WO2003067052A1 - Motor - Google Patents

Motor Download PDF

Info

Publication number
WO2003067052A1
WO2003067052A1 PCT/EP2003/000434 EP0300434W WO03067052A1 WO 2003067052 A1 WO2003067052 A1 WO 2003067052A1 EP 0300434 W EP0300434 W EP 0300434W WO 03067052 A1 WO03067052 A1 WO 03067052A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
protective layer
motor according
binder
base material
engine
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/000434
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Eis Benzon
Lech Moczulski
Original Assignee
Man B & W Diesel A/S
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Man B & W Diesel A/S filed Critical Man B & W Diesel A/S
Priority to AU2003212219A priority Critical patent/AU2003212219A1/en
Publication of WO2003067052A1 publication Critical patent/WO2003067052A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/02—Surface coverings of combustion-gas-swept parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0804—Non-oxide ceramics
    • F05C2203/083—Nitrides
    • F05C2203/0839—Nitrides of boron
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0865—Oxide ceramics
    • F05C2203/0895—Zirconium oxide

Definitions

  • the invention relates to an engine, in particular a large engine such as a two-stroke large diesel engine, in which inner surfaces, in particular surfaces which are subjected to high thermal loads and are exposed to a corrosive environment, are at least partially provided with a thin protective layer, in particular for protection against hot corrosion.
  • the protective layer consists at least partially of boron nitride and / or zirconium oxide as the base material.
  • a protective layer consisting of these materials forms a non-porous, dense covering even at very high temperatures, which is advantageously resistant even in an extremely highly corrosive environment.
  • the protective layer according to the invention it is therefore possible to reliably prevent previously unavoidable hot corrosion at all vulnerable points even in the high temperatures occurring in large engines such as two-stroke large diesel engines and in a corrosive environment with intensity occurring in large engines, in particular two-stroke large diesel engines.
  • the resistance of the protective layer according to the invention at very high temperatures there is advantageously no restriction to the cooled piston crown.
  • the proposed materials do not diffuse into the underlying material in the form of cast iron or steel, even under the conditions present in large engines, so that no structural changes are to be feared.
  • the coefficient of thermal expansion of the materials proposed for the protective layer according to the invention roughly corresponds to the coefficient of thermal expansion of the materials of the type mentioned above used in large engines, so that in No internal stresses are to be expected in the area of the boundary layer between the protective layer according to the invention and the carrier material, which has an advantageous effect on the durability of the protective layer according to the invention.
  • the protective layer according to the invention has good adhesion properties not only against cast iron and steel surfaces but also against carbon.
  • the protective layer also adheres well to surfaces having a carbon coating, so that the protective layer according to the invention can be applied not only in the course of the production of new engines, but also subsequently in the course of maintenance work, which increases the service life of used engines can be significantly increased, but also the further advantage that the protective layer can cover itself with a carbon layer, which is a good erosion protection.
  • the boron nitride proposed for forming the protective layer according to the invention results in a glass-like structure of the protective layer, so that in addition to the resistance to hot corrosion, a very low coefficient of friction and thus very good sliding properties are advantageously achieved. In many cases, this advantageously results in a desired self-cleaning effect, which can be particularly advantageous in the case of piston ring grooves, etc.
  • the zirconium oxide further proposed for forming the protective layer according to the invention has a particularly high temperature resistance and is therefore expediently used wherever particularly high temperatures are to be expected. Advantageous refinements and appropriate further training of the higher-level measures are specified in the subclaims.
  • the protective layer can contain particles of ceramic and / or metallic material embedded in the base material as reinforcement material.
  • Aluminum oxide is particularly suitable as a ceramic reinforcement material.
  • Manganese disulfide is particularly suitable as a metallic reinforcement material. These materials advantageously have a temperature and acid resistance similar to that of the proposed base materials and the like
  • the proportion of the reinforcement material in the protective layer according to the invention can be selected according to the needs of the individual case. Good results were obtained in experiments with a proportion of 25% by volume. Up to such a proportion, both the properties of the base material and the properties of the reinforcement material appear to be effective.
  • An asphalt-based binder preferably in the form of tar and / or bitumen, can advantageously be provided to bind the protective layer on the carrier material.
  • Materials this Kinds are temperature - water and acid resistant, so that long service life is guaranteed.
  • Another advantage of such organic binders is that they can easily be applied in the form of a paint.
  • binder can be based on a light-curing synthetic resin. This enables short curing times to be achieved.
  • the protective layer according to the invention can expediently have a thickness of 50-100 ⁇ m. It is therefore possible to apply the protective layer according to the invention as a paint or spray layer.
  • the drawing described below shows in its single figure a section through the upper region of a cylinder of a large two-stroke diesel engine.
  • the main field of application of the invention is large engines, in particular two-stroke large diesel engines, in which comparatively high temperatures occur in the combustion chamber and, due to the combustion of heavy oils, etc., an extremely aggressive environment also arises.
  • Such motors generally have a plurality of cylinders arranged in series one behind the other, which are accommodated on an associated intermediate floor of the machine frame.
  • This Cylinders of which a cylinder 1 is indicated in the drawing, each have a cylinder jacket 2, which is provided with an attached cylinder head 3.
