DE102014219819A1 - Method for the thermal insulation of a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur thermischen Isolierung eines Brennraums (22) und/oder einer Abgasführung einer Brennkraftmaschine wird auf zumindest einer den Brennraum (20) und/oder die Abgasführung begrenzenden Oberfläche eine Oberflächenschicht (46) mittels anodischer Oxidation unter Funktenentladung ausgebildet.In a method for thermal insulation of a combustion chamber (22) and / or an exhaust system of an internal combustion engine, a surface layer (46) is formed on at least one surface bounding the combustion chamber (20) and / or the exhaust system by means of anodic oxidation with spark discharge.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Isolierung eines Brennraums und/oder einer Abgasführung einer Brennkraftmaschine. The invention relates to a method for the thermal insulation of a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine.
Bei dem Betrieb einer Brennkraftmaschine wird ein großer Teil der bei der Verbrennung von Kraftstoff und Sauerstoff erzeugten Wärmeenergie als Verlustwärme an die Umgebung abgegeben. Die andauernden Bestrebungen, den Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen zu erhöhen, setzen daher auch an der Verringerung dieser Verlustwärme an. In the operation of an internal combustion engine, a large part of the heat energy generated during the combustion of fuel and oxygen is released as heat loss to the environment. The ongoing efforts to increase the efficiency of internal combustion engines, therefore, also put in the reduction of this heat loss.
Verlustwärme entsteht insbesondere bei einem Abführen des noch warmen Abgases an die Umgebung sowie infolge eines Übergangs von Wärmeenergie aus den Brennräumen und dem Abgasstrang auf die die Brennräume und den Abgasstrang ausbildenden Bauteile der Brennkraftmaschine und von diesen direkt oder indirekt auf die Umgebungsluft. Heat loss arises in particular in a discharge of the still-warm exhaust gas to the environment and as a result of a transition of heat energy from the combustion chambers and the exhaust system to the combustion chambers and the exhaust line forming components of the engine and of these directly or indirectly to the ambient air.
Bei modernen Brennkraftmaschinen, bei denen die die Brennräume begrenzenden Bauteile (Zylinderkurbelgehäuse, Zylinderkopf sowie Kolben) und auch zumindest einige Komponenten des Abgasstrangs aus Gewichtsgründen und zur Erzielung möglichst geringer bewegter Massen (betrifft insbesondere die Kolben) vielfach aus Leichtmetall und insbesondere Aluminium ausgebildet werden, stellt sich die Problematik eines Wärmeübergangs im besonderen Maße, weil sich Aluminium, neben seiner relativ geringen Dichte, insbesondere auch durch eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. In modern internal combustion engines in which the combustion chambers limiting components (cylinder crankcase, cylinder head and piston) and at least some components of the exhaust line for weight reasons and to achieve the least possible moving masses (in particular the piston) are often made of light metal and aluminum in particular, is formed The problem of heat transfer in a special degree, because aluminum, in addition to its relatively low density, in particular also characterized by a relatively high thermal conductivity.
Es wurde versucht, Wärmeverluste aus den Brennräumen von Brennkraftmaschinen durch die Verwendung von Kolben, die vollständig oder teilweise aus einem keramischen Material ausgebildet sind, gering zu halten. Diese Kolben wurden jedoch wegen zu geringer Haltbarkeit und zu hohen Kosten bislang nicht für die Serienfertigung von Brennkraftmaschinen genutzt. Attempts have been made to minimize heat losses from the combustion chambers of internal combustion engines through the use of pistons made wholly or partly of a ceramic material. However, these pistons have not yet been used for mass production of internal combustion engines due to low durability and high costs.
