DE1751606C3 - Combustion chamber insert for diesel engines - Google Patents

Combustion chamber insert for diesel engines

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Description

Die Erfindung betrifft einen Brennkammereinsatz gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Brennkammereinsatzes. The invention relates to a combustion chamber insert according to the preamble of claim 1 and a Process for the production of such a combustion chamber insert.

Speziell bei Dieselmotoren verwendet man häufig Brennkammereinsätze, wie z. B. Wirbelkammer, Vorkammer, Lanova-Luftspeicher usw. Diese Brennkammereinsätze unterliegen einer hohen thermischen Belastung und werden daher aus hochwarmfestem, zunderbeständigem Material hergestellt Der Einbau erfolgt meistens in guiieisern»; Zylinderköpfe. Die Betriebstemperaturen der brennkammereinsätze liegen im Innern bei ca. 6000C, wäi/end der gekühlte Zylinderkopf Temperaturen von 200 bis 300° C annimmt. Die aus Edelstahl bestehenden Brennkammereinsätze dehnen sich aufgrund der höheren Temperatur und der höheren Wärmedehnzahl viel mehr aus, als die im gußeisernen Zylinderkopf befindliche Aufnahmebohrung, wodurch starke innere Spannungen auftreten. Durch die Einspannung und durch ungleichmäßige Temperatur der Brennkammereinsätze entsteht im warmen Zustand eine Druckspannung, die um so höher ist, je größer die Temperaturdifferenz zwischen dem Brennkammereinsatz und dem Zylinderkopf bzw. zwischen einzelnen Brennraumbereichen ist. Überschreitet diese Druckspannung die Streckgrenze des Materials des Einsatzes, so wird dieser nach einem Schadensmechanismus, der hier nicht erörtert werden soll, schließlich infolge unterträglicher Zugspannung reißen. Die Streckgrenze nimmt mit steigender Temperatur des Materials ab. Dieser Schadensablauf ist also doppelt von der Temperatur des Brennkammereinsatzes abhängig. Deshalb ist es ratsam, Konstruktionen anzuwenden, bei denen die Brennkammereinsätze gut gekühlt werden. Zu diesem Zweck werden Brennkammereinsätze und Aufnahmebohrungen mit engen Toleranzen und manchmal mit Preßsitz gefertigt, um dadurch jederzeit metallische Berührung und damit gute Wärmeleitung zwischen Brennkammereinsatz und Zylinderkopf zu erzielen, Hierbei ergibt sich aber oft der Mangel, daß der brerinraumseiiige Teil des Brenn* kamfnereinsatzes, welcher" besonders warm ist, schon bei dem ersten Warmfahren des neuen Motors über seine Streckgrenze beansprucht und so weit gestaucht wird, daß er im kalten Zustand im Zylinderkopf lose wird. Ein fester Preßsitz wirkt sich dabei nachteilig aus, weil er die Anfangsspannung erhöht und die Streckgrenze dadurch schon bei niedrigen Temperaturen erreicht wird. Der entgegengesetzte Weg, den Brennkammereinsatz mit Spiel einzubauen und einen Schiebesitz zu verwirklichen, hat den Nachteil, daß die kälteren Teile des Brennkammereinsatzes erst bei höherer Belastung des Motors und damit höherer Temperatur des Einsatzes zur Anlage an den Zylinderkopf kommen. Bis dahin setzen sich aber Verbrennungsgase, Ruß und öl in dem Spalt zwischen dem Einsatz und dem Zylinderkopf ab und bildet dort Ölkohle. Dadurch tritt eine wesentliche Verschlechterung der Wärmeabfuhr vom Brennkammereinsatz zum Zylinderkopf ein, wodurch sich die Betriebstemperatur des Einsatzes erhöht und die Haltbarkeit vermindert wird.Combustion chamber inserts, such as e.g. B. vortex chamber, antechamber, Lanova air storage, etc. These combustion chamber inserts are subject to high thermal loads and are therefore made of highly heat-resistant, non-scaling material. They are usually installed in guiieisern »; Cylinder heads. The operating temperatures of the combustor liners lie in the interior at about 600 0 C / end of the cooled cylinder head temperatures assumes wäi of 200 to 300 ° C. The combustion chamber inserts made of stainless steel expand much more than the mounting hole in the cast iron cylinder head due to the higher temperature and the higher thermal expansion coefficient, which results in strong internal stresses. As a result of the clamping and the uneven temperature of the combustion chamber inserts, a compressive stress arises in the warm state, the greater the temperature difference between the combustion chamber insert and the cylinder head or between individual combustion chamber areas. If this compressive stress exceeds the yield point of the material of the insert, it will eventually tear as a result of an intolerable tensile stress, following a damage mechanism that will not be discussed here. The yield strength decreases as the temperature of the material rises. This damage process is therefore doubly dependent on the temperature of the combustion chamber insert. It is therefore advisable to use constructions in which the combustion chamber inserts are well cooled. For this purpose, combustion chamber inserts and receiving bores are manufactured with narrow tolerances and sometimes with a press fit in order to achieve metallic contact at all times and thus good heat conduction between the combustion chamber insert and cylinder head "Is particularly warm, is already stressed beyond its yield point when the new engine is first warmed up and is compressed so far that it becomes loose in the cylinder head when it is cold. A tight press fit has a disadvantageous effect because it increases the initial stress and the yield point The opposite way of installing the combustion chamber insert with play and realizing a sliding fit has the disadvantage that the colder parts of the combustion chamber insert only come into contact with the cylinder head when the engine is subjected to a higher load and thus the insert is at a higher temperature come. Until then, however, combustion gases, soot and oil settle in the gap between the insert and the cylinder head and form carbon there. This results in a significant deterioration in the heat dissipation from the combustion chamber insert to the cylinder head, as a result of which the operating temperature of the insert increases and the durability is reduced.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brennkammereinsatz für Dieselmotoren zu schaffen, der über den gesamten Betriebsbereich einen einwandfreien Sitz und gute Wärmeabfuhr gewährleistetThe object of the invention is to create a combustion chamber insert for diesel engines that has the ensures a perfect fit and good heat dissipation throughout the operating area

