[go: up one dir, main page]

DE102014219819A1 - Method for the thermal insulation of a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents

Method for the thermal insulation of a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
DE102014219819A1
DE102014219819A1 DE102014219819.4A DE102014219819A DE102014219819A1 DE 102014219819 A1 DE102014219819 A1 DE 102014219819A1 DE 102014219819 A DE102014219819 A DE 102014219819A DE 102014219819 A1 DE102014219819 A1 DE 102014219819A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
surface layer
particles
thermal conductivity
layer
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102014219819.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Tobias Kaudewitz
Aiko Mork
Ralf Rablbauer
Martin Schüttenhelm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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 Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102014219819.4A priority Critical patent/DE102014219819A1/en
Priority to EP14851435.9A priority patent/EP3084048B1/en
Priority to PCT/DE2014/000637 priority patent/WO2015090267A1/en
Priority to DE112014005973.0T priority patent/DE112014005973A5/en
Publication of DE102014219819A1 publication Critical patent/DE102014219819A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/02Surface coverings of combustion-gas-swept parts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/024Anodisation under pulsed or modulated current or potential
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/026Anodisation with spark discharge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/04Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/24Chemical after-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/26Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/30Anodisation of magnesium or alloys based thereon
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/10Pistons  having surface coverings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00Material properties
    • F05C2251/04Thermal properties
    • F05C2251/048Heat transfer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

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 EP 2 420 658 A1 ist weiterhin bekannt, die die Brennräume einer Brennkraftmaschine begrenzenden Oberflächen einschließlich der entsprechenden Oberflächen der Kolben mittels eines elektrolytischen Verfahrens mit einer anodischen Oxidschicht zu beschichten, die eine Dicke zwischen 20 µm und 500 µm sowie eine Porosität von mindestens 20% aufweist. Dabei werden die Bauteile, die die zu beschichtenden Oberflächen aufweisen, jeweils als Anode in einem Elektrolytbad durch Beaufschlagung mit einer relativ geringen Gleichspannung zwischen 10 V und 190 V beschichtet. Mittels der anodischen Oxidschicht soll der thermische Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht werden, was auf die geringe Leitfähigkeit dieser Oxidschicht zurückgeführt wird. Die aus der EP 2 420 658 A1 bekannte Beschichtung hat sich als nachteilig hinsichtlich der Dauerhaltbarkeit sowie der Oberflächenbeschaffenheit gezeigt, da bei dieser mit steigender Schichtdicke die Rauheit ansteigt. From the EP 2 420 658 A1 Furthermore, it is known to coat the combustion chamber defining surfaces of an internal combustion engine including the corresponding surfaces of the piston by means of an electrolytic process with an anodic oxide layer having a thickness between 20 microns and 500 microns and a porosity of at least 20%. In this case, the components having the surfaces to be coated, each coated as an anode in an electrolyte bath by applying a relatively low DC voltage between 10 V and 190 V. By means of the anodic oxide layer, the thermal efficiency of the internal combustion engine is to be increased, which is attributed to the low conductivity of this oxide layer. The from the EP 2 420 658 A1 Known coating has been found to be detrimental to the durability and the surface texture, as in this increases with increasing layer thickness, the roughness.

