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Brennraum bei Brennkraftmaschinen mit selbsttätiger Regelung der Wärmeableitung mittels eines die Brennraumwand umgebenden Luftspaltes
Die Erfindung betrifft einen Brennraum bei Brennkraftmaschinen mit selbsttätiger Regelung der Wärmeableitung mittels eines die Brennraumwand umgebenden Luftspaltes, der nur im Kalt- und Anlaufzustand der Maschine besteht, im Betrieb jedoch durch die bei der Erwärmung auftretenden Materialdehnungen der Brennraumwand überbrückt wird.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der für die Durchführung des vorstehenden Gedankens bereits vorgeschlagenen Massnahmen, insbesondere im Hinblick auf selbstzündende Brennkraftmaschinen mit einem im Kolben oder Zylinderkopf angeordneten rotationskörperähnlichen Brennraum, bei dem der Kraftstoff filmartig auf die Brennraumwand aufgebracht und durch die über die benetzte Brennraumwandungsfläche mit hoher Geschwindigkeit hinweggeführte Verbrennungsluft in Dampfform von der Wand allmäh- lich abgelöst, mit der Luft vermischt und verbrannt wird. Bei diesen letzteren Maschinen ist die Temperatursteuerung der Brennraumwand von besonderer Bedeutung.
Es ist bereits eine Dieselmaschine bekannt, bei der in einer in offener Verbindung mit dem Hubraum stehenden, im Durchmesser diesem gegenüber abgesetzten Verbrennungskammer ein die Brennkammer auskleidendes Metallfutter derart eingesetzt ist, dass es von der Kammerwandung dauernd unter Bildung eines geringfügigen Luftspaltes in Abstand gehalten ist. Es soll damit erreicht werden, dass die freie Abströmung der Wärme von der in der Kammer kreisenden Ladung in die Kammerwandung und durch sie hindurch verhütet wird. Die bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass sie nicht allen Betriebszuständen Rechnung trägt ; es wird damit nur eine Speicherung der Wärme im Brennraum erreicht, dagegen sind die ebenso wichtigen Bedingungen einer Kühlung der Brennraumwandung vernachlässigt.
Weiterhin ist bei Glühkopfmotoren schon vorgeschlagen worden, zwischen einem den Glühkopf umgebenden wassergekühlten Wandungsteil und der Oberfläche des Glühkopfes im kalten Zustand des letzteren einen Luftspalt vorzusehen, der bei Erwärmung des Glühkopfes verringert oder völlig überbrückt wird, wodurch eine Verbesserung des Wärmeübergangs von dem Glühkopf auf die wassergekühlte Wandung bezweckt wird. Bei dieser bekannten Einrichtung muss aber der zu kühlende Teil, nämlich der Glühkopf selbst, erhebliche Formänderungen durch Wärmedehnungen erfahren, was bei einem Glühkopf unschädlich ist, jedoch bei Verbrennungsräumen von Brennkraftmaschinen nur schwer und mit besonders komplizierten Mitteln und auch dann nur unvollkommen zu verwirklichen ist.
Letzteres zeigt eine andere diesbezüglich bereits vorgeschlagene Bauart, bei der ausserhalb der zu kühlenden Brennraumwand besondere Ausdehnungskörper in Form von Wärmeableitstangen oder hülsenförmigen Wärmeableitkörpern vorgesehen sind, die bei Erwärmung eine thermische Verbindung zwischen der zu kühlenden Brennraumwand einerseits und einem Kühlmantel oder einer wärmeausstrahlenden Fläche anderseits herstellen. Abgesehen von der sehr umständlichen und kostspieligen Konstruktion hat diese Anordnung den Nachteil, dass keinerlei Mittel vorgesehen sind, um bei höheren Hitzegraden metallische Verschmelzungen der Wärmeableitteile mit der Brennraumwand zu vermeiden, wodurch die beabsichtigte Wirkung in Frage gestellt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine auf der grundsätzlich bekannten Massnahme der Schaffung eines Luftspaltes an der Brennraumwand aufbauende vereinfachte Brennraumkonstruktion zu schaffen, bei
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der die vorstehenden Nachteile vermieden werden und die insbesondere der wandven. eilten Auftragrng des Kraftstoffes nach dem eingangs erwähnten neuartigen Einspritz- und Gemischbildungsverfahren zweckmässig angepasst ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass die Brennraumwand durch einen dünnwandigen Einsatzkorper (Metallfutter) gebildet ist, wobei eine der beiden, den Luftspalt begrenzenden Wandflächen, insbesondere die dem Luftspalt zugewandte Seite des Einsatzkörpers durch an sich bekannte Mittel (Sulfatieren, Phosphatieren, Bondern od. dgl.) derart vorbehandelt ist, dass sie nach der Luftspaltüberbrückung mit der Gegenfläche eine metallische Bindung nicht eingeht.
Durch die erfindungsgemässe Massnahme wird eine selbsttätige Reguliervorrichtung für die Warmhaltung und Wärmeableitung an der Brennraumwand geschaffen, die keiner Störung durch mechanische Aus fälle mehr unterliegt. Dies ist bei selbstzündende Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen mit Wandauftragung des Kraftstoffes im Brennraum insofern von erheblicher Bedeutung, als hier bei übermässiger Erhitzung der Brennraumwand der Kraftstoff leichter chemisch snZerfallserscheinungen unterliegt, als dies bei Maschinen der Fall ist, die mit Luftverteilung des Kraftstoffes im Brennraum arbeiten. Durch die erfindungsgemässe Massnahme sind ausserdem auch günstige Kaltstartbedingungen in zuverlässiger Weise gewährleistet.
Die erfindungsgemässe Wandauskleidung des Brennraumes kann ein an sich bekanntes Metallfutter sein, das relativ dünnwandig ist. Die Wandauskleidung des Brennraumes kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung jedoch auch so vorgesehen sein, dass sie auf ihrer Anspritzseite einen aus porösem Material, z. B. Sinterstoff bestehenden Belag aufweist, der mindestens teilweise auf die Wandung aufgetragen und dass diese ansonsten metallische Wandauskleidung auf der Luftspaltseite gegen metallische Bindung vorbehandelt ist.
Eine Sinterstoffeinlage im Brennraum ist in Verbindung mit der Wandauftragung des Kraftstoffes ebenfalls bereits vorgeschlagen worden, jedoch so, dass die Sinterstoffschicht einen integrierenden Bestandteil der Brennraumwand bildet. Es wird aamit bezweckt, den Verdampfungsprozess auf der Brennraumwand noch dadurch zu steigern, dass der Sinterstoff einen Teil des auf die Brennraumwand aufge- spritzten Kraftstoffes unter der Einwirkung des Kompressionsdruckes schwammartig in sich aufnimmt und im Zuge der Verdampfung allmählich wieder abgibt.
Wird ein solcher Sinterstoffbelag als Einlage auf einer besonderen Wandauskleidung des Brennraumes gemäss dem Vorschlag der Erfindung vorgesehen, dann ist derselbe besonders wirkungsvoll, da seine Porosität im kalten Zustand so gehalten sein kann, dass relativ wenig Kraftstoff gespeichert wird, während im warmen Zustand infolge der raumlichen Ausdehnung der Wandauskleidung der Sinterstoffbelag in seiner Körnungsstruktur nichtnur thermisch, sondern auch mechanisch gelockert wird, so dass eine besonders nachhaltige Speicherung von Kraftstoff und damit ein entsprechend ausgiebiger Verdampfungs- und Gemischbildungsprozess erreicht wird.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt.
Hiebei zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt durch den oberen Teil eines selbstzündende Verbrennungsmotors mit im Kolben angeordnetem Brennraum, der di3 erfindungsgemässe Brennraumauskleidung aufweist, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kolben entsprechend der Linie II-H in Fig. 1 und Fig. 3 eine mit einem Sinterstoffbelag versehene Wandauskleidung.
In Fig. 1 und 2 ist 1 der in der Laufbüchse 2 des Zylinders 3 gleitende Kolben, in dessen Kolbenboden 4 der Brennraum 5 ausgespart ist. Der nur teilweise gezeigte Zylinderdeckel ist mit 6 bezeichnet.
Der Brennraum 5 wird von der rotationskörperähnlichen Brennraum. vandung 7 begrenzt, die in der Öffnungsebene des Brennraumes in einen gegenüber der Kolbenbodenebene brennraumeinwärts versetzten ringförmigen Wandungsteil 8 übergeht, der seinerseits zusammen mit der senkrecht dazu verlaufenden Ringwandung 9 eine Aussparung 10 am Kolbenboden bildet, in der mitflanschattigumgebogenemAnsatzteil 11 die vorzugsweise metallische Wandauskleidung 12 eingesetzt ist. Der Flanschansatz 11 kann in der Aussparung 10 beispielsweise durch einen ringförmigen Aufsatzteil 13 festgehalten sein. dessen äussere Be- grenzungsfläche dann eine Ergänzung der Kolbenbodenfläche bildet.
Um eine einfache Montage zu er- möglichen, ist zweckmässig die Wandauskleidung 12 nebst Ringaufsatzteil 13 in einem besonderen Kol- benbodeneinsatz4a angeordnet, dessen Unterbringung im Kolbenboden 4 durch die gestrichelt gezeichne- ten Sitzflächen 4b -4e angedeutet ist, wobei die Flächen 4d, 4e in der Querschnittsebene der maximalen räumlichen Ausdehnung des Brennraumes 5 liegen. Die innere Wandung des Kolbeneinsatzes 4a bildet dabei einen Teil der inneren Brennraumwand 7.
Die Wandauskleidung 12 ist ein Metallfutter von ähnlicher Rotationskörperform wie die Brennraumwand 7, das relativ dünnwandig und so bemessen ist, dass es im Kaltzustand mit der Brennraumwand 7 einen Luftspalt 14 bildet, der bei Erwärmung infolge Ausdehnung des Metallfutters durch Aufschliessen sei-
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ner Fläche 12a an der Brennraumwand 7 überbrückt wird. Der Luftspalt 14 soll im Kaltzustand höchstens 1 mm betragen. Damit bei Berührung der Flächen 7 und 12a keine metallische Bindung durch Hitzeeinwirkung auftritt, wird die dem Luftspalt zuliegende Fläche 12a der Auskleidung 12 durch an sich bekann - te Verfahren, wie Sulf atieren, Phosphatieren (Bondern) od. dgl. erfindungsgemäss entsprechend vorbehandelt.
Statt der Fläche 12a der Auskleidung 12 kann gegebenenfalls auch die Brennraumwand 7 selbst in dieser Weise vorbehandelt werden, was jedoch fertigungsmässig schwieriger ist. Die Kraftstoffeinspritzung ist durch die Düse 15 und den auf die Innenwandung 12b der Auskleidung 12 aufgetragenen Kraftstoffilm 16 angedeutet. Die Düsenmündung 15a kann dabei, wie aus Fig. 2 zn ersehen, in bekannter Weise in eine an der Brennraumöffnung ausgesparte Ausnehmung 17 eingreifen, was für eine gute Wandauftragung des Kraftstoffes besonders zweckmässig ist. Die Lufteinströmung erfolgt beispielsweise d"rch ein Schirmventil 18 vorzugsweise im Sinne einer Drehung um die Zylinder- bzw. Brennraumachse.
In Fig. 3 ist eine Wandauskleidung 22 gezeigt, die auf der Anspritzseite 23 mit einem aus porösem
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Die Erfindung ist nicht auf die hierin gezeigte Ausführungsfarm beschränkt, sondern kann überall dort benutzt werden, wo die jeweilige Brennraumfcrm dies gestattet, also auch bei Brennräumen, die statt im Kolben im Zylinderkopf angeordnet sind. Der Vorteil der Erfindung zeigt sich nicht nur bei mit Wandauftragung des Kraftstoffes arbeitenden Verbrennungsmotoren, sondern ganz allgemein, da hiedurch in jedem Fall der Wärmeübergang an bzw. von der Brennraumwand sowohl bei Kaltstart als auch bei Vollast mit einfachsten Mitteln ohne die Gefahr mechanischer Störungen selbsttätig reguliert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennraum bei Brennkraftmaschinen mit selbsttätiger Regelung der Wärmeableitung mittels eines die Brennraumwand umgebenden Luftspaltes, der nur im Kalt-und Anlaufzustand der Maschine besteht, im Betrieb jedoch durch die bei der Erwärmung auftretenden Materialdehnungen der Brennraumwand überbrückt wird, insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen mit einem im Kolben ode :
Zylinderkopf angeordneten rotationskörperähnlichen Brennraum, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumwand (7) durch einen dünnwandigen Einsatzkörper (Metallfutter 12, 22) gebildet ist, wobei eine der beiden den Luftspalt (14) begrenzenden Wandflächen (7 bzw. 12a), insbesondere die dem Luftspalt zugewandte Seite (12a) des Einsatzkörpers, durch an sich bekannte Mittel (Sulfatieren, Phosphatieren, Bondern u. dgl.) derart vorbehandelt ist, dass sie nach der Luftspaltüberbrück. ung mit der Gegenfläche eine metallische Bindung nicht eingeht.