DE1041296B - Vorrichtung zur selbsttaetigen Regelung der Waermeableitung am Brennraum von Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Wärmeableitung am Brennraum von Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Wärmeableitung am Brennraum von Verbrennungskraftmaschinen unter Benutzung des an sich bekannten Gedankens, einen Luftspalt vorzusehen, der nur im Kalt- und Anlaufzustand der Maschine besteht, im Betrieb jedoch durch bei der Erwärmung auftretende Materialdehnungen überbrückt wird.
• Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der für die Durchführung des vorstehenden Gedankens bereits vorgeschlagenen Maßnahmen, insbesondere im Hinblick auf selbstzündende Verbrennungsmotoren 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 allmählich abgelöst, mit der Luft vermischt und verbrannt wird. Bei diesen letzteren Motoren 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 andererseits 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 der die vorstehenden Nachteile vermieden werden und die insbesondere der wandverteilten Auftragung des Kraftstoffes nach dem eingangs erwähnten neuartigen Einspritz- und Gemischbildungsverfahren zweckmäßig angepaßt ist.
• Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die selbsttätige Regelung durch die Materialdehnung einer an sich bekannten, den Spalt unmittelbar begrenzenden Brennraumwandauskleidung erfolgt, wobei mindestens eine der luftspaltseitigen Oberflächen so vorbehandelt ist, daß beide im erwärmten Zustand bei ihrer den Luftspalt zwischen Wandauskleidung und Brennraumwandung überbrükkenden Berührung keine metallische Bindung miteinander eingehen. Die Vorbehandlung der Auskleidung kann dabei durch geeignete bekannte Verfahren, wie z. B. Sulfatieren, Phosphatieren (Bondern) od. dgl., erfolgen, die als solche nicht Gegenstand der Erfindung und daher nicht weiter zu beschreiben sind. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird eine selbsttätige Reguliervorrichtung für die Warmhaltung und Wärmeableitung an der Brennraumwand geschaffen, die keiner Störung durch mechanische Ausfälle mehr unterliegt. Dies ist bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen mit Wandauftragung des Kraftstoffes im Brennraum insofern von erheblicher Bedeutung, als hier bei übermäßiger Erhitzung der Brennraumwand der Kraftstoff leichter chemischen Zerfallserscheinungen 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 l1etallfutter sein, das relativ dünnwandig ist. Die Wandauskleidung des Brennraumes kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung jedoch auch so vorgesehen sein. daß sie auf der Anspritzseite mindestens teilweise mit einer aus porösem Material, z. B. Sinterstoff, bestehenden Einlage versehen ist, während sie auf der Luftspaltseite rein metallisch und 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 damit bezweckt, den Verdampfungsprozeß auf der Brennraumwand noch dadurch zu steigern, daß der Sinterstoff einen Teil des auf die Brennraumwand aufgespritzten 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 räumlichen Ausdehnung der Wandauskleidung der Sinterstoffbelag in seiner Körnungsstruktur nicht nur 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 die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch den oberen Teil eines selbstzündenden Verbrennungsmotors mit im Kolben angeordnetem Brennraum, der die erfindungsgemäße Brennraumauskleidung aufweist, Fig. 2 einen Aufblick auf den Kolben entsprechend der Linie II-II in Fig. 1, 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 Brennraumwandung 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 mit flanschartig umgebogenem Ansatzteil 11 die metallische Wandauskleidung 12 eingesetzt ist. Der Flanschansatz 11 kann in der Aussparung 10 beispielsweise durch einen ringförmigen Aufsatzteil 13 festgehalten sein, dessen äußere Begrenzungsfläche dann eine Ergänzung der Kolbenbodenfläche bildet. Um eine einfache Montage zu ermöglichen, ist zweckmäßig die Wandauskleidung 12 nebst Ringaufsatzteil 13 in einem besonderen Kolbenbodeneinsatz 4a angeordnet, dessen Unterbringung im Kolbenboden 4 durch die gestrichelt gezeichneten Sitzflächen 4 b bis 4e angedeutet ist, wobei die Flächen 4d, 4e in der Ouerschnittsebene der maximalen räumlichen Ausdehnung des Brennraumes 5 liegen. Die innere Wandung des Kolbeneinsatzes 4 a 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 seiner Fläche 12 a an der Brennraumw and 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 zugewandte Fläche 12 a der Auskleidung 12 durch an sich bekannte Verfahren, wie Sulfatieren, Phosphatieren (Bondern) od. dgl., 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 Innenwand 12 b der Auskleidung 12 aufgetragenen Kraftstoffilm 16 angedeutet. Die Düsenmündung 15a kann dabei, wie aus Fig. 2 zu ersehen, in bekannter Weise in eine an der Brennraumöffnung vorgesehene Aussparung 17 eingreifen, was für eine gute Wandauftragung des Kraftstoffes besonders zweckmäßig ist. Die Lufteinströmung erfolgt durch ein Schirmventil 18 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 Material, z. B. Sinterstoff, bestehenden Belag 24 versehen ist. Dieser Sinterstoffbelag ist bevorzugt in demjenigen Bereich der Brennraumwand vorzusehen, wo eine Benetzung derselben mit Kraftstoff stattfindet.
• Die Erfindung ist nicht auf die hierin gezeigte Ausführungsform beschränkt, sondern kann überall dort benutzt werden, wo die jeweilige Brennraumform dies gestattet, also auch bei Brennräumen, die statt im Kolben im Zylinderkopf angeordnet sind.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Wärmeableitung am Brennraum von V erbrennungskraftmaschinen über einen Luftspalt, der nur im Kalt- und Anlaufzustand der Maschine besteht, im Betrieb jedoch durch bei der Erwärmung auftretende Materialdehnungen überbrückt wird, insbesondere für selbstzündende Verbrennungsmotoren mit einem im Kolben oder Zylinderkopf angeordneten rotationskörperähnliehen Brennraum, bei dem der Kraftstoff filmartig auf die Brennraumwand aufgebracht und durch die beim Verdichtungshub über die benetzte Brennraumwandfläche mit hoher Geschwindigkeit hinweggeführte Verbrennungsluft allmählich in Dampfform von der Wand abgelöst, mit der Luft vermischt und verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung durch die Dehnung einer an sich bekannten den Spalt unmittelbar begrenzenden Brennraumwandanskleidung (12, 22) erfolgt, wobei mindestens eine der luftspaltseitigen Oberflächen so vorbehandelt ist, daß beide im erwärmten Zustand bei ihrer den Luftspalt (14) überbrückenden Berührung keine metallische Bindung miteinander eingehen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Auskleidung (12, 22) durch an sich bekannte Verfahren, wie z. B. Sulfatieren, Phosphatieren (Bondern) od. dgl., gegen die metallische Bindung vorbehandelt ist.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandauskleidung (12) ein an sich bekanntes, relativ dünnwandiges und hitzebeständiges Metallfutter ist.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandauskleidung (22) auf der Anspritzseite mindestens teilweise mit einem aus porösem Material, z. B. Sinterstoff, bestehenden Belag (24) versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 566736, 617051.