Von Brennkraftmaschinen, die für den Antrieb von Nutzkraftfahrzeugen vorgesehen sind, ist auch die Verwendung von Kolben aus Stahl bekannt, da mit Stahl eine bessere Dauerfestigkeit erreicht werden kann. Zudem weist Stahl auch eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium auf und wirkt folglich besser thermisch isolierend. Die höhere Dichte von Stahl im Vergleich zu Aluminium und die damit einhergehenden höheren Massen der Kolben ist bei Brennkraftmaschinen für Nutzkraftfahrzeuge wegen der für diese vorgesehenen relativ geringen Maximaldrehzahlen weniger kritisch. Of internal combustion engines, which are provided for the drive of commercial vehicles, the use of steel pistons is also known, since with steel better fatigue strength can be achieved. In addition, steel also has a lower thermal conductivity than aluminum and therefore acts better thermally insulating. The higher density of steel compared to aluminum and the associated higher masses of the pistons is less critical in internal combustion engines for commercial vehicles because of the relatively low maximum speeds provided for them.
Aus der
Aus der
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, einen Wärmeübergang von den Brennräumen und den Abgas führenden Kanälen auf die diese ausbildenden Bauteile einer Brennkraftmaschine zu verringern, ohne dass sich dies nachteilig auf die Haltbarkeit und den Betrieb der Brennkraftmaschine auswirkt. Based on this prior art, the present invention seeks to provide a way to reduce heat transfer from the combustion chambers and the exhaust gas leading channels on this forming components of an internal combustion engine, without adversely affecting the durability and operation of the internal combustion engine effect.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung. This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous embodiments of the method according to the invention are subject matter of the dependent claims and will become apparent from the following description of the invention.
Ein Verfahren zur thermischen Isolierung eines Brennraums und/oder einer Abgasführung einer Brennkraftmaschine, wobei auf zumindest einer den Brennraum und/oder die Abgasführung begrenzenden, vorzugsweise aus einem Leichtmetall und insbesondere Aluminium, Magnesium und/oder Titan bestehenden Oberfläche eine Oberflächenschicht mittels anodischer Oxidation aufgebracht wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Oxidation unter Funktenentladung, d.h. als ANOF-Verfahren, erfolgt. A method for thermal insulation of a combustion chamber and / or exhaust system of an internal combustion engine, wherein at least one of Combustion chamber and / or the exhaust gas guide limiting, preferably made of a light metal and in particular aluminum, magnesium and / or titanium surface is applied a surface layer by means of anodic oxidation, according to the invention is characterized in that the anodization takes place under spark discharge, ie as ANOF process ,
Bei einem ANOF-Verfahren handelt es sich um ein kombiniertes Verfahren aus den Bereichen Plasmatechnik und Elektrochemie, durch das Oberflächen von Bauteilen, die aus sogenannten Ventilmetallen ausgebildet sind, mit einer Oberflächenschicht aus einer Oxidkeramik versehen werden können. Als Ventilmetalle kommen dabei insbesondere native Sperrschichtbildner wie Aluminium, Magnesium oder Titan in die Auswahl. Die Erzeugung der Oberflächenschicht kann insbesondere in wässrigen Elektrolyten erfolgen. Das zu oxidierende Bauteil wird dabei anodisch gepolt und zusammen mit einer Gegenelektrode (Kathode) in den Elektrolyten eingetaucht. Das Bauteil bildet dabei zunächst eine rein chemisch induzierte Passivschicht aus. Das Wachstum dieser Passivschicht lässt sich durch Anlegen eines Potentials zwischen dem anodisch gepolten Bauteil und der Kathode erreichen. Dabei wird die Oxidschicht des zu beschichtenden Bauteils lokal durchschlagen, wobei plasmachemische Festkörperreaktionen, die Funkenentladungen, ausgelöst werden. Dieser Vorgang läuft nicht flächendeckend sondern an denjenigen Stellen ab, an denen die Dicke der Oxidschicht und somit der lokale elektrische Widerstand am geringsten ist. Da die Plasmareaktionen somit stets an denjenigen Stellen der Passivschicht, die lokal die geringste Schichtdicke aufweisen, stattfinden und dort für ein Schichtdickenwachstum