DE3819220A1

DE3819220A1 - Keramische vorverbrennungskammer fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3819220A1
Application number: DE3819220A
Authority: DE
Inventors: Akinori Wakasa; Kazuyuki Mizoguchi; Minoru Machida
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1987-06-06
Filing date: 1988-06-06
Publication date: 1988-12-22
Also published as: US4834042A; JPH08489Y2; DE3819220C2; JPS63196429U

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Vorver brennungskammer für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise einen Dieselmotor.

Zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit und des thermischen Wirkungsgrades von Brennkraftmaschinen sind bereits in großem Umfang Vorverbrennungskammern aus keramischen Bautei len hergestellt worden, wie sie in der offengelegten japa nischen Patentanmeldung 62-10 418 beschrieben sind. Eine der artige keramische Vorverbrennungskammer wird üblicherweise aus einem oberen und einem unteren keramischen Bauteil her gestellt, die zur Vereinfachung der Herstellung durch ther misches Schrumpfen in einen Metallring gepaßt sind. Da jedoch die Dicken der eine Verwirbelungskammer an einem unteren Abschnitt der keramischen Bauteile bildenden Wände nicht gleichmäßig sind, sind die auf die keramischen Bau teile durch die thermische Schrumpfpassung ausgeübten Ober flächendrücke ungleichmäßig. Daher besteht eine Neigung zur Ausbildung von Rissen in den gekrümmten Abschnitten zwischen einer Bodenwand und Seitenwänden des unteren Abschnittes der keramischen Bauteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine keramische Vorverbrennungskammer für eine Brennkraftmaschine zu schaf fen, bei der das Entstehen von Rissen verhindert wird, die sonst in einem unteren Abschnitt der keramischen Bauteile aufgrund von ungleichmäßigen Oberflächendrücken, die durch eine thermische Schrumpfpassung verursacht werden, entstehen würden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine keramische Vorverbrennungskammer für eine Brennkraftmaschine mit einem Metallring und einem durch Schrumpfpassung im Metallring befestigten keramischen Bauteil, das eine Durchgangsöffnung für eine Einspritzdüse und eine Verbrennungsgaseinführ öffnung aufweist, gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schrumpfmaß am unteren Abschnitt des keramischen Bauteils mit dem Metallring geringer ist als das am oberen Abschnitt des keramischen Bauteils mit dem Metallring.

Durch diese Ausgestaltung werden die am Boden des kera mischen Bauteils auftretenden Oberflächendrück herabge setzt, so daß Risse verhindert werden, die sonst im kera mischen Bauteil entstehen würden.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorverbrennungskammer vor Anwendung der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erste Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine einstückige kera mische Vorverbrennungskammer vor Anwendung der Erfindung;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine dritte Ausfüh rungsform der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungs form der Erfindung; und

Fig. 7 ein Diagramm, das die Verteilung der erlaub ten Schrumpfmaße und Oberflächendrücke dar stellt.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein Zylinderkopf 1 für eine Brenn kraftmaschine einen Metallring 2, der mittels Preßpassung im Zylinderkopf 1 angeordnet ist, sowie ein oberes und unteres keramisches Bauteil 3 und 4, die durch thermisches Schrumpfen in den Metallring 2 eingepaßt sind. Bei dem oberen und unteren keramischen Bauteil 3 und 4 handelt es sich um Hohlkörper mit kreisförmigen Querschnitten zur Aus bildung einer Vorverbrennungskammer. Das obere keramische Bauteil 3 ist mit einer Durchgangsöffnung 6 versehen, die mit einem Aufnahmeabschnitt 5 des Zylinderkopfes 1 für eine Glühkerze in Verbindung steht, und mit einer Durchgangs öffnung 8, die mit einem Aufnahmeabschnitt 7 des Zylinder kopfes 1 für eine Einspritzdüse in Verbindung steht. Darü ber hinaus ist das untere keramische Bauteil 4 mit einer Verbrennungsgaseinführöffnung 10 zum Einblasen von Ver brennungsgas in eine Zylinderkammer 9 versehen. Zwischen den Metallring 2 und die keramischen Bauteile 3 und 4 sind Keile 11 und 12 eingesetzt, die verhindern, daß sich die kerami schen Bauteile 3 und 4 relativ zum Zylinderkopf 1 drehen.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 2 gezeigt ist, verringert sich die äußere Abmessung des unteren keramischen Bauteils 4 in Abwärtsrichtung bzw. dessen äußere Kontur ist nach unten verengt, so daß die Außendurchmesser des unteren keramischen Bauteils 4 im Vergleich zum Außendurchmesser des oberen keramischen Bau teils 3 in Richtung auf das untere Ende allmählich geringer werden. Wenn daher die keramischen Bauteile 3 und 4 durch thermisches Schrumpfen in einem Metallring 2, der einen gleichmäßigen Innendurchmesser über seine Länge besitzt, befestigt werden, wird in bezug auf das untere keramische Bauteil entlang dessen Axialrichtung ein sich allmählich verringerndes Schrumpfmaß erhalten.

Das Schrumpfmaß in bezug auf die keramischen Bauteile ist so bemessen, daß vorgegebene Oberflächendrücke ausgeübt werden, die ausreichend groß sind, um ein Lösen der keramischen Bau teile vom Zylinderkopf zu verhindern. Fig. 7 zeigt die Änderung im Oberflächendruck, die auf diese Weise durch die Schrumpfpassung erzeugt wird. Wenn ein gleichmäßiges Schrumpfmaß über das obere und untere keramische Bauteil Anwendung findet, werden größere Oberflächendrücke an einem gekrümmten Abschnitt zwischen der Boden- und Seitenwand des unteren keramischen Bauteils 4 entsprechend einem Flansch des Metallrings, der mit einer durchgehenden Linie A in Fig. 7 angedeutet ist, erzeugt. Im Gegensatz hierzu wird in dem Fall, in dem das Schrumpfmaß in bezug auf das untere keramische Bauteil erfindungsgemäß herabgesetzt wird, der Oberflächendruck am Boden des unteren keramischen Bauteils um etwa 50% herabgesetzt, wie durch die durchgezogene Linie B in Fig. 7 gezeigt ist. Im wesentlichen der gleiche Effekt wird erreicht, wenn sich das untere keramische Bauteil 4 verengt, wobei die Verengung dabei von einem etwas niedri geren Abschnitt als dem obersten Ende des unteren kera mischen Bauteils 4 beginnt, wie durch die gestrichelten Linien C in Fig. 7 angedeutet ist, obwohl diese Linien C von den Linien B abweichen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung ist ein unteres keramisches Bauteil 4 in der Form eines geraden Zylinders ausgebildet und verengt sich nicht. Sein Außendurchmesser ist geringfügig kleiner als der des oberen keramischen Bauteils 3. Wenn das obere und untere keramische Bauteil 3 und 4 durch thermisches Schrumpfen in einem Metallring befestigt werden, der einen gleichmäßigen Innendurchmesser aufweist, ist das Schrumpfmaß in bezug auf das untere keramische Bauteil 4 geringer als das in bezug auf das obere keramische Bauteil 3.

Bei der in Fig. 5 gezeigten dritten Ausführungsform der Er findung ist der Innendurchmesser eines Abschnitts 14 dem Metallrings 2, der mit dem unteren keramischen Bauteil 4 in Kontakt steht, größer als der eines Abschnitts 13, der mit dem oberen keramischen Bauteil 3 in Kontakt steht. Wenn das obere und untere keramische Bauteil 3 und 4, die gleiche Außendurchmesser besitzen, durch thermisches Schrumpfen im Metallring 2 befestigt werden, ist somit das Schrumpfmaß in bezug auf das untere keramische Bauteil 4 geringer als das in bezug auf das obere keramische Bauteil 3. Bei dieser in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist der Metallring 2 an seiner Innenfläche mit einer Schulter versehen, die aus dem Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des oberen und unteren Abschnitts des Metallrings 2 resultiert.

Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Innenseite des Metallrings 2 einen oberen Abschnitt mit einem gleichmäßigen Innendurchmesser und einen unteren Abschnitt aufweist, der in Kontakt mit einem unteren kera mischen Bauteil 4 steht. Der untere Abschnitt besitzt einen Innendurchmesser, der in Richtung auf sein unteres Ende allmählich ansteigt.

Die in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 erläuterten keramischen Vorverbrennungskammern sind in ein oberes und ein unteres keramisches Bauteil unterteilt. Der gleiche Effekt kann jedoch durch eine einstückige Vorverbrennungs kammer erreicht werden, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. In jedem Fall können die Oberflächendrücke, die am Boden der unteren keramischen Bauteile erzeugt werden, durch das Merkmal herabgesetzt werden, daß das Schrumpfmaß in bezug auf das untere keramische Bauteil geringer ist als das in bezug auf das obere keramische Bauteil, wie in Fig. 7 ge zeigt.

Aus der obigen Erläuterung geht somit hervor, daß erfin dungsgemäß das Schrumpfmaß in bezug auf einen unteren Ab schnitt der keramischen Bauteile geringer ist als das in bezug auf einen oberen Abschnitt dieser Bauteile, so daß Oberflächendrücke am gekrümmten Abschnitt zwischen der Boden- und Seitenwand des unteren keramischen Bauteils herabgesetzt werden, wodurch das Entstehen von Rissen ver hindert wird, die sonst in gekrümmten Abschnitt des unteren keramischen Bauteils entstehen würden. Daher werden durch die Erfindung die Haltbarkeit und der thermische Wirkungs grad eines Dieselmotors verbessert, was für die Praxis von großer Bedeutung ist.

Erfindungsgemäß wird somit eine keramische Vorverbrennungs kammer für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise einen Dieselmotor, vorgeschlagen, die aus einem Metallring und einem durch Schrumpfen im Metallring befestigten kera mischen Bauteil besteht. Das keramische Bauteil besitzt eine Durchgangsöffnung für eine Einspritzdüse und eine Öffnung zum Einführen eines Verbrennungsgases. Das Schrumpfmaß an einem unteren Abschnitt des keramischen Bauteils mit dem Metallring ist geringer als das an einem oberen Abschnitt des keramischen Bauteils mit dem Metallring, wodurch Oberflächendrücke am unteren Abschnitt des keramischen Bauteils herabgesetzt werden und somit das Entstehen von Rissen verhindert wird, die sonst aufgrund von Oberflächen drücken, die aus der Schrumpfbefestigung resultieren, im unteren Abschnitt auftreten würden.

Claims

1. Keramische Vorverbrennungskammer für eine Brennkraft maschine mit einem Metallring und einem keramischen Bauteil, das durch Schrumpfen im Metallring befestigt ist und eine Durchgangsöffnung für eine Einspritzdüse sowie eine Einführungsöffnung für Verbrennungsgas auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrumpfmaß an einem unteren Abschnitt des keramischen Bauteils (3, 4, 15) mit dem Metallring (2) geringer ist als das an einem oberen Abschnitt des keramischen Bauteils (3, 4, 15) mit dem Metall ring (2).

2. Vorverbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des unteren Abschnittes des keramischen Bauteils (3, 4, 15) geringer als der des oberen Abschnitts des ke ramischen Bauteils ist.

3. Vorverbrennungskammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur des unteren keramischen Bauteils (4) sich nach unten ver engt.

4. Vorverbrennungskammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschnitt des keramischen Bauteils (3, 4) als gerader Zylinder ausgebildet ist, dessen Außendurchmesser geringer ist als der des oberen Abschnitts des keramischen Bauteils (3, 4).

5. Vorverbrennungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Metallrings (2), der mit dem unteren Abschnitt des keramischen Bauteils (3, 4) in Kontakt steht, größer ist als der des Metallrings (2), der mit dem oberen Abschnitt des keramischen Bauteils (3, 4) in Kontakt steht.

6. Vorverbrennungskammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (2) an seiner Innenfläche mit einer Schulter versehen ist, die aus dem Durchmesserunterschied an seiner Innenseite resultiert.

7. Vorverbrennungskammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Metallrings (2), der mit dem oberen Abschnitt des keramischen Bauteils (3, 4) in Kontakt steht, gleichmäßig ist und daß sich der Innendurchmesser des Metallrings (2), der mit dem unteren Abschnitt des keramischen Bauteils (3, 4) in Kontakt steht, in Richtung auf das untere Ende des Metallrings (2) allmählich erhöht.