WO2004106711A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2004106711A1
WO2004106711A1 PCT/EP2004/004540 EP2004004540W WO2004106711A1 WO 2004106711 A1 WO2004106711 A1 WO 2004106711A1 EP 2004004540 W EP2004004540 W EP 2004004540W WO 2004106711 A1 WO2004106711 A1 WO 2004106711A1
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ceramic coating
internal combustion
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Werner Huhn
Jürgen Schwarz
Jan Stotz
Wolf Zimmermann
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Mercedes Benz Group AG
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DaimlerChrysler AG
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
    • C23C4/16—Wires; Tubes
    • 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
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a charge air compressor and at least one chargeable combustion chamber, the combustion chamber being at least partially limited by tribologically stressed sliding surfaces.
  • DE 100 36 264 A1 discloses a method for producing a surface layer with intermetallic phases on carrier elements.
  • Components that are used in the drive train and chassis of a motor vehicle and are exposed to high tribological loads are particularly suitable as carrier elements. These include u. a. Cylinder crankcase, cylinder heads, pistons, gearbox and synchronizer rings.
  • the object of the invention is to design and arrange an internal combustion engine in such a way that optimal charging is ensured.
  • the object is achieved according to the invention in that at least the sliding surface of the combustion chamber is provided with a metal-ceramic coating. This ensures that the wear resistance of the combustion chamber raceway is guaranteed precisely because of the increasing load on the engines due to the supercharging. The wear resistance prevents disadvantageous piston play, so that the charge efficiency increases.
  • the combustion chamber is assigned a plurality of cylinders and at least one crankshaft having a crankshaft bearing, the crankshaft bearing being supported by a bearing frame.
  • the bearing holding force that increases with the charge is ensured by the use of a bearing frame, in particular in connection with a wear-resistant raceway of the combustion chamber.
  • an additional possibility is that the cylinder has a cylinder inside and a piston, the cylinder inside and the piston running surface being provided with the metal-ceramic coating.
  • the use of the metal-ceramic coating ensures optimum charging due to a disadvantageous piston play caused by wear.
  • the metal-ceramic coating is formed by applying a ceramic e ⁇ and a metal M e s and simultaneous and / or subsequent heating, where M e ⁇ is a metal chemically bonded in the ceramic, X a non-metal from the group oxygen, carbon, boron and / or nitrogen and M it is a metal contained in the applied layer in elemental form or as an alloy component.
  • M e s is aluminum.
  • an oxide ceramic M e ⁇ X such as titanium oxide, silicon oxide and / or a mixed oxide such as spinels, silicates or ilmenite is contained in the applied layer.
  • M e ⁇ is a transition metal, a semimetal such as silicon and / or titanium.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine, deren tribologisch beanspruchte Laufbahn des Verbrennungsraumes mit einer Metall-Keramik-Beschichtung versehen und deren Kurbelwellenlager durch einen Lagerrahmen unterstützt ist.

Description

DaimlerChrysler AG
Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftverdichter und mindestens einem aufladbaren Verbrennungsraum, wobei der Verbrennungsraum zumindest teilweise durch tribologisch beanspruchte Gleitflächen begrenzt ist.
Es sind" bereits aufgeladene Brennkraftmaschinen allgemein bekannt. Dabei sind bei der Verwendung von Aluminium als Grundwerkstoff für die Motorenblöcke bzw. Zylinderköpfe neben dem Einsatz von Zylinderlaufbuchsen aus Grauguss auch alternative Zylinderlaufflächen bekannt, insbesondere für Dieselmotoren.
Aus der DE 100 36 264 AI ist ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschicht mit intermetallischen Phasen auf Trägerelementen bekannt. Besonders geeignet als Trägerelemente sind Bauteile, die im Antriebsstrang und Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden und hohen tribologischen Belastungen ausgesetzt sind. Hierzu zählen u. a. Zylinderkurbelgehäuse, Zylinderköpfe, Kolben, Getriebegehäuse und Synchronringe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine derart auszubilden und anzuordnen, dass eine optimale Aufladung gewährleistet ist. Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass zumindest die Gleitfläche des Verbrennungsraumes mit einer Metall-Keramik-Beschichtung versehen ist. Hierdurch wird erreicht, dass gerade aufgrund der durch die Aufladung steigenden Belastung der Motoren die Verschleißfestigkeit der Laufbahn des Verbrennungsraumes gewährleistet ist. Mit der Verschleißfestigkeit wird ein nachteiliges Kolbenspiel verhindert, sodass der Ladungswirkungsgrad steigt .
Hierzu ist es vorteilhaft, dass dem Verbrennungsraum mehrere Zylinder und mindestens eine ein Kurbelwellenlager aufweisende Kurbelwelle zugeordnet sind, wobei das Kurbelwellenlager durch einen Lagerrahmen unterstützt ist. Die mit der Aufladung anwachsende Lagerhaltekraft wird durch die Verwendung eines Lagerrahmens, insbesondere in Verbindung mit einer verschleißfesten Laufbahn des Verbrennungsraumes, gewährleistet .
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass der Zylinder eine Zylinderinnenseite und einen Kolben aufweist, wobei die Zylinderinnenseite und die Kolbenlauffläche mit der Metall-Keramik-Beschichtung versehen ist. Gerade bei Verwendung von Kolbenbrennkraftmaschinen gewährleistet der Einsatz der Metall-Keramik- Beschichtung mit Rücksicht auf ein nachteiliges, durch Verschleiß bedingtes Kolbenspiel eine optimale Aufladung.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass die Metall-Keramik- Beschichtung durch Auftragen einer Keramik eκ und eines Metalls Mes und gleichzeitiges und/oder nachträgliches Erhitzen gebildet ist, wobei Meκ ein in der Keramik chemisch gebundenes Metall, X ein Nichtmetall aus der Gruppe Sauerstoff, Kohlenstoff, Bor und/oder Stickstoff und Mes ein in der aufgebrachten Schicht in elementarer Form oder als Legierungsbestandteil enthaltenes Metall ist. Ge äß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass Mes Aluminium ist.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass in der aufgebrachten Schicht eine oxidische Keramik MeΞX wie Titanoxid, Siliziumoxid und/oder ein Mischoxid wie Spinelle, Silikate oder Ilmenit enthalten ist .
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass Meκ ein Übergangsmetall, ein Halbmetall wie Silizium und/oder Titan ist.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftverdichter und mindestens einem aufladbaren Verbrennungsraum, wobei der Verbrennungsraum zumindest teilweise durch tribo- logisch beanspruchte Gleitflächen begrenzt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest die Gleitfläche des Verbrennungsraumes mit einer Metall-Keramik-Beschichtung versehen ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Verbrennungsraum mehrere Zylinder und mindestens eine ein Kurbelwellenlager aufweisende Kurbelwelle zugeordnet sind, wobei das Kurbelwellenlager durch einen Lagerrahmen unterstützt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Zylinder eine Zylinderinnenseite aufweist, wobei die Zylinderinnenseite mit der Metall-Keramik- Beschichtung versehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Zylinder einen Kolben mit einer Lauffläche aufweist und die Lauffläche mit der Metall-Keramik- Beschichtung versehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Metall-Keramik-Beschichtung durch Auftragen einer Keramik MeKX und eines Metalls Mes und gleichzeitiges und/oder nachträgliches Erhitzen gebildet ist, wobei Meκ ein in der Keramik chemisch gebundenes Metall, X ein Nichtmetall aus der Gruppe Sauerstoff, Kohlenstoff, Bor und/oder Stickstoff und MeS ein in der aufgebrachten Schicht in elementarer Form oder als Legierungsbestandteil enthaltenes Metall ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Mes Aluminium ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der aufgebrachten Schicht eine oxidische Keramik MesX wie Titanoxid, Siliziumoxid und/oder ein Mischoxid wie Spinelle, Silikate oder Ilmenit ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass MeK ein Übergangsmetall, ein Halbmetall wie Silizium und/oder Titan ist.
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