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EP2488676B1 - Verbrennungsmotor mit einem kurbelgehäuse sowie verfahren zur herstellung eines kurbelgehäuses - Google Patents

Verbrennungsmotor mit einem kurbelgehäuse sowie verfahren zur herstellung eines kurbelgehäuses Download PDF

Info

Publication number
EP2488676B1
EP2488676B1 EP10754883.6A EP10754883A EP2488676B1 EP 2488676 B1 EP2488676 B1 EP 2488676B1 EP 10754883 A EP10754883 A EP 10754883A EP 2488676 B1 EP2488676 B1 EP 2488676B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
coating
range
internal combustion
combustion engine
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.)
Active
Application number
EP10754883.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2488676A1 (de
Inventor
Klaus Daiker
Markus Wittman
Martin Kunst
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke 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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP2488676A1 publication Critical patent/EP2488676A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2488676B1 publication Critical patent/EP2488676B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/20—Other cylinders characterised by constructional features providing for lubrication
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
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    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
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    • C23C4/131—Wire arc spraying
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    • C23C4/134—Plasma spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49231—I.C. [internal combustion] engine making

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine crankcase according to the preamble of claim 1.
  • An internal combustion engine with a crankcase according to the preamble of claim 1 is known from FR 2 924 365 A1 known.
  • the relevant prior art also includes the EP 1 340 834 A2 . US 3,749,072 A . DE 10 2004 002 759 A1 . DE 195 08 687 A1 .
  • crankcases for internal combustion engines are nowadays predominantly made of light metal materials by die casting.
  • Al-Si alloys are used.
  • hypoeutectic Al-Si alloys In order to be able to process such alloys in the die-casting process, one is limited to hypoeutectic Al-Si alloys.
  • Al-Si alloys With Al-Si alloys, the crankcase can be produced very cost-effectively and in large quantities by die-casting.
  • a die-cast cylinder surface does not permanently withstand the tribological stresses in the piston / piston ring cylinder system.
  • die-cast crankcase have a relatively high porosity.
  • the tribological resistance of hypoeutectic Al-Si surfaces is unsuitable as a cylinder surface because of their relatively low strength, their relatively high ductility and their too low wear resistance. To achieve a sufficient stability is therefore often made with gray cast iron bushings, which are used in the cylinder of light alloy crankcases.
  • the object of the invention is to provide an internal combustion engine crankcase with at least one cylinder whose tread is coated, wherein the tread is to have a high tribological resistance.
  • the starting point of the invention is an internal combustion engine with a crankcase, which has at least one provided for receiving a piston cylinder, the inside of which is provided with a running surface for the piston forming coating.
  • the essence of the invention is that the coating has a plurality of pores, wherein the average size of the pores and / or the pore area proportion vary over the length of the cylinder.
  • the pore size and the pore area fraction are adjusted so that the average pore size and pore area fraction decrease from the lower cylinder end towards the upper cylinder end.
  • the "upper cylinder end" is the end to which the cylinder head is mounted.
  • the lower end of the cylinder is the end facing away from the cylinder head.
  • Very decisive for the formation of a tribologically advantageous surface layer is the size of the metal or alloy droplets which are sprayed onto the roughened cylinder inside.
  • the droplet size should be in the range between 0.5 .mu.m and 500 .mu.m, preferably in the range between 0.5 .mu.m and 150 .mu.m, in order to achieve the most finely distributed pores.
  • the resulting pores may be of a rather round or rather oval or oblong shape. From a length / width ratio of a pore of more than e.g. 4: 1, this is called an elongated pore. At a length / width ratio of a pore of less than e.g. 4: 1, it is called a round pore.
  • the pores serve to "store" the oil and form "micro-pressure chambers" during operation of the engine.
  • pore area fraction is determined in the metallographic cross section.
  • pore area fraction is understood to mean the ratio of the sum of all pore areas contained in an evaluation area to the entire evaluation area, as determined in transverse section.
  • the ratio of elongated to round porosity decisively determines the tribological via the pressure distribution within the pores Behavior.