  • the piston 5 interacts in a manner known per se with a crankshaft (not shown in more detail here).
  • To seal the gap between cylinder jacket 2 and piston 5 its upper part is provided with circumferential piston ring grooves 6, in each of which a piston ring 7 is arranged.
  • the cylinder head 3 is provided with a central exhaust duct 8 which extends from the combustion chamber 4 and which can be controlled by an assigned exhaust valve 9.
  • This is designed as a poppet valve, the plate-side contact surface of which cooperates with an assigned seat surface of a valve housing or seat part 10 inserted into the cylinder head 3.
  • Fuel is injected into the upper area of the combustion chamber 4.
  • Heavy fuel with a comparatively high sulfur content is often used as fuel in large-scale two-stroke diesel engines.
  • the cylinder jacket 2, the cylinder head 3 and the piston 5 regularly consist of cast iron or cast steel.
  • the piston rings 7, the outlet valve 9 and the seat part 10 generally consist of a higher-strength steel alloy. Comparatively high combustion temperatures arise in the combustion chamber 4. Experience has shown that the surface temperature on the combustion chamber walls is around 500 ° C. At the same time, the high sulfur content of the fuel results in very aggressive combustion products and thus a very aggressive environment in the combustion chamber 4. This can cause so-called hot corrosion. This is an oxidation of the metal under the influence of the high temperature and the corrosive environment.
  • the surfaces of the cylinder head 3 and the piston 4 on the combustion chamber side as well as the lower area of the exhaust valve 9, the inner surfaces of the exhaust port 8 and the seat part 10 and the surface of the lower area of the injection valve 11 projecting into the combustion chamber 4 are primarily included of such a protective layer 12.
  • Zirconium oxide has a particularly high temperature resistance and is therefore particularly suitable for areas with an extremely high temperature load, for example the underside of the outlet valve 9.
  • Boron nitride results in a glass-like structure and therefore has a low coefficient of friction for temperature resistance, which is advantageous where a low one Frictional resistance and good sliding properties are desired, for example in the area of the surface of the cylinder head 3 and the seat part 10 on the exhaust port side.
  • Tests have shown that the sliding properties of boron nitride roughly correspond to those of Teflon. This material is therefore also suitable as a Teflon substitute in the high temperature range.
  • the lower contact surfaces of the piston ring grooves 6 and / or the piston rings 7 can also be provided with a protective layer 12 made of boron nitride.
  • the protective layer 12 contains a binder which absorbs the base material and which results in a good setting on the carrier material and permits simple processing of the agent forming the protective layer 12 in the manner of a color.
  • the proportion of the binder functioning as a matrix for the base material can be 20-90% by volume, depending on the application and the intended coating thickness. With a larger coating thickness, a comparatively high proportion of binder can be provided and vice versa.
  • the binder must be resistant to high temperatures, acid, oil and water and must be easy to process. Good results can be expected with tar, ie the agent obtained by dehydrating the gas obtained from coal gasification. This is an organic binder based on asphalt. Other such agents, such as bitumen, would also be conceivable. Means of the above-mentioned type can be applied in the manner of a paint in a comparatively thick layer of 0.3-0.5 mm, a pore-tight protective layer 12 having a thickness of 50-100 ⁇ m being obtained after drying.
  • the agent forming the protective layer 12 is applied to the surface to be protected like a paint.
  • dilution may be useful to improve processability.
  • Aromatics such as xylene (C ⁇ H 4 (CHs) 2) or toluene (C ⁇ H5 CH3) are particularly suitable when using binders produced on an asphai basis, such as bitumen-like binders.
  • binders produced on an asphai basis such as bitumen-like binders.
  • petroleum could also be used.
  • no thinner is required for tar. This also applies to the synthetic resins mentioned.
  • the agent forming the protective layer 12 can easily be applied using a brush or roller. A spray application is also conceivable. In any case, even complicated surface designs can be coated comparatively easily.
  • the surface to be provided with this is cleaned with the aid of a fat-dissolving agent.
  • the paint or spray application is applied to the surface cleaned in this way. This is followed by drying. In the case of heat-drying binders, this is expediently carried out at a slightly elevated temperature up to a maximum of 100 ° C., preferably less than 100 ° C. In the case of light-drying binders, drying can be carried out by radiation can be accelerated with UV light.
  • the protective layer 12 can be applied when the engine is newly manufactured and / or as part of repair and maintenance work. In the latter case, loose deposits must of course be removed beforehand.
  • the protective layer 12 usually coats with a layer of carbon deposits. These protect the protective layer 12 underneath against erosion and thus ensure a long service life of the protective layer 12. Where no carbon deposits are to be expected, the erosion resistance of the protective layer 12 can be increased by adding a reinforcement material to the base material consisting of boron nitride and / or zirconium oxide.
  • Finely distributed aluminum oxide and / or manganese disulfide can be used as reinforcement material in the base material.
  • Aluminum oxide is a ceramic material that is particularly hard.
  • Manganese disulfide is a metallic material that is tougher than aluminum oxide, so that the needs of the individual case can be taken into account in any case.
  • the proportion of the reinforcement material in the protective layer is up to 25% by volume of the base material, depending on the load.
  • a protective layer of this type can therefore advantageously also be used where polishing is required, for example in the area of a crosshead pin of the present two-stroke large diesel engine, not shown here.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Bei einem Motor, insbesondere einem Zweitakt-Grossdieselmotor, bei dem thermisch hochbelastete und einem korrosiven Milieu ausgesetzte Oberflächen zumindest teilweise mit einer dünnen Schutzschicht 12 zum Schutz gegen Heisskorrosion versehen sind, lässt sich dadurch eine besonders hohe Sicherheit erreichen, dass die Schutzschicht 12 zumindest teilweise aus Bornitrid und/oder Zirkoniumoxid als Grundmaterial besteht.

