichen
Metallen oder Metallegierungen übereinander innerhalb der
Beschichtung. Hierdurch wird es möglich, einerseits eine

besonders gute Hafteigenschaft der Beschichtung an dem Grundwerkstoff des Zylinderkopfes, andererseits eine besonders hohe Glanzwirkung und Korrosionsbeständigkeit oder eine besonders gute katalytische Wirkung der Beschichtung zu erzielen, wobei für letztere nur sehr dünne Metallagen benötigt werden, so daß auch teure Metalle, wie Platin, wirtschaftlich eingesetzt werden können.

In rier Zeichnung ist ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher beschrieben wird:

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine in Richtung des Motorquerschnittes,

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch diesen Zylinder in Richtung der Motorlängsachse.

In dei Zeichnung ist mit 1 die Zylinderwandung, mit 2 der Kolben und mit 3 der Zylinderkopf mit Zündvorrichtung 4 und den beiden Ventilen 5 dargestellt. Zwischen Kolbenkopf und Zylinderkopf ist ein Brennraum 6 ausgebildet, der sowohl durch Einziehung der Kolbenkopfoberfläche als auch durch eine Ausnehmung im Zylinderkopf 3 gebildet ist. Die zylinderkopfseitige Brennraumoberfläche 7 ist mit einer hochtemperaturbeständigen und wärmereflektierenden Beschichtung 8 aus Metall oder einer Metallegierung mit katalytischer Wirkung für den Verbrer.nungsablauf versehen. Auch die kolbenkopfseitige Brennraumoberfläche 9 ist mit einer derartigen Beschichtung 10 ausgestattet.

Claims

Schutzansprüche:

1. Verbrennungskraftmaschine mit zwischen den Kolbenköpfen und dem Zylinderkopf gebildeten Brennräumen, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderkopfseitigen Brennraumoberflächen (7) zumindest teilweise mit einer hochtemperaturbeständigen und wärmereflektierenden Beschichtung (8) a.-is Metall oder einer Metallegierung mit katalytischer Wirkung für den Verbrennungsablauf versehen sind.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die kolbenkopfseitigen Brennraumoberflächen (9) ganz oder teilweise mit einer hochtemperaturbeständigen und wärmereflektierenden Beschichtung (10) aus Metall oder einer Metallegierung versehen sind.

3. Verbrennungskraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (8, 10) aus einem Metall der Eisengruppe, insbesondere Nickel oder Kobalt, der Edelmetallgruppe, insbesondere Silber, der Platinmetallgruppe, insbesondere Platin oder Palladium, oder der Chromgruppe, insbesondere Chrom, aber auch aus Kupfer oder aus Legierungen der genannten Metalle besteht.

4. Verbrennungskraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (8, 10) aus mehreren Lagen unterschiedlicher Metalle oder Metallegierungen besteht.

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5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Beschichtung und dem Grundkörper des Zylinderkopfes (2) und/oder des Kolbenkopfes (5) eine Haftschicht angeordnet ist.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 odü 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (8, 10) eine Rauhigkeit von R < 5 .u hat.

's. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 _v-ir 2, dsdurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (8, 10) durch galvanische c.'3r chemische Abscheidung oder du rc?- Gasphasenabscheidung vorgenommen ist.