  • Optimal tribological properties arise, for example, when the ratio of elongated to round porosity is in the range between 0.01 and 2.5.
  • the pore area fraction, the pore size and the pore distribution are adjusted over the cylinder length to the respective requirements of the tribological system in such a way that optimum lubrication conditions or wear properties prevail in all operating conditions.
  • the average pore size determines during operation of the engine crucially the carrying capacity of the oil lubricating film between the piston rings and the cylinder surface.
  • the coating material must be chosen so that in the mixed friction region, in particular in the region of the lower or upper cylinder end (lower and upper dead center) is given sufficient wear resistance.
  • coating material is considered e.g. an unalloyed steel, in particular a FeC material, in particular the material FeC0.8.
  • the roughening of the finely turned cylinder inside can be done by mechanical and / or chemical means.
  • a machining of the finely turned cylinder inside is considered.
  • the finely turned inside of the cylinder can also be sandblasted or corundum blasted.
  • roughening by high-pressure jetting with a fluid, in particular with an emulsion and / or with a suspension.
  • a material tribologically suitable as a cylinder surface is then applied.
  • Application may be by arc wire spraying, for example, wherein molten metal or alloy droplets are catapulted onto the roughened cylinder surface at very high speed by means of a jet of fluid to form a tread layer having a plurality of pores.
  • the content of oxides in the coating is primarily decisive.
  • the oxide formation that takes place immediately after the spraying during the transition from the liquid to the solid phase can be controlled in a targeted manner by varying the composition of the carrier gas used for spraying the metal or alloy droplets.
  • the carrier gas nitrogen-enriched air can be used.
  • the hardness profile of the cylinder running surface can be adjusted according to a varying over the length of the cylinder hardness profile, the hardness may preferably be in a hardness range between 300 HV and 700 HV.
  • the round and elongated porosities produced upon application of the molten metal or alloy droplets form a system of unconnected cavities in the cylinder surface. So that these cavities can act as micro-pressure chambers and are supplied with sufficient oil during a working cycle of the internal combustion engine, is, as already mentioned, a finely structured honing as finishing after application of the coating required.
  • the Rvk of the cylinder surface should be in the range between 0.5 .mu.m-15 .mu.m, preferably in the range between 1 .mu.m-10 .mu.m.
  • the roughness index V0 is in the range between 0.1 .mu.m-16 .mu.m, preferably in the range between 0.1 .mu.m-11 .mu.m.
  • the roughness index Rk should be in the range between 0.05 ⁇ m-5 ⁇ m, preferably in the range between 0.05 ⁇ m-3 ⁇ m, and particularly preferably in the range between 0.1 ⁇ m-2 ⁇ m.
  • a coating applied according to the invention has a significantly improved wear resistance compared to conventional hypereutectic aluminum-silicon materials.
  • a coating according to the invention has an extremely high corrosion resistance in comparison to the gray iron bushes commonly used today, even at high combustion temperatures and acidic media due to improved heat dissipation from the cylinder surface into the cooling medium.
  • the intrinsic micro-pressure chambers allow in comparison to cast iron bushings a finer surface structuring with the same lubricating effect and thus a friction advantage.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the surface finish of a coating according to the invention.
  • Fig. 1 schematically shows in an unwound representation of the smooth honed surface (tread) of a cylinder of an internal combustion engine.
  • the tread has more "elongated porosities” and more "round porosities". From a length / width ratio (x1: x2) of a pore of more than 4: 1 we speak of an elongated pore, including a round pore.
  • the pore area fraction is determined in the metallographic cross section.
  • the pore area fraction is calculated from the ratio of the sum of all Pore surfaces to the entire evaluation surface A.
  • the pore surface of a pore can be considered as a "rectangle", ie pore surface ⁇ x1 * x2.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbrennungsmotorkurbelgehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Ein Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist aus der FR 2 924 365 A1 bekannt. Zum relevanten Stand der Technik zählen ferner die EP 1 340 834 A2 , US 3,749,072 A , DE 10 2004 002 759 A1 , DE 195 08 687 A1 , EP 1 932 620 A1 , WO 00/37706 A1 sowie die WO 97/16578 A1 .
  • Kurbelgehäuse für Verbrennungsmotoren werden heutzutage überwiegend aus Leichtmetall-Werkstoffen im Druckgussverfahren hergestellt. Dabei kommen üblicherweise Al-Si-Legierungen zum Einsatz. Um derartige Legierungen im Druckgussverfahren verarbeiten zu können, ist man auf untereutektische Al-Si-Legierungen beschränkt. Mit Al-Si-Legierungen lassen sich im Druckgussverfahren Kurbelgehäuse sehr kostengünstig und in großer Stückzahl produzieren.
  • Eine druckgegossene Zylinderoberfläche hält den tribologischen Beanspruchungen im System Kolben/Kolbenring-Zylinder nicht dauerhaft stand. Zum einen weisen druckgegossene Kurbelgehäuse eine relativ hohe Porosität auf. Zum anderen ist die tribologische Beanspruchbarkeit untereutektischer Al-Si-Oberflächen aufgrund ihrer relativ geringen Festigkeit, ihrer relativ hohen Duktilität und ihrer zu geringen Verschleißfestigkeit als Zylinderlauffläche ungeeignet. Zur Erzielung einer hinreichenden Standfestigkeit behilft man sich daher häufig mit Graugussbuchsen, die in die Zylinder von Leichtmetallkurbelgehäusen eingesetzt werden.
  • Alternativ dazu sind Leichtmetallkurbelgehäuse bekannt, deren Zylinderlaufflächen mit einem geeigneten Oberflächenwerkstoff beschichtet sind. Die US 5,908, 670 , WO 9749497 , EP 568 315 B1 , US 5,626,674 und die US 5,380,564 beschreiben entsprechende Beschichtungsverfahren, wobei zunächst die Zylinderlauffläche mittels eines Hochdruckfluidstrahls aufgeraut wird und anschließend eine Beschichtung in Form aufgeschmolzener Metall- bzw. Legierungströpfchen, z.B. durch Lichtbogendrahtspritzen, auf die aufgerauten Innenflächen der Zylinder aufgebracht werden.
  • Zum relevanten Stand der Technik zählen ferner der Aufsatz mit dem Titel "Thermal spraying of cylinder bores with the Plasma Transferred Wire Arc process", von K. Bobzin, F. Ernst, K. Richardt, T. Schlaefer, C. Verpoort, G. Flores, Surface and Coatings Technology, Volume 202, Issue 18, 15 June 2008, Pages 4438-4443, sowie der Artikel mit dem Titel "Thermal Spraying of Cylinder Bores with the PTWA Internal Coating System" von K. Bobzin et al., Proceedings of the ASME Internal Combustion Engine Division Fall 2007 Technical Conference, ICEF07, October 14 - 17, 2007, Charleston, South Carolina, USA.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbrennungsmotorkurbelgehäuse mit mindestens einem Zylinder zu schaffen, dessen Lauffläche beschichtet ist, wobei die Lauffläche eine hohe tribologische Widerstandsfähigkeit aufweisen soll. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse, das mindestens einen zur Aufnahme eines Kolbens vorgesehenen Zylinder aufweist, dessen Innenseite mit einer eine Lauffläche für den Kolben bildenden Beschichtung versehen ist.
  • Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Beschichtung eine Vielzahl von Poren aufweist, wobei die durchschnittliche Größe der Poren und/oder der Porenflächenanteil über der Länge des Zylinders variieren.
  • Erfindungsgemäss werden die Porengröße und den Porenflächenanteil so eingestellt, dass die durchschnittliche Porengröße und der Porenflächenanteil vom unteren Zylinderende in Richtung zum oberen Zylinderende hin abnehmen. Das "obere Zylinderende" ist dasjenige Ende, an dem der Zylinderkopf montiert wird. Das untere Zylinderende ist das dem Zylinderkopf abgewandte Ende.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines mindestens einen Zylinder aufweisenden Kurbelgehäuses für einen Verbrennungsmotor weist insbesondere folgende Schritte auf:
    • Gießen des Kurbelgehäuses aus einem Leichtmetallwerkstoff, wie z.B. einer Aluminium-Silizium-Legierung im Druckgussverfahren. Hierfür in Betracht kommen insbesondere untereutektische Aluminium-Silizium-Legierungen.
      • Anschließend wird die Innenseite des mindestens einen Zylinders feingedreht.
    • Danach wird die feingedrehte Innenseite aufgeraut.
    • Schließlich wird auf die aufgeraute Innenseite eine Beschichtung aufgebracht, welche eine Lauffläche für einen in den Zylinder einzusetzenden Kolben bildet. Das Aufbringen der Beschichtung erfolgt so, dass eine Beschichtung mit einer Vielzahl von Poren entsteht, wobei die durchschnittliche Porengröße und/oderder Porenflächenanteil über der Länge des Zylinders variieren.
  • Ganz entscheidend für die Ausbildung einer tribologisch vorteilhaften Oberflächenschicht ist die Größe der Metall- bzw. Legierungströpfchen, die auf die aufgeraute Zylinderinnenseite gespritzt werden.
  • Die Tröpfchengröße sollte im Bereich zwischen 0,5 µm und 500 µm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 µm und 150 µm liegen, um möglichst fein verteilte Poren zu erzielen.
  • Die sich ergebenden Poren können von eher runder bzw. eher ovaler oder länglicher Form sein. Ab einem Längen-/ Breitenverhältnis einer Pore von mehr als z.B. 4:1, spricht man von einer länglichen Pore. Bei einem Längen-/ Breitenverhältnis einer Pore von weniger als z.B. 4:1, spricht man von einer runden Pore. Die Poren dienen zur "Speicherung" des Öls und bilden im Betrieb des Motors "Mikrodruckkammern" aus.
  • Der "Porenflächenanteil" wird im metallographischen Querschliff bestimmt. Unter dem Begriff "Porenflächenanteil" wird das Verhältnis der im Querschliff ermittelten Summe aller in einer Auswertefläche enthaltenen Porenflächen zur gesamten Auswertefläche verstanden.
  • Das Verhältnis von länglicher zu runder Porosität bestimmt über die Druckverteilung innerhalb der Poren ganz entscheidend das tribologische Verhalten. Optimale tribologische Eigenschaften ergeben sich z.B. dann, wenn das Verhältnis von länglicher zu runder Porosität im Bereich zwischen 0,01 und 2,5 liegt.
  • Der Porenflächenanteil, die Porengröße und die Porenverteilung werden über die Zylinderlänge den jeweiligen Anforderungen des tribologischen Systems so angepasst, dass in allen Betriebszuständen optimale Schmierungsbedingungen bzw. Verschleißeigenschaften herrschen. Die durchschnittliche Porengröße bestimmt im Betrieb des Verbrennungsmotors ganz entscheidend die Tragfähigkeit des Ölschmierfilms zwischen den Kolbenringen und der Zylinderlauffläche.
  • Der Schichtwerkstoff muss so gewählt werden, dass im Mischreibungsgebiet, insbesondere im Bereich des unteren bzw. oberen Zylinderendes (unterer und oberer Tot-Punkt) eine ausreichende Verschleißbeständigkeit gegeben ist. Als Beschichtungswerkstoff in Betracht kommt z.B. ein unlegierter Stahl, insbesondere ein FeC-Werkstoff, insbesondere der Werkstoff FeC0,8.
  • Die Rauheit der fein gedrehten Zylinderoberfläche, d.h. vor dem Aufrauen kann, z.B. im Bereich von Rz = 2 µm - 25 µm liegen.
  • Das Aufrauen der fein gedrehten Zylinderinnenseite kann auf mechanischem und/oder chemischem Wege erfolgen. In Betracht kommt beispielsweise eine spanende Bearbeitung der fein gedrehten Zylinderinnenseite. Alternativ oder ergänzend dazu kann die fein gedrehte Zylinderinnenseite auch sand- oder korundgestrahlt werden. Ferner in Betracht kommt ein Aufrauen durch Hochdruckstrahlen mit einem Fluid, insbesondere mit einer Emulsion und/oder mit einer Suspension.
  • Durch das Aufrauen werden mikroskopische Hinterschneidungen in der Zylinderoberfläche erzeugt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Rauheit der Zylinderoberfläche nach dem Aufrauvorgang im Bereich von Rz= 30 µm - 200 µm liegt.
  • Auf die derart vorbearbeitete Zylinderoberfläche wird dann ein als Zylinderlauffläche tribologisch geeigneter Werkstoff aufgebracht. Das Aufbringen kann beispielsweise durch Lichtbogendrahtspritzen erfolgen, wobei schmelzflüssige Metall- bzw. Legierungströpfchen mittels eines Fluidstrahls mit sehr hoher Geschwindigkeit auf die aufgeraute Zylinderoberfläche katapultiert werden, wodurch eine Laufflächenschicht entsteht, die eine Vielzahl von Poren aufweist.
  • Nach dem Aufbringen der Beschichtung wird diese durch ein mechanisches Hon-Verfahren endbearbeitet.
  • Für die Verschleißbeständigkeit, d.h. für die Abriebfestigkeit der Beschichtung ist primär der Gehalt an Oxiden in der Beschichtung entscheidend. Die Oxidbildung, die unmittelbar nach dem Aufspritzen beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase erfolgt, kann durch Variieren der Zusammensetzung des zum Aufspritzen der Metall- bzw. Legierungströpfchen verwendeten Trägergases gezielt gesteuert werden. Als Trägergas kann mit Stickstoff angereicherte Luft verwendet werden. Der Härteverlauf der Zylinderlauffläche kann entsprechend einem über die Länge des Zylinders variierenden Härteprofil eingestellt werden, wobei die Härte vorzugsweise in einem Härtebereich zwischen 300 HV und 700 HV liegen kann.
  • Die beim Aufbringen der schmelzflüssigen Metall- bzw. Legierungströpfchen erzeugten runden und länglichen Porositäten bilden ein System aus nicht miteinander verbundenen Kavitäten in der Zylinderoberfläche. Damit diese Kavitäten als Mikrodruckkammern wirken können und während eines Arbeitszyklus' des Verbrennungsmotors ausreichend mit Öl versorgt werden, ist, wie bereits erwähnt, eine fein strukturierte Honung als Endbearbeitung nach dem Aufbringen der Beschichtung erforderlich.
  • Für die Sicherstellung einer guten Tragfähigkeit der Laufbahn und einer guten Ölversorgung sollte der Rpk der Laufbahn im Bereich
    • zwischen 0,05 µm - 2 µm liegen,
    • vorzugsweise im Bereich zwischen 0,05 µm - 1,5 µm,
    • und besonderes bevorzugt im Bereich zwischen 0,05 µm - 1,1 µm.
  • Der Rvk der Zylinderlauffläche sollte im Bereich zwischen 0,5 µm - 15 µm liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 µm - 10 µm.
  • Weiterhin ist bedeutend dass der Rauheitskennwert V0 im Bereich zwischen 0,1 µm - 16 µm liegt,vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 µm-11 µm.
  • Der Rauheitskennwert Rk sollte im Bereich zwischen 0,05 µm - 5 µm liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,05 µm - 3 µm, und besonderes bevorzugt im Bereich zwischen 0,1µm - 2 µm.
  • Nur eine günstige Kombination dieser Rauheitskennwerte gewährleistet optimale tribologische Eigenschaften der gehonten Zylinderoberfläche.
  • Eine gemäß der Erfindung aufgebrachte Beschichtung weist gegenüber herkömmlichen übereutektischen Aluminium-Silizium-Werkstoffen eine deutlich verbesserte Verschleißfestigkeit auf.
  • Im Vergleich zu herkömmlichen Zylindern, in die Graugussbuchsen eingesetzt sind, ist ein geringerer Zylinderverzug zu beobachten, da die aufgebrachte Beschichtung im Wesentlichen keine eigene Steifigkeit aufweist und sich an die Struktur des Zylindersubstrats anpasst. Dies wiederum ermöglicht eine Verringerung der Kolbenringanpresskräfte, was letztlich zu einer Verringerung der Reibungsverluste führt. Die intrinsischen Mikrodruckkammern in der Beschichtung bewirken einen höheren hydrodynamischen Reibungsanteil, was sich ebenfalls positiv auf die Verlustreibung auswirkt.
  • Eine erfindungsgemäße Beschichtung weist im Vergleich zu den heutzutage häufig verwendeten Graugussbuchsen eine äußerst hohe Korrosionsbeständigkeit auf und zwar auch bei hohen Verbrennungstemperaturen und sauren Medien aufgrund verbesserter Wärmeableitung von der Zylinderoberfläche in das Kühlmedium.
  • Die intrinsischen Mikrodruckkammern ermöglichen im Vergleich zu Graugussbuchsen eine feinere Oberflächenstrukturierung bei gleicher Schmierwirkung und somit einen Reibungsvorteil.
  • Die Kombination von Leichtmetalldruckguss mit einer Fe-Beschichtung ermöglicht somit einen Kostenvorteil. Da auf die bislang verwendeten Graugussbuchsen verzichtet werden kann, ergibt sich auch ein Gewichtsvorteil und eine höhere Verschleißfestigkeit.
  • Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die Oberflächenbeschaffenheit einer Beschichtung gemäß der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt schematisch in abgewickelter Darstellung die glatt gehonte Oberfläche (Lauffläche) eines Zylinders eines Verbrennungsmotors. Die Lauffläche weist eher "längliche Porositäten" und eher "runde Porositäten" auf. Ab einem Längen-/Breitenverhältnis (x1 : x2) einer Pore von mehr als 4 : 1 spricht man hier von einer länglichen Pore, darunter von einer runden Pore.
  • Der Porenflächenanteil wird im metallographischen Querschliff bestimmt. Der Porenflächenanteil berechnet sich aus dem Verhältnis der Summe aller Porenflächen zur gesamten Auswertefläche A. Näherungsweise kann die Porenfläche einer Pore als "Rechteck" angesetzt werden, d.h. Porenfläche ≈ x1 * x2.

Claims (4)

  1. Verbrennungsmotorkurbelgehäuse, das mindestens einen zur Aufnahme eines Kolbens vorgesehenen Zylinder aufweist, dessen Innenseite mit einer eine Lauffläche für den Kolben bildenden Beschichtung versehen ist, wobei die Beschichtung eine Vielzahl von Poren aufweist, wobei die durchschnittliche Größe der Poren und/oder ein weiterer Parameter über der Länge des Zylinders variieren, dadurch gekennzeichnet,
    • dass der weitere Parameter der Porenflächenanteil ist,
    • dass die Lauffläche durch ein mechanisches Honverfahren endbearbeitet ist,
    • dass der Zylinder ein oberes, zylinderkopfnahes Ende und ein unteres, ölwannennahes Ende aufweist, wobei die Größe der Poren und der Porenflächenanteil vom unteren Ende in Richtung zum oberen Ende hin abnehmen und, dass die gehonte
    Lauffläche eine Rauheit aufweist, die innerhalb folgender Bereiche liegt:
    • Rpk im Bereich zwischen 0,05 µm - 2 µm, und/oder
    • Rvk im Bereich = 0,5 µm - 15 µm, und/oder
    • V0 im Bereich zwischen 0,1 µm - 16 µm, und/oder
    • Rk im Bereich zwischen 0,05 µm - 5 µm aufweist.
  2. Verbrennungsmotorkurbelgehäuse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Innenseite des Zylinders eine Oberflächenrauheit von bzw. im Bereich von Rz = 30 µm - 200 µm aufweist.
  3. Verbrennungsmotorkurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Beschichtung um eine Beschichtung auf der Basis von Eisen handelt, insbesondere um eine Beschichtung aus unlegiertem Stahl, insbesondere um eine FeC-Beschichtung, insbesondere um eine FeC0,8-Beschichtung.
  4. Verbrennungsmotorkurbelgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der die Härte der Beschichtung mitbestimmende Oxidanteil der Beschichtung über der Länge des Zylinders variiert und im Bereich zwischen 300 HV und 700 HV liegt.
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