Description

Motor
Die Erfindung betrifft einen Motor, insbesondere einen Großmotor wie einen Zweitakt-Großdieselmotor, bei dem innere Oberflächen, insbesondere thermisch hochbelastete und einem korrosiven Milieu ausgesetzte Oberflächen zumindest teilweise mit einer dünnen Schutzschicht insbesondere zum Schutz gegen Heißkorrosion versehen sind.
In der DE 196 29 399 AI wird im Zusammenhang mit kleineren Motoren vorgeschlagen, die brennraumseitige Oberfläche des Kolbens mit einer aus einer Mischung von Phosphatharzen, Chromaten und Aluminiumpulver bestehenden Schutzschicht gegen Verzunderung und Erosion zu versehen. Die hiermit angestrebte Wärmekorrosionsfestigkeit ist jedoch auf vergleichsweise geringe Temperaturen beschränkt und reicht daher für viele Anwendungsfälle nicht aus. Insbesondere bei Großmotoren, vorzugsweise Zweitakt-Großdieselmotoren, treten an vielen Stellen wesentlich höhere Temperaturen auf, als an der brennraumseitigen Oberfläche der Kolben von kleineren Motoren. Das oben erwähnte Aluminiumpulver würde dabei schmelzen. Die Phosphatharze würden verbrennen.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auch bei vergleichsweise hohen Temperaturen wirksame Schutzschicht zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schutzschicht zumindest teilweise aus Bornitrid und/ oder Zirkoniumoxid als Grundmaterial besteht.
Eine aus diesen Materialien bestehende Schutzschicht bildet auch bei sehr hohen Temperaturen einen porenfreien, dichten Belag, der in vorteilhafter Weise auch in einem äußerst stark korrosiven Milieu beständig ist. Mit der erfindungsgernäßen Schutzschicht kann daher auch bei den bei Großmotoren, wie Zweitakt-Großdieselmotoren, auftretenden, hohen Temperaturen und bei einem korrosiven Milieu mit bei Großmotoren, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren auftretender Intensität eine bisher nicht vermeidbare Heißkorrosion an allen gefährdeten Stellen zuverlässig verhindert werden. Infolge der Beständigkeit der erfindungsgemäßen Schutzschicht bei sehr hohen Temperaturen besteht in vorteilhafter Weise keine Beschränkung auf die gekühlte Kolbenkrone. Die vorgeschlagenen Materialien diffundieren auch bei den bei Großmotoren vorliegenden Bedingungen nicht in das darunterliegende Material in Form von Gußeisen bzw. Stahl hinein, so dass keinerlei Gefügeänderungen zu befürchten sind. Außerdem entspricht der Wärmeausdehnungskoeffizient der für die erfindungsgemäße Schutzschicht vorgeschlagenen Materialien in etwa dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der bei Großmotoren Verwendung findenden Werkstoffe oben genannter Art, so dass im Bereich der Grenzschicht zwischen der erfindungsgemäßen Schutzschicht und dem Trägermaterial keine inneren Spannungen zu erwarten sind, was sich vorteilhaft auf die Haltbarkeit der erfindungsgemäßen Schutzschicht auswirkt. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass die erfindungsgemäße Schutzschicht gute Haftungseigenschaften nicht nur gegenüber Gußeisen- und Stahloberflächen sondern auch gegenüber Kohlenstoff aufweist. Hierdurch ergibt sich nicht nur der Vorteil, dass die Schutzschicht auch auf eine Kohlenstoffauflage aufweisenden Oberflächen gut haftet, so dass die erfindungsgemäße Schutzschicht nicht nur im Rahmen der Herstellung neuer Motoren angebracht werden kann, sondern auch nachträglich im Rahmen von Wartungsarbeiten, womit die Lebensdauer gebrauchter Motoren wesentlich gesteigert werden kann, sondern auch der weitere Vorteil, dass sich die Schutzschicht selbst mit einer Kohlenstoffschicht überziehen kann, was einen guten Erosionsschutz darstellt.
