DE2411909C2 - Mit Ladungsschichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Ladungs-Schichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Bauart (DE-OS 23 27 703) ist die den Einsatz aufnehmende Ausnehmung in dem Zylinderkopf nach oben hir:, das heißt zu der dem Hauptbrennraum abgewendeten Seite hin, geöffnet und gleichzeitig zur Aufnahme eines Ventilsitzes für das das kraftstoffreiche Gemisch zuführende Hilfs-Einlaßventil ausgebildet. Auch der die Vorkammer einschließende, topfförmige Einsatz ist von oben her in den Zylinderkopf eingesetzt und im Bereich des Ventilsitzes gehalten. An dem dem Hauptbrennraum zugewandten Ende weist der Einsatz dann eine mit dem in dem Zylinderkopf angeordneten Verbindungskanal korrespondierende Durchtrittsöffnung auf.

Der dünnwandige Vorkammereinsatz dient dabei dem Zweck, den Betrieb der Brennkraftmaschine beim Kaltstart und in der Warmlaufphase zu erleichtern, indem er durch seine verhältnismäßig geringe Masse, die zudem gegenüber den Zylinderkopfwänden einen isolierenden Luftspalt aufweisen, eine schnelle Aufheizung der Vorkammer ermöglicht. Der Vorkammereinsatz ist jedoch derart in der Ausnehmung des Zylinderkopfes gehalten, daß er sich bei höheren Temperaturen, das heißt bei betriebswarmer Brennkraftmaschine, infolge Wärmedehnung an die Zylinder-, kopfwände anlegt.. Dadurch soll die insbesondere im Bereich des Verbindungskanals zum Hauptbrennraum entstehende große Wärmemenge schnell an die umgebenden Zylinderwände abgeführt werden, so daß der Vcrkammereinsatz auch in diesem Bereich zulässige Temperaturwerte nirht überschreitet.

Nun ist jedoch zu befürchten, daß die insbesondere während der Warmlaufphase, das heißt bei noch nicht betriebswarmen Motor entstehenden Verbrennungsrückstände, wie Ruß und dgL, sich in dem strömungsbemhigten Zwischenraum zwischen dem Einsatz und der Zylinderkopfwand absetzen und bei längerer Betriebszeit der Brennkraftmaschine diesen Zwischenraum vollständig zusetzen. In diesem Fall wird durch die festen Ablagerungen eine Wärmedehnung des Einsatzes und insbesondere sein Anlegen an die Zylinderkopfwände weitgehend verhindert, so daß eine Abfuhr der bei der Verbrennung in der Vorkammer entstehenden Wärme von dem Einsatz auf den Zylinderkopf im wesentlichen nur noch über die Sitzflächen des Einsatzes im Bereich des Hilfseinlaßventils übertragen werden können. Die sich in dem Zwischenraum zwischen dem Einsatz und dem Zylinderkopf ablagernden Verbrenne agsrückstände stellen im übrigen schlechte Wärmeleiter dar, wirken also isolierend, so daß dort keine wesentliche Wärmeabfuhr auftreten kann.

Der Haltesitz des Einsatzes ist dagegen für eine ausreichende Wärmeabfuhr von dem Vorkammereinsatz nicht besonders geeignet, weil der mit den höchsten Temperaturen beaufschlagte Bereich; nämlich der Bereich der Übsrströmöffnung zum Hauptbrennraum, sich gerade an dem vom Haltesitz aus gesehen entlegendsten Teil des Einsatzes befindet Das Überschreiten zulässiger Temperaturwerte des Einsatzes bei höheren Lastzuständen der Brennkraftmaschine und dadurch verursachte Glühzündungen können bei der bekannten Ausführung also nicht mit Sicherheit vermieden werden, insbesondere dann nicht wenn anstelle des Hilfseinlaßventils eine Kraftstoffeinspritzdüse vorgesehen ist, da in diesem Fall die durch die Gemischzuführung zur Vorkammer über das Hilfseinlaßventil erreichte Kühlung der Einsatzwände wegfällt

Aus der DE-PS 9 43 560 ist eine Vorkammer-Dieselmaschine bekannt, bei der ein einteiliger Vorkammereinsatz aus eifiem schalenförmigen Oberteil sowie einem hülsenförmigen, den Überströmkanal aufweisenden unteren Teil besteht. Während das schalenförmige Oberteil zumindest teilweise einen Abstand zu den umgebenden Zylinderkopfwänden aufweist, ist das untere Teil in eine Zylinderkopfbohrung unter zumindest weitgehender Berührung der Wandflächen eingesetzt Die diesen Vorkammereinsatz aufnehmende Ausnehmung des Zylinderkopfes ist jedoch zu der dem Kolben abgewandten Seite hin geöffnet und nur von dort für die Montage zugänglich. Auch das schalenförmige Oberteil dieses Einsatzes liegt jedoch in seinem oberen Bereich an den Wänden des Zylinderkopfes an und überträgt dort auch direkt die Wärme. Abgesehen davon, daß die Herstellung eines solchen mit unterschiedlichen Wandstärken behafteten Einsatzes außerordentlich schwierig ist, wird hier auch keine optimale Anpassung des Wärmeflusses von der Vorkammer an den Zylinderkopf erreicht.

Aus der DE-OS 19 06 585 ist eine Vorkammerausge-

staltung bekannt, bei der in dem Verbindungskanal zwischen der Vorkammer und der Hauptkammer ein als Ringrohr ausgebildetes Wärmerohr mit extrem hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist Dieses Wärmerohr kann dabei in dem in die Vorkammer hineinragenden Bereich trichterförmig aufgeweitet sein. Ein das gesamte Vorkammervolumen einschließender, schalenförmiger Einsatz, der wie oben erläutert wurde, eine schnelle Aufheizung der Vorkammer beim Kaltstart und in der Warmlaufphase ermöglicht, ist dort nicht gezeigt

Während die US-PS 12 71 942 eine Ausführung mit einem den Verbindungskanal aufweisenden ringförmigen Halsstück zeigt, das jedoch innerhalb eines in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gehaltenen Halsstückes eines die Vorkammer bildenden Bauteiles gehalten ist, zeigt.die US-PS 31 92 912 lediglich einen einteiligen Vorkammereinsatz.

Demgegenüber ist es zwar aus der DE-AS 10 24 285 bereits bekannt, einen Vorkammereinsatz aus zwei getrennten Teilen aufzubauen. An der Innenwand des dort gezeigten, den Verbindungskanal zum Hauptbrennraum aufweisenden Halsstückes soll jedoch dac Dieselöl durch auf höheren Temperaturen gehaltene Wandbereiche gezündet werden, weshalb dieses Halsstück auf einem großen Umfangsbereich mit einem isolierenden Luftspalt gegenüber dem Zylinderkopf gehalten ist. Auch sein Befestigungsflansch wird unter Zwischenlage von Dichtungen, die im allgemeinen auch isolierend wirken, gegen den Zylinderkopf gedruckt Bei der Verwendung einer derartig ausgebildeten Vorkammer in einer Schichtladungsbrennkraftmaschine der eingangs genannten Art würden sich aber erhebliche Probleme durch Glühzündungserscheinungen ergeben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine mit Ladungsschichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine der eingangs bezeichneten Bauart zu schaffen, die außer einer schnellen Aufheizung der durch einen dünnwandigen Einsatz gebildeten, möglichst einfach zu montierenden Vorkammer während des Kaltstarts und in der Warmlaufphase auch eine wirkungsvolle Wärmeabfuhr im Bereich von höheren Lasten der Brennkraftmaschine nach Erreichen der Betriebstemperatur sicherstellt, damit die Gefahr von Glühzündungen weitgehend ausgeschlossen werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Im Gegensatz zu den meisten bekannten Brennkraftmaschinenausführungen ist also die den Vorkammereinsatz aufnehmende Ausnehmung des Zylinderkopfes zum Hauptbrennraum hin geöffnet, so daß der dünnwandige, schalenförmige Vorkammereinsatz auch von dieser Seile her eingesetzt und mit Hilfe eines den Verbindungskanal aufweisenden, ringförmigen Halsstück sicher gehalten werden kann. Der Hauptteil der Wärmeabfuhr von der durch den Einsatz und das HalsstücK gebildeten Vorkammer auf den Zylinderkopf wird hier von dem zweiten zylindrischen Absatz des Halsitückes übernommen, der in der Zylinderkopfbohrung anlieft und der sich bei der erfindungsgemäßen Ausführung bereits in dem Bereich des Verbindungskanals befindet, in dem die größten Temperaturen auftreten. Durch kurze Wege ergibt sich damit eine schnelle und wirkungsvolle Wärmeabfuhr, so daß die Wandtemperaturen der Vorkammer bei entsprechender Abstimmung der Wärmeübertragenden Flächen des Hallesit?es für alle Lastbereiche der Brennkraftmaschine innerhalb zulässiger Grenzen gehalten werden können. Leim Kaltstart und in der

Warmlaufphase wird nämlich der auf dem ersten Absatz des ringförmigen Halsstückes gehaltene schalenförmig^ Einsatz, der gegenüber den Zylinderkopfwänden in bekannter Weise einen isolierenden Luftspalt einhält aufgrund seiner geringen Masse schnell aufgeheizt

Um den Wärmefluß von dem Vorkammereinsatz auf das Halsstück und von dort auf den Zylinderkopf den bei den unterschiedlichen Betriebsbedingungen sich ergebenden Anforderungen optimal abstimmen zu können, können die zylindrischen Absätze des Halsstückes auch nur jeweils zonenweise mit dem Zylinderkopf bzw. dem schalenförmigen Einsäte in Berührung stehen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die zylindrischen Absatzes des Haltestückes eingedrehte Rillen aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die in schematischer Darstellungsweise einen Längsschnitt durch einen Teil des Zyiinderkopfes einer mit einem geteilten Brennraum ausgeführten Brennkraftmaschine zeigt

Dabei ist mit 1 der Zylinderkopf, mit L· der von diesem über dem Kolben gebildete Hauptbrennrau/n und mit 3 eine zum Hauptbrennraum hin offene, eine Vorkammer 6 aufnehmende Ausnehmung im Zylinderkopf 1 bezeichnet Die Vorkammer 6 wird durch einen dünnwandigen, topfförmigen Einsatz 5 gebildet, der mittels eines ringförmigen Halsstückes 4 mit Abstand zu den umgebenden Wänden der Ausnehmung 3 gehalten ist 11 und 13 stellen an dem topfförmigen Einsatz 5 vorgesehene Durchgangsöffnungen dar, durch die eine in der Aufnahmebohrung 12 einzusetzende Kraftstoffeinspritzdüse bzw. eine in die Aufnahmebohrung 14 einzuschraubende Zündkerze in die Vorkammer 6 hineinragt

Das Halsstück 4 weist zur Verbindung des Hauptbrennraums 2 mit der Vorkammer 6 einen in dem hier gezeigten Beispiel exzentrischen Kanal 7 auf, dessen Ein- und Auslauf gut abgerundet sind. Der topfförmige Einsatz 5 ist auf einem radial inneren, zylindrischen Absatz 10 des Halsstückes 4 gehalten, während das Halsstück 4 seinerseits mit einem zweiten, radial äußeren zylindrischen Absatz 9 in einer Bohrung 8 der Ausnehmung 3 befestigt ist. Die zylindrischen Absätze 9 und 10 des Halsstückes 4 weisen eingedrehte Rillen 15 auf, durch die die Größe der miteinander in Berührung stehenden Flächen zwischen dem Halsstück 4 einerseits und dem Einsatz 5 bzw. dem Zylinderkopf 1 andererseits zur Steuerung des Wärmeflusses abgestimmt werden kann. Dieser Wärmefluß von dem Einsatz 5 zu dem Halsstück 4 und von dort zu dem Zylinderkopf 1 muß dabei so eingestellt sein, daß beim Kaltstart und in der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine der die Vorkammer bildende Einsatz 5 sich schnell aufheizt, so diß i. JCh während dieser kritischen Betriebszustände der in die Vorkammer eingespritzte Brennstoff schnell verdampfen kann uno sich eine gute Gemisch;jufbereitung einstellt. Bei höherer Motorbelastung soll dagegen die Wärmeabfuhr s& groß sein, daß die Wandtemperaturen des Einsatzes 5 und des Halsstückes 4 innerhalb eines zulässigen Temperaturbereiches liegen, in dem Glühzündungen nicht zu erwarten sind. Diese gegen= sätzlichen Forderungen können zumindest in gewünschtem Umfang erfüllt werden, indem der dünnwandige, die Vorkammer bildende Einsatz 5 mit Abstand zu den umgebenden Wänden Her Ausnehmung 3 des Zylinderkopfes 1 angeordnet ist und aus einem Material mit geringer spezifischer Wärme und guter Wärmeleitfähigkeit besteht und indem andererseits die den Haiiptteil

der Wärmeabfuhr übernehmende Halterung des F.insat- ebenso wie der abgerundete Kin- und Auslauf des

/es im Bereich der höchsten auftretenden Tempcratu- Kanals 7 zu einem günstigen Stroniungsverlauf während

ren durch das den Verbindungskanal aufweisende des Verdichtungstaktes bzw. während der in der

Halsstück 4 gebildet wird. Die exzentrische Anordnung Vorkammer 6 eingeleiteten Verbrennung der gesamten

des Vcrbindungskanals 7 in dem Halsstück 4 trägt \ Zylinderladung bei.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 Patentansprüche:

1. Mit Ladungsschichtung betriebene, fremdgezündete Brennkraftmaschine, in deren Zylinderkopf ein Hauptbrennraum und eine über einen Verbindungskana! mit diesem in Verbindung stehende, eine Kraftstoff-Zuführeinrichtung und eine Zündvorrichtung aufweisende Vorkammer vorgesehen sind, wobei die Vorkammer durch einen dünnwandigen, schalenförmigen Einsatz eingeschlossen wird, der in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes mit Abstand zu den umgebenden Wänden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Verbindungskanal (7) aufweisendes, ringförmiges HaJsstück (4) vorgesehen ist, daß auf einem ersten zylindrischen Absatz (10) den schalenförmigen Einsatz (5) trägt und das mit einem nahe dem ersten Absatz angeordneten zweiten zylindrischen Absatz (9) in einer Ausnehmung (3) des Zylinderkapfes (1) bildenden Bohrung (8) vom Hauptbrennraum (2) her einsetzbar gehalten ist

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Absätze (9, 10) des Halsstückes (4) nur jeweils zonenweise mit dem Zylinderkopf (1) bzw. dem topfförmigen Einsatz (5) in Berührung stehen.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Absätze (9, 10) des Halsstückes (4) eingedrehte Rillen (15) aufweisen.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstcffzuführeii-jichtucv und die Zündvorrichtung durch in dem Einsatz (5) vorgesehene Öffnungen (11, 13) in die VV-kammer (6) hineinragen.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (7) exzentrisch in dem Halsstück (4) angeordnet ist. *o