Aus der US 2003/0150419 A1 ist weiterhin ein Kolben für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die in den Mantel des Kolbens eingebrachten und zur Aufnahme von Kolbenringen vorgesehenen Nuten sowie kleine, sich beidseitig an die Nuten anschließende Abschnitte des Mantels mit keramischen Verschleißschutzschichten versehen sind. Die Verschleißschutzschichten erstrecken sich dabei nicht bis zu der den Brennraum begrenzenden Oberseite des Kolbens. Zur Ausbildung der Verschleißschutzschichten wird ein als „Plasma elektrolytische Oxidation“ (PEO) bezeichnetes Verfahren angewendet. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren zur anodischer Oxidation, bei dem eine speziell modulierte Wechselspannung zum Einsatz kommt, was temporär und lokal begrenzt zu einer Funkenentladung infolge von Plasmaentladung führt. Das PEO-Verfahren wird daher auch als „anodische Oxidation unter Funktenentladung“ (ANOF) bezeichnet. Das aus der Funkenentladung resultierende lokale Aufschmelzen der zu beschichtenden Oberfläche soll zu einer besonders verschleißfesten Beschichtung führen. From the US 2003/0150419 A1 Furthermore, a piston for an internal combustion engine is known, in which the provided in the shell of the piston and provided for receiving piston rings grooves and small, on both sides of the grooves adjacent portions of the shell are provided with ceramic wear protection layers. The wear protection layers do not extend to the top of the piston bounding the combustion chamber. To form the wear protection layers, a process called "plasma electrolytic oxidation" (PEO) is used. This is a process for anodic oxidation, in which a specially modulated AC voltage is used, resulting temporarily and locally limited to a spark discharge due to plasma discharge. The PEO process is therefore also referred to as "anodic oxidation under spark discharge" (ANOF). The resulting from the spark discharge local melting of the surface to be coated should lead to a particularly wear-resistant coating.

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:

1: eine Brennkraftmaschine in einer schematischen Darstellung; 1 : an internal combustion engine in a schematic representation;

2: einen Querschnitt durch einen Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine; und 2 a cross section through an internal combustion engine of the internal combustion engine; and

3: einen Bereich der 2 in einer vergrößerten Darstellung. 3 : an area of 2 in an enlarged view.

Die in der 1 gezeigte Brennkraftmaschine umfasst einen beispielsweise nach dem Diesel-Prinzip arbeitenden Verbrennungsmotor 10, der beispielsweise als vierzylindriger Hubkolbenverbrennungsmotor ausgebildet ist. Der Verbrennungsmotor 10 wird über einen Frischgasstrang 12 mit Frischgas (Umgebungsluft) versorgt. Dazu wird das Frischgas nach dem Ansaugen aus der Umgebung mittels eines Verdichters 14 verdichtet. Das verdichtete Frischgas wird dann durch einen Ladeluftkühler 16 geführt, in dem das infolge der Verdichtung erwärmte Frischgas bis zum Erreichen der gewünschten Temperatur für den Eintritt in den Verbrennungsmotor 10 gekühlt wird. Über ein Saugrohr 18 tritt das Frischgas in Brennräume 20 des Verbrennungsmotors 10 ein, in denen dieses beziehungsweise der darin enthaltene Sauerstoff in bekannter Weise mit direkt in die Brennräume 20 eingespritztem Kraftstoff verbrannt wird. The in the 1 shown internal combustion engine includes an example operating on the diesel principle internal combustion engine 10 , which is formed, for example, as a four-cylinder reciprocating internal combustion engine. The internal combustion engine 10 is about a fresh gas train 12 supplied with fresh gas (ambient air). For this purpose, the fresh gas after sucking from the environment by means of a compressor 14 compacted. The compressed fresh gas is then passed through a charge air cooler 16 guided, in which the heated as a result of compression fresh gas until reaching the desired temperature for entry into the engine 10 is cooled. About a suction pipe 18 the fresh gas enters combustion chambers 20 of the internal combustion engine 10 in which this or the oxygen contained therein in a known manner with directly into the combustion chambers 20 injected fuel is burned.

