DE2016386C - Kolben fur direkt einspritzende Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für direkt einspritzende Brennkraftmaschinen mit einen in ihm vorgesehenen Brennraumeinsatz, in dessen Innerem ein hoher Luftdrall für die Verbrennung herrscht und dessen Wandung durch em zwischen ihm und dem Kolben angeordnetes Zwischenglied unterschiedlich gut wärmeisoliert wird.

Ein solcher Kolben ist bereits durch die deutsche Auslegeschrift 1 041 728 bekannt. Bei ihm besteht der Brennraumeinsatz aus Kupfer oder einer Eisenlegierung und das Zwischenglied, welches ihn teilweise umhüllt, aus einem Isolierstoff, vorzugsweise aus keramischem Werkstoff. Zweck der Anordnung ist es, eine Temperaturerhöhung der Innenoberfläche des Brennraumeinsatzes zu erreichen, die etwa das 2- bis 3-fache der Temperatur des Kolbenbodens bzw. des Kolbenwerkstoffes beträgt, um eine bessere Verbrennung und damit einen geringeren Brennstoffverbrauch zu erzielen. Im einzelnen wird vorgeschlagen, dem isolierenden Zwischenglied im Bereich des Brennraumbodens eine dicke Wandstärke zu geben, die dann in Richtung zum Brennraumhals bzw. zum Kolben hin allmählich immer mehr abnimmt und schließlich ganz fortfällt, so daß der Brennraumeinsatz direkt mit dem Kolbenwerkstoff fest und innig, möglichst molekular verbunden werden kann. Bei dieser Ausbildung herrscht also zwangsläufig im Brennraumboden die höchste Temperatur, während die Brennraumwand zum Kolbenboden hin immer kühler gehalten wird. Die innige Verbindung des Kolbenkörpers mit dem Brennraumeinsatz an dessen oberen Ende dient dazu, die aus dem Brennraumeinsatz abzuführende Wärme auf den Kolbenkörper zu übertragen.

Durch einen Kolben der beschriebenen Art wird zwar eine Erhöhung der Temperatur in der Brennraumwand und damit eine Verbesserung der Verbrennung erreicht, jedoch eine nur unzureichende, weil die Brennraumwand nicht gezieh temperiert wird. Ls. ist bekannt, daß beim Einspitzen des Brennstoffe ·> in die im Brennraum mit hoher Drallzahl rotieren^ Verbrennungsluft die kalten und schwereren Brenr.-Stoffteilchen durch die Zentrifugalkraft zunächst i:i Richtung Brennraumwand gedrückt werden, i),; werden sie zum großen Teü verbrann! und dan;:'.;: auf Grund ihres nunmehr leichteren Gewichts n:s. der Brennraummitte abgedrängt. Dabei läßt es si.:

ίο jedoch nicht vermeiden, daß einige Brennstoff u-iichen bzw. Brennstoffbestandteile unverbrani.i uü. -genügend neutralisiert an der Brennraum^ and c.v lang nach oben aus dem Brennraum absaugt den und ins Freie gelangen, wodurch giftige um...

oder übel riechende Gase entstehen. Es erfolgt ;:l·-,: keine vollständige Verbrennung der Brennstoff ti. ι chen, zumindest aber keine ausreichende NeutraiisiV rung aller Brennstoffbestandteile derart, daß diceiner weiteren Reaktion nicht mehr eingehen. ■·.;-:

»ο die Brennraumwand nach oben hin zu kühl gen..,;.: wird.

Schließlich weist der Kolben nach der deutscru¹·. Auslegeschrift 1 041 72S noch den Nachteil auf. da: die aus dem Brennraum bzw. aus der Brennraum wand abzuführende Wärme nur über den Kolbenboden und damit über den die Kolbenringe tragende!: Mantel geleitet werden kann, wodurch ein starke--: Aufheizen der Kolbenringe erfolgt.

Bezüglich einer Erhöhung der Temperatur in de:

Brennraumwand ist durch die deutsche Patentschrif\ 1 157 428 ferner ein Brennkraftmaschinenkolben bekannt, bei dem mit Abstand von der Brennraumoberfläche ein etwa die untere Hälfte des Brennrau mes umgebender Ring in den Kolbenkörper einge-

gössen ist. Dieser Ringkörper dient der Ableitung der Wärme aus dem Brennraum oder dem Dämmen derselben irr Brennraum und besteht aus einem Werkstoff, dessen Wärmeleitzahl mit steigender Temperatur zunimmt und umgekehrt mit sinkender Temperatür abnimmt, z.B. aus Chrom-Nickel-Stahl mit 18°,Ί. Chrom- und 8% Nickelgehalt. Zur Gewährleistung der Funktion muß der Ringkörper eine bestimmte Stärke aufweisen, die auf Grund der Kolbenform nicht immer leicht einzuhalten ist.

Die Einrichtung bringt zwar eine gewisse Temperierung der Brennraurnwand in Abhängigkeit von der Last, doch weist sie im wesentlichen ebenfalls die bereits genannten Nachteile auf, denn es wird nur der untere Teil des Brennraumes temperiert, die Wärmeableitung erfolgt, zumindest teilweise, wiederum über den die Kolbenringe tragenden Mantel. und es werden durch die oben kühlere Brennraumwand auch weiterhin unvollständig verbrannte Brennstoffbestandteile den Brennraum verlassen.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, die Brennraumwand eines eingangs beschriebenen Kolbens denn zu temperieren, daß deren einzelnen Teilbereiche K>veils die für eine optimale Verbrennung aller Brennstoffbestandteile crforderlichen Temperaturen aufweisen, um schädliche Bestandteile in den Abgasen sowie eine Blaurauchbildung zu vermeiden.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Brennraumeinsatz und das Zwischengiied in an sich bekannter Weise als ringförmige Koiper ausgebildet sind, daß das Zwischenglied aus einem auf Grund seiner inneren Struktur eine örtlich unterschiedliche jedoch gleichbleibende Wärmeleitfä-

higkeit aufweisenden Werkstoff besteht, und daß diese Wärmeleitfähigkeit — wie an sich bekannt — derart vorgesehen ist, daß sie im Erreich der Brennraumöffnung schlecht und nach dem Brennraumboden hin gut wird.

Durch die Verwendung eines ringförmigen brennraumeinsatzes wird es möglich, die Seitenwand bis zur Brennraoniöffnung als eine Art Hitzeschild aus-/;:hilden und die aus dem Brennraum abzuführende Warme nur über dessen Boden, der keiner besondereu Temperierung bedarf, abzuleiten. Das ringförmige Zwischenglied isoliert den Brennraumeinsatz, und zwar derart, daß er an der Brennraumöffnung ,!υ heißesten gehalten wird. Wenn nun die Brennioffteilchen durch die Zentrifugalkraft an den hei-.,cn Brennraumeinsatz kommen, so e.folgt sofort eine bessere Verbrennung wie bei den bekannten Ausführungen. Die dennoch nicht neutralisierten Bestandteile gleiten auch hier an der Brennraumwand

ang

FiK 1 einen Kolbenkopf mit kugelförmigem Brennraum und einer Brennraumwandausfunrung nach der Erfindung, . ■

F ig. 2 einen Kolbenkopf nach Fig. 1,,mit einem zusätzlich am Brennraumeinsatz vorgesehenen Um-

^ieni^kn F^hii 1 ist in einem kugelförmigen Brennraum 1 ein Kolben 2 für Brennkraftmaschinen insbesondere toren, ein der Mantelflache d igepaßter Brennraumeinsatz 3 dem und dem Dichtmantel 4 des Kolbens 2 Zwischenglieds eingebettet ist. Der und das Zwischenglieds sind ringförmige Rotationskörper ausgebildet uiki uca.L am Kolben 2 befestigt, daß sie die Se.tenwandung „es kugelförmigen Brennraumes 1 bilden. Der ßrennraumeins3tz3 weist eine nung auf, über die der Brennraum 1 derraumo verbunden ist. Das Zwischenglieds we,s,

„nt,-n abnehmende Wand-

freie öfi-ZvIm-

ciuiang nach oben, wo sie jedoch immer stärker er- 10 'nie; eine von Cu/C — _ , Pnde m

hitzt werden, bis sie schließlich bei Austritt aus dem stärke auf, wobei es mit seinem aunnen l-mic Brennraum auch unschädlich sind. Brennraumboden 7 abgestützt ist. Das oDcre cm.,

Dadurch, daß das Zwischenstück bis nahe zum des Zwischengliedes5 ist durch einen J"ngn«.n»t.. Kolbenboden hochgezogen i_st und die Wärme über des Brennraumeinsatzes 3, der am uicnunduiu* ut. licn Brennraumboden abgeleitet wird, kann auch ein 25 Kolbens 2 befestigt ist, abgedeckt. Je nacn uhi g Wärmeübergang auf die Kolbenringe nicht erfolgen, wünschten Wärmebild in der Brennraumwanu κ«, xs.idurch die guten Gleiteigenschaften erhalten und das Zwischenglieds eine gute,wenigeτ ywυ ein Verkoken der Ringnuten vermieden wird. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit aulweisen um uies 1 '«. ^rwendung eines auf Grund seiner inneren Struktur Forderung entsprechen zu können, Desleni ^cs eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit aufweisen- 30 zugsweise aus Kohlenstoti, der durcn umwdii _t ÜL-n Werkstoffes für das Zwischenglied bringt zusatz- ir. Graphit auf einfache Weise mit der unterscmeaii-Ih den Vorteil, daß unabhängig von dem zur Verfü- ehe;, Wärmeleitfähigkeit ausgestattet werocn Ran . i;ung stehender. Raum bzw. der Stärke des Zwischen- Die Umwandlung des Kohlenstoffes in Uraphit kann Stückes jede gewünschte Isolation, und zwar in den durch Erhitzen des Kohlenstoffes erioigcn, wouc uc. verschiedenen Teilbereichen zusätzlich unterschied- 35 Grad der Erhitzung die gewünschte Grapni struKtu !ich, leicht möglich ist. ergibt. Im vorliegenden Beispie weist der gju

Eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit ist ge- des Zwischengliedes λ eine gute WarmeieiuanigKcii ,näß der Erfindung in einfacher Weise durch Ver- auf, die in Richtung zur Brennraiimoflnung η imwendung eines an sich bekannten Kohlenstoffes zu mer schlechter wird. Der Boden des Brennraum«! erreichen. Kohlenstoff eignet sich hierfür besonders, 4° wird direkt vom Werkstoff des *°^™-^™ ¹^" da er bei seiner Umwandlung, beispielsweise in Gra- ' °

phil eine gute, bei seinem Belassen in Kohlenstoff eine schlechte oder weniger gute Leitfähigkeit annimmt. Auf diese Weise ist eine genaue Regelung in den einzelnen Teilbereichen möglich.

Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß die Wirkung des Erfindungsgegenstandes noch verstärkbar ist, wenn der ringförmige Brennraumeinsatz, wie bereits anderweitig vorgeschlagen wurde, an seinem,

daß die. überschüssige Wärme

ten abgeführt und an eine Ölkühlung weitergegeben

wird. . , ·

Das Ausführungsbeispiel gemäß F1 g. 2 unterscheide! sich von dem nach Fig. 1 dadurch, daß der Brennraumeinsatz 3 an seinem den Zylinderraum zugewandten Ende mit einem Un.lenkschild 9 versehen ist, dessen Rand 10 zum Brennraum 1 gerichtet ist und zwar derart daß unterhalb des Randes, d. n.

nerens auuci wenig vwigcauiiagtu wuiuv, an «.im.ni, lsi, auu iwai ^uuo"'^u, __„, 11 .,u/icrhpn

dem Kolbenboden zugewandten Ende mit einem dem 50 des Umlenkschildes emc ^si^auk _n ^amme _r ^r ^ -1^" ^ Brennraum zugekehrten Umlenkschild versehen diesem und der Wand 12 des BrennraumemsatzesS wird. Der Umlenkschild hält in jedem Falle auch entsteht. Der zum Brennraum 1 gerichtete Kanu lu noch die letzten nicht verbrannten Brennstoffe- kai.r hierbei so weit in diesen hineingezogen «erden, standteile so lange an der heißesten Stelle der Brenn- daß eine den Rand 10 tangierende Gerade y die Koraumwand fest, bis auch diese die Unfähigkeit zum 55 tationsachse * des Brennraumes 1 im Bereich des Botingehen weiterer Verbindungen erlangen. duns 7 desselben schneider Um die eventuel noch ^b - - - ⁶ · ■ ^r · . - . _{mch[ ganz} verbrannten Brennstoffbestandteile im

Brennraum ί zurückzuhalten, ist es erforderlich, daß die den Rand 10 tangierende Gerade y die Rotationsnerhalb des Btennraumes schneidet.

Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Es zeigt

achse χ int

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   !. Kolben für direkt einspritzende Brennkraftmaschinen mit einem in ihm vorgesehenen Brennraumeinsatz, in dessen Innerem ein hoher Luftdrall für die Verbrennung herrscht und dessen Wandung durch ein zwischen ihm und dem Kolben angeordnetes Zwischenglied unterschiedlich gut wärmeisoliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraumeinsatz (3) und das Zwischenglied (5) in an sich bekannter Weise als ringförmige Körper ausgebildet sind, daß das Zwischenglied (5) aus einem auf Grund seiner inneren Struktur eine örtlich unterschiedliche, jedoch gleichbleibende Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Werkstoff besteht und daß diese Wärmeleitfähigkeit — wie an sich bekannt — derart vorgesehen wird, daß sie im Bereich der Brennraumöffnung schlecht und nach dem Brennraumboden (7) hin gut wird.
2. 2. Kolben nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (5) aus einem an sich bekannten Kohlenstoff besteht.