FORCARBON

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND FüR WERKSTOFFE AUF DER BASIS VON KOHLENSTOFF

I. 3 Optimierung der Verschleißfestigkeit der Gleitpaarungen in Dieseleinspritzsystemen für verbrauchsarme KFZ

Arbeitsfeld:

Aufgrund der steigenden Anforderungen an Wirtschaftlichkeit und Leistungsdaten von Kfz-Motoren, des steigenden Dieselmarktanteils, sowie der kontinuierlichen Verschärfung der Abgas-Grenzwerte ist eine Weiterentwicklung von Einspritzsystemen für direkteinspritzende Dieselmotoren von essentieller Bedeutung. Einspritzdrücke von derzeit 1.600 bis 1.800 bar, hohe Zyklenzahlen und Beschleunigungen sowie mineralische Verunreinigungen im Kraftstoff führen zu deutlichem Verschleiß der Injektoren. Bei einer weiteren Erhöhung der Einspritzdrücke erreichen die nach derzeitigem Stand der Technik eingesetzten Verschleißschutzschichten ihre Leistungsgrenze.
Ziel des Projektes ist daher die Erhöhung der Verschleißfestigkeit der kritischen Oberflächenpaarungen der Injektoren. Dies wird zum einen durch Modifikation bestehender Schichtsysteme und zum anderen durch Neuentwicklung alternativer Beschichtungen auf Basis von diamantartigem Kohlenstoff (DLC) erfolgen. Anhand eigener Vorarbeiten sowie Literaturrecherchen konnte bereits das Potenzial neuartiger Dotierungswerkstoffe, wie Titandiborid oder Niob, belegt werden. Darüber hinaus wird der Einfluss der Oberflächenstruktur und -Vorbehandlung auf Haftung und mechanische Eigenschaften des Schicht-Substrat-Verbundes Gegenstand systematischer Untersuchung und Optimierung sein. In der Literatur der letzten Jahre haben sich diesbezüglich vor allem Verfahren wie dem Beschichten vorgeschaltetes Plasmanitrieren (Duplex-Verfahren - Steigerung der Haftfestigkeit und Ermüdungsverschleißbeständigkeit) sowie gezieltes Strukturieren der Oberfläche (Verbesserung der Tribologie), z.B. mittels Excimerlaser, als vielversprechend herauskristallisiert.
Die Untersuchungen werden exemplarisch an einem Kolben-Buchse-System im Bereich der Steuerkolbenführung des Injektors erfolgen. Der Lehrstuhl für Konstruktionstechnik und die Fa. Balzers werden in enger Kooperation für die Entwicklung und Charakterisierung der DLC-Schichten verantwortlich sein, der Industriepartner INA wird neben Fragen des Werkstoffs und der Wärmebehandlung ebenfalls die Betrachtung tribologischer Aspekte (Material, Oberflächenstruktur) abdecken. Zur Untersuchung optimierter Materialpaarungen wird am Lehrstuhl für Konstruktionstechnik in Kooperation mit Siemens VDO ein Verschleißprüfstand entwickelt und gebaut. Die Untersuchung der beschichteten Einheiten in Feldversuchen bei Siemens VDO rundet das Vorhaben ab.