DE3123398C2 - Vorbrennkammer für Dieselmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorbrennkammer in einem Zylinderkopf eines Dieselmotors, bei der keramischer Werkstoff verwendet wird. Diese Vorbrennkammer soll höher wärmebelastbar werden. Die Erfindung besteht darin, daß zwischen der Vorbrennkammer und dem Zylinderkopf zumindest gegen den Hauptbrennraum des Dieselmotors hin Abstand vorhanden ist und die Keramik gegenüber dem metallischen Zylinderkopf und gegebenenfalls weiterem Metall durch Wärmedämmungsmittel abgeschirmt ist. Es werden dadurch thermische Spannungen vermindert oder vermieden. Die Verbrennung in der Vorbrennkammer kann bei höherer Temperatur stattfinden. Es sind eine höhere spezifische Leistung und ein größerer Wirkungsgrad des Dieselmotors erzielbar. Insbesondere ist die Vorbrennkammer aus axial aufeinanderfolgenden Teilen aufgebaut und zumindest das dem genannten Hauptbrennraum am nächsten gelegene Teil aus keramischem Werkstoff und wie angegeben abgeschirmt.

Description

a) Rippen (36) zwischen dem Pilzstiel (35) und der gegenüberliegenden Oberströmkanalwand bilden vier gleichförmig über den Umfang verteilte Gasdurchtrittspassagen (37);

b) die ausschließlich als integrale Bestandteile des zentrales pilzförmigen Gasführungsteils (27) bis zum Pilzkopf (20) geführten Rippen (36) stützen sich mit gänzlich achsparallelen Zentrierflächen an der Wand des Oberströmkanals (28) ab;

c) der Querbolzen (22) »st durch den zentralen Kern und zwei Rippen (36) des Pilzstiels (35) hindurchgeführt;

d) der Oberströmkanal (28), der Querbolzen (22) und das Gasführungsteil (27) sind aus Keramikmaterial gefertigt

Die Erfindung bezieht sich auf ein-; Vorbrennkammer für Dieselmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine derartige Vorbrennkammer ist aus der DE-PS 8 81 272 bekannt. Dabei ist zwischen dem zentralen Kern des pilzförmigen Gasführungsteils und der Umfangswand des Vorbrennkammereinsatzes ein mit dem Vorbrennkammerinnern kommunizierender, gänzlich ringförmiger Überströmkanal gebildet. Ferner soll im vorliegenden bekannten Fall das pilzförmige Gasführungsteil an seinem einen ins Vorkammerinnere ragenden Ende einerseits sowie etwa in Höhe der Überströmkanalmitte andererseits über je einen Querbolzen, die beide um 90° zueinander versetzt angeordnet sind, am Vorkammereinsatz in Längs- und Querrichtung festlegbar sein.

Bekanntlich sind nun derartige Vorbrennkammerkonzeptionen nicht nur vergleichsweise hohen Temperatur- und Abbrandgefahren, sondern insbesondere auch im Hinblick auf häufig vorkommende instationäre Betriebszustände vergleichsweise extrem unterschiedlichen- und großen Wärmedehnungen unterworfen, speziell, wenn für die einzelnen Vorbrennkammerbauteile, wie z. B. Vorbrennauskleidung, pilzförmiges Gasführungsteil und Aufhängungsquerbolzen im wesentlichen gleiche metallische Werkstoffe oder aber auch »weniger hochwertige Werkstoffe« für den Brennraumeinsatz für sich vorgeschlagen werden, wie dies aus der DE-PS 8 81 272 bekannt ist.

Im Rahmen des zuvor umrissenen thermischen Problems wäre somit bei der zur DE-PS 8 81 272 beschriebenen Aufhängung des pilzförmigen Gasführungsteils davon auszugehen, daß sich Vorbrennkammereinsatz und pilzförmiges Gasführungsteil in verschiedenen Richtungen, d. h. in Achs- und Querrichtung unterschiedlich ausdehnen, so daß es zu Verspannungen über die betreffende »statisch überbestimmte« Doppelaufhängung, und damit zu nicht unerheblichen Material verwerfungen des Pilzstiels und des Einsatzes kommen kann, die wiederum den konzentrischen Sitz des Stiels, und damit den Ringspaltaustrittsquerschnitt derart verändern können, daß eine homogene Brennraumgasbeladung gefährdet ist Im Extremfall dürfte sogar er> Bruch der beschriebenen Pilzstieiaufhängungsart nicht auszuschließen sein.