sorgen, wird die Oberfläche mit einer sehr gleichmäßigen Oberflächenschicht überzogen. Um die sich erhöhende dielektrische Eigenschaft der wachsenden Oxidschicht dauerhaft mit einer Durchschlagsspannung zu durchbrechen, wird das dazu angelegte elektrische Potential so lange erhöht, die die gewünschte Schichtdicke der Oberflächenschicht erreicht ist. An ANOF process is a combined process from the fields of plasma technology and electrochemistry, by which surfaces of components which are formed of so-called valve metals can be provided with a surface layer of an oxide ceramic. In particular, native barrier layer formers such as aluminum, magnesium or titanium come into the selection as valve metals. The generation of the surface layer can be carried out in particular in aqueous electrolytes. The component to be oxidized is poled anodically and immersed in the electrolyte together with a counter electrode (cathode). The component initially forms a purely chemically induced passive layer. The growth of this passive layer can be achieved by applying a potential between the anodically poled component and the cathode. In this case, the oxide layer of the component to be coated will penetrate locally, wherein plasma-chemical solid-state reactions, the spark discharges, are triggered. This process does not take place nationwide but at those points where the thickness of the oxide layer and thus the local electrical resistance is lowest. Since the plasma reactions thus always take place at those locations of the passive layer which locally have the lowest layer thickness, and there ensure a layer thickness growth, the surface is coated with a very uniform surface layer. In order to permanently break the increasing dielectric property of the growing oxide layer with a breakdown voltage, the applied electric potential is increased so long that the desired layer thickness of the surface layer is reached.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Anwendung einer anodischen Oxidation unter Funkenentladung kann eine Oberflächenschicht erzeugt werden, die sich sowohl durch eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit als auch durch eine relativ geringe Wärmekapazität auszeichnet. Beide Eigenschaften führen zu einer guten thermische Isolation des Brennraums, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine auswirken kann. Die erfindungsgemäß ausgebildete Oberflächenschicht kann sich zudem durch eine hohe Verschleißfestigkeit, eine gute thermische Beständigkeit und eine gute Haftung zu der beschichteten Oberfläche auszeichnen. Dadurch kann sich eine gute Haltbarkeit der Oberflächenschicht in einem Betrieb der Brennkraftmaschine ergeben. Weiterhin stellt die Oberflächenschicht eine Korrosionsschutzschicht für die beschichtete Oberfläche dar. The inventively provided application of anodic oxidation with spark discharge, a surface layer can be generated, which is characterized both by a relatively low thermal conductivity and by a relatively low heat capacity. Both properties lead to a good thermal insulation of the combustion chamber, which can have an advantageous effect on the efficiency of the internal combustion engine. The surface layer formed according to the invention can also be characterized by high wear resistance, good thermal resistance and good adhesion to the coated surface. This can result in a good durability of the surface layer in an operation of the internal combustion engine. Furthermore, the surface layer is a corrosion protection layer for the coated surface.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren verbesserte thermische Isolierung eines Brennraums kann insbesondere zu einer Wirkungsgradsteigerung für die Brennkraftmaschine führen. Die verbesserte thermische Isolierung einer Abgasführung kann insbesondere zu einer Effizienzsteigerung für eine in einen (die Abgasführung umfassenden) Abgasstrang der Brennkraftmaschine integrierte Abgasnachbehandlungseinrichtung führen. The improved by the inventive method thermal insulation of a combustion chamber can in particular lead to an increase in efficiency for the internal combustion engine. The improved thermal insulation of an exhaust gas guide can in particular lead to an increase in efficiency for an exhaust gas aftertreatment device integrated in an exhaust line (comprising the exhaust system) of the internal combustion engine.
