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Brennkraftmaschine
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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, dio für ihre von den
Brenngasen beaufschlagten Bereiche zumindest teilweise mit vorgeformten wärmedämmenden
Abdeckungen versehen ist, welche eine geschlossene Oberfläche aufweisen und aus
einem Material geringer Wärmeeindringzahl bestehen.
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Brennkraftmaschinen der vorgeschilderten Ausführung sind aus der Literatur
vielfach bekannt, wobei als wärmedämmondes Material häufig keramische Stoffe vorgesehen
sind.
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Soids keramischen Stoffe sind in der Regel durch ein sprödes Bruchverhalten,
breite Streuung ihrer Festigkeitswerte sowie eine sehr unterschiedliche Wärmedehnung
zu dem für Gehäuse bzw. Kolben der Brennkraftmaschine verwendeten Material gekennzeichnet.
Hieraus resultieren für die Praxis
erhebliche Schwierigkeiten, da
die unterschiedliche Vär edehnung in Verbindung mit dem spröden Bruchverhalten insbesondere
bei der breiten Streuung der Festigkeitswerte eine starre Verbindung praktisch ausschließt
, so daß ein hoher konstruktiver Aufwand notwendig wird.
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Durch die Erfindung soll für Maschinen der eingangs genannten Art
ein Weg aufgezeigt werden, wie die Verbindung derartig wärmedämmender, insbesondere
keramischer Materialien konstruktiv und herstellungstechnisch vereinfacht werden
kann.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die wärmedämmende
Abdeckung über einen nachgiebig verformbaren Haftstoff gehalten wird. Die Verwendung
eines derartigen Haftstoffes ermöglicht bei der notwendigen Abstützung der Abdeckung
eine Verankerung derselben, die die unterschiedlichen Wärmedehnungen aufnimmt, so
daß auf die Keramik einerseits nur geringe Spannungen uebertragen werden und andererseits
auf die Abdeckung wirkende Druck- und Zugbeanspruchungen großflächig aufgenommen
werden.
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Als Haftstoffe können im Rahmen der Erfindung sowohl gummielastische
Haftstoffe wie auch plastische Haftstoff Verwendung finden. Als gusmielastische
Haftstoffe kommen insbesondere eine Vielzahl der bekannten Elastomere, wie bevorzugt
beispielsweise Silikonkautschukkleber in Frage. Als plastisehe Haftstoffe können
im Rahmen der Erfindung bevorzugt thermoplastische Polymere, wie insbesondere Ein-
oder Zweikomponentenkleber auf Epoxidharzbasis Verwendung finden.
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Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ist der verwendete Haftstoff
durch die Ausführung der Abdeckung mit einer geschlossenen Oberfläche gegen die
Beaufschlagung durch Brenngase geschützt, ebenso wie gegen übermäßige Temperaturbelastungen.
Ein Eindringen von Brenngasen in die Haftstoffschicht in Randsonen wird durch die
Anordnung von Randdichzungen vermieden, wobei diese Randdichtungen durch eingesetzte
Dichtelemente, bzw. entsprechende konstruktive Gestaltung der Randzenen gebildet
sein können.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine
gemäß der Erfindung, bei der die von den Brenngasen beaufschlagten Bereiche im wesentlichen
mit einer wärmedämmenden Abdeckung versehen sind, u n d Fig. 2 bis 5 in schematisierten
Schnittdarstellungen Ausschnitte aus gemäß der Erfindung ausgestalteten Kolben,
anhand derer verschiedene Ausgestaltungen der Randabdichtung der Klebezonen veranschaulicht
sind.
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In den Figuren ist mit 1 der Zylinder bezeichnet, dessen die Zylinderbohrung
2 aufnehmender Block 3 nach oben durch den Zylinderkopf 4 abgeschlossen ist, dem
die Gaswechselkanäle und Gaswechselsteuerelernente zugeordnet sind, von denen hier
nur der Auslaßkanal 5 und das Auslaßventil G gezeigt sind.
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In der Zylinderbohrung 2 ist in üblicher Weise über eine Pleuelstange
7 hin und her beweglich geführt der Kolben 8 angeordnet, der zusammen mit Wandbereichen
der Zylinderbohrung 2 und des Zylinderkopfes 4 den volumenveränderlichen Brennraum
9 begrenzt.
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Die genannten, den Brennraum 9 umgrenzenden Dereiche, die während
des Arbeitsprozesses von den Brenngasen beaufschlagt sind, sind im Rahmen der erfindungsgemäßen
Lösung ebenso wie der Boden to des Kolbens, die dem Brennraum 9 zugewandte Unterseite
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des Ventiltellers sowie die Wandung 12 des Auslaßkanales 5 mit einer wärmedämmenden
Abdeckung versehen, die mit 13 bezeichnet ist. Als Abdeckung dienen dabei vorgeformte
Elemente aus einem wärmedämmenden Material, das bei geringer Wärmeeindringzahl eine
geschlossene Oberfläche aufeist. Es werden also bei der erfindungsgemäßen Lösung
die isolierenden Wandbereiche durch vorgeformte, formfeste Abdeckelem-nte verdeckt.
Diese Elemente werden im Rahmen der Erfindung über einen nachgiebig verformbaren
Haftstoff gehalten, der zwischen der Abdeckung und den über diese abzudeckenden
Flächen, insbesondere Wandfläche der Maschine vorgesehen wird. Die Haftstoffschicht
ist in den Figuren allgemein mit 14 bezeichnet. Als Haftstoffe kommen dabei sowohl
solche gummielastischer Art, also Haftstoffe auf Elastomer-Basis wie beispielsweise
Silikonkautschukkleber in Frage. Ferner kommen auch solche in Frage, die zumindest
bei Betriebstemperatur, also bei jenen Temperaturen, die in der Haftstoffschicht
im Betrieb erreicht werden, plastisch sind, darunter aber gegebenenfalls elastisch.