Die zuletzt genannten Gefahren können aber auch unabhängig von der zur DE-PS 8 81 272 genannten Pilzstieldoppelaufhängung insbesondere schon dann zu erwarten sein, wenn die der Hochtemperaturbelastung ausgesetzten Vqrbrennkammerbauteile, wie z. B. die Querbolzen selbst, aus mit gegenüber den betreffenden anderweitigen Bauteilpartnern unterschiedlichen metallischen Werkstoffen mit dementsprechend differierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt sein sollten.

Gemäß JP-Patent-Abstrakt vom 18. September 1979, VoL3/No. 112, zur japanischen Patentanmeldung mit der Anmeldernummer 52-1 56 900 und der Veröffentlichungsnummer 54-89 112 soll zwar schon ein die Gasabströmöffnung enthaltender Teil einer Vorbrennkammer für eine Brennkraftmschine als keramischer Isolierkörper gegenüber dem Zylinderkopf ausgebildet werden; aus der DE-OS 28 52 448 ist für sich ferner eine Vorbrennkammer für Dieselmaschinen mit einer aus einem hochtemperaturbeständigen, hochwärmeleiifähigen ke ramischen Werkstoff zu fertigenden Glühkerze be kannt Dieses zuletzt genannte Druckschrifttum vermittelt jedoch keinen Hinweis auf die die Gattung bildende, spezielle Vorbrennkammerkonzeption und die damit einhergehende Gesamtproblematik zur betriebsopti malen Verknüpfung der genannten Bauteile. Allenfalls wären die zuletzt genannten beiden Druckschriften als Hinweise auf die Einsatzmöglichkeil keramischer Werkstoffe für den Hochtemperaturbereich zu verstehen.

Aus der DE-PS 8 74 844 ist es ferner lediglich für sich bekannt, bei einer der Vorbrennkammer einer Brennkraftmaschine nachzuschaltenden Brennstoffdüse einen Düseneinsatz vorzusehen, der sich mittels radialer Trennwände an der Außenwand des Einsatzes abstüt zensoll.

Im Interesse einer optimalen Brennstoffverteilung ist es ferner aus der OE-PS 9 4) 099 bekannt, bei einer Vorkammer vier gleichförmig über dem Umfang verteilte Durchtrittspassagen zwischen einem zentralen Kernstück (Gasführungsteil) und einem äußeren Einsatzteil vorzusehen, wobei die betreffenden Passagen örtlich zwischen der Vorkammer und einem im übrigen gänzlich ringförmigen Überströmkanal angeordnet sein sollen.

Auch die zuletzt genannten bekannten Lösungen vermitteln keinen Hinweis auf eine insbesondere hinsichtlich extrem hohen Temperaturwechselbeanspruchungen verschleißfeste und dabei zugleich extrem geringen Verformungen aussetzbare BäUteilverknüpfung und -ausbildung bei einer Vorbrennkammer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorbrennkammer nach der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß sie trotz extremer Tcmperaturbchistungen und -änderungen die Einhaltung geringer Formtoleranzen, und damit eine stets homogene Hatiptbrennkammergasfüllung gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe ist durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale

erfindungsgemäß gelöst

Dadurch, daß die hier wesentlichen drei Komponenten, nämlich Oberströmkanal, Querbolzen und Gasführungsteil aus Keramik gefertigt sind, läßt dies gegenüber einer rein metallischen Bauteilkonzeption eine um etwa 75% niedrigere Bauteilwärmedehnung unter der Voraussetzung jeweils gleicher Betriebstemperatur erwarten, woraus wiederum extrem geringe Bautefltoleranzen resultieren. Hierdurch ist ferner die Einhaltung einer über den gesamten Betriebszustand gleichförmigen Ringspaltgröße im Interesse einer stets einwandfreien Brennraumfüllung möglich.

Dabei ist die Vorbrennkammer insgesamt gesehen also nicht nur extrem temperaturbeständig, sondern auch extrem temperaturwechselbeständig.

Die Vcrrbrennkammer zeichnet sich weiter durch eine vergleichsweise einfache und zuverlässige Aufhängung und Zentrierung des pilzförmigen Gasführungsteils aus, die statisch einwandfrei bestimmt ist weil die Befestigung über den nur einen Querbolzen einerse^;ts und die Rippenzentrierung andererseits eindeutig funktionell voneinander getrennt sind.

Die angegebene Zentrierung könnte im übrigen auch als besonders »keramikgerecht« bezeichnet werden, da sie eine vergleichsweise langflächige Zentrierung des Pilzkopfes nebst Stiel an der Oberströmkanalwand und bei gleichen Toleranzen eine vergleichsweise geringe Baulänge ermöglicht.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen weiter erläutert; es zeigt

F i g. I die Anordnung und Ausbildung der Vorbrennkammer an einem Zylinderkopfabschnitt einer Dieselmaschine, längs der Vorbrennkammer geschnitten dargestellt und

Fig.2 einen Querschnitt des pilzförmigen Gasführungsteils nebst Überströmkanal gemäß Schnittansicht 11-llderFig. 1.

F i g. 1 veranschaulicht die Vorbrennkammer für eine Diesclmaschine mit einem im vom Zylinderkopf 14 gemäß Umfangsspalt 15 beabstandeten Überströmkanal 28 angeordneten pilzförmigen Gasführungsteil 27, welches mit seinem Pilzstiel 35 im Überströmkanal 28 an einem Querbolzen 22 aufgehängt ist. Der Pilzkopf 20 des Gasführungsleüs 27 ragt dabei 'n den Hauptbrennraum hinein und bildet mit dem hauptbrennraumseitigen Ende des Überströmkanals 28 einen Ringspalt 23.

Wie besonders aus F i g. 2 entnehmbar ist, bilden Rippen 36 zwischen dem Pi!zstiel 35 und der gegenüberliegenden Wand des Überströmkanals 28 vier gleichförmig über öern Umfang verteilte Gasdurchtrittspassagen 37. Die dabei ausschließlich als integrale Bestandteile des zentralen pilzförmigen Gasführungsteils 27 bis zum Pilzkopf 20 geführten Rippen 36 stützen sich mit gänzlich achsparallelen Zentrierflächen an der Wand des Überströmkanals 28 ab; der Querbolzen 22 ist hierbei ferner durch den zentralen Kern und zwei in einer gemeinsamen Meridianebene liegende Rippen 36 des Pilzstiels 35 hindurchgeführt; des weiteren sollen bei dieser Vorbrennkammer der Überströmkanal 28, der Querbölzen 22 und das pilzförmige Gasführungsteil 27 aus Kenimikmaterial gefertigt sein.

F i g. I veranschaulicht ferner ein den Vorbrennraum 48 einschließendes metallisches Einsatzteil, welches mit einer kegelförmigen Endsektion 30 in einer entsprechend rotationssymmei'ischen Ausnehmung des Zylindcrkopfcs 14 sitzt. Im Wege einer durch die Linienzüge 18 verdeutlichten .Schraubwirkung kann das Einsatzteil mil der kegelförmigen *;ndsektion 30 gegen eine entsprechende Kegelgegenfläche enthaltende Endsektien 16 des Zylinderkopfes 14 gedrückt werden. Mit seinem oberen rotationssymmetrisch kragenfönnig aufgeweiteten Ende 31 schließt sich der Überströmkanal 28 formfolgend, zentrisch sowie mittelbar an das dem Hauptbrennraum zugewandte Ende des metallischen Einsätzteils an, wobei das kragenförmig aufgeweitete Ende 31 unter Zwischenschaltung von Flachdichtungen 32,34 in die entsprechend rotationssymmetrische Aus-

nehmungsektionen des Zylinderkopfes 14 eingebettet ist. Ein weiterer konzentrischer Querringspalt 47 zwischen der oberen Ringtellerfläche des kragenförmig aufgeweiteten Endes 31 des Überströmkanals 28 und der dem Hauptbrennraum zugewandten Gegenendflä-

ehe des metallischen Einsatzteils wird ebenfalls durch eine Flachdichtung 33 überbrückt Neben dem Umfangsspalt 15 auf der einen Seite kommt auch den genannten Flachdichtungen 32,33,34 auf der anderen Seite eine wärmeisolierende Wirkung ^genüber den an-

grenzenden metallischen Flächen des Zyijnderkopfes i4 sowie des Einsatzteiles zu. Mit 49 ist in F i g. 1 eine im Überströmkanal 28 enthaltene zylindrische Fortsetzung des Vorbrennraums 48 bezeichnet, in die das vom HauptSjennraum abgewandte Ende des pilzförmigen

Gasführungsteils 27 nebst Pilzstiel 35, unter Bereitstellung der Gasdurchtrittspassagen, hineinragt

Mit 46 ist in F i g. 1 ein in die Umfangswand des metallischen Einsatzteiles eingelassener Zylinderkopfdichtring bezeichnet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorbrennkammer für Dieselmaschinen mit einem im vom Zylinderkopf beabstandeten Überströmkanal angeordneten pilzförmigen Gasführungsteil, welches mit seinem Pilzstiel im Oberströmkanal an einem Querbolzen aufgehängt ist und dessen Pilzkopf in den Hauptbrennraum ragt und mit dem hauptbrennraumseitigen Ende des Oberströmkanals einen Ringspalt bildet, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: