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WO2002097248A1 - Verbrennungsmaschine für eine verbrennung von brennbarem gas - Google Patents

Verbrennungsmaschine für eine verbrennung von brennbarem gas Download PDF

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Publication number
WO2002097248A1
WO2002097248A1 PCT/DE2002/002007 DE0202007W WO02097248A1 WO 2002097248 A1 WO2002097248 A1 WO 2002097248A1 DE 0202007 W DE0202007 W DE 0202007W WO 02097248 A1 WO02097248 A1 WO 02097248A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coating
internal combustion
combustion engine
gas
combustion chamber
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/002007
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhold Ficht
Original Assignee
Reinhold Ficht
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 Reinhold Ficht filed Critical Reinhold Ficht
Priority to DE10292341T priority Critical patent/DE10292341D2/de
Priority to EP02742787A priority patent/EP1404953A1/de
Publication of WO2002097248A1 publication Critical patent/WO2002097248A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/24—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F02B33/10—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with the pumping cylinder situated between working cylinder and crankcase, or with the pumping cylinder surrounding working cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/02—Surface coverings of combustion-gas-swept parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/048—Heat transfer
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • Energy from, for example, biogas plants is one of the renewable (regenerative) energies, since when bacterial biomass is broken down, solar energy that has been temporarily stored in plants is finally released again in the form of the energy carrier biogas.
  • the process is neutral with regard to the C0 2 balance of the earth's atmosphere, because in contrast to the combustion of fossil non-gaseous fuels (coal, petroleum), at most the amount of carbon dioxide can be released again, which immediately before through plant photosynthesis from the earth's atmosphere was removed (assimilated).
  • Converters or fermenters also offer options that have so far hardly been used in waste disposal.
  • About 130 m 3 of biogas can be obtained from one ton of organic waste.
  • Approximately 250 kWh of electrical power and 500 kWh of heat can be obtained from this.
  • Any organic or biological substance (biomass or organic waste) that can be changed by microorganisms can be used to produce biogas. Due to the extreme diversity of bacterial metabolic reactions, the spectrum of possible input substances and output gases is also extensive.
  • Biogas plants make use of this natural, biological process. Under controlled and optimized conditions, so-called biogas is created from organic waste materials through multi-stage microbial degradation reactions from biomass. Biogas consists of approximately 50% to 70% methane and approximately 30% to 50% carbon dioxide, as well as corrosive gas components. Biological methane gas formation is a process that takes place in nature wherever organic material rots in a humid environment and in the absence of air due to the metabolic activity of natural methane bacteria. Examples include the formation of swamp gas, the formation of methane in the digestive tract of ruminants, in wet composting plants and in flooded rice fields.
  • Biogas can be burned to generate heat or converted into heat and electrical energy by a gas engine with a heat exchanger and a connected generator.
  • Today's gas engines are not able to cope with the relatively aggressive behavior of biogas in the long term.
  • Essential components of the biogas attack walls of flow paths up to the combustion chamber and to outlet areas from the combustion chamber, whereby the service life of these internal combustion engines is reduced when operated with such biogas.
  • more frequent maintenance requirements result from the higher susceptibility, so that the reliability and manageability of an engine operated by biogas would have to be improved.
  • the invention sees its technical problem in terms of a problem to be solved.
  • the solution provides that a surface coating is provided at least in the areas of the engine that are endangered by the biogas with its chemically aggressive components (claim 1, claim 20, claim 24).
  • An at least partial coating of the essential points is appropriate, an overall coating of all those wall sections that the biogas with its chemically aggressive starting components flows past before combustion is advantageous (claim 13, claim 14, claim 17, claim 18).
  • the chemically aggressive constituents may have changed, so that a different or possibly the same surface coating may be provided in the outlet duct following the outlet opening up to a flange point at which a chemically resistant material takes over further guidance of the exhaust gas , Claim 14).
  • At least the supply channels (overflow or suction channels) for supplying the gas are recommended to be coated with the coating.
  • the coating can also extend further into the precompression chamber, which serves to precompress the gas in a two-stroke engine due to the downward stroke of the piston. After opening the corresponding inflow channels by sliding the upper edge of the piston past, the path for the pre-compressed fuel gas to the combustion chamber is cleared in a controlled manner.
  • a conventional Nicasil coating can help to prevent the biogas from penetrating to a certain degree as it reduces friction and hard. After compression and explosion, the biogas is discharged in a controlled manner via an outflow channel which is offset to the circumference of the inflow channels, although chemically aggressive and corrosive gas components can still be present here.
  • the surprising result of the surface coating is that the engine not only lasts longer in operation but also that unpurified biological gas can be used for combustion. Uncleaned gases are inexpensive to manufacture and can be taken directly from a bioreactor or a biogas plant (initially referred to as a converter). The costs for operating an engine with biogas can be reduced twice; the life of the engine is increased and the costs for cleaning the biogas are eliminated. Natural gas as a biological gas can also be used.
  • the physical properties of the aggressive gas are used to describe or describe the coating.
  • the coating material must be stable up to the operating temperature. It must have sufficient temperature elasticity to withstand the thermal stresses of the engine. It must be chemically resistant, at least to the essential or regularly expected components of the unpurified biologically produced gas, such as sulfur, phosphorus and ammonia.
  • the surface coating if it is also used in the combustion chamber, can be resistant to abrasion, at least approximately in the hardness that a conventional Nicasil coating offers.
  • An adaptation to the thermal conductivity or thermal conductivity of the material from which the walls of the cylinder covered by the coating are made is recommended (claim 2).
  • the coating should not be thermally insulating, but thermally conductive, preferably to the extent specified above.
  • the coating is preferably used in the overflow channels to the combustion chamber (claim 1, claim 20).
  • a coating can also be provided in the outlet duct (claim 13, 14).
  • the coating can extend to connection points of more resistant materials. It is also preferred to apply a chemically resistant surface coating in the pre-compression space in front of the overflow channels.
  • an adhesion zone forms between the coating and the wall, which ensures that the coating is mechanically fixed. The strength of the adhesion zone can depend on the way in which the layer resistant to the corrosive gases is applied.
  • the chemical property can be in examples with Teflon or at least
  • Teflon components are described. Ceramic powder mixtures or ceramic powder can also be used if it is applied to the surface with high pressure in order to form a coating there. Special windows can be provided for the application of the coating (claim 5), through which access to the space to be coated is formed. After coating, these windows are closed again by appropriate panels. With them, the manufacture of the cylinder heads produced in the casting process is simplified and made more cost-effective with regard to the additional coating to be applied.
  • this coating is formed from soot, which is formed due to the influx of acetylene into the combustion chamber.
