DE2751156A1

DE2751156A1 - Brennkraftmaschine mit brennraumwaenden, von denen ein teil auf erhoehtem temperaturniveau haltbar ist

Info

Publication number: DE2751156A1
Application number: DE19772751156
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Dr Latsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-11-16
Filing date: 1977-11-16
Publication date: 1979-05-17
Also published as: JPS6231169B2; JPS5479314A; GB1599620A; US4321898A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine mit temperaturgesteuerten Brennraumwänden gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Einrichtungen sind bekannt insbesondere im Zusammenhang mit Vorkammern bei mit Schichtladung betriebenen Brennkraftmaschinen. Diese Vorkammern sind im wesentlichen topfförmige Einsätze mit dünnen Wandungen, die bei kaltem Zustand einen isolierenden Abstand von den gekühlten Brennraumwänden haben und sich bei Erwärmung infolge der Materialdehnung an die gekühlten Brennraumwände anlegen und somit einen die Überhitzung vermeidenden Wärmetransport ermöglichen.

Nach neuen Erkenntnissen kann durch auf sehr hohe Temperatur gehaltene Brennraumwandflachen, auf die der Kraftstoff gespritzt wird, die Rußemission und die Kohlenwasserstoffemission einer Brennkraftmaschine sehr deutlich abgesenkt werden. Die bekannten Einrichtungen weisen jedoch eine sehr große thermische Trägheit auf und benötigen eine relativ lange Zeit, um nach einem Kaltstart die gewünschte, zuroptimalen Gemischbildung notwendige Wandtemperatur zu erreichen. Sie unterliegen weiterhin größeren TemperaturSchwankungen während des Betriebs der Brennkraftmaschine, da eine Temperaturregelung der Brennraumwandoberflache wegen der thermischen Trägheit nur unvollkommen erzielt werden kann. Insbesondere bei plötzlichen Änderungen der Leistungsabgaben der Brennkraftmaschine kann es dabei zu überhitzungen dieser Brennraumwände kommen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Erwärmung der Brennraumwände wegen der sehr guten Isolierung durch das Wärmerohr zu den gekühlten Teilen der Brennkraftmaschine hin bereits sehr frühzeitig nach dem Start der Brenn-

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kraftmaschine erfolgt und auch die gewitschte hohe Temperatur bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen optimal eingehalten werden kann, da dort eine schnelle Regelung der abzutransportierenden Wärmemenge aufgrund der sehr guten Wärmeleitfähigkeit des Wärmerohrs möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Lösung möglich.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einem Wirbelkammereinsatz im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, Figur 2 die Ausgestaltung einer Vorkammer einer Brennkraftmaschine und Figur 3 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Kolbenmulde im Kolbenboden einer Brennkraftmaschine .

Beschreibung der Erfindung

Das erste Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine. Gezeigt ist ein Kolben 1, der in einem von einem Zylinderkopf 2 stirnseitig verschlossenen Zylinder 3 einen Hauptbrennraum 4 einschließt. Mit dem Hauptbrennraum 4 ist über einen Überströmkanal 5 eine Wirbelkammer 6 verbunden. Die Wirbelkammer ist dabei im Zylinderkopf angeordnet und weist Wände 7 auf, die an durch Kühlräume 9 der Brennkraftmaschine geführtes Kühlmedium angrenzen.

An dem dem Eintritt des Überströmkanals 5 in die Wirbelkammer

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gegenüberliegenden Ende ist ein Einspritzventil 11 angeordnet, dessen Einspritzstrahl oder Einspritzstrahlen etwa tangential auf den überströmkanalseitigen Teil der kugeligen Wirbelkammer gerichtet sind. Dieser untere Teil der Wirbelkammer, der aber auch an den Hauptbrennraum angrenzt, ist als tassenförmiger Einsatz 12 ausgebildet, der etwa die Hälfte des Kugelvolumens der Wirbelkammer umfaßt und im Boden den tangential in den Hauptbrennraum einmündenden überströmkanal 5 aufweist. Im Inneren des tassenförmigen Einsatzes 12 ist ein Wärmerohr 13 angeordnet, dessen eine Wand als temperaturgeregelte Brennraumwand 14 und Begrenzungswand zur Wirbelkammer sehr dünnwandig ausgeführt ist, und dessen andere Begrenzungswände 15 in wärmeleitenden Kontakt mit den gekühlten Wänden stehen. Das Wärmerohr ist in üblicher Weise z.B. teilweise mit Lithium oder Natrium gefüllt, je nachdem, bei welcher Temperatur der volle Wärmetransport des Wärmerohres einsetzen soll bzw. wie hoch die Temperatur der temperaturgeregelten Brennraumwand I¹J eingeregelt werden soll. Zum Transport des in der Kondensationszone im Bereich der gekühlten Begrenzungswände 15 kondensierten Natriums an die temperaturgeregelte Brennraumwand und damit Verdampfungszone kann z.B. in üblicher Ausgestaltung eines Wärmerohres ein feinmaschiges Drahtnetz entlang der Begrenzungswände des Wärmerohres angeordnet werden.

Im oberen Teil der Wirbelkammer ist ferner in üblicher Weise ein Glühstift 17 zur Vorheizung der Wirbelkammer vor dem Start vorgesehen. Ein Sicherungsstift 18 sichert die Lage des tassenförmigen Einsatzes 12 im Zylinderkopf.

Dadurch, daß der üblicherweise zur Bildung einer Wirbelkammer vorgesehene Einsatz 12 mit einem Wärmerohr versehen wird, sind gerade die Brennraumwände, die von den Kraftstoffstrahlen der Einspritzdüse beaufschlagt werden, temperaturgeregelt. Beim Kaltstart dient dabei das Wärmerohr 13 als Isolierung der temperaturgeregelten Brennraumwand 14 gegenüber den ge-

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kühlten Wänden 7 des Zylinderkopfs. Deshalb kann sich die sehr dünnwandige Begrenzungswand 1*1 schnell aufheizen und schnell die Temperatur erreichen, bei der der in die Wirbelkammer eingespritzte Kraftstoff optimal verdampfen kann, ohne daß eine Zerstörung der Oberfläche durch Wärme auftreten kann. Diese überhitzung wird durch die besonders gute Wärmeleitfähigkeit des Wärmerohres verhindert. Das Wärmerohr spricht ferner sehr schnell auf Temperaturänderungen, die auf Lastwechsel der Brennkraftmaschine zurückzuführen sind, an, da der Wärmetransport innerhalb des Wärmerohres sehr schnell erfolgt.

Figur 2 zeigt eine andere Ausgestaltung am Beispiel einer Vorkammer 20, die als Nebenbrennraum in den Zylinderkopf 2 einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist. Die Vorkammer weist dabei in bekannter Weise einen kugeligen Brennraum 21 auf, in den sich auf der einen Seite das Einspritzventil 11 öffnet und der auf der gegenüberliegenden Seite über den Überströmkanal 2H mit dem Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine verbunden ist. Ferner ragt in üblicher Weise ein Glühstift zur Vorwärmung in die Vorkammer.

Wie auch bei der Ausgestaltung nach Figur 1 sind die temperaturgeregelten Brennraumwände 14 des kugeligen Brennraums 21 als Begrenzungswände eines oder mehrerer Wärmerohre 13 ausgeführt. Weiterhin oder alternativ dazu ist im unteren Drittel des kugeligen Brennraums 21 quer zur Richtung der Kraftstoff einspritzstrahlen ein Erwärmungskörper 22 vorgesehen, der selbst als Wärmerohr ausgebildet ist. Das Wärmerohr durchdringt dabei den gesamten Vorkammereinsatz und grenzt an die gekühlten Wände 7 des Zylinderkopfes an.

Aufgrund der Ausgestaltung des Erwärmungskörpers als Wärmerohr kann hier ein Glühkörper verwirklicht werden, der schnell seine optimale Temperatur erreicht und gegen Überhitzung geschützt ist, da bei zu großer Wärmebelastung aus-

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reichend große Wärmemengen durch das Wärmerohr zu den gekühlten Wänden des Zylinderkopfes abgeführt werden können.

In Figur 3 ist eine dritte Variante der erfindungsgemäßen Lösung gezeigt. Dort weist der Kolben 26 einer Brennkraftmaschine im Kolbenboden einen muldenförmigen Brennraum 27 auf, in den im wesentlichen tangential der Kraftstoff von einem Einspritzventil 28 in einem oder mehreren Strahlen eingespritzt wird. Es handelt sich dabei um eine Brennkraftmaschine, die nach dem bekannten Verfahren arbeitet, daß der Kraftstoff auf die erwärmte Wand des Kolbenbodens gespritzt wird und dort infolge der intensiven Luftdrehung, der während des Kompressionshub verdichteten Luft abgelöst und verdampft wird. Wichtig ist dabei, daß die Oberfläche des muldenförmigen Brennraumes 27 eine hohe Temperatur einnimmt aber auch nicht überhitzt wird. Um dieses zu vermeiden, ist in erfindungsgemäßer Lösung im Kolbenboden des Kolbens 26 ein Wärmerohr 30 vorgesehen, das die von den Kraftstoffstrahlen beaufschlagten Flächen des kolbenförmigen Brennraums 27 tassenförmig umfaßt und in wärmeleitendem Kontakt mit den gekühlten Teilen des Kolbens stehen. Die Begrenzungswände des Wärmerohres auf der einen Seite stellen dabei die temperaturgeregelte Brennraumwand 14 des muldenförmigen Brennraums dar. Im übrigen ist das Wärmerohr in bekannter Weise wie auch beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben ausgeführt und bringt in dieser Anwendung die gleichen Vorteile wie die dortige Ausführung. Darüber hinaus kann hier durch die Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens die Intensität des Wärmetransports dadurch gesteigert werden, daß die kondensierte Füllung aus Natrium durch Schüttelbewegung schneller an die Verdampfungsflächen bzw. die temperaturgeregelte Brennraumwand IM gebracht wird.

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Claims

11.11.1977 Bö/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

( 1·)Brennkraftmaschine mit Brennraumwänden, von denen ein Teil auf einem erhöhten Temperaturniveau haltbar ist durch temperaturgesteuerte Verminderung der Wärmeabfuhr an gekühlte Teile der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß diese Teile der Brennraumwände, die durch erhöhte Temperatur zur Betriebsgemischbildung und Homogenisierung des im Brennraum zur Entzündung kommenden Betriebsgemisches aus Kraftstoff und Luft beitragen, als temperaturgeregelte Brennraumwände (14) durch ein Wärmerohr (13, 22, 30) gegenüber den gekühlten Teilen der Brennkraftmaschine abgegrenzt und temperaturgeregelt sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine wenigstens ein in den Brennraum spritzendes Einspritzventil (11, 28) aufweist und die von den Kraftstofi beaufschlagte Brennraumwand als temperaturgeregelte Brennraumwand (14) die Begrenzungswand eines Wärmerohres zwischen Brennraum und gekühlten Teilen der Brennkraftmaschine ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere die der Einspritzdüse gegenüberliegende Wand

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eines vom Hauptbrennraum abgeteilten Nebenbrennraumes (6, 20) als temperaturgeregelte Wand die Begrenzungswand eines Wärmerohres ist.

¹I. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenkammer ein quer in der Strahlrichtung des Kraftstoffeinspritzstrahles angeordneten Erwärmungskörper (22) aufweist, der aus einem Wärmerohr gebildet ist, dessen Enden als wärmeabgebender Kondensationsteil mit den gekühlten Brennraumwänden (7) in wärmeleitendem Kontakt stehen.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der den Brennraum im Zylinder (2) der Brennkraftmaschine einschließende Kolben (26) einen Kolbenboden aufweist, der wenigstens zum Teil Begrenzungswand eines Wärmerohres ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden einen muldenförmigen Brennraum (27) aufweist, der von einem Wärmerohr umgeben ist.

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