Das zur Bildung der erfindungsgemäßen Schutzschicht vorgeschlagene Bornitrid ergibt eine glasartige Struktkur der Schutzschicht, so dass in vorteilhafter Weise zusätzlich zur Beständigkeit gegen Heißkorrosion auch ein sehr niedriger Reibungskoeffizient und damit sehr gute Gleiteigenschaften erreicht werden. Dies ergibt in vorteilhafter Weise vielfach einen erwünschten Selbstreinigungseffekt, was insbesondere bei Kolbenringnuten etc. vorteilhaft sein kann. Das zur Bildung der erfindungsgemäßen Schutzschicht weiter vorgeschlagene Zirkoniumoxid besitzt eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit und kommt daher zweckmäßig überall dort zur Anwendung, wo besonders hohe Temperaturen zu erwarten sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann die Schutzschicht in das Grundmaterial eingebettete Partikel aus keramischem und/ oder metallischem Material als Bewehrungsmaterial enthalten. Dies ergibt in vorteilhafter Weise einen guten Erosionsschutz und kommt daher vorteilhaft vor allem dort zum Einsatz, wo ein natürlicher Erosionsschutz in Form eines Kohlenstoffbezugs nicht zu erwarten ist. Durch die genannten Maßnahmen kann in vorteilhafter Weise auch ein gewisser Poliereffekt erreicht werden, durch den die mit der erfindungsgemäßen Schutzschicht zusammenwirkende Gegenoberfläche während des Betriebs poliert werden kann.
Als keramisches Bewehrungsmaterial eignet sich besonders Aluminiumoxid. Als metallisches Bewehrungsmaterial eignet sich Mangandisulfid besonders gut. Diese Materialien besitzen in vorteilhafter Weise eine ähnliche Temperatur- und Säurefestigkeit wie die vorgeschlagenen Grundmaterialien sowie ähnliche
Ausdehnungskoeffizienten .
Der Anteil des Bewehrungsmaterials an der erfindungsgemäßen Schutzschicht kann entsprechend den Bedürfnissen des Einzelfalls gewählt werden. Bei einem Anteil von 25 Vol- % wurden bei Versuchen gute Ergebnisse erreicht. Bis zu einem derartigen Anteil kommen offenbar sowohl die Eigenschaften des Grundmaterials als auch die Eigenschaften des Bewehrungsmaterials gut zum Tragen.
Zum Abbinden der Schutzschicht auf dem Trägermaterial kann vorteilhaft ein auf Asphalt basierendes Bindemittel, vorzugsweise in der Form von Teer und/ oder Bitumen vorgesehen sein. Materialien dieser Art sind temperatur— wasser- und säurebeständig, so dass hohe Standzeiten gewährleistet sind. Ein weiterer Vorteil derartiger organischer Bindemittel ist, dass sie leicht in Form eines Anstrichs aufgebracht werden können.
Eine andere vorteilhafte Bindemittelvariante kann aus einem lichthärtenden Kunstharz basieren. Dies ermöglicht die Erzielung kurzer Aushärtzeiten.
Zweckmäßig kann die erfindungsgemäße Schutzschicht eine Dicke von 50 - 100 μ aufweisen. Es ist daher möglich, die erfindungsgemäße Schutzschicht als Anstrich oder Sprühschicht aufzubringen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
Die nachstehend beschriebene Zeichnung zeigt in ihrer einzigen Figur einen Schnitt durch den oberen Bereich eines Zylinders eines Zweitakt- Großdieselmotors.
Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Großmotoren, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren, bei denen im Brennraum vergleichsweise hohe Temperaturen und infolge der Verbrennung von Schwerölen etc. auch ein äußerst aggressives Milieu entstehen.
Derartige Motoren besitzen in der Regel mehrere, reihenartig hintereinander angeordnete Zylinder, die auf einem zugeordneten Zwischenboden des Maschinengestells aufgenommen sind. Diese Zylinder, von denen in der Zeichnung ein Zylinder 1 angedeutet ist, besitzen jeweils einen Zylindermantel 2, der mit einem aufgesetzten Zylinderkopf 3 versehen ist. Innerhalb des Zylinders 1 befindet sich ein Brennraum 4, der durch einen im Zylinder 1 angeordneten Kolben 5 vergrößerbar bzw. verkleinerbar ist. Der Kolben 5 wirkt in an sich bekannter Weise mit einer hier nicht näher dargestellten Kurbelwelle zusammen. Zur Abdichtung des Spalts zwischen Zylindermantel 2 und Kolben 5 ist dessen Oberteil mit umlaufenden Kolbenringnuten 6 versehen, in denen jeweils ein Kolbenring 7 angeordnet ist.
Der Zylinderkopf 3 ist mit einem zentralen, vom Brennraum 4 abgehenden Auslasskanal 8 versehen, der durch ein zugeordnetes Auslassventil 9 kontrollierbar ist. Dieses ist als Tellerventil ausgebildet, dessen tellerseitige Anlagefläche mit einer zugeordneten Sitzfläche eines in den Zylinderkopf 3 eingesetzten Ventilgehäuses oder Sitzteils 10 zusammenwirkt.
In den oberen Bereich des Brennraums 4 wird Brennstoff eingespritzt. Hierzu ist wenigstens ein an eine geeignete Brennstoffversorgungseinrichtung anschließbares, im Zylinderkopf 3 angeordnetes Einspritzventil 11 vorgesehen. Als Brennstoff findet bei Zweitakt- Großdieselmotoren hier vorliegender Art vielfach Schweröl Verwendung, das einen vergleichsweise hohen Schwefelgehalt aufweist.
Der Zylindermantel 2, der Zylinderkopf 3 und der Kolben 5 bestehen regelmäßig aus Gusseisen bzw. Stahlguss. Die Kolbenringe 7, das Auslassventil 9 und das Sitzteil 10 bestehen in der Regel aus einer hochfesteren Stahllegierung. Im Brennraum 4 entstehen vergleichsweise hohe Verbrennungstemperaturen. Die Oberflächentemperatur an den Brennraumwänden liegt erfahrungsgemäß bei ca. 500°C. Gleichzeitig ergeben sich aufgrund des hohen Schwefelgehalts des Brennstoffs sehr aggressive Verbrennungsprodukte und damit ein sehr aggressives Milieu im Brennraum 4. Hierdurch kann eine sogenannte Heisskorrosion ausgelöst werden. Dabei handelt es sich um eine Oxidation des Metalls unter dem Einfluss der hohen Temperatur und des korrosiven Milieus.
Um dies zu verhindern werden in dieser Hinsicht gefährdete Oberflächen mit einer dünnen, Bornitrid und/ oder Zirkoniumoxid als Grundmaterial enthaltenden Schutzschicht 12 versehen. Im dargestellten Beispiel sind in erster Linie die brennraumseitien Oberflächen des Zylinderkopfes 3 und des Kolbens 4 sowie der untere Bereich des Auslassventils 9, die Innenoberflächen des Auslasskanals 8 und des Sitzteils 10 und die Oberfläche des unteren, in den Brennraum 4 hineinragenden Bereichs des Einspritzventils 11 mit einer derartigen Schutzschicht 12 versehen.
Zirkoniumoxid besitzt eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit und eignet sich daher besonders gut für Bereiche mit einer extrem hohen Temperaturbelastung, beispielsweise die Unterseite des Auslassventils 9. Bornitrid ergibt eine glasartige Struktur und hat daher gleichzeitig zur Temperaturbeständigkeit einen geringen Reibungskoeffizienten, was dort vorteilhaft ist, wo ein geringer Reibungswiderstand und gute Gleiteigenschaften erwünscht sind, beispielsweise im Bereich der auslasskanalseitigen Oberfläche des Zylinderkopfes 3 und des Sitzteils 10. Versuche haben ergeben, dass die Gleiteigenschaften von Bornitrid in etwa denen von Teflon entsprechen. Dieses Material eignet sich daher im Hochtemperaturbereich auch als Teflonersatz. So können beispielsweise die unteren Auflageflächen der Kolbenringnuten 6 und/ oder der Kolbenringe 7 ebenfalls mit einer Schutzschicht 12 aus Bornitrid versehen sein. Versuche haben gezeigt, dass hiermit ein guter Selbstreinigungseffekt erreichbar und dementsprechend eine Verkokung verhinderbar sind.
Die Schutzschicht 12 enthält neben dem oben genannten Grundmaterial inform von Bornitrid und/ oder Zirkoniumoxid ein das Grundmaterial aufnehmendes Bindemittel das eine gute Abbindung auf dem Trägermaterial ergibt und eine einfache Verarbeitung des die Schutzschicht 12 bildenden Mittels nach Art einer Farbe gestattet. Der Anteil des als Matrix für das Grundmaterial fungierenden Bindemittels kann je nach Anwendungsfall und vorgesehener Beschichtungsdicke 20-90 Vol-% betragen. Bei größerer Beschichtungsdicke kann ein vergleichsweise hoher Bindemittelanteil vorgesehen sein und umgekehrt.