  • sooty combustion ensures that a soot layer forms on the walls of the combustion chamber, which has a very low heat penetration number in order to better insulate the combustion chamber thermally and to make this insulation repeatable.
  • FIG. 1 is an overview diagram of an entire engine with a cylinder 9 of interest here, which can also be configured as a cylinder 9 * opposite.
  • FIG. 2 is a schematic illustration of the cylinder 9 in cross section with four sections of coatings B ⁇ (B10; B20; B12; B11.B13.B8) that have been specifically described.
  • Figure 3 is a section of a wall section 11 with a coating layer Bxx, e.g. B11.
  • FIG. 1 illustrates in section an engine block with two opposing cylinders (heads) which electrically provide the combustion chamber or the flow therein, e.g. organically produced gas, ignite.
  • the cylinder 9 is to be picked out schematically in FIG. 2 in section.
  • FIG. 1 also shows the crank loop section K which is advantageous for operation with the combustible gas and which transfers the axial stroke movement h of the piston rod 14 to a shaft rotation via a sliding block.
  • the sliding block is arranged in a housing section which is protected against penetration of the corrosive gas from the precompression chamber by an axial seal 13a, which also serves as a sliding bearing for the piston rod 14.
  • the lubricants required are therefore not attacked by the "biogas” (biological, biologically produced or natural gas, such as natural gas) and additionally burdened.
  • An internally hollow piston 21 formed at the front end of the piston rod 14 serves for compression in the combustion chamber and the conversion of work caused by explosion into kinetic energy, as described in more detail below.
  • the precompression chamber 11k which allows the precompressed combustible gas to flow over the overflow channels 8a, 8b to the compression chamber 10 when the piston is or is being moved in the direction of its bottom dead center and, with its upper edge, also releases the overflow channels in a controlling manner shortly beforehand the outflow channels or the at least one outflow channel 30.
  • the structure shown corresponds structurally to that of a two-stroke engine, which automatically opens an outflow opening 30 when the piston 20 is moved down, in order to allow the burned gas to flow out and only a short time later with it Downward movement h (to the left in FIG. 2) opens one or more inflow openings from which the precompressed fresh gas flows into the combustion chamber.
  • the inflow ducts are themselves provided with openings to the combustion chamber, which are circumferentially offset and each have a circumferential distance from the outflow opening, which can be made larger in the circumferential direction than the windows of the overflow ducts.
  • a plate valve 28 limits the precompression chamber 11, as shown in the closed state (at the bottom dead center) in FIG. 1.
  • two overflow channels are shown with their windows 8c, 8d above the upper edge of the piston 20 and a further inflow opening 29, which is located approximately where the plate valve for the supply of fresh, combustible gas is located.
  • the outflow opening 30 is also open at the bottom dead center position, which leads to the exhaust pipe, but the slight height offset of the upper ends of the openings 8c, 8d and 30 on the left in FIG.
  • FIG. 1 shows the different point in time at which the respective channels through the movement of the piston are opened or closed in a controlled manner.
  • the coordination of the reference numerals makes it easy to compare the overall view in FIG. 1 and the drawn-out sectional view in FIG. 2, and the hollow design of the piston 20 in the interior 21 of which engages the front end of the (hollow or full) piston rod 40 ,
  • the piston has a front face
  • Screw device arranged on the piston rod 40, which is shown in Figure 2 lying directly in front of the outlet opening of the outflow channel 30 (or the outlet opening 30).
  • Outlet channel 30 had exposed and allowed with the overflow channels an inflow of pre-compressed "biogas" from the antechamber 11 k.
  • the inflow channels for the pre-compression that is to say those below the piston 20 when it is close to its top dead center, are not shown here, but can be seen in FIG. 1 and are otherwise known.
  • the axial guide seal 13a of the piston rod 14, on which the piston 20 is arranged on the front side, represents a first possible start of a coating layer B13 which delimits the precompression space 11k.
  • the corresponding wall section 11 of the cylinder is covered with the layers to be explained in more detail and offers a chemical resistance to the aggressive gas components.
  • the coating B13 extends as B11, B8 further in the direction of the overflow channels 8a, 8b up to the compression space 10.
  • the channels are covered by the delimits outer walls 11, 12 and forms the overflow channels 8a, 8b, between the inner approximately toroidal webs and the inner surfaces of the outer walls 11.
  • the overflow channel 8a ends to the combustion chamber 10 in a window, two of which are physically separate windows 8c, 8d in 1 can be seen, in each case as the end of a separate or branched overflow channel, which in the
  • Pre-compression room 11 started. Towards these windows, the coating B11 ends as a coating lying radially further outward in a coating section B8, as can be seen in FIG. 2.
  • the previously described residual webs 12 of the individual inflow or. Outflow channels are covered with a further layer B12, which can correspond to that of B11.
  • the space 10 as a combustion space is also covered with a layer B10, which need not have the same type as those surface layers B13, B11, B8 and B12 in the overflow channels.
  • Another coating in the outflow channel 30, which extends as far as a flange region 31 for an exhaust, is not shown in FIG. 2, but is easily imaginable, as shown in FIG.
  • the coatings B ⁇ (without B10) have a thickness of more than 10 ⁇ m and are preferably formed from Teflon or ceramic constituents, which according to FIG. 3 can also partially penetrate into the surface of the wall 11, with the formation of an adhesion zone H11, which also applies accordingly the other coatings are formed in the transition zone between the coating layer and the wall of the cylinder head.
  • the separate coating B8 should also have high mechanical stability in the sense of sufficient abrasion behavior due to the high velocity of the inflowing gas.
  • the hollow, downwardly open interior of the piston 20 is also covered with a coating layer B20, with the formation of a corresponding adhesive zone H20, as explained in FIG. 3.
  • a coating corresponding to the other coating layers described is also advantageous at this point.
  • the layers B ⁇ have a temperature stability at least up to the maximum operating temperature of the engine. Resistance to abrasion has already been described. The temperature elasticity is decisive for the choice of the material of the cylinder 9 produced in the casting process; If aluminum is used, a different material can serve as a coating layer than when using gray cast iron.
  • the chemical resistance is measured by the aggressive components of the gas, mostly sulfur, ammonia and phosphorus.
  • the layers B ⁇ are gas-tight, which can easily be seen from FIG. 3 with the layer layer B11 used as an example.
  • sulfur should be mentioned as the decisive factor against which the layer B30 in the outlet duct 30 must be essentially resistant.
  • Windows that are not shown in the figure can be inserted into the cylinder, e.g. after its manufacture, be introduced in such a way that the pre-area in front of the combustion chamber, consisting of overflow channels 8a, 8b and pre-compression chamber 11k, can be practically completely covered with the coating.
  • the windows used for coating can then be closed again with a plate. Subsequent surface inspection inspections can be made through these windows.
  • a coating is no longer required if the area of the cylinder is left with a further material made of corrosion-resistant material, in particular stainless steel.
  • Slow-running engines are preferred, both in two-stroke and four-stroke processes.
  • the power range preferably extends up to 20 kW to 50 kW, also up to 150 kW.
  • the layers can be applied in various processes. It was mentioned that the coating, in particular in the exhaust duct as coating B30, has to withstand operating temperatures of at least 700 ° C., slightly less for two-stroke engines.
  • the layers are thermally conductive, preferably essentially such that they have the same thermal transmittance as the metal of the wall which is coated in the respective section. In the sections of the flow paths where high flow velocities of the unpurified biological gas occur, resistance to abrasion is of great advantage.
  • the elasticity of the applied layers serves to absorb alternating stresses caused by temperature expansion, whereby an adaptation to the base material of the cylinder head is also useful here in order to avoid or at least greatly reduce detachments or internal stresses in the connection area, which corresponds to the adhesion zone H11 of FIG.
  • the chemical consistency of the coating layer it has to be resistant to the corrosive gas components, in particular chemically resistant to ammonia, phosphorus and / or sulfur or their compound.
  • the layers can therefore be chemically different.
  • different chemical coatings can also be provided. If, for example, unpurified sewage gases are used as "biogas", the chemical consistency of the coating layers must be adjusted accordingly.
  • the surface layer in the flow sections is gas-tight in order to withstand the corrosive gas components and to keep them away from the wall.
  • Mixtures of a ceramic nature or a ceramic powder are provided as examples, which are applied in an explosion deformation to the preferably still uncoated surface of the previously described flow sections, which application is effected by the speed which leads to an at least partial penetration H11 of the powdery mixture into the wall sections leads to the formation of the flat adhesive zone Hxx described above.
  • Other options for the application of layers are the application of alloys or gold layers, which can then be made very thin, for example smaller than 10 ⁇ m.
  • the layers can be applied galvanically or it can be a mixture of gold and nickel. A a further possibility of applying these layers can be spraying.
  • the layer thickness can vary depending on the cost of the material that makes up the layer.
  • a hard gold layer is one way to obtain a coating that can withstand the operating temperature of the cylinder head (the cylinder), the essential corrosive components of the incoming gas, and the alternating stresses caused by temperature, but it is costly so that its strength is minimized would be restrictive.
  • Other materials from which the layers can be made are those that contain Teflon.
  • a layer containing chromium and / or silicon components is recommended, which can be designed differently than the layers described above in the inflow and outflow paths to and from the combustion chamber.

Landscapes

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Abstract

Verbrennungsmaschine zum Betrieb mit einem aggressiven bzw. korrosiven Gas mit aggressiven gasförmigen Komponenten, welche Maschine mit einer elektrischen Zündung, einer Kurbelschlaufe (K) zur Kraftübertragung und im Bereich zumindest eines Zylinders (9) einen Verbrennungsraum (10) mit Kanälen (8a, 8b, 11k, 29, 30) aufweist, zur Gas-Zuführung zum Verbrennungsraum und zur Gas-Abführung vom Verbrennungsraum. Das Brenngas wird dem Verbrennungsraum gesteuert zugeführt bzw. das nach Verdichtung und explosiver Verbrennung entstehende Abgas wird gesteuert abgeführt. Die Kanäle werden zumindest entlang eines Zuströmwegs (8a, 8b) zum Verbrennungsraum (10) von Wandabschnitten (11, 12) begrenzt, welche jeweils beschichtet sind. Die Beschichtung (B11, B12) ist geeignet gegen eine Betriebstemperatur des Zylinders (9), den wesentlichen korrosiven Gasbestandteilen im zuströmenden brennbaren Gas, einer Wechselbeanspruchung durch Temperaturausdehnung standzuhalten.

Description

Verbrennungsmaschine für eine Verbrennung von brennbarem Gas
Energie aus z.B. Biogasanlagen zählt zu den erneuerbaren (regenerativen) Energien, da beim bakteriellen Abbau von Biomasse letztendlich Sonnenenergie, die in Pflanzen zwischengespeichert wurde, in Form des Energieträgers Biogas wieder frei wird. Der Prozeß ist in Bezug auf die C02-Bilanz der Erdatmosphäre neutral, da im Gegensatz zur Verbrennung von fossilen nicht gasförmigen Brennstoffen (Kohle, Erdöl) höchstens die Menge an Kohlendioxid wieder frei gesetzt werden kann, die unmittelbar zuvor durch pflanzliche Photosynthese aus der Erdatmosphäre entnommen (assimiliert) wurde.
Konverter oder Fermenter (sog. Biogasanlagen) bieten auch in der Abfallentsorgung bisher noch kaum genutzte Möglichkeiten. Aus einer Tonne Biomüll lassen sich etwa 130 m3 Biogas gewinnen. Daraus können ca. 250 kWh elektrischer Strom und 500 kWh Wärme gewonnen werden. Bei der Biogaserzeugung aus Biomüll entstehen keine lästigen oder schädlichen Emissionen.
Zur Biogasgewinnung kann jede organische oder biologische Substanz (Biomasse oder Biomüll) herangezogen werden, die durch Mikroorganismen verändert werden kann. Aufgrund extremer Vielfalt bakterieller Stoffwechselreaktionen ist auch das Spektrum an möglichen Eingangssubstanzen und Ausgangsgasen weitreichend.
Bei Konvertern oder Fermentern (den Biogasanlagen) macht man sich diesen natürlichen, biologischen Prozeß zunutze. Unter kontrollierten und optimierten Bedingungen entsteht aus organischen Abfallstoffen durch mehrstufige mikrobielle Abbaureaktionen aus Biomasse das sogenannte Biogas. Biogas besteht zu etwa 50% bis 70% aus Methan und zu etwa 30% bis 50% aus Kohlendioxid sowie im übrigen aus korrosiven Gasbestandteilen. Die biologische Methangasbildung ist ein Prozeß, der in der Natur überall dort stattfindet, wo organisches Material in feuchter Umgebung und unter Luftabschluß durch die Stoffwechselaktivität natürlicher Methanbakterien verrottet. Beispiele hierfür sind die Entstehung von Sumpfgas, die Methanbildung im Verdauungstrakt von Wiederkäuern, in nassen Kompostieranlagen und in überfluteten Reisfeldern.
Biogas kann zur Wärmeerzeugung verbrannt werden oder durch einen Gasmotor mit Wärmetauscher und angekoppeltem Generator in Wärme und elektrische Energie umgewandelt werden. Heutige Gasmotoren sind dem relativ aggressiven Verhalten des Biogases aber nicht langfristig gewachsen. Wesentliche Bestandteile des Biogases greifen dabei Wände von Strömungswegen, bis hin zum Verbrennungsraum und zu Auslaßbereichen aus dem Verbrennungsraum an, wodurch die Lebensdauer dieser Verbrennungsmotoren bei Betrieb mit solchem Biogas herabgesetzt wird. Andererseits entstehen auch häufigere Wartungsanforderungen durch die höhere Anfälligkeit, so daß die Zuverlässigkeit und Handhabbarkeit eines durch Biogas betriebenen Motors zu verbessern wäre.
Darin sieht die Erfindung ihre technische Aufgabe im Sinne einer Problemstellung, die zu lösen ist.
Die Lösung sieht vor, daß eine Oberflächenbeschichtung zumindest in den Bereichen des Motors vorgesehen ist, die durch das Biogas mit seinen chemisch aggressiven Komponenten gefährdet sind (Anspruch 1 , Anspruch 20, Anspruch 24) . Eine zumindest teilweise Beschichtung der wesentlichen Stellen ist angebracht, eine Gesamtbeschichtung all derjenigen Wandabschnitte, an denen das Biogas mit seinen chemisch aggressiven Ausgangskomponenten vor einer Verbrennung vorbeiströmt, ist vorteilhaft (Anspruch 13, Anspruch 14, Anspruch 17, Anspruch 18). Nach Verbrennung können sich die chemisch aggressiven Bestandteile geändert haben, so daß im Auslaßkanal der Auslaßöffnung folgend bis hin zu einer Flanschstelle, an der ein chemisch resistentes Material die weitere Führung des Abgases übernimmt, eine andere oder eventuell die gleiche Oberflächenbeschichtung vorgesehen sein kann (Anspruch 1 , Anspruch 14).
Zumindest die Zufuhrkanäle (Überström- bzw. Ansaugkanäle) für die Zuführung des Gases empfehlen sich als mit der Beschichtung zu beschichten. Weiterreichend kann die Beschichtung auch in den Vorverdichtungsraum erstreckt werden, der bei einer Zweitakt-Maschine durch den Abwärtshub des Kolbens zur Vorverdichtung des Gases dient (Anspruch 13). Nach Öffnung der entsprechenden Zuströmkanäle durch Vorbeigleiten der Oberkante des Kolbens wird der Weg für das vorverdichtete Brenngas zum Verbrennungsraum gesteuert frei. Im Verbrennungsraum kann eine übliche Nicasil-Beschichtung als reibungsvermindernd und hart das Eindringen des Biogases bis zu gewissen Graden vermeiden helfen. Nach Verdichtung und Explosion wird das Biogas über einen gegenüber den Einströmkanälen umfänglich versetzten Ausströmkanal gesteuert abgeführt, wobei auch hier chemisch aggressive und korrosive Gasbestandteile noch immer vorhanden sein können. Eine
Oberflächenbeschichtung im Anschluß an das Auslaßfenster kann sich bis zu einer Flanschstelle für den Auspuff erstrecken (Anspruch 14). Auch der innere Hohlraum des Kolbens kann beschichtet sein (Anspruch 17). Durch die Oberflächenbeschichtung ergibt sich das überraschende Ergebnis, daß der Motor nicht nur betrieblich länger hält sondern auch ungereinigtes biologisches Gas für die Verbrennung Anwendung finden kann. Ungereinigte Gase sind kostengünstig in der Herstellung und können direkt einem Bioreaktor oder einer Biogasanlage (eingangs als Konverter bezeichnet) entnommen werden. Die Kosten für den Betrieb eines Motors mit Biogas können dabei doppelt gesenkt werden; die Lebensdauer des Motors erhöht sich und die Kosten für die Reinigung des Biogases entfallen. Erdgas als biologisches Gas ist ebenso einsetzbar.
Zur Beschreibung oder Umschreibung der Beschichtung werden die physikalischen Eigenschaften des aggressiven Gases verwendet. Das Beschichtungsmaterial muß standfest bis zur Betriebstemperatur sein. Es muß ausreichend Temperaturelastizität aufweisen, um die thermischen Beanspruchungen des Motors mitzugehen. Es muß chemisch resistent sein, zumindest gegenüber den wesentlichen oder regelmäßig zu erwartenden Bestandteilen des ungereinigten biologisch entstandenen Gases, wie Schwefel, Phosphor und Ammoniak. Zusätzlich kann die Oberflächenbeschichtung für den Fall, daß sie auch im Verbrennungsraum Anwendung findet, beständig gegen Abrasion sein, zumindest annähernd in derjenigen Härte, die eine übliche Nicasil- Beschichtung bietet. Eine Anpassung an die Wärmeleitfähigkeit oder Wärmeleitung des Werkstoffs, aus dem die von der Beschichtung belegten Wänden des Zylinders ist, empfiehlt sich (Anspruch 2). Die Beschichtung soll nicht wärmeisolierend sein, sondern wärmeleitend, bevorzugt im zuvor angegebenen Umfang.
Bevorzugt wird die Beschichtung in den Überstromkanälen zum Verbrennungsraum eingesetzt (Anspruch 1 , Anspruch 20). Ergänzend kann auch im Auslaßkanal eine Beschichtung vorgesehen sein (Anspruch 13,14). Die Beschichtung kann sich bis zu Anschlußstellen von resistenteren Werkstoffen erstrecken. Bevorzugt ist auch die Anbringung einer chemisch beständigen Oberflächenbeschichtung im Vorverdichtungsraum vor den Überströmkanälen. Bei der Aufbringung der Beschichtung auf die zum Kanal weisende Wand bildet sich zwischen der Beschichtung und der Wand eine Haftungszone, die für eine mechanisch feste Anbringung der Beschichtung sorgt. Die Stärke der Haftungszone kann abhängig von der Art und Weise des Aufbringens der gegen die korrosiven Gase beständigen Schicht sein.
Die chemische Eigenschaft kann in Beispielen mit Teflon oder zumindest
Teflonbestandteilen beschrieben werden. Auch keramische Pulvermischungen oder Keramikpulver kann Anwendung finden, wenn es mit hohem Druck auf die Oberfläche aufgebracht wird, um eine Beschichtung dort zu bilden. Für die Aufbringung der Beschichtung können besondere Fenster vorgesehen sein (Anspruch 5), durch die Zugang zum zu beschichtenden Raum gebildet werden. Diese Fenster werden nach der Beschichtung durch entsprechende Platten wieder geschlossen. Mit ihnen wird die Fertigung der im Gußverfahren entstandenen Zylinderköpfe hinsichtlich der zusätzlich aufzubringenden Beschichtung vereinfacht und kostengünstiger gestaltet.
Zwar ist eine Beschichtung als solches bei Verbrennungsmotoren mit Bezug auf den Verbrennungsraum schon in der DE 40 20 936 (Mercedes-Benz) beschrieben, aber diese Beschichtung wird aus Ruß gebildet, der sich aufgrund des Einströmens von Acetylen in den Brennraum bildet. Die dadurch sich ergebende rußende Verbrennung sorgt dafür, daß sich an den Wänden des Verbrennungsraums eine Rußschicht bildet, die eine sehr niedrige Wärmeeindringzahl hat, um den Brennraum thermisch besser zu isolieren und diese Isolierung wiederholbar auszugestalten.
In der DE 40 06 583 (NGK) sind Auskleidungshülsen aus Isolierkeramik bekannt, die während eines Gießvorganges in eine Zylinderkopfanordnung eingebettet werden. Diese als "Pfeifen" oder "Röhrchen" bekannte Technik entspricht einer mechanischen Einspannung eines thermisch schlecht leitenden Materials als "Beschichtung", um die Prozeßtemperatur im Motor zu erhöhen, vgl. dortige Figuren 1 und 4, die den
Ansaugkanal einer Diesel-Brennkraftmaschine zeigen. Die durch mechanische Kraft oder durch Formschluß eingebetteten Röhrchen sind empfindlich, in ihrer konkreten Form schwer herstellbar und sperren den Wärmeübergang, so daß damit allenfalls im kalten Zustand das Kaltstartverhalten des Motors verbessert werden kann, aber im betriebswarmen Zustand zwischen 10% bis 12% weniger Leistung erhalten wird.
Ausführungsbeispiele der Figuren sollen das Verständnis der Erfindung ergänzen,, vertiefen und erläutern.
Figur 1 ist ein Übersichtsdiagramm über einen gesamten Motor mit einem hier interessierenden Zylinder 9, der als Zylinder 9* gegenüberliegend ebenso gestaltet sein kann.
Figur 2 ist eine schematische Darstellung des Zylinders 9 im Querschnitt mit vier betont beschriebenen Abschnitten von Beschichtungen B^ (B10; B20; B12; B11.B13.B8).
Figur 3 ist ein Ausschnitt aus einem Wandabschnitt 11 mit einer Beschichtungslage Bxx, z.B. B11.
Die Übersicht in Figur 1 veranschaulicht im Schnitt einen Motorblock mit zwei gegenüberliegenden Zylinder (Köpfen), die elektrisch über vorzusehende Zündkerzen den Verbrennungsraum bzw. das darin eingeströmte, z.B. biologisch hergestellte Gas, zünden. Der Zylinder 9 soll in der Figur 2 im Schnitt schematisch herausgegriffen werden. Aus Figur 1 ist weiterhin der für den Betrieb mit dem brennbaren Gas vorteilhafte Kurbelschlaufen-Abschnitt K ersichtlich, der über einen Gleitstein die axiale Hubbewegung h der Kolbenstange 14 auf eine Wellendrehung überträgt. Der Gleitstein ist in einem Gehäuseabschnitt angeordnet, das durch eine axiale Dichtung 13a, die auch als Gleitlager für die Kolbenstange 14 dient, gegen Eindringen des korrosiven Gases aus der Vorverdichtungskammer geschützt ist. Die benötigten Gleitmittel werden deshalb nicht vom dem "Biogas" (biologisches, biologisch hergestelltes oder natürliches Gas, wie Erdgas) angegriffen und zusätzlich belastet. Ein innen hohl 21 ausgebildeter Kolben 20 am vorderen Ende der Kolbenstange 14 dient der Verdichtung im Verbrennungsraum und der Umsetzung einer durch Explosion entstandenen Arbeit in Bewegungsenergie, wie im folgenden näher beschrieben.
Aus Figur 1 soll noch auf den Vorverdichtungsraum 11k hingewiesen werden, der über Überströmkanäle 8a,8b zum Verdichtungsraum 10 das vorverdichtete brennbare Gas überströmen läßt, wenn der Kolben in Richtung seines unteren Totpunktes bewegt ist oder wird und mit seiner Oberkante die Überströmkanäle steuernd ebenso freigibt wie kurz zuvor die Ausströmkanäle oder den zumindest einen Ausströmkanal 30. Der dargestellte Aufbau entspricht strukturell demjenigen eines Zweitaktmotors, der beim Herabbewegen des Kolbens 20 selbsttätig eine Ausströmöffnung 30 öffnet, um das verbrannte Gas ausströmen zu lassen und erst kurze Zeit später bei seiner Abwärtsbewegung h (nach links in Figur 2) eine oder mehrere Zuströmöffnungen öffnet, aus denen das vorverdichtete frische Gas in den Brennraum zuströmt.
Die Zuströmkanäle sind selbst mit Öffnungen zum Brennraum versehen, die umfänglich versetzt sind und jeweils einen umfänglichen Abstand von der Auströmöffnung haben, die in Umfangsrichtung größer gestaltet sein kann, als die Fenster der Überströmkanäle. Ein Plattenventil 28 begrenzt die Vorverdichtungskammer 11 , wie im geschlossenen Zustand (am unteren Totpunkt) in der Figur 1 dargestellt. Hier sind zwei Überströmkanäle mit ihren Fenstern 8c,8d oberhalb der Oberkante des Kolbens 20 gezeigt und eine weitere Zuströmöffnung 29, die umfänglich etwa dort liegt, wo das Plattenventil für die Zufuhr von frischem, brennbarem Gas gelegen ist. Auch die Ausströmöffnung 30 ist bei der unteren Totpunktlage geöffnet, die zum Auspuff führt, aber an der geringfügigen Höhenversetzung der in Figur 1 links liegenden oberen Enden der Öffnungen 8c,8d und 30 ist der unterschiedliche Zeitpunkt erkennbar, zu dem die jeweiligen Kanäle durch die Bewegung des Kolbens gesteuert geöffnet werden bzw. geschlossen werden. Im übrigen ist durch die Koordinierung der Bezugszeichen eine leichte Vergleichbarkeit zwischen der Gesamtdarstellung der Figur 1 und der herausgezeichneten Schnittdarstellung der Figur 2 gegeben, auch die innen hohle Ausbildung des Kolbens 20 in dessen Innenraum 21 das vordere Ende der (hohlen oder vollen) Kolbenstange 40 greift. Der Kolben ist von seiner Stirnseite mit einer
Schraubeinrichtung an der Kolbenstange 40 angeordnet, die in Figur 2 unmittelbar vor der Auslassöffnung des Ausströmkanals 30 (bzw. der Auslassöffnung 30) liegend dargestellt ist.
In Figur 2 ist der Zustand dargestellt, der gerade die Ausströmöffnung des
Auslasskanals 30 freigelegt hatte und mit den Überströmkanälen ein Zuströmen von vorverdichtetem "Biogas" aus dem Vorraum 11 k erlaubt. Die Zuströmkanäle für die Vorverdichtung, also diejenigen unterhalb des Kolbens 20, wenn dieser nahe seinem oberen Totpunkt ist, sind hier nicht dargestellt, aber aus Figur 1 ersichtlich und im übrigen bekannt.
Die axiale Führungsdichtung 13a der Kolbenstange 14, an der frontseitig der Kolben 20 angeordnet ist, stellt einen ersten möglichen Beginn einer Beschichtungslage B13 dar, die den Vorverdichtungsraum 11k begrenzt. Der entsprechende Wandabschnitt 11 des Zylinders ist mit den näher zu erläuternden Schichten belegt und bietet einen chemischen Widerstand gegen die aggressiven Gasbestandteile. Die Beschichtung B13 erstreckt sich als B11 ,B8 weiter in Richtung auf die Überströmkanäle 8a,8b bis hin zum Verdichtungsraum 10. Die Kanäle werden von den äußeren Wänden 11 ,12 begrenzt und bilden die Überströmkanäle 8a,8b, zwischen den inneren annähernd toroidförmigen Stegen und den inneren Oberflächen der äußeren Wände 11. Der Überströmkanal 8a endet zum Verbrennungsraum 10 in einem Fenster, von denen zwei physisch getrennte Fenster 8c,8d in Figur 1 ersichtlich sind, jeweils als Ende eines eigenen oder abgezweigten Überströmkanals, der im
Vorverdichtungsraum 11 begann. Zu diesen Fenstern hin endet die Beschichtung B11 als radial weiter außen liegende Beschichtung in einem Beschichtungsabschnitt B8, wie in Figur 2 erkennbar. Die zuvor beschriebenen Reststege 12 der einzelnen Zuströmbzw. Abströmkanäle sind mit einer weiteren Schicht B12 belegt, die derjenigen B11 entsprechen kann.
Der Raum 10 als Verbrennungsraum ist auch mit einer Schicht B10 belegt, die nicht dieselbe Art haben muß, wie diejenigen Oberflächenschichten B13,B11 ,B8 und B12 in den Überströmkanälen. Nicht in Figur 2 dargestellt, aber leicht vorstellbar ist eine weitere Beschichtung im Ausströmkanal 30, die bis zu einem Flanschbereich 31 für einen Auspuff reicht, wie Figur 1 zeigt.
Die Beschichtungen B^ (ohne B10) haben eine Dicke von mehr als 10μm und sind bevorzugt aus Teflon oder keramischen Bestandteilen gebildet, die gemäß Figur 3 auch teilweise in die Oberfläche der Wand 11 eindringen können, unter Ausbildung einer Haftzone H11 , die entsprechend auch für die anderen Beschichtungen in der Übergangszone zwischen der Beschichtungslage und der Wand des Zylinderkopfes gebildet ist. Das Beispiel der Figur 3 bezieht sich mit der Erstreckung der Haftzone H11 auf die gesamte Erstreckung der Beschichtungslage B11 auf dem Wandabschnitt 11 des Zylinders, wobei B^ auch für xx = 8, 12, 13 sowie 30 gilt.
Besondere Aufmerksamkeit haben die Überströmkanäle 8a und 8b, in denen die gesonderte Beschichtung B8 aufgrund der großen Geschwindigkeit des einströmenden Gases auch hohe mechanische Stabilität im Sinne von hinreichendem Abrasionsverhalten haben sollte.
Auch der hohle, nach unten offene Innenraum des Kolbens 20 ist mit einer Beschichtungslage B20 belegt, unter Ausbildung einer entsprechenden Haftzone H20, wie an Figur 3 erläutert. Nachdem das korrosive Gas auch in den Innenraum des Kolbens beim Vorverdichten einströmt, ist eine Beschichtung entsprechend denjenigen übrigen beschriebenen Beschichtungslagen auch an dieser Stelle vorteilhaft. Die Schichten B^ haben eine Temperaturstabilität zumindest bis zur maximalen Betriebstemperatur des Motors. Die Resistenz gegen Abrasion war bereits beschrieben. Die Temperaturelastizität ist für die Wahl des Werkstoffs des im Gußverfahren herstellten Zylinders 9 maßgebend; ist Aluminium verwendet, kann ein anderes Material als Beschichtungslage dienen als bei der Verwendung von Grauguß. Die chemische Resistenz bemißt sich an den aggressiven Bestandteilen des Gases, meist Schwefel, Ammoniak und Phosphor.
Die Schichten B^ sind gasdicht, was aus Figur 3 mit der beispielhaft herangezogenen Schichtlage B11 leicht ersehen werden kann. Im Abgas ist Schwefel als maßgebender Faktor zu erwähnen, gegen den im Auslasskanal 30 die Schicht B30 im wesentlichen resistent sein muß.
Fenster, die in der Figur nicht eingezeichnet sind, können in den Zylinder, z.B. nach seiner Herstellung, so eingebracht werden, daß der Vorbereich vor dem Verbrennungsraum, bestehend aus Überströmkanälen 8a, 8b und Vorverdichtungsraum 11 k praktisch vollumfänglich mit der Beschichtung belegt werden kann. Die zur Beschichtung verwendeten Fenster können anschließend durch eine Platte wieder fest verschlossen werden. Spätere Inspektionen zur Oberflächenkontrolle können durch diese Fenster vorgenommen werden.
Eine Beschichtung ist dann nicht mehr erforderlich, wenn mit einem weiterführenden Werkstoff aus korrosionsbeständigem Werkstoff, insbesondere rostfreiem Stahl, der Bereich des Zylinders verlassen wird.
Der Vorteil der Verwendung von ungereinigten biologischen Gasen kann vollumfänglich ausgeschöpft werden, ohne daß eine stärkere Schädigung der mechanischen Eigenschaft des Motors und eine weitere Herabsetzung seiner Lebensdauer zu befürchten ist. Aufgrund der Verwendung des Kurbeltriebs und der im wesentlichen axial bewegten Kolbenstange 14 kann ein Eindringen des aggressiven Gases in das Kurbelgehäuse verhindert werden, so daß Schmierstoffe nicht zusätzlich von dem schädigenden Gas belastet werden.
Bevorzugt werden langsam laufende Motoren eingesetzt, sowohl im Zweitakt- als auch im Viertaktverfahren. Der Leistungsbereich erstreckt sich bevorzugt bis hin zu 20 kW bis 50 kW, auch bis zu 150kW. Das Auftragen der Schichten kann in verschiedenen Verfahren erfolgen. Erwähnt war, daß die Beschichtung insbesondere im Auslasskanal als Beschichtung B30 Betriebs- Temperaturen von mindestens 700°C standhalten muß, bei Zweitaktmotoren geringfügig weniger. Die Schichten sind wärmeleitend, bevorzugt im wesentlichen so, daß sie dieselbe Wärmedurchgangszahl besitzen, wie das Metall der Wand, welches in dem jeweiligen Abschnitt beschichtet wird. In den Abschnitten der Strömungswege, wo hohe Strömungs-Geschwindigkeiten des ungereinigten biologischen Gases auftreten, ist Abrasionsbeständigkeit von großem Vorteil. Die Elastizität der aufgetragenen Schichten dient dem Auffangen von Wechselbeanspruchung durch Temperaturausdehnung, wobei auch hier eine Anpassung an das Grundmaterial des Zylinderkopfes sinnvoll ist, um Ablösungen oder innere Spannungen im Verbindungsbereich, welcher der Haftzone H11 von Figur 4 entspricht, zu vermeiden oder jedenfalls stark herabzusetzen. Hinsichtlich der chemischen Konsistenz der Beschichtungslage hat sie resistent zu sein gegen die korrosiven Gasbestandteile, insbesondere chemisch resistent gegen Ammoniak, Phosphor und/oder Schwefel oder deren Verbindung. Je nach Einsatzort des Motors können die Schichten demzufolge chemisch anders ausgestaltet sein. Je nach Ort der Beschichtung im Zylinderkopf können auch unterschiedliche chemische Beschichtungen vorgesehen sein. Werden beispielsweise ungereinigte Klärgase als "Biogas" verwendet, ist die chemische Konsistenz der Beschichtungslagen daran anzupassen. Wird Erdgas als Biogas verwendet, sind die Schichten entsprechend anzupassen. Das schließt selbstverständlich nicht aus, daß eine einheitliche Beschichtungslage mit einer bestimmten chemischen Konsistenz gegenüber sämtlichen bekannten korrosiven Gasen die erforderlichen physikalischen Eigenschaften besitzt, die zuvor beschrieben waren, eingesetzt wird, muß aber nicht zwingend so sein.
Es versteht sich, daß die Oberflächenschicht in den Strömungsabschnitten gasdicht ist, um den korrosiven Gasbestandteilen standzuhalten und von der Wand fernzuhalten.
Als Beispiele sind Mischungen keramischer Natur oder ein keramisches Pulver vorgesehen, das in einer Explosionsverformung auf die bevorzugt noch unbeschichtete Oberfläche der zuvor beschriebenen Strömungsabschnitte aufgetragen wird, welches Auftragen durch die Geschwindigkeit bewirkt wird, die zu einem zumindest teilweisen Eindringen H11 der pulverförmigen Mischung in die Wandabschnitte führt, zur Bildung der oben beschriebenen flächigen Haftzone Hxx. Andere Möglichkeiten der Auftragung von Schichten sind das Auftragen von Legierungen oder Goldschichten, die dann sehr dünn gestaltet sein können, z.B. kleiner als 10μm. Die Schichten können galvanisch aufgetragen werden oder es kann eine Mischung aus Gold und Nickel sein. Eine weitere Möglichkeit des Auftragens dieser Schichten kann in einem Spritzen liegen. Die Schichtstärke kann unterschiedlich sein, abhängig von den Kosten des die Schicht ausmachenden Werkstoffs. So ist beispielsweise eine Hartgoldschicht eine Möglichkeit, eine Beschichtung zu erhalten, welche der Betriebstemperatur des Zylinderkopfs (dem Zylinder), den wesentlichen korrosiven Bestandteilen des zuströmenden Gases und den Wechselbeanspruchungen durch Temperatur standhält, aber sie ist kostenintensiv, so daß ihre Stärke auf ein Minimum zu beschränken wäre. Andere Werkstoffe, aus denen die Schichten hergestellt werden können sind solche, die Teflon enthalten. Für die Beschichtung im Verbrennungsraum empfiehlt sich eine Chrom- und/oder Siliziumbestandteile aufweisende Schicht, die anders gestaltet sein kann, als die zuvor beschriebenen Schichten in den Zuström- und Abströmwegen zum bzw. vom Verbrennungsraum.

Claims

Ansprüche:
1. Verbrennungsmaschine mit elektrischer Zündung, insbesondere mit einer Kurbelschlaufe (K) zur Kraftübertragung von einer nichtschwenkenden Kolbenstange (14) angetriebener Motor, zum Betrieb mit einem aggressiven bzw. korrosiven Gas, insbesondere einem biologisch hergestellten Biogas mit aggressiven gasförmigen Komponenten oder einem Erdgas, welche Maschine im Bereich zumindest eines Zylinderkopfes (9)
(a) einen Verbrennungsraum (10) mit Kanälen (8a,8b,11 k,29,30) aufweist, zur Gas-Zuführung zum Verbrennungsraum und zur Gas-Abführung vom
Verbrennungsraum, wobei das aggressive oder korrosive Gas dem Verbrennungsraum gesteuert zuströmt bzw. ein nach Verdichtung und explosiver Verbrennung entstehendes Abgas gesteuert abgeführt wird;
(b) wobei die Kanäle zumindest im Zuströmweg (8a,8b) zum Verbrennungsraum (10) von Wandabschnitten (11 ,12) begrenzt werden, welche jeweils zu den Kanälen weisende Oberflächen aufweisen und diese Oberflächen mit einer Beschichtung (B11.B12) belegt sind, die geeignet ist einer Betriebstemperatur des Zylinderkopfes, den wesentlichen korrosiven Gasbestandteilen im zuströmenden Gas, - der Wechselbeanspruchung durch Temperaturausdehnung, standzuhalten, um einen Abtrag und/oder eine chemische Veränderung der Oberfläche (einer unbeschichteten Oberfläche) der Wandabschnitte (12,11) wesentlich zu sperren bzw. im wesentlichen zu verhindern.
2. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung einer
Temperatur bis zumindest 700°C standhält, insbesondere im wesentliche dieselbe Wärmedurchgangszahl (Wärmeleitfähigkeit) aufweist, wie der Werkstoff des von ihr beschichteten Abschnitts des Zylinders (9).
3. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung eine Mindeststärke von zwischen 10 μm bis 100 μm aufweist.
4. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung (B11 ,B12) eine Beständigkeit gegen Abrasion aufweist, um die Lebensdauer des Motors zu erhöhen.
5. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung eine Elastizität aufweist, die im wesentlichen an das Grundmaterial des Zylinderkopfes (9) angepaßt ist, insbesondere an den Werkstoff des Gußstücks, wie Aluminium oder Grauguß, um eine unterschiedliche Ausdehnung von Beschichtung und den die Oberfläche tragenden Wandabschnitten insoweit zu vermeiden, als Ablösungen oder innere Spannungen im Verbindungsbereich (H11 ) entstehen.
6. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung chemisch resistent ist gegenüber ungereinigtem oder biologisch hergestelltem Biogas, insbesondere chemisch resistent gegen Ammoniak, Phosphor und/oder Schwefel oder deren Verbindungen.
7. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die aggressiven Gase ungereinigte Klärgase sind und die chemische und/oder physikalische Resistenz der Oberfläche ihnen gegenüber im wesentlichen gegeben ist.
8. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die elektrische Zündung durch zumindest einen elektrischen Funken herbeigeführt wird.
9. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei der Verbrennungsraum (10) eine Oberflächenbeschichtung trägt, die Chrom- und/oder Siliziumbestandteile aufweist.
10. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung Teflon aufweist.
11. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung eine Keramik- Beschichtung ist, die zumindest teilweise in die Oberfläche des Gußmaterials eindringt (H11), aus dem der Zylinderkopf hergestellt ist.
12. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei in zumindest einem Zylinder mehrere Fenster in Richtung auf einen den Zuströmkanälen (8a,8b) vorgelagerten Vorverdichtungsraum (11 ) ausgerichtet und in einer Größe angepasst sind, um zumindest diesen Bereich des Vorverdichtungsraums mit der Oberflächen- Beschichtung (B13) im wesentlichen vollständig versehen zu können.
13. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 oder 12, wobei die Oberflächenbeschichtung (B11.B12) im Zuströmweg - zum Verbrennungsraum (10) - sich bis zum Vorverdichtungsraum (11k) erstreckt.
14. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 oder 13, wobei die Oberflächenbeschichtung (B30) sich von der Auslassöffnung weg, entlang eines Auslasskanals (30) auf Wandabschnitten bis zu einer Auslass-Anschlußstelle erstreckt, um bis zu der Auslaß-Anschlußstelle zu reichen, an der ein Abgaskanal aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem korrosionsbeständigen Werkstoff montiert ist.
15. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Oberflächenbeschichtung im wesentlichen gasdicht ist.
16. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 11 , wobei die keramische Mischung ein keramisches Pulver ist, das in einer Explosionsverformung auf die Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird, um zumindest teilweise in die Oberfläche der Wandabschnitte der Kanäle einzudringen (H11).
17. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , 13 oder 14, wobei ein Kolben (20) in seinem hohlen Innenraum (21 ) an nach innen weisenden Wandabschnitten mit einer den korrosiven Gasbestandteilen auch standhaltenden weiteren Schicht (B20) belegt ist.
18. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Raum (11 k) zur Vorverdichtung ganz von der Oberflächenbeschichtung(B13) belegt ist, die derjenigen Beschichtung entspricht, die sich entlang der Zuströmwege (8b,8c) zum Verbrennungsraum (10) erstreckt.
19. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung zumindest teilweise in die Oberfläche des Wandmaterials (11 ,12) zur Bildung einer
Haftungszone (H11 ) eindringt
20. Verbrennungsmaschine mit einer elektrischen Zündung, insbesondere mit einer Kurbelschlaufe (K) zur Kraftübertragung, zum Betrieb mit einem aggressiven bzw. korrosiven Gas mit aggressiven gasförmigen Komponenten, welche Maschine im Bereich zumindest eines Zylinders (9) einen Verbrennungsraum (10) mit
5 Kanälen (8a,8b,11 k,29,30) aufweist, zur Gas-Zuführung zum Verbrennungsraum und zur Gas-Abführung vom Verbrennungsraum, wobei das Brenngas dem Verbrennungsraum gesteuert zugeführt wird bzw. das nach Verdichtung und explosiver Verbrennung entstehende Abgas gesteuert abgeführt wird;
(a) wobei die Kanäle zumindest entlang eines Zuströmwegs (8a,8b) zum
IÖ Verbrennungsraum (10) von Wandabschnitten (1 1 ,12) begrenzt werden, welche jeweils beschichtet sind, welche Beschichtung (B11.B12) geeignet ist standzuhalten gegen
(b) - eine Betriebstemperatur, insbesondere Verbrennungstemperatur, im
Zylinder (9), 15 - den wesentlichen korrosiven Gasbestandteilen im zuströmenden brennbaren Gas, einer Wechselbeanspruchung durch Temperaturausdehnung.
21. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 20, wobei die Eignung zur Standhaltung 0 auch gegeben ist gegenüber Abrasion des strömenden Gases.
22. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 20, wobei die
Beschichtung (B11 ,B12, B13, B8) wärmeleitend ist, insbesondere im wesentlichen so, wie der Werkstoff des Zylinders (9,9*). 5
23. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 20, wobei die Schicht zumindest teilweise in den Werkstoff des Zylinders eindringt (H11).
0
4. Verfahren zum Schutz einer Verbrennungsmaschine vor einem aggressiven bzw. korrosiven brennbaren Gas mit aggressiven gasförmigen Komponenten, insbesondere als Verbrennungsmaschine mit einer Kurbelschlaufe (K) zur Kraftübertragung auf eine Welle, in welcher Maschine einem Verbrennungsraum (10) zumindest eines Zylinders (9) ein vor-verdichtetes brennbares Gas über erste Kanäle (8a,8b;11k,29) zugeführt wird oder von dem Verbrennungsraum (10) über zumindest einen weiteren Kanal (30) nach einer explosionsartigen Verbrennung abgeführt wird;
(a) wobei die Kanäle zumindest entlang eines Zuströmwegs (8a, 8b) zum Verbrennungsraum (10) von Wandabschnitten (11 ,12) begrenzt werden, welche jeweils mit einer wärmeleitfähigen Beschichtung (B11.B12) versehen werden, welche geeignet ist
(b) - einer Betriebstemperatur, insbesondere Verbrennungstemperatur, im
Zylinder (9), - den wesentlichen korrosiven Gasbestandteilen im brennbaren Gas, einer Wechselbeanspruchung des Zylinders (9) durch Temperaturausdehnung standzuhalten.
* * *
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