DE1157428B

DE1157428B - Brennkraftmaschine mit Regelung der Waermeableitung aus dem Brennraum

Info

Publication number: DE1157428B
Application number: DEM50063A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Klaus-Henning Barner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1961-08-19
Filing date: 1961-08-19
Publication date: 1963-11-14

Description

Brennkraftmaschine mit Regelung der Wärmeableitung aus dem Brennraum Es ist bekannt, daß bei Verbrennungskraftmaschinen mit Wandanlagerung des Kraftstoffes, innerer Verdampfung und geordneter heftiger Luftbewegung die als Verdampferfläche vorgesehene Brennraumwand mehr oder minder unabhängig vom Betriebszustand der Maschine eine für die Einleitung und den Ablauf des Verbrerinungsorganes optimale Temperatur aufweisen soll. Daß die Temperaturen der Brennraumwand oft vom erforderlichen Optimum erheblich abweichen, zeigt sich an der Abgastrübung und -färbung, die auch von einem verschlechterten spezifischen Brennstoffverbrauch begleitet ist. Um hier Abhilfe zu schaffen., sind zwar schon eine lastabhängig geregelte Heißkühlung und die Spritzölkühlung der Unterseite des Kolbenbodens vorgeschlagen worden. Außerdem hat man auch schon Wärmedämmringe in den Querschnitt des Wärmeflusses gelegt. Diese Ringe wirkten jedoch nicht immer völlig zufriedenstellend, da sich vielfach nur eine generelle Anhebung bzw. Absenkung der Brennraumtemperaturen ergab.
Die Erfinduna bezieht sich ebenfalls auf einen solchen Wärrnedammring; ausgegangen wird demnach von einer bekannten Einspritz-Brennkraftmaschine mit im Kolbenboden (gegebenenfalls statt dessen auch im Zylinderkopf) angeordnetem Brennraum, welch letzterer zwecks Aufrechterhaltung eines genügend hohen Temperaturzustandes mit einer ringförrnigen oder angenähert ringfönnigen Einlage aus die Wärme schlechter als das Kolben- (bzw. Zylinderkopf-) Material leitendem Werkstoff umgeben ist.
Die Erfindung sieht folgende drei Merk-male vor. Z, a) daß der Wärmedämmring in bekannter Weise derart im Abstand von der Brennraumoberfläche angeordnet ist, daß zwischen Ring und Brennraum eine Wand aus Kolben- (bzw. ZylinderkopU) Material erhalten bleibt, b) daß ferner der Ring massiv ausgebildet ist, d. h. einen mindestens 20% größeren Außen- als Innelidurchmesser aufweist, und c) daß für die Ringeinlage ein solcher Werkstoff Verwendung findet, dessen Wärmeleitzahl mit steigender Temperatur zunimmt und umgekehrt mit sinkender Temperatur abnimmt, z. B. Chrom-Nickel-Stahl mit 180/ü Chrom- und 8% Nickelgehalt.
Die Erfindaiicr besteht nicht in den genannten Einzelmerkmalen (oder nur deren zwei) als solchen, wohl aber in der vollständigen Vereinigung dieser Merkmale bei einem Brennkraftmaschinen-Kolben oder -Zviiiderkopf der oben beschriebenen Art.
Durch das Merk-mal c) wird erreicht, daß sich die Wännedämmwirkung bei Vollast selbsttätig erniedrigt, hingegen bei Teil- oder Niedriglast erhöht. Für diese Wirkung muß allerdings - wie durch das Merkmal b) angegeben - ein Mindest-Durchmesserverhältnis des Ringes von 1,2 (außen zu innen) verwirklicht werden. Ringe mit durchweg kleinerem Außen-zu-Innen-Durchmesserverhältnis als 1,2 liegen nicht im Rahmen der Erfindung, weil diese Ringe für die angestrebte Wirkung nicht eine ausreichende Masse haben und weil es darauf ankommt, daß der Außenbezirk des Ringes einen merklich größeren Wärmeausfallquerschnitt besitzt als an der inneren Stelle des Wärmeeinfalles. lEerdurch tritt, bildlich gesprochen, bei höheren Temperaturzuständen ein »Absaugen« der einfallenden Wärme nach außen ein, wodurch bei Vollast die angestrebte Minderung der Wärmedämmwirkung unterstützt wird. Bei Teillast ist, wie gewünscht, dieser Effekt schwächer.
Durch das Merkmal a) soll vermieden werden, daß der Ringwerkstoff mit den Verbrennungsgasen in Berührung kommen und katalytische Einflüsse (insbesondere bei ausgeprägtem Nickelgehalt) auf den Ab- lauf des Verbrennungsvorganges haben könnte. Der Ring soll also nicht etwa - wie bekannt - eine Wandauskleidung der Brennkammer aus legiertem Stahl darstellen. Es ist demnach beim Erfindungsgegenstande die spangebende Bearbeitung der Brennkammeroberfläche leicht durchzuführen, da nur der Kolben- bzw. Zylinderkopfwerkstoff zu bearbeiten ist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kolben einer Einspritzbrennkraftmaschine mit einem im Kolben angeordneten Verbrennungsraum und Fig. 2a und 2b eine Kurvendarstellung der Brennraumwandtemperatur mit und ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Einsatzes.
Im Kolben 1 befindet sich der Brennraum 2, der hier die Grundform eines Rotationskörpers, beispielsweise einer Kugel aufweist, wobei die Brennraumöffnung 3 halsartig eingeschnürt ist. Um den Brennraum 2 ist mit Abstand ein Ring 4 gelegt, der aus einem Werkstoff besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit mit steigender Brennraumwandtemperatur zunimmt und umgekehrt mit sinkender Brennraumwandtemperatur abnimmt. Als Werkstoff für diesen Ring kommt beispielsweise ein 18:8-Chromnickelstahl in Frage. Dieser Ring kann, abgesehen von dem früher genannten Mindestquerschnitt gemäß Merkmal b), je nach den zugrunde gelegten Betriebsverhältnissen einen mehr oder minder großen und unter Umständen auch unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Ring etwa unterhalb des Kolbenbodens bis etwa zur halben Brennraumhöhe, wobei der Querschnitt nach oben hin abnimmt. Die dargestellte Querschnittsausbildung hat sich bei Anwendung eines Kugelbrennraumes und einer filmartigen Wandauftragung des Kraftstoffes als besonders günstig erwiesen.
In den Fig. 2 a und 2 b ist jeweils der Temperaturzustand der Brennraumwand bei Vollast (Fig. 2a) und bei Leerlauflast (Fig. 2 b), und zwar für die Querschnittslinie A -B (Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet) dargestellt. Dabei zeigen die jeweils voll ausgezogenen Linien den durch Versuche ermittelten Temperaturverlauf des Wandungsteiles A-B mit Einsatz 4 und die gestrichelten Kurven den Temperaturverlauf ohne Anwendung des Einsatzringes 4.

Claims

PATENTANSPRÜCHE' 1. Einspritz-Brennkraftmaschine mit im Kolbenboden (gegebenenfalls statt dessen auch im Zylinderkopf) angeordnetem Brennraum, welch letzterer zwecks Aufrechterhaltung eines genügend hohen Temperaturzustandes mit einer ringförinigen oder angenähert ringförmigen Einlage aus die Wärme schlechter als das Kolben- (bzw. Zylinderkopf-) Material leitendem Werkstoff umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedämmring (4) in bekannter Weise derart im Abstand vor der Brennraumoberfläche angeordnet ist, daß zwischen Ring (4) und Brennraum (21) eine Wand aus Kolben- (bzw. Zylinderkopf-) Material erhalten bleibt, daß ferner der Ring (4) massiv ausgebildet ist, d. h. einen mindestens 20 %# größeren Außen- als Innendurchmesser aufweist, und daß für die Ringeinlage (4) ein solcher Werkstoff Verwendung findet, dessen Wärmeleitzahl mit steigender Temperatur zunimmt und umgekehrt mit sinkender Temperatur abnimmt, z. B. Chrom-Nickel-Stahl mit 1811/o Chrom- und 80/0 Nickelgehalt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des metallischen Ringes (4) der Umrißform des Brennraumes (2) ähnlich ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 279 273, 433 618; österreichische Patentschriften Nr. 180 443, 195 181; H. Dubbel, »Taschenbuch für den Maschinenbau«, 1. Band, 10. Auflage, Springer Verlag, Berlin, 1949, S. 486 und 487.