AT514813B1 - Anordnung aus einem Zylinderkopf und einem Vorkammersystem - Google Patents
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Abstract
Anordnung aus einem Zylinderkopf (1) und einem Vorkammersystem (2) für einen Verbrennungsmotor, wobei der Zylinderkopf eine Feuerplatte (3) zur Begrenzung einer Hauptbrennkammer (5) aufweist und das Vorkammersystem (2) zumindest teilweise in einer Öffnung (4) der Feuerplatte (3) angeordnet ist, wobei eine das Vorkammersystem (2) im Wesentlichen umgebende Kühlkavität (6) vorgesehen ist, welche in der Feuerplatte (3) und/oder in jenem Bereich des Vorkammersystems (2), welcher sich in der Öffnung (4) befindet, angeordnet ist.
Description
Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Zylinderkopf und einemVorkammersystem für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
[0002] Insbesondere bei Gasmotoren, aber auch bei Verbrennungsmotoren im Allgemeinen,können Vorkammersysteme zur Zündung eines Brenngemischs in einer Hauptbrennkammereingesetzt werden. Diese Vorkammersysteme verfügen meist über eine Vorbrennkammer, inder ein relativ leicht entzündliches Brenngemisch entzündet werden kann. Es entsteht eineZündfackel, die über einen Steigkanal und Bohrungen dem Hauptverbrennungsraum zugeführtwird.
[0003] Dieses beschriebene Vorkammersystem wird meist in einem einstückigen Bauteil ange¬ordnet, welches dann in einer Öffnung der Feuerplatte montiert wird. Als Feuerplatte wird derje¬nige Teil des Zylinderkopfes bezeichnet, der den Hauptbrennraum im Bereich der Zündvorrich¬tung - in diesem Fall also das Vorkammersystem - begrenzt.
[0004] In den meisten Fällen sind das Vorkammerbauteil sowie die Feuerplatte diejenigenBauteile des Verbrennungsmotors, die den höchsten Belastungen ausgesetzt werden. Insbe¬sondere treten hier einige der höchsten Temperaturen während des Betriebs des Verbren¬nungsmotors auf. Folglich sind die Standzeiten des Vorkammersystems und der Feuerplatteentscheidende Faktoren für die Langlebigkeit von gattungsgemäßen Verbrennungsmotoren.
[0005] Beispiele für Verbrennungsmotoren mit Kavitäten im Bereich der Vorkammer oder derFeuerplatte sind der JP S501256020 U, der JP S5780619U, der JP S5277352 U, derJP H0321518 U oder der JP H08284665 A zu entnehmen. Die darin offenbarten Kavitätendienen jedoch teilweise nicht der Kühlung und können die Standzeit der Feuerplatte oder desVorkammerbauteils nicht effektiv verlängern, da sie entweder so komplex geformt sind, dass siedie Struktur der Feuerplatte oder des Vorkammerbauteils schwächen, oder zu weit von dentemperaturbelasteten Stellen entfernt sind.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung aus einem Zylinderkopf und einem Vor¬kammersystem bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik verlängerte Standzeitenerlaubt.
[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0008] Erfindungsgemäß wird die Kühlkavität besonders einfach realisiert, indem wenigstensein Vorkammerbauteil eine umgebende Nut aufweist, welche zusammen mit einer Innenwan¬dung der Öffnung der Feuerplatte die Kühlkavität bildet, wobei die Innenwandung der Öffnungvorzugsweise im Wesentlichen radial bezüglich einer Längsachse des Vorkammersystemsangeordnet ist.
[0009] Dies geschieht, indem eine das Vorkammersystem im Wesentlichen umgebende Kühl¬kavität vorgesehen ist, welche in der Feuerplatte und/oder in jenem Bereich des Vorkammer¬systems, welcher sich in der Öffnung befindet, angeordnet ist. Der Erfindung liegt die überra¬schende Erkenntnis zugrunde, dass bezüglich der Standzeit die durch die Kühlung verringertethermische Belastung die mechanische Schwächung der beteiligten Bauteile aufwiegt. DieseBauteile also die Feuerplatte und im Regelfall ein Vorkammerbauteil sowie allfällige Dichtungenhalten also die auftretenden mechanischen Beanspruchungen trotz dem Vorhandensein derKühlkavität aus und sind aufgrund der verringerten Temperatur zu erhöhten Standzeiten fähig.
[0010] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprü¬chen definiert.
[0011] Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit Kanälen zum Zuführen und Abführeneines Kühlmediums, welche mit der Kühlkavität verbunden sind. Durch den ständigen Aus¬tausch des Kühlmediums in der Kühlkavität kann die Wärmeabfuhr verbessert werden.
[0012] Um zu vermeiden, dass Kühlmedium aus der Kühlkavität austritt sind bevorzugt zwei - vorzugsweise ringförmige - Dichtungen zum Abdichten der Kühlkavität vorgesehen.
[0013] Eine besonders einfache Bauweise für die Kanäle kann erreicht werden, indem dieKanäle - vorzugsweise vollständig - in der Feuerplatte angeordnet sind.
[0014] Besonders bevorzugt ist außerdem eine Ausführungsform, bei der die Kühlkavität eineEintrittsöffnung und eine von der Eintrittsöffnung beabstandete Austrittsöffnung für Temperier¬medium aufweist, wobei die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung jeweils mit Kanälen ver¬bunden sind. Dank des im Betrieb ständig vorbeiströmenden Kühlmediums kann die Wärmeab¬fuhr, die durch die Kühlkavität ermöglicht wird, weiter verbessert und optimiert werden.
[0015] Als Kühlmedium können Flüssigkeiten zum Einsatz kommen. Aufgrund ihrer Wärmeka¬pazität und ihrer Wärmeleitungseigenschaften sind dabei Wasser, wässrige Gemische oder Ölbesonders bevorzugt.
[0016] Es können aber auch Gase, insbesondere Druckluft, als Kühlmedium zum Einsatz kom¬men. Dies hat gegenüber Flüssigkeiten als Kühlmedium den Vorteil, dass kleine Leckagentolerierbar sein können und deshalb weniger Aufwand zur Abdichtung der Kühlkavität und ge¬gebenenfalls der Kanäle getrieben werden muss.
[0017] Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform bei der die Kühlkavität im Wesentlichenringförmig ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Wärmeabfuhr in alle Richtungen ermöglicht.
[0018] Dadurch, dass die Kühlkavität bezüglich einer Längsachse des Vorkammersystemseinen im Wesentlichen polygonalen Querschnitt aufweist, kann die Kühlkavität an die Form desVorkammersystems angepasst werden. Eine weiter verbesserte Wärmeabfuhr ist die Folge.
[0019] Dies gilt insbesondere dann, wenn das Vorkammersystem einen Steigkanal und Boh¬rungen zur Führung einer Zündfackel zum Hauptbrennraum umfasst, wobei die Kühlkavität imWesentlichen den Steigkanal umgibt.
[0020] Des Weiteren wird Schutz für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßenZylinderkopf begehrt.
[0021] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowieder dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen: [0022] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung aus einem Zylinderkopf und einem Vorkam¬ mersystem und [0023] Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Anordnung in der Ebene der Kühlkavität.
[0024] Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1 mit Vorkammersystem 2 in einerSchnittdarstellung. Das Vorkammersystem 2 umfasst in dieser Ausführungsform eine Vorbrenn¬kammer 15, einen Steigkanal 13 sowie mehreren Bohrungen 14. Das Vorkammersystem 2 ist ineiner Öffnung 4 der Feuerplatte 3 angeordnet. Der einfachen Fertigung halber sind diese Teiledes Vorkammersystems 2 in einem einzigen Vorkammerbauteil 7 angeordnet. Die Kühlkavität 6umgibt den Steigkanal 13 ringförmig.
[0025] Die Kühlkavität 6 wird im Wesentlichen von einer Nut 8 im Vorkammerbauteil 7 zusam¬men mit einer Innenwandung 9 der Öffnung 4, in welcher das Vorkammerbauteil 7 angeordnetist, gebildet. Zur Abdichtung der Kühlkavität 6 sind zwei als Dichtungsringe ausgebildete Dich¬tungen 11 vorgesehen.
[0026] Die Form der Kühlkavität 6 ist der rohrförmigen Form des Steigkanals 13 angepasst,indem eine dem Steigkanal 13 zugewandte Begrenzungsfläche der Kühlkavität 6 zylinderman¬telförmig ist. Zusammen mit Flächen, die zur Fixierung der Dichtungen 11 dienen, ergibt sichradial bezügliche einer Längsachse L ein polygonaler Querschnitt der Kühlkavität 6.
[0027] In diesem Ausführungsbeispiel ist das Vorkammersystem im Wesentlichen symmetrischbezüglich der Längsachse L. Dies ist aber für die Erfindung nicht wesentlich.
[0028] Die Innenwandung 9 der Öffnung 4 in der Feuerplatte 3 weist eine Eintrittsöffnung 17und eine Austrittsöffnung 18 auf. Durch diese Öffnungen ist die Kühlkavität 6 mit zwei Kanälen12 verbunden. Diese Kanäle 12 ermöglichen die Zufuhr und die Abfuhr von Kühlmedium zurund von der Kühlkavität 6. Die Fließrichtung ist dabei durch Pfeile angedeutet.
[0029] Eine einfache Fertigung der Kanäle wird erreicht, indem in Abwesenheit des Vorkam¬merbauteils 7 zwei zueinander rechtwinklige Bohrungen durchgeführt werden, wobei die eineBohrung in der Ebene der Feuerplatte verläuft und die andere senkrecht dazu. Diese senkrech¬te Bohrung erlaubt es auf einfache Weise Kühlmedium in den Kühlmantel 16 des Zylinderkop¬fes 1 zu fördern.
[0030] Figur 2 stellt einen schematischen Schnitt durch die Feuerplatte 3 und das Vorkammer¬system 2 in der Ebene der Kühlkavität 6 dar. Die Kühlkavität 6 umgibt das Vorkammersystem 2im Bereich des Steigkanals 13. Durch die Eintrittsöffnung 17 wird über einen Kanal 12 von einerschematisch dargestellten Pumpe 19 Kühlmedium in die Kühlkavität 6 gefördert. Die durchPfeile angedeutete Strömung verlässt die Kühlkavität 6 durch die Austrittsöffnung 18. Über denKanal 12 gelangt das Kühlmedium wieder zur Pumpe 19.
[0031] Typischenweise ist die Pumpe 19 so ausgebildet, dass in der Kühlkavität 6 Strömungs¬geschwindigkeiten von 0,5 m/s bis 10 m/s erreicht werden.
[0032] Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die hier darstellte Ausführungsform beschränkt.Beispielsweise kann statt der Nut 8 im Vorkammerbauteil 7 jeweils eine Stufe im Vorkammer¬bauteil 7 und in der Feuerplatte 3 vorgesehen sein, welche in Zusammenwirkung die Kühlkavi¬tät 6 bilden. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, die Kühlkavität in das Vorkammerbauteilzu integrieren. Aber auch eine Kühlkavität, die ringförmig um die Öffnung angeordnet ist undvom Vorkammerbauteil 7 beabstandet ist, ist denkbar.
Claims (11)
- Patentansprüche 1. Anordnung aus einem Zylinderkopf (1) und einem Vorkammersystem (2) für einen Ver¬brennungsmotor, wobei der Zylinderkopf eine Feuerplatte (3) zur Begrenzung einer Haupt¬brennkammer (5) aufweist, das Vorkammersystem (2) zumindest teilweise in einer Öffnung(4) der Feuerplatte (3) angeordnet ist und eine das Vorkammersystem (2) im Wesentlichenumgebende Kühlkavität (6) vorgesehen ist, welche in der Feuerplatte (3) und/oder in jenemBereich des Vorkammersystems (2), welcher sich in der Öffnung (4) befindet, angeordnetist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorkammersystem (2) in wenigstens einem Vor¬kammerbauteil (7) angeordnet ist und das wenigstens eine Vorkammerbauteil (7) eine um¬gebende Nut (8) aufweist, welche zusammen mit einer Innenwandung (9) der Öffnung (4)der Feuerplatte (3) die Kühlkavität (6) bildet, wobei die Innenwandung (9) der Öffnung (4)vorzugsweise im Wesentlichen radial bezüglich einer Längsachse (L) des Vorkammersys¬tems (2) angeordnet ist.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei - vorzugsweise ring¬förmige - Dichtungen (11) zum Abdichten der Kühlkavität (6) vorgesehen sind.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kühlkavität(6) verbundene Kanäle (12) zum Zuführen und Abführen eines Kühlmediums vorgesehensind.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (12) - vorzugs¬weise vollständig - in der Feuerplatte (3) angeordnet sind.
- 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkavität (6)eine Eintrittsöffnung (17) und eine von der Eintrittsöffnung (17) beabstandete Austrittsöff¬nung (18) für Temperiermedium aufweist, wobei die Eintrittsöffnung (17) und die Austritts¬öffnung (18) jeweils mit Kanälen (12) verbunden sind.
- 6. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass als Kühlmedium Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, wässrige Gemische oder Öl,verwendbar sind.
- 7. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass als Kühlmedium Gase, insbesondere Druckluft verwendbar sind.
- 8. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Kühlkavität (6) im Wesentlichen ringförmig ist.
- 9. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Kühlkavität (6) bezüglich einer Längsachse (L) des Vorkammersystems (2) einenim Wesentlichen polygonalen Querschnitt aufweist.
- 10. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass das Vorkammersystem (2) einen Steigkanal (13) und Bohrungen (14) zur Führung ei¬ner Zündfackel zum Hauptbrennraum (5) umfasst, wobei die Kühlkavität (6) im Wesentli¬chen den Steigkanal (13) umgibt.
- 11. Verbrennungsmotor mit einer Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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