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Haftstoff mit diesen Charakteristiken sind beispielsweise thermoplastische
Polymere, so insbesondere Epoxidharze.
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Die Haftstoffe der vorgenannten Art, die insbesondere flächig aufgebracht
sind, müssen einerseits die auf die Abdeckung wirkenden Druckkräfte übertragen können
und andererseits gegebenenfalls massebedingt wirksam werdende Zugkräfte, wie sie
an der dem Kolben zugeordneten Abdeckung auftreten können, aufnehmen können. Insbesondere
dann, wenn die Haftstoffe druckbelastet sind, wenn also die Brenngase unter Druck
stehen, besteht dabei auch die GO-fahr,
daß diese in die Haftstoffschicht
eindringen und so die als Isolierung wirkende Abdeckung unterlaufen, bzw.
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auch die Haftstoffschicht zerstören.
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gemäß der Erfindung Um dem zu begegnen, können/die Randzonen der
jeweiligen Abdeckung gegenüber dem jeweiligen Trägerteil, also beispielsweise dem
Kolben, im bbergang zwischen Abdeckung und Kolben abgedichtet sein. Ausführungsbeispiele
für solche Abdichtungen zeigen die Fig. 2 bis 5.
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In Fig. 2 ist dabei, auf einen Kolben 8 bezogen, der Spalt 15 zwischen
Kolben 8 und Abdeckung 13, der die Haftstoffschicht 14 aufnimmt, radial nach auLlen
durch einen Dichtring 1 geschlossen, der entlang dem Kolbenumfang verläuft und der
radial nach außen die Haftstoffschicht 14 begrenzt.
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Diese muß dabei nicht vollfläciiig den Raum zwischen dem Kolben 8
und der Abdeckung 13 ausfüllen, sondern kann in z. B.
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auf die Kolbenachse zentrierten Segmenten, Ringen od. dgl.
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angeordnet sein, so daß klebstofffreie Zonen entstehen, die gegebenenfalls
über eine Bohrung od. dgl. mit der Rückseite des Kolbens verbunden sein können,
um einen Druckaufbau zwischen Abdeckung 13 und Kolben 8 in jedem Fall auszuschließen.
Die einzelnen Klebstoffflächen können dabei, in hier nicht näher dargestellter Weise,
z. B. durch eingelegte Blechrippen oder dem Kolben und/oder der Abdeckung zugeordnete
Erhebungen voneinander abgegrenzt sein, die derart ausgebildet sind, daß die angesprochene
Abführung der Gase gewährleistet ist und ein Druckaufbau zwischen Abdeckung 13 und
Kolben 8 verhindert ist.
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Wihrend bei der Ausführungsform gemäß Fig. .3 ein im Querschnitt geschlossener,
rechteckiger Dichtring vorgoschetl ist, ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3
ein im Querschnitt U-förmigor, radial nach außen offener Dichtring 17 vorgesehen,
dor bevorzugt mit einer gewissen Vorspreizung in den Spalt 15 eingesetzt ist, so
daf3 sich eine gute Anlage an Kolben 8 und Abdeckung 13 ergibt. Im Sinne dieser
Spreizwirkung wirken auch eventuelle, radial außen auf don Dichtring 17 wirkende
Gasdrücke.
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Fig.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 findet als Dichbrillg 18 ein Wellprofil
mit im Querschnitt dor Mäanderform angonaherter Grundstruktur Verwendung, durch
das mehrere Dichtgrenzen zwischen der Abdeckung 13 und dem Kolben 8 aufgebaut werden.
Die Dichtwirkung ist bei den besagten Dichtringen zumindest ohne wesentliche axiale
Versparnlung jedenfalls dann gewährleistet, wenn der Kolben während Kompression,
Zündung und Expansion stirnseitig von don Vorbrennungsgasen beaufschlagt ist, so
daß die Abdeckung bei der gegebenen Nachgiebigkeit der Haftstoffschicht 14 näher
an den Kolben 8 herangedrückt wird, und somit eine Verspannung des Dichtringes zwischen
der Abdeckung 13 und dem Kolben 8 eintritt.
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Von diesem Effekt wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 allein
Gebrauch gemacht, wenn der Kolben 8' mit einem längs seines Umfanges verlaufenden,
aufragenden Ringsteg 19 versehen ist, der in einen stufenförmig abgesetzten Ringbund
20 der wärmedämmenden Abdeckung 13' eingreift, so daß diese über den Ringsteg 19
zentriert ist. Dadurch, daß die Höhe
des Ringstegs 19 größer als
die Tiefe des Ringbundes 20 ausgeführt ist, ergibt sich innerhalb des Ringsteges
19 zwischen dem Kolben 8' und der Abdeckung 13', entsprechend dem Spalt 15 in den
Ausführungsformen gemäß Fig. 2 bis 4 ein zylindrischer Raum 21, in dem in vorgeschilderter
Weise die Haftstoffschicht 14 vorgesehen ist. Wird der Kolben hier über die Gasdruckkräfte
bei Kompression, Verbrennung und Expansion beaufschlagt, so kommt die Abdeckung
13' im Bereich des Ringsteges 19 zumindest in annähernd gasdichte Anlage am Kolben
8', so daß die Haftstoffschicht gegen eindringende Gase geschützt ist.
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L e e r s e i t e