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Dabei kann der Einsatz gemäß dem Merkmal nach dem Patentanspruch 2 weitergebildet werden, wodurch eine Aufnahme für das beim Eintreiben des Einsatzes in die Gehäusefassung überschüssige Mantelmaterial gebildet wird. Die deutsche Auslegeschrift 11 02 474 zeigt zwar in der Abbildung H< Jilräume zwischen den Einsatzteilen und der Zylinderkopfwand. Diese dienen aber, soweit sie überhaupt beschrieben worden sind, zur Isolierung zwischen beiden Teilen, d. h. also zu einem Zweck, der demjenigen der Erfindung gerade entgegengesetzt ist, da diese ja gerade auf einen innigen Kontakt an den Wandungen zwecks guten Wärmeübergangs Wert legt.This object is achieved according to the invention by the features according to claim 1. Included the use can be developed according to the feature according to claim 2, whereby a Recording for the excess jacket material formed when the insert is driven into the housing socket will. The German Auslegeschrift 11 02 474 shows in the figure H < Space between the insert parts and the cylinder head wall. But these serve so far they have even been described, for isolation between the two parts, d. H. so for a purpose that that of the invention is just the opposite, since this is precisely on an intimate contact with the Walls for the purpose of good heat transfer value.

J5 Die Herstellung des Brennkammereinsatzes kann vorzugsweise nach dem im vorstehenden Anspruch 3 gekennzeichneten Verfahren erfolgen.J5 The manufacture of the combustion chamber insert can preferably be carried out in accordance with the preceding claim 3 marked procedure.

Ein zur Erläuterung dienendes bekanntes Beispiel und Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden iri folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn explanatory known example and exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail in the following. It shows

F i g. 1 einen Teilschnitt durch einen Zylinderkopf mit bekanntem Brennkammereinsatz,F i g. 1 with a partial section through a cylinder head known combustion chamber insert,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Brennkammereinsatz mit Weichmetallmantel (letzterer in größerem Maßstab).Fig. 2 shows a combustion chamber insert according to the invention with a soft metal jacket (the latter in a larger Scale).

In dem in Fig. 1 nur teilweise dargestellten Zylinderkopf 1 lagert in einer Aufnahmebohrung 2 ein Brennkammereinsatz 3. Der Brennkammereinsatz 3 wird von oben hei' in die Aufnahmebohrung 2 gesetzt und stützt sich über seinen Bund 4 im Zylinderkopf 1 ab. Im Bodenteil 5 des Brennkammereinsatzes 3 entstehen die höchsten Temperaturen. Daher ist dieses auch der gefährdetste Teil. Solange noch eine ausreichende Metallberührung zwischen Brennkammereinsatz 3 und Aufnahmebohrung 2 vorhanden ist, kann die Wärme gut abgeführt werden. Bei den bisher üblichen Brennkammereinsätzen ist die Wärmeausdehung so groß, daß der Werkstoff über seine Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht wird, so daß es zu einem »Schmieden« des Brennkammereinsatzes 3 kommt. Nach dem Abkühlen entsteht zwischen Brennkammereinsatz 3 und Aufnahmebohrung 2 ein Spalt, in dem sich Ölkohle absetzen kann; Dadurch wird die Wärmeableitung so starkIn the cylinder head 1 shown only partially in FIG. 1, it is embedded in a receiving bore 2 Combustion chamber insert 3. Combustion chamber insert 3 is set hot 'into the receiving hole 2 from above and is supported by its collar 4 in the cylinder head 1. In the bottom part 5 of the combustion chamber insert 3 arise the highest temperatures. Therefore this is also the most endangered part. As long as there is still enough There is metal contact between the combustion chamber insert 3 and the mounting hole 2, the heat can be good be discharged. In the previously common combustion chamber inserts, the thermal expansion is so great that the material is stressed beyond its elastic limit, so that it becomes a "forging" of the Combustion chamber insert 3 comes. After cooling, there is a hole between the combustion chamber insert 3 and the mounting hole 2 a gap in which oil carbon can settle; This is what makes the heat dissipation so strong

fi5 verschlechtert, daß es zu örtlichen Verbrennungen und Rissen im Bodenteil 5 kommtfi5 worsens that it causes local burns and Cracks in the bottom part 5 comes

In der F i g. 2 ist ein Brennkammereinsatz 3 nach der Erfindung dargestellt, der diese Erscheinungen weitest-In FIG. 2 is a combustion chamber insert 3 after Invention represented, which these phenomena

gehend ausschaltet. Der Brennkammereinsatz 3 ist mit einem Weichmetallmantel S versehen, in dem Ausdrehungen 7 angeordnet sind. Dieser Brennkammereinsatz 3 wird in die Aufnahmebohrung 2 mit Spiel oder mit Oberdeckung eingetrieben. Dabei kann sich überschüssiges Material in den Ausdrehungen 7 absetzen. Der Weichmetallmantel 6, der z, B, aus Blei, Zink oder Aluminium bestehen kann, besitzt eine gute Verformbarkeit und gewährleistet über den gesamten Betriebsbereich eine einwandfreie Metallberührung und eine gute Wärmeleitung zwischen Brennkammereinsatz 3 und Aufnahmebohrung 2r going off. The combustion chamber insert 3 is provided with a soft metal jacket S in which recesses 7 are arranged. This combustion chamber insert 3 is driven into the receiving bore 2 with play or with top cover. Excess material can settle in the recesses 7. The soft metal jacket 6, which can be made of lead, zinc or aluminum, for example, has good deformability and ensures perfect metal contact and good heat conduction between the combustion chamber insert 3 and the receiving hole 2 r over the entire operating range

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Brennkammereinsatz aus hochwarmfestem Material für Dieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Werkstoff guter Wärmeleitzahl, niedrigem Elastizitätsmodul und ausreichend hohem Schmelzpunkt, wie z, B. Blei, Zink, Aluminium od. dgl„ ummantelt ist,1. Combustion chamber insert made of highly heat-resistant material for diesel engines, characterized in that that it is made of a material with a good thermal conductivity, a low modulus of elasticity and a sufficiently high melting point, such as lead, Zinc, aluminum or the like is coated, 2. Brennkammereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in an sich bekannter Weise auf seiner Umfangsfläche mit Vertiefungen, Kerben, Rillen, Eindrehungen od. dgl. versehen ist2. Combustion chamber insert according to claim 1, characterized in that it is in a manner known per se Is provided on its peripheral surface with depressions, notches, grooves, indentations or the like 3. Verfahren zur Herstellung eines Brennkammereinsatzes nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ummantelte Brennkammereinsatz (3) im Motorbetrieb erwärmt und anschließend im kalten, verformten Zustand gemessen wird, um nach diesen Maßen weitere Brennkammereinsätze (3) herzustellen.3. A method for producing a combustion chamber insert according to claims 1 or 2, characterized characterized in that the jacketed combustion chamber insert (3) is heated during engine operation and then in the cold, deformed state is measured in order to determine further combustion chamber inserts according to these dimensions (3) to manufacture.
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