Das Bindemittel muss hochtemperaturbeständig sein sowie resistent gegen Säure, Öl und Wasser sein und eine einfache Verarbeitbarkeit ermöglichen. Mit Teer, d.h. dem durch Dehydrierung des bei der Kohlevergasung anfallenden Gases gewonnenen Mittel lassen sich gute Ergebnisse erwarten. Hierbei handelt es sich um ein organisches Bindemittel auf Asphaltbasis. Auch andere derartige Mittel, wie Bitumen, wären denkbar. Mittel vorstehend genannter Art können nach Art einer Farbe in einer vergleichsweise dicken Schicht von 0,3 - 0,5 mm aufgetragen werden, wobei sich nach der Trocknung eine porendichte Schutzschicht 12 mit einer Dicke von 50 - lOOμ ergibt. Auch Versuche mit einem Bindemittel auf der Basis vonPolyvinylbut ral und/oder Phenolharz und/oder Silikonharz waren erfolgreich, auch die Verwendung von Polyurethan und/ oder Polyphenylsulfid (PPS) und/oder Polyimid und/oder Perfluoralloxy (PFA) wären denkbar. Hierbei handelt es sich um Kunstharze, die lichthärtbar sind, so dass durch eine Bestrahlung mit UV-Licht die Trocknungs- und Aushärtezeit abkürzbar ist.
Das die Schutzschicht 12 bildende Mittel wird, wie schon erwähnt, wie eine Farbe auf die zu schützende Oberfläche aufgetragen. Dabei kann in manchen Fällen zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit eine Verdünnung zweckmäßig sein. Bei der Verwendung von auf Asphaibasis hergestellten Bindemitteln, wie bitumenartigen Bindemitteln, eignen sich Aromate wie Xylen (Cβ H4 (CHs)2) oder Toluen (Cβ H5 CH3) besonders gut. In einfachen Fällen könnte aber auch Petroleum Verwendung finden. Bei Teer wird in der Regel kein Verdünner benötigt. Das gilt auch für die erwähnten Kunstharze.
Das die Schutzschicht 12 bildende Mittel kann einfach mit Hilfe eines Pinsels oder einer Rolle aufgetragen werden. Auch ein Sprühauftrag ist denkbar. In jedem Fall können auch komplizierte Oberflächengestaltungen vergleichsweise einfach beschichtet werden. Vor dem Auftragen des die Schutzschicht bildenden Mittels wird die hiermit zu versehende Oberfläche mit Hilfe eines fettlösenden Mittels gereinigt. Auf die so gereinigte Oberfläche werden der Anstrich oder Sprühauftrag aufgetragen. Danach erfolgt eine Trocknung. Diese erfolgt bei wärmetrocknenden Bindemitteln zweckmäßig bei leicht erhöhter Temperatur bis maximal 100 °C, vorzugsweise weniger als 100 °C. Bei lichttrocknenden Bindemitteln kann die Trocknung durch Bestrahlung mit UV-licht beschleunigt werden. Die Schutzschicht 12 kann bei der Neuherstellung des Motors und/ oder im Rahmen von Reparatur- und Wartungsarbeiten angebracht werden. Im letzteren Falle sind selbstverständlilch lockere Ablagerungen vorher zu entfernen.
Während des Betriebs überzieht sich die Schutzschicht 12 in der Regel mit einer Schicht aus Kohlenstoffablagerungen. Diese schützen die darunter sich befindende Schutzschicht 12 gegen Erosion und gewährleisten damit eine lange Standzeit der Schutzschicht 12. Wo keine Kohlenstoffablagerungen zu erwarten sind, kann die Erosionsbeständigkeit der Schutzschicht 12 durch Zugabe eines Bewehrungsmaterials zum aus Bornitrid und/ oder Zirkoniumoxid bestehenden Grundmaterial erhöht werden.
Als Bewehrungsmaterial können im Grundmaterial fein verteiltes Aluminiumoxid und/oder Mangandisulfid Verwendung finden. Bei Aluminiumoxid handelt es sich um ein keramisches Material, das besonders hart ist. Bei Mangandisulfid handelt es sich um ein metallisches Material, das gegenüber Aluminiumoxid zäher ist, so dass in jedem Fall den Bedürfnissen des Einzelfalls Rechnung getragen werden kann. Der Anteil des Bewehrungsmaterials an der Schutzschicht beträgt je nach Belastung bis zu 25 Vol-% des Grundmaterials .
Mit Hilfe des Bewehrungsmaterials, insbesondere in Form von Aluminiumoxid, lässt sich in vorteilhafter Weise auch eine Polierung einer hiermit zusammenwirkenden Gegenfläche erreichen. Eine Schutzschicht hier vorliegender Art kann daher vorteilhaft auch dort zur Anwendung kommen, wo eine Polierung benötigt wird, beispielsweise im Bereich eines hier nicht näher dargestellten Kreuzkopfzapfens des vorliegenden Zweitakt-Großdieselmotors.

Claims

Patentansprüche
Motor, insbesondere Großmotor wie Zweitakt-Großdieselmotor, bei dem innere Oberflächen, insbesondere thermisch hochbelastete und einem korrosiven Milieu ausgesetzte Oberflächen zumindest teilweise mit einer dünnen Schutzschicht (12) insbesondere zum Schutz gegen Heißkorrosion versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) zumindest teilweise aus Bornitrid und/ oder Zirkoniumoxid als Grundmaterial besteht.
Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzschicht (12) in das Grundmaterial eingebettete Partikel aus keramischem und/ oder metallischem Material als Bewehrungsmaterial enthält.
Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzschicht (12) in das Grundmaterial eingebettete Partikel aus Aluminiumoxid und/ oder Mangandisulfid enthält.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) bis zu 25 Vol-% aus in das Grundmaterial eingebetteten Partikeln des Bewehrungsmaterials besteht.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) ein Bindemittel zum Abbinden auf dem Trägerwerkstoff enthält.
6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzschicht (12) ein organisches Bindemittel enthält.
7. Motor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) ein auf Asphalt basierendes Bindemittel enthält.
8. Motor nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) Teer und/ oder Bitumen als Bindemittel enthält.
9. Motor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) ein auf einem vorzugsweise lichthärtenden Kunstharz basierendes Bindemittel enthält.
10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzschicht (12) Polyvinylbutyral und /oder Phenolharz und/ oder Silikonharz als Bindemittel enthält.
11. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) als getrockneter Anstrich ausgebildet ist.
12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der die
Schutzschicht (12) bildende Anstrich im Nasszustand flüchtiges Lösungsmittel enthält.
13. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) im getrockneten Zustand eine Dicke von 50- lOOμ aufweist.
14. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (12) zumindest im Bereich des Zylinderkopfes (3) und/oder der Oberseite des Kolbens (5) und/oder des Auslassventils (9) und/oder des Sitzteils (10) und/ oder des Auslasskanals (8) und/ oder der Einspritzventilanordnung (11) und/ oder der Unterseiten der Kolbenringe (7) und/ oder der den Kolbenringen (7) zugeordneten Stützflächen der Kolbenringnuten (6) vorgesehen ist.
PCT/EP2003/000434 2002-02-06 2003-01-17 Motor WO2003067052A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2003212219A AU2003212219A1 (en) 2002-02-06 2003-01-17 Engine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002104812 DE10204812A1 (de) 2002-02-06 2002-02-06 Motor
DE10204812.6 2002-02-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003067052A1 true WO2003067052A1 (de) 2003-08-14

Family

ID=27588404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2003/000434 WO2003067052A1 (de) 2002-02-06 2003-01-17 Motor

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2003212219A1 (de)
DE (1) DE10204812A1 (de)
WO (1) WO2003067052A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1898065A1 (de) * 2006-08-18 2008-03-12 Wärtsilä Schweiz AG Kolben für einen Zweitakt-Grossdieselmotor, sowie Zweitakt-Grossdieselmotor
EP2182094A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-05 Wärtsilä Schweiz AG Zylinder für einen Grossdieselmotor

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1752561A1 (de) * 2005-08-10 2007-02-14 Wärtsilä Schweiz AG Werkstück mit einem Schutz gegen Hochtemperaturkorrosiion, sowie Hubkolbenbrennkraftmaschine, Turbine oder Verbrennungsanlage mit einem solchen Werkstück
JP2009072764A (ja) 2007-09-21 2009-04-09 Waertsilae Schweiz Ag 排気ガス粒子用フィルター、および排気ガス粒子用フィルターの製造方法
DE102012216929B4 (de) 2012-09-20 2022-05-25 Mahle International Gmbh Motorkomponente einer Brennkraftmaschine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE718866C (de) * 1939-04-09 1942-03-24 Goetzewerke Mit einer graphithaltigen Gleitschicht ueberzogener Maschinenteil in Brennkraftmaschinen
US2780602A (en) * 1951-11-30 1957-02-05 Transonic Corp Compositions for improving combustion in an internal combustion engine
DE3210289A1 (de) * 1982-03-20 1983-09-29 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Anwendung eines herstellungsverfahrens fuer einen mit einem oberflaechenueberzug zu versehenden formkoerper auf kohlefaserverstaerkte kohlenstoffkoerper
US4890663A (en) * 1987-05-21 1990-01-02 Interatom Gmbh Method for producing a ceramic-coated metallic component
US5477820A (en) * 1994-09-29 1995-12-26 Ford Motor Company Thermal management system for heat engine components
DE19629399A1 (de) 1996-07-20 1998-01-22 Mahle Gmbh Kolben für Verbrennungsmotoren mit einem Kolbenboden oder Kolbenoberteil
US6030563A (en) * 1997-02-21 2000-02-29 Northrop Grumman Corporation Method for forming a fiber reinforced ceramic matrix composite

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4483720A (en) * 1981-11-27 1984-11-20 S R I International Process for applying thermal barrier coatings to metals
US4495907A (en) * 1983-01-18 1985-01-29 Cummins Engine Company, Inc. Combustion chamber components for internal combustion engines
DE3444407A1 (de) * 1984-12-05 1986-06-05 Didier-Werke Ag, 6200 Wiesbaden Keramisches formteil mit gradientenfoermiger porositaet und dessen verwendung zur herstellung von verbundwerkstoff-formteilen
DE3539029A1 (de) * 1985-11-02 1987-05-07 Bbc Brown Boveri & Cie Hochtemperatur-schutzschicht und verfahren zu ihrer herstellung
DE19710408B4 (de) * 1997-03-13 2010-08-05 Man B & W Diesel A/S Hubkolben-Brennkraftmaschine
GB2353562A (en) * 1999-08-23 2001-02-28 Andrew Mark Stringer I.c. engine with a rigid piston/connecting rod unit and two combustion chambers, also with thermal insulation and water spray into combustion chambers

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE718866C (de) * 1939-04-09 1942-03-24 Goetzewerke Mit einer graphithaltigen Gleitschicht ueberzogener Maschinenteil in Brennkraftmaschinen
US2780602A (en) * 1951-11-30 1957-02-05 Transonic Corp Compositions for improving combustion in an internal combustion engine
DE3210289A1 (de) * 1982-03-20 1983-09-29 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Anwendung eines herstellungsverfahrens fuer einen mit einem oberflaechenueberzug zu versehenden formkoerper auf kohlefaserverstaerkte kohlenstoffkoerper
US4890663A (en) * 1987-05-21 1990-01-02 Interatom Gmbh Method for producing a ceramic-coated metallic component
US5477820A (en) * 1994-09-29 1995-12-26 Ford Motor Company Thermal management system for heat engine components
DE19629399A1 (de) 1996-07-20 1998-01-22 Mahle Gmbh Kolben für Verbrennungsmotoren mit einem Kolbenboden oder Kolbenoberteil
US6030563A (en) * 1997-02-21 2000-02-29 Northrop Grumman Corporation Method for forming a fiber reinforced ceramic matrix composite

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1898065A1 (de) * 2006-08-18 2008-03-12 Wärtsilä Schweiz AG Kolben für einen Zweitakt-Grossdieselmotor, sowie Zweitakt-Grossdieselmotor
EP2182094A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-05 Wärtsilä Schweiz AG Zylinder für einen Grossdieselmotor

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003212219A1 (en) 2003-09-02
DE10204812A1 (de) 2003-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0136741B1 (de) Kolben für Brennkraftmaschinen
DE102007027245B4 (de) Kolbenring
EP2011901B1 (de) Bauteil mit einer keramischen Schicht, in die Partikel eingelagert sind, und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1848890A1 (de) Einspritzventil zum einspritzen von kraftstoff und zylinderkopf
DE202014010319U1 (de) Emaillepulver und Metallbauteil mit einem mit einer Emaillebeschichtung versehenen Flächenabschnitt
DE112014002451T5 (de) Kolbenring
DE102006003480B3 (de) Kolbenring
EP2347149B1 (de) Verfahren zur beschichtung eines gleitelements und gleitelement, insbesondere kolbenring oder zylinderlaufbuchse eines verbrennungsmotors
DE102005006671A1 (de) Schutzschicht gegen Heißgaskorrision im Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine
WO2003067052A1 (de) Motor
EP0258330B1 (de) Kolbenmotor
DE2258280A1 (de) Bauteil aus metall, mit gleitfaehiger oberflaeche
EP3786437B1 (de) Kolben und zylinder einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine
EP1898065A1 (de) Kolben für einen Zweitakt-Grossdieselmotor, sowie Zweitakt-Grossdieselmotor
EP0697513A1 (de) Gebauter Kolben für Verbrennungsmotoren
DE102006010875A1 (de) Beschichtung eines thermisch und erosiv belasteten Funktionsbauteils
DE102012113225A1 (de) Brennraumbeschichtung für Motoren
DE2856232A1 (de) Thermisch und korrosiv hoch beanspruchtes tellerventil
EP3601629B1 (de) Kolbenring mit kugelgestrahlter einlaufschicht und verfahren zur herstellung
DE102007007977A1 (de) Luftspaltisolation an einer Zylinderbüchse
EP3433396B1 (de) Ventil für verbrennungsmotoren mit beschichtung
DE3635837A1 (de) Gleitlager mit dehnungsausgleichselementen
DE19629399B4 (de) Kolben für Verbrennungsmotoren mit einem Kolbenboden oder Kolbenoberteil
EP1468761A1 (de) Giesswalze zum Giessen von Bändern aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen
DE10256063A1 (de) Verfahren zum Beschichten von Kolbenringen für Verbrennungsmotoren

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP