DE102017215493A1 - Vorkammeranordnung - Google Patents

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Sascha Stoll
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Abstract

Vorkammeranordnung (1) für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit einem Korpusteil (3) zur Befestigung der Vorkammeranordnung (1) an einem Zylinderkopf (2) eines Zylinders der Brennkraftmaschine, und mit einem Düsenteil (4), welches mit dem Korpusteil (3) verbunden ist und Düsenöffnungen (7) aufweist, über die ein von dem Korpusteil (3) und dem Düsenteil (4) definierter Vorkammerbrennraum (5) der Vorkammeranordnung (1) des Zylinders mit einem Hauptkammerbrennraum (6) des Zylinders verbunden ist, wobei der Korpusteil (3), der unlösbar mit dem Düsenteil (4) verbunden ist, über den Zylinderkopf (2) hinaus in den Hauptkammerbrennraum (6) hineinragt, sodass der Vorkammerbrennraum (5) und der Hauptkammerbrennraum (6) im Bereich eines in den Hauptkammerbrennraum (6) hineinragenden Abschnitts (8) der Vorkammeranordnung (1) einerseits durch den Korpusteil (3) und andererseits durch den Düsenteil (4) voneinander getrennt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorkammeranordnung.
  • Aus der EP 2 205 48 B1 ist eine Vorkammeranordnung für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine bekannt. Die dort offenbarte Vorkammeranordnung verfügt über einen Korpusteil und einen Düsenteil. Der Korpusteil dient der Befestigung der Vorkammeranordnung an einem Zylinderkopf eines Zylinders der Brennkraftmaschine. Der Düsenteil ist mit dem Korpusteil verbunden und weist Düsenöffnungen auf, über die ein von dem Korpusteil und dem Düsenteil definierter Vorkammerbrennraum der Vorkammeranordnung mit einem Hauptkammerbrennraum verbunden ist. Demjenigen Abschnitt der Vorkammeranordnung, mit welchem dieselbe in den Hauptkammerbrennraum hineinragt, ist dieselbe vollständig vom Düsenteil bereitgestellt. Korpusteil und Düsenteil sind über mindestens ein Arretierungsteil miteinander verbunden.
  • Es besteht Bedarf an einer Vorkammeranordnung, die weniger verschleißanfällig ist. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Vorkammeranordnung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorkammeranordnung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ragt der Korpusteil, der unlösbar mit dem Düsenteil verbunden ist, über den Zylinderkopf hinaus in den Hauptkammerbrennraum hinein, sodass der Vorkammerbrennraum und der Hauptkammerbrennraum im Bereich eines in den Hauptkammerbrennraum hineinragenden Abschnitts der Vorkammeranordnung einerseits durch den Korpusteil und andererseits durch den Düsenteil voneinander getrennt sind. Hierdurch wird eine Vorkammeranordnung bereitgestellt, die weniger verschleißanfällig ist.
  • Nach einer vorteilhaften ersten Weiterbildung der Erfindung ist an einer dem Hauptkammerbrennraum zugewandten Seite des in den Hauptkammerbrennraum hineinragenden Abschnitts der Vorkammeranordnung die Vorkammeranordnung im Bereich der Düsenöffnungen durch den Düsenteil und zwischen benachbarten Düsenöffnungen sowie zwischen den Düsenöffnungen und dem Zylinderkopf durch den Korpusteil definiert oder begrenzt. Hierdurch wird die Verschleißanfälligkeit der Vorkammeranordnung an der dem Hauptkammerbrennraum zugewandten Seite des in den Hauptkammerbrennraum hineinragenden Abschnitts der Vorkammeranordnung reduziert.
  • Nach einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist an einer dem Vorkammerbrennraum zugewandten Seite des in den Hauptkammerbrennraum hineinragenden Abschnitts der Vorkammeranordnung die Vorkammeranordnung ausschließlich durch den Düsenteil definiert oder begrenzt. Hierdurch wird eine geringe Verschleißanfälligkeit der Vorkammeranordnung an der dem Vorkammerbrennraum zugewandten Seite bereitgestellt.
  • Nach einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die Vorkammeranordnung an der dem Vorkammerbrennraum zugewandten Seite im Bereich des nicht in den Hauptkammerbrennraum hineinragenden Abschnitts der Vorkammeranordnung einerseits abschnittsweise durch den Korpusteil und andererseits abschnittsweise durch den Düsenteil definiert oder begrenzt ist. Auch diese Merkmale dienen der Reduzierung der Verschleißanfälligkeit der Vorkammeranordnung an der dem Vorkammerbrennraum zugewandten Seite.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der Vorkammeranordnung ist in Anspruch 9 definiert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • 1: einen schematisierten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorkammeranordnung.