Das bei der Verbrennung des Kraftstoff-Frischgas-Gemisches entstehende Abgas wird über einen Abgasstrang 22 der Brennkraftmaschine abgeführt. Der Abgasstrang 22 umfasst einen Abgaskrümmer 24, in dem das aus den einzelnen Brennräumen 20 ausströmende Abgas zusammengeführt wird, sowie eine davon stromab angeordnete Turbine 26. Die Turbine 26 bildet zusammen mit dem Verdichter 14 einen Abgasturbolader aus und ist mittels eines regelbaren Bypasses 28 (Wastegate) umgehbar ausgeführt. Der Bypass 28 dient dazu, in bestimmten, zu einem großen Abgasmassenstrom führenden Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 10, einen Teil des Abgasmassenstroms an der Turbine 26 vorbeizuführen, um so den Ladedruck im Frischgasstrang 12 zu begrenzen. The resulting during the combustion of the fuel-fresh gas mixture exhaust gas is via an exhaust line 22 the internal combustion engine discharged. The exhaust system 22 includes an exhaust manifold 24 in which that from the individual combustion chambers 20 outflowing exhaust gas is merged, and one of them downstream turbine arranged 26 , The turbine 26 forms together with the compressor 14 an exhaust gas turbocharger and is by means of an adjustable bypass 28 (Wastegate) executed passable. The bypass 28 serves to, in certain leading to a large exhaust gas mass flow operating conditions of the internal combustion engine 10 , a portion of the exhaust mass flow at the turbine 26 To pass, so the boost pressure in the fresh gas train 12 to limit.

In den Abgasstrang 22 ist stromab der Turbine 26 weiterhin eine Abgasnachbehandlungseinrichtung integriert. Die Abgasnachbehandlungseinrichtungen kann dabei beispielsweise einen Oxidationskatalysator 30 sowie einen Partikelfilter 32 umfassen. In the exhaust system 22 is downstream of the turbine 26 Furthermore integrated an exhaust aftertreatment device. The exhaust aftertreatment devices can, for example, an oxidation catalyst 30 and a particle filter 32 include.

Die 2 zeigt einen Querschnitt durch den Verbrennungsmotor 10 im Bereich eines Zylinders. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ein Zylindergehäuse 34, dass die einzelnen Zylinder ausbildet. In jedem der Zylinder ist eine Kolben 36 auf und ab beweglich geführt. Oberhalb des Zylindergehäuses 34 schließt sich ein Zylinderkopf 38 an. Das Zylindergehäuse 34, der Zylinderkopf 38 und die Kolben 36 sind aus Aluminiumlegierungen ausgebildet. In den Zylinderkopf 38 ist für jeden Zylinder mindestens ein Einlasskanal 40 und mindestens ein Auslasskanal 42 integriert. Die Einlasskanäle 40 sind Teil des Frischgasstrangs 12 der Brennkraftmaschine und verbinden das Saugrohr 18 fluidleitend mit den jeweiligen Zylindern. Die Auslasskanäle 42 sind Teil des Abgasstrangs 22 und verbinden die jeweiligen Zylinder mit dem Abgaskrümmer 24. Über Gaswechselventile 44 wird in bekannter Weise ein Einbringen des Frischgases in die Zylinder und ein Ausbringen des Abgases aus den Zylindern gesteuert. Dabei werden die Gaswechselventile 44 beispielsweise mittels einer oder mehrerer (nicht dargestellter) Nockenwellen betätigt. The 2 shows a cross section through the internal combustion engine 10 in the area of a cylinder. The internal combustion engine 10 includes a cylinder housing 34 in that the individual cylinders are formed. In each of the cylinders is a piston 36 Movable up and down. Above the cylinder housing 34 closes a cylinder head 38 at. The cylinder housing 34 , the cylinder head 38 and the pistons 36 are made of aluminum alloys. In the cylinder head 38 is at least one inlet channel for each cylinder 40 and at least one outlet channel 42 integrated. The inlet channels 40 are part of the fresh gas train 12 the internal combustion engine and connect the intake manifold 18 fluid-conducting with the respective cylinders. The outlet channels 42 are part of the exhaust system 22 and connect the respective cylinders to the exhaust manifold 24 , About gas exchange valves 44 is controlled in a known manner, introducing the fresh gas into the cylinder and a discharge of the exhaust gas from the cylinders. Here are the gas exchange valves 44 for example, by means of one or more (not shown) actuated camshaft.

Die von den einzelnen Zylindern ausgebildeten Brennräume 20 werden jeweils von einem Abschnitt der Innenwand des dazugehörigen Zylinders, von der Oberseite des dazugehörigen Kolbens 36, einem Abschnitt der Unterseite des Zylinderkopfs 38 sowie von den Unterseiten der dazugehörigen Gaswechselventile 44 begrenzt. The combustion chambers formed by the individual cylinders 20 Each of a portion of the inner wall of the associated cylinder, from the top of the associated piston 36 . a section of the underside of the cylinder head 38 as well as from the undersides of the associated gas exchange valves 44 limited.

Um die Brennräume 20 thermisch zu isolieren ist insbesondere auf die von den Oberseiten (von Grundkörpern) der Kolben 36 ausgebildeten Oberflächen eine Oberflächenschicht 46 mittels anodischer Oxidation unter Funktenentladung aufgebracht. Diese Oberflächenschichten 46 bestehen im Wesentlichen aus Aluminiumoxid (Al2O3), das sich im Rahmen der anodischen Oxidation unter Funktenentladung an den Oberseiten der Kolben 36 ausbildet. To the combustion chambers 20 Thermal insulation is especially on the top (of main bodies) of the piston 36 trained surfaces a surface layer 46 applied by means of anodic oxidation with spark discharge. These surface layers 46 consist essentially of alumina (Al 2 O 3 ), which under the anodic oxidation under spark discharge on the tops of the pistons 36 formed.

Die Oberflächenschicht 46, die eine Schichtstärke von beispielsweise ca. 200 µm aufweisen kann, zeichnet sich bereits grundsätzlich infolge ihrer Ausbildung aus Aluminiumoxid durch eine hohe Verschleißfestigkeit und eine gute thermische Beständigkeit aus, wodurch deren Nutzung zur Begrenzung der Brennräume 20 des Verbrennungsmotors 46 möglich ist. Weiterhin zeichnet sich die Oberflächenschicht 46 auch durch eine im Vergleich zu der Aluminiumlegierung, aus der die Kolben 36 ausgebildet sind, relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit sowie eine relativ geringe Wärmekapazität aus. Dadurch wird die gewünschte thermische Isolierung der Brennräume und folglich ein relativ geringer Wärmeübergang von in den Brennräumen 20 befindlichen Gasen auf die Kolben 36 erreicht. The surface layer 46 , which may have a layer thickness of, for example, about 200 microns, is already characterized in principle due to their training of alumina by a high wear resistance and good thermal resistance, whereby their use to limit the combustion chambers 20 of the internal combustion engine 46 is possible. Furthermore, the surface layer is characterized 46 also by one compared to the aluminum alloy that makes up the pistons 36 are formed, relatively low thermal conductivity and a relatively low heat capacity. This results in the desired thermal insulation of the combustion chambers and consequently a relatively low heat transfer in the combustion chambers 20 located gases on the piston 36 reached.

Um einen Wärmeübergang aus den Brennräumen auf die Grundkörper der Kolben 36 weiter zu reduzieren ist vorgesehen, in die aus Aluminiumoxid als Matrixmaterial bestehende Oberflächenschicht 46 Partikel 48 aus beispielsweise Zirkonoxid einzubetten, die sich im Vergleich zu dem Aluminiumoxid durch eine noch niedrigere Wärmeleitfähigkeit auszeichnen. Wie sich aus der 3 ergibt ist vorgesehen, die Partikel 48 aus Zirkonoxid über die gesamte Fläche der Oberflächenschicht 46 in einer (zweiten) Teilschicht vorzusehen, die sich zwischen der Oberfläche des Grundkörpers des entsprechenden Kolbens 36 und einer weiteren, an den Brennraum 20 angrenzenden (ersten) Teilschicht angeordnet ist. To transfer heat from the combustion chambers to the body of the piston 36 is to be further reduced, in the existing of alumina as a matrix material surface layer 46 particle 48 from zirconium oxide, for example, which are characterized by an even lower thermal conductivity compared to the aluminum oxide. As is clear from the 3 results are provided, the particles 48 zirconia over the entire surface of the surface layer 46 to provide in a (second) sub-layer extending between the surface of the body of the corresponding piston 36 and another, to the combustion chamber 20 adjacent (first) sub-layer is arranged.

In der ersten Teilschicht der Oberflächenschicht 46 sind keine Partikel 48 aus Zirkonoxid vorgesehen, jedoch lokal Partikel 50 aus einem Material, beispielsweise Kupfer, das sich im Vergleich zu dem als Matrixmaterial dienenden Aluminiumoxid durch eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Vorgesehen ist, die Partikel 50 aus Kupfer in solchen Bereichen der ersten Teilschicht der Oberflächenschicht 46 vorzusehen, in denen sich im Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine erfahrungsgemäß relativ hohe lokale Wandtemperaturen ergeben können. Die Partikel 50 aus Kupfer dienen dazu, solche lokal hohen Wandtemperaturen zu verringern, indem diese die an diesen Stellen erhöhte Einbringung von Wärmeenergie möglichst gut auf die gesamte zweite Teilschicht weiterleiten. In der 3 ist dargestellt, dass die Partikel 50 aus Kupfer beispielsweise an den randseitigen Übergängen einer Kolbenmulde 52 sowie im Bereich einer zentralen Erhebung der Kolbenmulde 52 angeordnet sein können. Die 3 zeigt zudem, dass auch die Dichte der Verteilung der Partikel 50 aus Kupfer, d.h. die Anzahl an Partikeln je Volumeneinheit; bei der Ausbildung der Oberflächenschicht 46 mittels anodischer Oxidation unter Funkenentladung gesteuert werden kann (ebenso für die Partikel 48 aus Zirkonoxid möglich). So ist vorgesehen, in denjenigen Abschnitten der ersten Teilschicht, in denen Partikel 50 aus Kupfer vorgesehen sind, jeweils eine höhere Dichte an Partikeln 50 in einem zentralen Bereich und eine zum Rand des jeweiligen Abschnitts hin abnehmende Dichte an Partikeln 50 vorzusehen. In the first sub-layer of the surface layer 46 are not particles 48 made of zirconia, but local particles 50 of a material, for example copper, which is characterized by a relatively high thermal conductivity compared to the matrix material serving as alumina. It is planned to use the particles 50 of copper in such areas of the first sub-layer of the surface layer 46 provide, in experience, relatively high local wall temperatures may result in the operation of such an internal combustion engine. The particles 50 made of copper serve to reduce such locally high wall temperatures by forwarding the increased introduction of heat energy at these points as well as possible to the entire second partial layer. In the 3 is shown that the particles 50 made of copper, for example, at the edge transitions of a piston recess 52 as well as in the area of a central elevation of the piston recess 52 can be arranged. The 3 also shows that also the density of the distribution of particles 50 of copper, ie the number of particles per unit volume; in the formation of the surface layer 46 can be controlled by means of anodic oxidation under spark discharge (also for the particles 48 made of zirconium oxide). Thus, it is envisaged in those sections of the first sub-layer in which particles 50 are made of copper, each having a higher density of particles 50 in a central area and a decreasing to the edge of the respective section density of particles 50 provided.

Die Unterteilung der Oberflächenschicht 46 in die erste Teilschicht und die zweite Teilschicht ergibt sich lediglich durch die unterschiedliche Einbettung der verschiedenen Partikel 48, 50 und durch die damit erreichten unterschiedlichen Funktionalitäten für die Oberflächenschicht 46. Eine strukturelle Trennebene ist zwischen den zwei Teilebenen nicht ausgebildet. The subdivision of the surface layer 46 in the first sub-layer and the second sub-layer results only by the different embedding of the different particles 48 . 50 and by the different functionalities for the surface layer achieved thereby 46 , A structural parting plane is not formed between the two part planes.

Die Partikel 48, 50 können beispielsweise eine Größe von ≤ 5 µm aufweisen. The particles 48 . 50 For example, they can have a size of ≦ 5 μm.

Neben den Oberseiten der Kolben 36 können auch einzelne oder alle anderen, die Brennräume 20 des Verbrennungsmotors 10 begrenzenden Oberflächen mit einer entsprechenden Oberflächenschicht 46 versehen werden, um die thermische Isolation der Brennräume 20 weiter zu verbessern. Die 2 zeigt beispielhaft, dass sowohl die Innenwände der Zylinder (zumindest in denjenigen Abschnitten, die die Brennräume 20 begrenzen), die entsprechenden Abschnitte der Unterseite des Zylinderkopfs 38 und die Unterseiten der Gaswechselventile 44 mit jeweils einer Oberflächenschicht 46, die durch anodische Oxidation unter Funkenentladung ausgebildet wurde, beschichtet sein kann. Next to the tops of the pistons 36 can also be single or all others, the combustion chambers 20 of the internal combustion engine 10 delimiting surfaces with a corresponding surface layer 46 be provided to the thermal insulation of the combustion chambers 20 continue to improve. The 2 shows by way of example that both the inner walls of the cylinder (at least in those sections that the combustion chambers 20 limit), the corresponding sections of the bottom of the cylinder head 38 and the bottoms of the gas exchange valves 44 each with a surface layer 46 , which has been formed by anodic oxidation under spark discharge, may be coated.

Auch zeigt die 2 die Möglichkeit, die als Abgasführungen dienenden Auslasskanäle 42 des Verbrennungsmotors 10 mit entsprechenden Oberflächenschichten 46 zu versehen. Ebenso können andere einer Abgasführung dienende Oberflächen des Abgasstrangs 22 der Brennkraftmaschine, beispielsweise Wandungen eines Abgaskrümmers und/oder einer Turbine eines Abgasturboladers, mit entsprechenden Oberflächenschichten 46 versehen werden. Also shows the 2 the possibility of serving as exhaust ducts outlet channels 42 of the internal combustion engine 10 with corresponding surface layers 46 to provide. Likewise, other surfaces of the exhaust gas line serving for exhaust gas routing may be used 22 the internal combustion engine, for example walls of an exhaust manifold and / or a turbine of an exhaust gas turbocharger, with corresponding surface layers 46 be provided.

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

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2420658 A1 [0007, 0007] EP 2420658 A1 [0007, 0007]
  • US 2003/0150419 A1 [0008] US 2003/0150419 Al [0008]

Claims (10)

Verfahren zur thermischen Isolierung eines Brennraums (22) und/oder einer Abgasführung einer Brennkraftmaschine, wobei auf zumindest einer den Brennraum (20) und/oder die Abgasführung begrenzenden Oberfläche eine Oberflächenschicht (46) mittels anodischer Oxidation ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Oxidation unter Funktenentladung erfolgt. Method for thermal insulation of a combustion chamber ( 22 ) and / or an exhaust system of an internal combustion engine, wherein on at least one of the combustion chamber ( 20 ) and / or the exhaust gas guide limiting surface a surface layer ( 46 ) is formed by means of anodic oxidation, characterized in that the anodic oxidation takes place under spark discharge. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (46) unter Verwendung einer Wechselspannung ausgebildet wird. Method according to claim 1, characterized in that the surface layer ( 46 ) is formed using an AC voltage. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberflächenschicht (46) Partikel (48, 50) abgeschieden werden, die im Vergleich zu einem Grundmaterial der Oberflächenschicht (46) eine relativ niedrige oder hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Method according to claim 1 or 2, characterized in that in the surface layer ( 46 ) Particles ( 48 . 50 ) are deposited, compared to a base material of the surface layer ( 46 ) have a relatively low or high thermal conductivity. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (50) mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit in der gesamten Oberflächenschicht (46) vorgesehen werden. Method according to claim 3, characterized in that the particles ( 50 ) with relatively low thermal conductivity in the entire surface layer ( 46 ). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (48) mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit nur in einem oder mehreren Abschnitten der Oberflächenschicht (46) vorgesehen werden. Method according to one of claims 3 or 4, characterized in that the particles ( 48 ) with relatively high thermal conductivity only in one or more sections of the surface layer ( 46 ). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (50) mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit in einer ersten, an den Brennraum (20) und/oder die Abgasführung angrenzenden Teilschicht der Oberflächenschicht (46) und die Partikel (50) mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit in einer zweiten, von dem Brennraum (20) und/oder der Abgasführung durch die erste Teilschicht getrennten Teilschicht vorgesehen werden. Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that the particles ( 50 ) with relatively high thermal conductivity in a first, to the combustion chamber ( 20 ) and / or the exhaust passage adjacent partial layer of the surface layer ( 46 ) and the particles ( 50 ) with relatively low thermal conductivity in a second, from the combustion chamber ( 20 ) and / or the exhaust system are provided by the first sub-layer separated sub-layer. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Partikel (48) mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit Zirkonoxid genutzt wird. Method according to one of claims 3 to 6, characterized in that for the particles ( 48 ) is used with relatively low thermal conductivity zirconia. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Partikel (50) mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit Kupfer, Eisen, Beryllium, Aluminium, Silber, Silizium, Molybdän, Wolfram, Kohlenstoff, Berylliumoxid, Berylliumnitrit, Siliziumnitrit und/oder Siliziumcarbit sowie Mischungen und/oder Legierungen daraus genutzt wird. Method according to one of claims 3 to 7, characterized in that for the particles ( 50 ) with relatively high thermal conductivity copper, iron, beryllium, aluminum, silver, silicon, molybdenum, tungsten, carbon, beryllium, beryllium nitrite, silicon nitrite and / or silicon carbide and mixtures and / or alloys thereof is used. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (46) auf einer Oberfläche aus einem Leichtmetall ausgebildet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface layer ( 46 ) is formed on a surface of a light metal. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (46) auf einer Oberfläche aus Aluminium, Magnesium und/oder Titan ausgebildet wird. Method according to claim 9, characterized in that the surface layer ( 46 ) is formed on a surface of aluminum, magnesium and / or titanium.
DE102014219819.4A 2013-12-17 2014-09-30 Method for the thermal insulation of a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine Withdrawn DE102014219819A1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014219819.4A DE102014219819A1 (en) 2014-09-30 2014-09-30 Method for the thermal insulation of a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine
EP14851435.9A EP3084048B1 (en) 2013-12-17 2014-12-17 Method for producing a protective layer on a thermally stressed component and component having such a protective layer
PCT/DE2014/000637 WO2015090267A1 (en) 2013-12-17 2014-12-17 Method for producing a protective layer on a thermally stressed component and component having such a protective layer
DE112014005973.0T DE112014005973A5 (en) 2013-12-17 2014-12-17 Method for producing a protective layer on a thermally stressed component and component with such a protective layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014219819.4A DE102014219819A1 (en) 2014-09-30 2014-09-30 Method for the thermal insulation of a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014219819A1 true DE102014219819A1 (en) 2016-03-31

Family

ID=55485798

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014219819.4A Withdrawn DE102014219819A1 (en) 2013-12-17 2014-09-30 Method for the thermal insulation of a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014219819A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017221733A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 Volkswagen Aktiengesellschaft Layer stack for arrangement in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a piston, and a method for its production
DE102017222333A1 (en) * 2017-12-11 2019-06-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Piston for an internal combustion engine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD295198A5 (en) * 1991-10-24 Electrolyte for producing thin black conversion layers on light metals
EP0545230B1 (en) * 1991-11-27 1995-06-28 Electro Chemical Engineering GmbH Process for preparing modified oxide ceramic coatings on barrier-layer metals and products obtained
US6256984B1 (en) * 1996-04-19 2001-07-10 Engelhard Corporation System for reduction of harmful exhaust emissions from diesel engines
US20030150419A1 (en) 2001-12-27 2003-08-14 Mehdi Daragheh Piston having ceramic-coated ring groove
DE202008010896U1 (en) * 2008-08-05 2008-10-23 AHC Oberflächentechnik GmbH Material, in particular components, with improved wear protection layers
EP2420658A1 (en) 2009-04-15 2012-02-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Engine combustion chamber structure and method for producing the same
DE102012113225A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Phitea GmbH Combustion chamber coating for engines

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD295198A5 (en) * 1991-10-24 Electrolyte for producing thin black conversion layers on light metals
EP0545230B1 (en) * 1991-11-27 1995-06-28 Electro Chemical Engineering GmbH Process for preparing modified oxide ceramic coatings on barrier-layer metals and products obtained
US6256984B1 (en) * 1996-04-19 2001-07-10 Engelhard Corporation System for reduction of harmful exhaust emissions from diesel engines
US20030150419A1 (en) 2001-12-27 2003-08-14 Mehdi Daragheh Piston having ceramic-coated ring groove
DE202008010896U1 (en) * 2008-08-05 2008-10-23 AHC Oberflächentechnik GmbH Material, in particular components, with improved wear protection layers
EP2420658A1 (en) 2009-04-15 2012-02-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Engine combustion chamber structure and method for producing the same
DE102012113225A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Phitea GmbH Combustion chamber coating for engines

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017221733A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 Volkswagen Aktiengesellschaft Layer stack for arrangement in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a piston, and a method for its production
DE102017222333A1 (en) * 2017-12-11 2019-06-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Piston for an internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3084048B1 (en) Method for producing a protective layer on a thermally stressed component and component having such a protective layer
RU2551017C2 (en) Ice and method of its operation
EP3030686B1 (en) Internal combustion engine and manufacturing method therefor
DE102016106931B4 (en) A method of forming a heat protection film and a heat protection film structure
DE3877652T2 (en) COMBUSTION CHAMBER FOR DIESEL INTERNAL COMBUSTION ENGINES.
DE102018107265A1 (en) CYLINDER BUSHING FOR A COMBUSTION ENGINE AND TRAINING METHOD THEREFOR
DE102016100860B4 (en) Two-stroke engine with high efficiency
DE102004056519B4 (en) Method for producing a piston for an internal combustion engine
DE202014010319U1 (en) Enamel powder and metal component with a provided with an enamel coating surface section
EP3097298B1 (en) Cast part and insert for such a cast part
DE102014219819A1 (en) Method for the thermal insulation of a combustion chamber and / or an exhaust system of an internal combustion engine
EP3591198B1 (en) Internal combustion engine
DE69515830T2 (en) Cylinder unit and method for forming its sliding surface
DE102015211329B3 (en) Method for operating a exhaust-gas-charged internal combustion engine with partial deactivation and self-igniting internal combustion engine for carrying out such a method
DE102015120288B4 (en) Method for producing a surface layer on a surface of a component by means of plasma electrolytic oxidation and concrete use of such a method
DE102010018930A1 (en) Piston for lifting cylinder machine, has front sided recess corresponding to outer contour of valve disk of valve of lifting cylinder machine, in which valve disk is accommodated
EP3201459A1 (en) Piston, piston machine having such a piston, and motor vehicle having such a piston machine
DE102018125101A1 (en) HYBRID COMPOSITE CYLINDER HEAD
DE102007026598B4 (en) Rotary piston internal combustion engine
DE69603446T2 (en) Piston construction with heat-insulated combustion chamber
EP1460151A1 (en) Cylinder head for reciprocating internal combustion engines
DE102017221733A1 (en) Layer stack for arrangement in a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a piston, and a method for its production
DE102008035602A1 (en) Combustion chamber inlay for use in cylinder head of engine of lorry, has inlet opening in which inlet valve is arranged, and metallic material provided with specific heat conductivity, where metallic material includes elastic modulus
DE10315232A1 (en) Pistons for an internal combustion engine and method for producing a piston
DE102017200002B4 (en) Internal combustion engine comprising a cylinder head with exhaust passage of W-shaped cross-section and method for producing a cylinder head of such an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R118 Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority