Tribologie motorischer Spritzschichten unter dem Einfluss regenerativer Kraftstoffe

Um die Effizienz heutiger Verbrennungsmotoren weiter zu optimieren, werden an Funktionsflächen gezielt Beschichtungen eingesetzt, welche die innermotorische Reibung sowie den Verschleiß reduzieren sollen. Dem tribologischen System Kolbenring Zylinderlaufbahn kommt dabei besonderer Bedeutung zu. In der Praxis werden Kolbenringe immer häufiger mit einer amorphen Kohlenstoffbeschichtung (DLC) versehen. Zum Schutz vor Verschleiß und zur Verringerung von Reibung hat sich das Lichtbogendrahtspritzen der Zylinderlaufflächen als gängige Methode etabliert. Die CO2-Problematik und die Begrenztheit fossiler Energieträger beflügeln zunehmend die Synthese von erneuerbaren Kraftstoffen. Oxymethylenether (OME) wird in aktuellen Forschungsvorhaben als Kraftstoffzusatz diskutiert, da aufgrund seines hohen Sauerstoffgehalts von einer stark rußmindernden Wirkung auszugehen ist. Während des Kaltstarts von Verbrennungsmotoren ist von einer Durchmischung von Motoröl und Kraftstoff auszugehen. Aus diesem Grund muss auch ein möglicher oxidativer Einfluss von OME auf die Eisenspritzschicht genauer untersucht werden. In dieser Untersuchung wird der Reibungszustand zwischen Kolbenring und Zylinderlaufbahn mit Hilfe eines Modellsystems mit Radionuklidtechnik untersucht. Dabei wurden gezielt Versuche durchgeführt, um das Reibungs- und Verschleißverhalten der DLC-Beschichtung und einer thermischen Spritzschicht zu charakterisieren. Mit Hilfe von XPS-Messungen wurde die Eisenspritzschicht nach den Reibversuchen chemisch analysiert und auf Korrosion hin überprüft. Ergänzend wurden Aufnahmen mit dem Konfokalmikroskop vorgenommen, um eine Beurteilung der Oberflächentopographien durchzuführen. Bei der Auswertung der RNT Untersuchungen mit und ohne OME ergaben sich vergleichbare Verschleißraten im ein- und zweistelligen Nanometer pro Stunde Regime, wie sie für moderne Verbrennungsmotoren gefordert sind. Die Beimischung von OME reduziert allerdings die Viskosität des Öls, sodass die Reibpartner schlechter voneinander getrennt werden, was zum Anstieg des Reibungskoeffizienten führt. Durch oberflächenchemische Analysen (XPS) konnte keine Korrosion der Eisenspritzschicht nachgewiesen werden, so dass der Einsatz von OME als Kraftstoff sinnvoll erscheint, wenn ölseitig Maßnahmen zur Viskositätsstabilisierung erfolgen.