Neben Bauteilen aus Leichtmetall können auch den Brennraum oder die Abgasführung begrenzende Bauteile aus anderen Werkstoffen, insbesondere metallischen Werkstoffen, wie beispielsweise Stahl oder Gusseisen, erfindungsgemäß beschichtet werden. In addition to components made of light metal, the combustion chamber or the exhaust gas guide limiting components made of other materials, in particular metallic materials such as steel or cast iron, according to the invention can be coated.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Oberflächenschicht unter Verwendung einer Wechselspannung aufgebracht wird. Dadurch kann in bekannter Weise die für die das Verfahren charakteristische Funkenentladung vorteilhaft gesteuert werden. Umsetzbar ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch unter Verwendung einer Gleichspannung. In a preferred embodiment of the method according to the invention can be provided that the surface layer is applied using an AC voltage. As a result, the spark discharge characteristic of the method can be advantageously controlled in a known manner. However, the method according to the invention can also be implemented using a DC voltage.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zudem vorgesehen sein, dass in der Oberflächenschicht Partikel aus einem von einem Grund- beziehungsweise Matrixmaterial der Oberflächenschicht abweichenden Material vorgesehen werden, die im Vergleich zu dem Grund- beziehungsweise Matrixmaterial der Oberflächenschicht eine relativ hohe oder niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass sowohl solche Partikel vorgesehen werden, die im Vergleich zu dem Grund- beziehungsweise Matrixmaterial der Oberflächenschicht eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, als auch solche, die eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention may also be provided that in the surface layer particles are provided from a deviating from a base or matrix material of the surface layer material, compared to the base or matrix material of the surface layer, a relatively high or low thermal conductivity exhibit. It can be particularly preferably provided that both those particles are provided which have a relatively high thermal conductivity compared to the base or matrix material of the surface layer, as well as those which have a relatively low thermal conductivity.
Dieser Aspekt der Erfindung beruht zum einen auf der Erkenntnis, dass die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Oberflächenschicht zwar einen vorteilhaften Kompromiss hinsichtlich insbesondere der thermischen Isolation und der Haltbarkeit darstellt, jedoch alternative Materialien vorhanden sind, die sich durch eine noch geringere Wärmeleitfähigkeit und somit eine weiter verbesserte thermische Isolation auszeichnen. Diese können jedoch aus verschiedenen Gründen nicht zur vollständigen Ausbildung einer Oberflächenschicht genutzt werden. Durch ein Einbringen von Partikeln von einem oder mehreren dieser alternativen Materialien in die erfindungsgemäß erzeugte Oberflächenschicht kann deren mittlere Wärmeleitfähigkeit weiter abgesenkt und somit die thermisch isolierenden Eigenschaften weiter verbessert werden, ohne dass sich dies im relevanten Maße auf die weiteren vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht, d.h. insbesondere eine gute Haltbarkeit und eine geringe Oberflächenrauhigkeit, negativ auswirkt. Besonders vorteilhaft kann daher vorgesehen sein, dass Partikel mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit in der gesamten Oberflächenschicht (bezogen auf die Fläche und gegebenenfalls auch die Schichtstärke) vorgesehen werden. This aspect of the invention is based, on the one hand, on the finding that the surface layer produced in the context of the method according to the invention represents an advantageous compromise with regard in particular to thermal insulation and durability, but alternative materials are present which are characterized by an even lower thermal conductivity and thus a lower thermal conductivity further distinguished improved thermal insulation. However, these can not be used for complete formation of a surface layer for various reasons. By introducing particles from one or more of these alternatives Materials in the surface layer produced according to the invention can be further lowered their average thermal conductivity and thus the thermal insulating properties can be further improved, without this having a relevant effect on the further advantageous properties of the surface layer according to the invention, ie in particular a good durability and a low surface roughness, negative , Therefore, it can be provided particularly advantageously that particles having a relatively low thermal conductivity are provided in the entire surface layer (based on the area and optionally also the layer thickness).
Als Material für die Partikel mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit kommen beispielsweise Y-stabilisiertes Zirkonoxid (Zr(Y)O2), Aluminiumoxid (Al2O3), Spinell (Al2O3/MgO), Mullit (Al2O3/SiO2), Zirkonkorund (Al2O3/ZrO2), Titanoxid (TiO2) oder Siliziumoxid (SiO2) sowie Mischkeramiken mit wesentlichen Bestandteilen genannter Oxide in Betracht. As material for the particles with relatively low thermal conductivity, for example, Y-stabilized zirconia (Zr (Y) O 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), spinel (Al 2 O 3 / MgO), mullite (Al 2 O 3 / SiO 2 ), zirconium corundum (Al 2 O 3 / ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ) or silicon oxide (SiO 2 ) and mixed ceramics with essential constituents of said oxides into consideration.
Selbst wenn die Wärmeleitfähigkeit der eingebrachten Partikel in deren reinem Bulkzustand nicht geringer als die der Matrix ausfällt, kann die Wärmeleitfähigkeit des aus beidem ausgebildeten Kompositmaterials der Oberflächenschicht trotzdem insgesamt niedriger sein, da die eingebrachten Partikel als Störstellen für die Ausbreitung der Kristallschwingungen (Phononen) wirken. Insofern ist die konkretisierende Angabe „mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit“ erfindungsgemäß nicht ausschließlich auf eine tatsächlichen Werkstoffeigenschaft der Partikel beschränkt, sondern soll auch eine Wärmeleitfähigkeit reduzierende Wirkung innerhalb der Matrix umfassen. Even if the thermal conductivity of the introduced particles in their pure bulk state is not lower than that of the matrix, the thermal conductivity of the composite material of the surface layer formed from both can nevertheless be lower overall, since the introduced particles act as impurities for the propagation of the crystal oscillations (phonons). In this respect, the concretization "with relatively low thermal conductivity" according to the invention is not limited exclusively to an actual material property of the particles, but should also include a heat conductivity reducing effect within the matrix.
Die Partikel mit relativ großer Wärmeleitfähigkeit können dagegen vorteilhaft dazu eingesetzt werden, lokale Spitzen der Wandtemperatur der mit der Oberflächenschicht versehenen Oberfläche zu vermeiden oder zu reduzieren, indem durch diese Partikel ein relativ hoher lokaler Übergang von Wärmeenergie aus dem Brennraum oder der Abgasführung möglichst gut auf einen größeren Bereich der Oberflächenschicht verteilt wird. Dadurch kann die Ausbildung lokal hoher Wandtemperaturen, die einen negativen Effekt auf den Zündverzug (d.h. den Zeitraum zwischen der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum und der Zündung des Kraftstoffs) haben können, vermieden werden. Dazu kann ausreichend sein, wenn die Partikel mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit in nur einem oder mehreren Abschnitten, nicht jedoch in der gesamten Oberflächenschicht (bezogen auf die Fläche und vorzugsweise auch die Schichtstärke) vorgesehen werden. Ein solches lokal begrenztes Vorsehen von Partikeln mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit muss daher nicht mit einer relevanten Verschlechterung der mittleren Wärmeleitfähigkeit der gesamten Oberflächenschicht verbunden sein. The particles with a relatively high thermal conductivity, on the other hand, can advantageously be used to avoid or reduce localized peaks in the wall temperature of the surface provided with the surface layer, by a relatively high local transition of heat energy from the combustion chamber or the exhaust gas passage through these particles as well as possible larger area of the surface layer is distributed. As a result, the formation of locally high wall temperatures, which may have a negative effect on the ignition delay (i.e., the time period between the injection of fuel into the combustion chamber and the ignition of the fuel), can be avoided. This may be sufficient if the particles with relatively high thermal conductivity in only one or more sections, but not in the entire surface layer (based on the area and preferably also the layer thickness) are provided. Such a localized provision of particles with relatively high thermal conductivity does not therefore have to be associated with a relevant deterioration of the mean thermal conductivity of the entire surface layer.