  • Die Erfindung betrifft eine Vorkammeranordnung für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine.
  • 1 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorkammeranordnung 1 für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, die an einem Zylinderkopf 2 des Zylinders befestigt ist.
  • Die Vorkammeranordnung 1 umfasst einen Korpusteil 3 und einen Düsenteil 4. Über den Korpusteil 3 ist die Vorkammeranordnung 1 an dem Zylinderkopf 2 des Zylinders befestigt.
  • Düsenteil 4 und Korpusteil 3 begrenzen gemeinsam einen Vorkammerbrennraum 5, der mit einem Hauptkammerbrennraum 6 des Zylinders über Düsenöffnungen 7 verbunden ist, wobei diese Düsenöffnungen 7 vom Düsenteil 4 der Vorkammeranordnung 1 bereitgestellt sind.
  • Im am Zylinderkopf 2 montierten Zustand der Vorkammeranordnung 1 ragt die Vorkammeranordnung 1 mit einem Abschnitt 8 über den Zylinderkopf 2 hinaus in den Hauptkammerbrennraum 6 hinein. Ein weiterer Abschnitt 9 der Vorkammeranordnung 1 ragt nicht in den Hauptkammerbrennraum 6 des Zylinders 2 hinein.
  • Der Korpusteil 3 und der Düsenteil 4 sind unmittelbar und unlösbar miteinander verbunden. Der Korpusteil 3 ragt zusammen mit dem Düsenteil 4 über den Zylinderkopf 2 hinaus in den Hauptkammerbrennraum 6 des Zylinders hinein, und zwar derart, dass der Vorkammerbrennraum 5 und der Hauptkammerbrennraum 6 im Bereich des in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 8 der Vorkammeranordnung 1 einerseits durch den Korpusteil 4 und andererseits durch den Düsenteil 3 voneinander getrennt sind. Hierdurch kann an der Vorkammeranordnung 1 ein Trennbereich von Vorkammerbrennraum 5 und Hauptkammerbrennraum 6 bereitgestellt werden, der besonders verschleißunanfälig ist. Der Korpusteil 3 ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Der Düsenteil 4 ist aus einem gegen die Verschleißbelastung hochbeständigem Werkstoff wie beispielsweise aus einem anderen metallischen Werkstoff mit höherer Korrosionsbeständigkeit oder aus einem Keramikwerkstoff gefertigt.
  • An einer dem Hauptkammerbrennraum 6 zugewandten Seite 10 des in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 8 der Vorkammeranordnung 1 ist die Vorkammeranordnung 1 im Bereich der Düsenöffnungen 7 durch den Düsenteil 4 und zwischen benachbarten Düsenöffnungen 7 sowie zwischen den Düsenöffnungen 7 und dem Zylinderkopf 2 durch den Korpusteil 3 definiert oder begrenzt, sodass demnach an der dem Hauptkammerbrennraum 6 zugewandten Seite 10 des in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 8 der Vorkammeranordnung 1 dieselbe unterschiedliche Werkstoffeigenschaften aufweist.
  • An einer dem Vorkammerbrennraum 5 zugewandten Seite 12 des in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 8 der Vorkammeranordnung 1 ist die Vorkammeranordnung 1 ausschließlich durch den Düsenteil definiert oder begrenzt. Ferner ist die Vorkammeranordnung 1 an einer dem Vorkammerbrennraum 5 zugewandten Seite 11 im Bereich des nicht in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 9 der Vorkammeranordnung 1 einerseits abschnittsweise durch den Düsenteil 4 und andererseits abschnittsweise durch den Korpusteil 3 definiert oder begrenzt.
  • Wie bereits ausgeführt sind der Korpusteil 3 und der Düsenteil 4 unlösbar miteinander verbunden. Ferner sind der Korpusteil 3 und der Düsenteil 4 unmittelbar, also direkt ohne weiteres Befestigungsmittel, miteinander verbunden.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Korpusteil 3 an der dem Hauptkammerbrennraum 6 zugewandten Seite 10 im Bereich des in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 8 der Vorkammeranordnung 1 und/oder an der dem Vorkammerbrennraum 5 zugewandten Seite 11 im Bereich des nicht in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 9 der Vorkammeranordnung 1 einen Korrosionsschutz und/oder Wärmedämmschutz auf.
  • Insbesondere der Korrosionsschutz wird dabei durch eine Oberflächenbehandlung des Korpusteils 3 ausgebildet, wobei bei einer Oberflächenbehandlung unter Ausbildung der entsprechenden Schutzschicht das Grundmaterial des Korpusteils 3 mit einem anderen Werkstoff, der bei der Oberflächenbehandlung zum Einsatz kommt, eine Verbindung eingeht, zum Beispiel durch Nitrieren, Carburieren, Oxidieren oder Alitieren.
  • Vorzugsweise wird dabei ein Korrosionsschutz über ein Diffusions-Oberflächenbehandlungsverfahren ausgebildet. Bei einem derartigen Diffusionsverfahren wird ein Diffusionswerkstoff, bei welchem es sich zum Beispiel um einen metallischen Diffusionswerkstoff handeln kann, in das metallische Grundmaterial des Korpusteils 3 eindiffundiert.
  • Ein Kontakt des Diffusionswerkstoffs mit der zu behandelnden Oberfläche des Korpusteils 3 wird dabei zum Beispiel über eine flüssige oder pastöse Dispersion oder Suspension bereitgestellt. Ebenfalls kann der Diffusionswerkstoff als Pulver oder in einer Gasphase bereitgehalten werden.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Korpusteil 3 und/oder der Düsenteil 4 an der dem Hauptkammerbrennraum 6 zugewandten Seite 10 im Bereich des in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 8 sowie im Bereich der dem Vorkammerbrennraum 5 zugewandten Seite 11 im Bereich des nicht in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 9 jeweils einen Korrosionsschutz im Sinne einer Diffusionsschutzschicht trägt, wobei zusätzlich an der dem Hauptkammerbrennraum 6 zugewandten Seite 10 im Bereich des in den Hauptkammerbrennraum 6 hineinragenden Abschnitts 8 die Korrosionsschutzschicht eine Wärmedämmschicht aufgebracht ist, wodurch die Verschleißanfälligkeit der Vorkammeranordnung 1 weiter reduziert werden kann.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorkammeranordnung 1 werden Düsenteil 4 und Korpusteil 3 hergestellt, wobei beim Herstellen Korpusteils 3 und Düsenteil 4 unmittelbar und unlösbar miteinander verbunden werden, sodass kein separates Befestigungsmittel zur Befestigung des Düsenteils 4 am Korpusteil 3 erforderlich ist.
  • Der Düsenteil 4 wird vorzugsweise über ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt. Beim generativen Fertigungsverfahren wird ein Pulver eines Werkstoffs für das Düsenteil 4 bereitgehalten, wobei aus diesem Pulver das Düsenteil 4 sukzessive aufgebaut wird, zum Beispiel durch selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, Laserauftragsschweißen, Binder Jetting, 3D-Drucken oder dergleichen. Als pulverförmiger Werkstoff für das Düsenteil 4 kommen dabei vorzugsweise Pulvermischungen aus unterschiedlichen Werkstoffen zum Einsatz, so zum Beispiel Mischungen aus einem Metallpulver sowie einem Metalllegierungspulver oder Mischungen aus einem Metallpulver und einem nichtmetallischen, insbesondere keramischen Pulver.
  • Das metallische Pulver kann zum Beispiel Eisen und/oder Nickel und/oder Kobalt und/oder Titan und/oder Kupfer und/oder Aluminium und/oder Chrom und/oder Zirkon und/oder Yttrium und/oder Bor aufweisen.
  • Bei den nichtmetallischen Pulvern kann es sich um Oxide, Nitride, Karbide, Silicide und/oder Boride handeln.
  • Der Korpusteil 3 kann über ein Verbundgussverfahren als Verbundgussteil um das Düsenteil 4 herum hergestellt werden, und zwar derart, dass der Korpusteil 3 den Düsenteil 4 teilweise umschließt.
  • Alternativ können Düsenteil 4 und Korpusteil 3 beide über ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt werden, und zwar über entsprechend angepasste pulverförmige Werkstoffe, wobei der Korpusteil 3 den Düsenteil 4 teilweise umschließt
  • Zur Ausbildung des Korrosionsschutzes und/oder Wärmedämmschutzes wird zumindest der Korpusteil 3 oder der Korpusteil 3 und/oder der Düsenteil 4 oberflächenbehandelt, insbesondere, wie bereits oben beschrieben, über ein Diffusionsverfahren.
  • Die erfindungsgemäße Vorkammeranordnung 1 ist verschleißunanfällig. Es können längere Standzeiten und damit geringere Betriebs- und Wartungskosten realisiert werden.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorkammeranordnung 1 um eine Vorkammeranordnung für einen Gasmotor, wobei in der Vorbrennkammer 5 eine Zündeinrichtung angeordnet ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorkammeranordnung
    2
    Zylinderkopf
    3
    Korpusteil
    4
    Düsenteil
    5
    Vorkammerbrennraum
    6
    Hauptkammerbrennraum
    7
    Düsenöffnung
    8
    Abschnitt
    9
    Abschnitt
    10
    Oberfläche
    11
    Oberfläche
    12
    Oberfläche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 220548 B1 [0002]

Claims (12)

  1. Vorkammeranordnung (1) für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit einem Korpusteil (3) zur Befestigung der Vorkammeranordnung (1) an einem Zylinderkopf (2) eines Zylinders der Brennkraftmaschine, mit einem Düsenteil (4), welches mit dem Korpusteil (3) verbunden ist und Düsenöffnungen (7) aufweist, über die ein von dem Korpusteil (3) und dem Düsenteil (4) definierter Vorkammerbrennraum (5) der Vorkammeranordnung (1) des Zylinders mit einem Hauptkammerbrennraum (6) des Zylinders verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpusteil (3), der unlösbar mit dem Düsenteil (4) verbunden ist, über den Zylinderkopf (2) hinaus in den Hauptkammerbrennraum (6) hineinragt, sodass der Vorkammerbrennraum (5) und der Hauptkammerbrennraum (6) im Bereich eines in den Hauptkammerbrennraum (6) hineinragenden Abschnitts (8) der Vorkammeranordnung (1) einerseits durch den Korpusteil (3) und andererseits durch den Düsenteil (4) voneinander getrennt sind.
  2. Vorkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpusteil (3) aus einem metallischen Werkstoff und der Düsenteil (4) aus einem anderen, gegen die Verschleißbelastung hochbeständigen Werkstoff wie beispielsweise korrosionsbeständigeren metallischen Werkstoff oder einem Keramikwerkstoff besteht.
  3. Vorkammeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Hauptkammerbrennraum (6) zugewandten Seite (10) des in den Hauptkammerbrennraum (6) hineinragenden Abschnitts (8) der Vorkammeranordnung (1) die Vorkammeranordnung (1) im Bereich der Düsenöffnungen (7) durch den Düsenteil (4) und zwischen benachbarten Düsenöffnungen (7) sowie zwischen den Düsenöffnungen (7) und dem Zylinderkopf (2) durch den Korpusteil (3) definiert oder begrenzt ist.
  4. Vorkammeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpusteil (3) an der dem Hauptkammerbrennraum (6) zugewandten Seite (10) im Bereich des in den Hauptkammerbrennraum (6) hineinragenden Abschnitts (8) der Vorkammeranordnung (1) einen Korrosionsschutz und/oder Wärmedämmschutz aufweist.
  5. Vorkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Vorkammerbrennraum (5) zugewandten Seite (12) des in den Hauptkammerbrennraum (6) hineinragenden Abschnitts (8) der Vorkammeranordnung (1) die Vorkammeranordnung ausschließlich durch den Düsenteil (4) definiert oder begrenzt ist.
  6. Vorkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammeranordnung (1) an einer dem Vorkammerbrennraum (5) zugewandten Seite (11) im Bereich eines nicht in den Hauptkammerbrennraum (6) hineinragenden Abschnitts (9) der Vorkammeranordnung (1) einerseits abschnittsweise durch den Korpusteil (3) und andererseits abschnittsweise durch den Düsenteil (4) definiert oder begrenzt ist.
  7. Vorkammeranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpusteil (3) und/oder der Düsenteil (4) an der dem Vorkammerbrennraum (5) zugewandten Seite (11) im Bereich des nicht in den Hauptkammerbrennraum (6) hineinragenden Abschnitts (9) der Vorkammeranordnung (1) einen Korrosionsschutz und/oder Wärmedämmschutz aufweist.
  8. Vorkammeranordnung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsschutz und/oder der Wärmedämmschutz als Diffusionsschutzschichten ausgebildet sind.
  9. Verfahren zum Herstellen einer Vorkammeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit folgenden Schritten: Herstellen des Düsenteils (4), Herstellen des Korpusteils (3) unter unlösbarem Verbinden von Düsenteil (4) und Korpusteil (3).
  10. Verfahren nach einem der Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenteil (4) und der Korpusteil (3) jeweils über ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt werden.
  11. Verfahren nach einem der Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenteil (4) über ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird, und dass der Korpusteil (3) als Verbundgussteil um den Düsenteil (4) herum hergestellt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpusteil (3) zur Ausbildung eines Korrosionsschutzes und/oder eines Wärmedämmschutzes insbesondere über ein Diffusionsverfahren oberflächenbehandelt wird.
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