Ein durch die Vermeidung lokal hoher Wandtemperaturen erreichter relativ großer Zündverzug ist insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen, d.h. insbesondere Dieselmotoren, von Bedeutung, so dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei der Verbesserung einer solchen selbstzündenden Brennkraftmaschine zum Einsatz kommen kann. Es können sich jedoch auch Vorteile bei der Anwendung des Verfahrens zur Verbesserung von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, ergeben. A relatively large ignition delay achieved by avoiding locally high wall temperatures is particularly important for self-igniting internal combustion engines, i. diesel engines, in particular, so that the method according to the invention can be used particularly advantageously in the improvement of such a self-igniting internal combustion engine. However, there may also be advantages in the application of the method for improving spark-ignited internal combustion engines, in particular gasoline engines.
Als Material für die Partikel mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit kommt beispielsweise Kupfer, Eisen, Beryllium, Aluminium, Kupfer, Silber, Silizium, Molybdän, Wolfram, Kohlenstoff, Berylliumoxid, Berylliumnitrit, Siliziumnitrit und/oder Siliziumcarbit sowie Mischungen und/oder Legierungen daraus in Betracht. As a material for the particles having a relatively high thermal conductivity, for example, copper, iron, beryllium, aluminum, copper, silver, silicon, molybdenum, tungsten, carbon, beryllium, beryllium nitrite, silicon nitrite and / or silicon carbide and mixtures and / or alloys thereof come into consideration.
Sofern sowohl Partikel mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit als auch Partikel mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen werden soll, sollte deren Verteilung in der Oberflächenschicht so vorgesehen werden, dass die lokal durch die Partikel mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit erhöhte mittlere Wärmeleitfähigkeit der Oberflächenschicht nicht zu einem relevant höheren Wärmeübergang auf den unterhalb der Oberflächenschicht angeordneten Bereich des beschichteten, den Brennraum und/oder die Abgasführung begrenzenden Bauteils führt. Dies kann vorteilhafterweise dadurch erreicht werden, dass die Partikel mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit ausschließlich in einer ersten, an den Brennraum und/oder die Abgasführung angrenzenden Teilschicht der Oberflächenschicht und die Partikel mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit in einer zweiten, von dem Brennraum und/oder der Abgasführung durch die erste Teilschicht getrennten Teilschicht vorgesehen werden. Die Partikel mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit können dann für eine möglichst gleichförmige Verteilung der in die Oberflächenschicht übergehenden Wärmeenergie innerhalb der ersten Teilschicht sorgen, während die zweite Teilschicht mit den Partikel mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit besonders gut thermisch isoliert wirkt und folglich einen Wärmeübergang von der ersten Teilschicht auf den unterhalb der Oberflächenschicht liegenden Bereich des Bauteils reduziert. If both relatively low thermal conductivity particles and relatively high thermal conductivity particles are to be provided, their distribution in the surface layer should be such that the mean thermal conductivity of the surface layer locally increased by the relatively high thermal conductivity particles does not result in a significantly higher heat transfer the arranged below the surface layer region of the coated, the combustion chamber and / or the exhaust gas guide limiting component leads. This can advantageously be achieved in that the particles with relatively high thermal conductivity exclusively in a first, adjacent to the combustion chamber and / or the exhaust gas guide sub-layer of the surface layer and the particles with relatively low thermal conductivity in a second, from the combustion chamber and / or the exhaust system provided by the first sub-layer separated sub-layer. The particles with a relatively high thermal conductivity can then ensure the most uniform possible distribution of the heat energy transferred into the surface layer within the first sub-layer, while the second sub-layer with the particles with relatively low thermal conductivity is particularly thermally insulated and consequently a heat transfer from the first sub-layer reduced lying below the surface layer region of the component.
Eine anodische Oxidation unter Funkenentladung ermöglicht auf relativ einfache Weise ein gezieltes Anordnen von Partikeln in der Oberflächenschicht. Dies gilt insbesondere bei einer Anwendung einer anodischen Oxidation unter Funkenentladung mittels einer Wechselspannung, bei der entweder die positiven oder negativen Spannungsphasen wechselweise dazu genutzt werden können, die in dem Elektrolyten enthaltenen Partikel an der wachsenden Oberflächenschicht anzulagern, während die entsprechenden anderen Spannungsphasen für die wachsende Ausbildung der Oberflächenschicht genutzt werden. Anodic oxidation under spark discharge makes it possible to arrange particles in the surface layer in a relatively simple manner. This applies in particular to an application of anodic oxidation with spark discharge by means of an alternating voltage, in which either the positive or negative voltage phases can be used alternately to accumulate the particles contained in the electrolyte at the growing surface layer, while the corresponding other voltage phases are used for the growing formation of the surface layer.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Nutzung einer anodischen Oxidation unter Funkenentladung zur Ausbildung einer Oberflächenschicht kann darin liegen, dass durch das Eintauchen des zu beschichtenden Bauteils in den Elektrolyten auch schlecht zugängliche Bereiche der Bauteile problemlos beschichtet werden können. Dies kann gegenüber anderen Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise einem thermischen Spritzen, ein wesentlicher Vorteil sein. Somit kann auch vorgesehen sein, insbesondere oder nur solche einen Brennraum und/oder eine Abgasführung einer Brennkraftmaschine begrenzende Bauteile, die schlecht zugängliche zu beschichtende Oberflächen aufweisen, mittels anodischer Oxidation unter Funkenentladung mit einer entsprechenden Oberflächenschicht zu versehen, während andere Bauteile oder Oberflächen durch alternative Beschichtungsmaßnahmen mit einer (auch) thermisch isolierenden Oberflächenschicht versehen werden. A particular advantage of the use according to the invention of anodic oxidation with spark discharge for the formation of a surface layer may lie in the fact that, by immersing the component to be coated in the electrolyte, it is also possible to easily coat areas of the components which are difficult to access. This may be a significant advantage over other coating methods, such as thermal spraying. Thus, it can also be provided, in particular or only such a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine limiting components having poorly accessible surfaces to be coated to provide by means of anodic oxidation under spark discharge with a corresponding surface layer, while other components or surfaces by alternative coating measures be provided with a (also) thermally insulating surface layer.
Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können. The indefinite articles ("a", "an", "an" and "an"), in particular in the patent claims and in the description which generally explains the claims, are to be understood as such and not as number words. Corresponding to this concretized components are thus to be understood that they are present at least once and may be present more than once.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: The present invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. In the drawings shows:
Die in der
Das bei der Verbrennung des Kraftstoff-Frischgas-Gemisches entstehende Abgas wird über einen Abgasstrang
In den Abgasstrang
Die
Die von den einzelnen Zylindern ausgebildeten Brennräume
Um die Brennräume
Die Oberflächenschicht
Um einen Wärmeübergang aus den Brennräumen auf die Grundkörper der Kolben
In der ersten Teilschicht der Oberflächenschicht
Die Unterteilung der Oberflächenschicht
Die Partikel
Neben den Oberseiten der Kolben
Auch zeigt die
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 12 12
- Frischgasstrang Fresh gas line
- 14 14
- Verdichter compressor
- 16 16
- Ladeluftkühler Intercooler
- 18 18
- Saugrohr suction tube
- 20 20
- Brennraum combustion chamber
- 22 22
- Abgasstrang exhaust gas line
- 24 24
- Abgaskrümmer exhaust manifold
- 26 26
- Turbine turbine
- 28 28
- Bypass bypass
- 30 30
- Oxidationskatalysator oxidation catalyst
- 32 32
- Partikelfilter particulate Filter
- 34 34
- Zylindergehäuse cylinder housing
- 36 36
- Kolben piston
- 38 38
- Zylinderkopf cylinder head
- 40 40
- Einlasskanal inlet channel
- 42 42
- Auslasskanal exhaust port
- 44 44
- Gaswechselventil Gas exchange valve
- 46 46
- Oberflächenschicht surface layer
- 48 48
- Partikel mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit Particles with relatively low thermal conductivity
- 50 50
- Partikel mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit Particles with relatively high thermal conductivity
- 52 52
- Kolbenmulde piston bowl
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Claims (10)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified | ||
| R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |