DE2908859A1

DE2908859A1 - Brennraum fuer brennkraftmaschinen und verfahren zur herstellung dieses brennraums

Info

Publication number: DE2908859A1
Application number: DE19792908859
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing D Brandstetter
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1979-03-07
Filing date: 1979-03-07
Publication date: 1980-09-18

Description

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AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg

unsere Zeichens K 2705
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Brennraum für Brennkraftmaschinen und Verfahren zur Herstellung dieses Brennraums

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennraum für Brennkraftmaschinen mit einem von einem oszillierenden Kolben gegenüber einem Zylinderkopf eingeschlossenen Hauptbrennraum und einem mit diesem über einen Verbindungskanal verbundenen, in einer Ausnehmung des Zylinderkopfs angeordneten Nebenbrennraum und auf ein Verfahren zur Herstellung des Brennraums.

Bei Brennkraftmaschinen mit derartig ausgebildeten Brennräumen besteht der Wunsch, die W*rmeverluste durch die Brennraumwände klein zu halten und zumindest in dem Bebenbrennraum eine möglichst gleichmäßige und hohe, jedoch nicht allzu hohe Wandtemperatur zu erreichen und einzuhalten. Die Obergrenze der zulässigen Wandtemperatur wird dabei durch die Gefahr des Entstehens von Glühzündungen gebildet. Die Einhaltung einer hohen Wandtemperatur sichert bei der Verbrennung des Kraftstoffes in dem Brennraum gute Zündbedingungen und einen günstigen Wirkungsgrad durch weitgehend vollständige Verbrennung, wobei insbesondere die Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen gering gehalten wird. Ein weiterer Wunsch geht darin, die Warmlaufperiode der Brennkraftmaschine möglichst kurz zu halten, das heißt möglichst bald nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine die vorgesehene Betriebstemperatur in dem Brennraum zu erreichen.

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Vorsitzender Vorstand: Ton* Scnmüct-er, Vorsitzende·" - Prcf, Gr. iecxn. Ernst FiäSa - Dr. jur. Peter Frerk - Günter HörKvicft

des Autsichtsrats: Horst Münzn&r · Di. iei. pi!. Werne'. P- 3C¹Ir₁Ic:: - Gottlieb M. Sirobl - Prof. Dr. rer pol. Frtec'ncn Tnom#e

HsT :-;aar Sür der Gesellschaft WofSsbürg Amtsgericht Woltsburg HEE

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, einen Brennraum der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem diese Wünsche in optimaler Weise erfüllt werden, bei dem insbesondere in dem Hebenbrennratun an der gesamten Wandfläche eine möglichst konstante, hohe Temperatur schnell erreicht und eingehalten wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß wenigstens der Hebenbrennraum in an sich bekannter Weise mit einer keramischen Isolierschicht ausgekleidet ist und daß die Wandstärke der Isolierschicht (1 f 2) · — ^mm beträgt, wobei X, die Wärmeleitzahl des keramischen Isolierschichtmaterials in W/cmE ist.

Es ist zwar bereits bekannt, die Brennraumwände einer Brennkraftmaschine mit einer keramischen, auch isolierend wirkenden Schicht auszukleiden (CH-PS 400 664)· Bei der dort gezeigten Brennkraftmaschine ist jedoch kein Hebenbrennraum vorgesehen und es werden auch keine Anhaltswerte für die für die Isolierschicht zu wählende Wandstärke angegeben.

Durch die Erfindung wird dagegen eine Wandstärkenbemessung vorgeschlagen, bei deren Einhaltung zum einen eine optimal hohe Wandtemperatur eingehalten wird, die zum anderen außerordentlich schnell nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine erreicht wird.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Wandstärke der Isolierschicht im Bereich des Verbindungskanals um 20 - 30 fo geringer als im übrigen Bereich ist. Da infolge der höheren Strömungsgeschwindigkeit der Terbrennungsgase im Bereich des Yerbindungskanals der Wärmeübergang an dieser Stelle wesentlich größer als an den übrigen Stellen des ITebenbrennraums ist, wird durch eine Verringerung der Wandstärke der Isolierschicht eine größere Wärmeabfuhr an die umgebenden Zylinderkopfpartien erreicht, so daß letztlich die Wandtemperatur in diesem Bereich dann wieder derjenigen des übrigen Neben-

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brennraums entspricht.

Erfindungsgemäß soll als Material für die keramische Isolierschicht Aluminiumtitanat verwendet werden, ein Werkstoff, der mit Χ/ Λί«0,02 W/cmK eine außerordentlich geringe Wärmeleitzahl aufweist und der deshalb bei Einhaltung sehr geringer Wandstärken eine gute Isolierwirkung erreicht. Geringe Wandstärken sind aber wegen der damit verbundenen geringen Wärmekapazität der Isolierschicht besonders günstig im Einblick auf eine schnelle Aufheizung des Hebenbrennraums.

Schließlich schlägt die Erfindung noch vor, daß der mit der Isolieschicht ausgekleidete Nebenbrennraum geteilt ausgebildet ist und ein den Verbindungskanal enthaltender, unterer feil des Hebenbrennraums in einem in den Zylinderkopf eingesetzten Trägerring aus einem dem Zylinderkopfmaterial entsprechenden Material angeordnet ist. Biese Ausbildung vereinfacht das Auftrageverfahren des keramischen Isoliermaterials durch Aufsprühen, indem gemäß einem von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren auf der den oberen !Teil des Nebenbrennraums enthaltenden Zylinderkopfausnehmung ebenso wie auf dem den unteren Teil des Hebenbrennraums enthaltenen Trägerring die keramische Isolierschicht getrennt durch Aufsprühen aufgetragen wird und indem erst anschließend der Trägerring in den Zylinderkopf eingepaßt wird.

Ein Aufsprühen des Isoliermaterials auf die Wand eines ungeteilten Brennraums ist dagegen außerordentlich schwierig und mit der nötigen Exaktheit kaum durchzuführen, da der Hebenbrennraum im allgemeinen durch eine von außen nur durch den engen Verbindungskanal zugängliche, unsymmetrische und geschlossene Ausnehmung des Zylinderkopfes gebildet wird. Dadurch, daß gemäß der Erfindung der untere, auch den Verbindungskanal enthaltende Teil des Hebenbrennraums in einem in dem Zylinderkopf einsetzbaren Trägerring ausgebildet wird, können die auf diese Weise gebildeten Teilräume des Hebenbrennraums je für sich mit dem Isolationswerkstoff besprüht werden, wobei eine genügend große Exaktheit eingehalten werden kann.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert, wird. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des Zylinderkopf einer Otto-Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäSen Febenbrennrausu In der Zeichnung ist mit 1 der Hauptbrennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine bezeichnet, der einerseits durch den Zylinderkopf 4 undandererseiis durch den hier nicht dargestellten, in dem Zylinder gleitenden Kolben begrenzt wird. Dieser Hauptbrennraum 1 steht über einen Yerbindungskanal 3 mit einem in dem Zylinderkopf 4 angeordneten Bebenbrennraum 2 in ständiger Verbindung. In den Hebenbrennraum ragen die Elektroden 9 einer Zündkerze 8 zur Zündung des in den Brennraum angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches hinein.

Während der obere Teil des Iiebenbrejiriraums 2 durch eine mit einer keramischen Isolierschicht 6a ausgekleidete Ausnehmung 5 des Zylinderkopfes 4 gebildet wird., ist der untere Teil des Nebenbrennraums mit dem Yerbindungskanal 3 in einem Trägerring 7 angeordnet, der in eine zylindrische Ausnehmung 11 des Zylinderkopfes 4 eingepaßt ist. Auch die Wände des unteren Teils des Kebenbrennraums sind mit einer keramischen Isolierschicht 6b bzw. 6c versehen.

Mit 10 ist ein von Kühlmittel durehflossener Kühlkanal im Zylinderkopf 4 angedeutet.

Die Wandstärke der keramischen Isolierschicht beträgt gemäß der Erfindung (1 f 2) £p£2 mm, wobei ^ die Wärmeleitzahl des keramischen Isolierschichtmaterials in w/cmK ist. Wenn als Isolationswerkstoff dabei das besonders vorgeschlagene Aluminiumtitanat verwendet wird, dessen Wärmeleitzahl /L ~ 0,02 w/cmE . beträgt, dann ergibt sich eine Wandstärke von 1 bis 2 mm, die möglichst konstant an allen Wänden des Nebenbrennraums 2 eingehalten werden sollte. Lediglich im Bereich des Yerbindungskanals 3 soll die Wandstärke der Isolierschicht 6c um 20 bis 30 $ reduziert werden, um so durch eine höhere Wärmeabfuhr an das umgebende Zylinderkopfmaterial bzw. das mit dem Zylinderkopfmaterial gleiche Material des Trägerringes auch in diesem Bereich auf etwa die gleichen Temperaturen wie in dem

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übriges Wandbereich des Hebenbrennraums zu kommen.

Durch die Teilung des Hebenbrennraums in einen oberen, in dem Zylinderkopf 4 vorgesehenen Teil und einen unteren, in einem besonderen Trägerring angeordneten Teil» ergibt sich die Möglichkeit, das Aufsprühen des keramischen Isolationswerkstoffes auf die Fände des Hebenbrennraums relativ exakt und genau durchzuführen. Bei Einhaltung einer Wandstärke von beispielsweise 1,5 mm im Bereich des Ifebenbrennraums 2 und von etwa 1,1 mm im Bereich des Verbindungskanals 5 ergaben sich bei einem Ausführungsbeispiel bei Volllast der Brennkraftmaschine Wandtemperaturen im Bereich von etwa 450° - 500⁰C, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine außerordentlich günstig sind. Die relativ geringe Wandstärke der Isolierschicht bewirkte zudem eine schnelle Aufheizung der Wände des Kebenbrennraums, so daß nicht nur im Vollastzustand, sondern auch bereits kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine eine gute"Verbrennung mit relativ geringen Schadstoffwerten im Abgas erreicht würde.

In dem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Brennraumausbildung bei einer Otto-Brennkraftmaschine mit 2Tebenbrennraum dargestellt. Jedoch soll dies keine Beschränkung der Erfindung darstellen. Vielmehr ist ihre Anwendung auch bei Brennräumen von Dieselmotoren mit lieben- oder Wirbelbrennkammern sinnvoll und zweckmäßig.

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Claims

AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 2705
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ANSPRÜCHE

( 1. JBrennraum für Brennkraftmaschinen mit einem von einem oszillierenden Kolben gegenüber einem Zylinderkopf eingeschlossenen Eauptbrennraum und einem mit diesem über einen Verbindungskanal verbundenen, in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes angeordneten Ifebenbrennraum, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Kebenbrennraum (2) in an sich bekannter Weise- mit einer keramischen Isolierschicht (6a, 6b) ausgekleidet ist und daß die Wandstärke der Isolierschicht

beträgt j wobei Λ* die Wärmeleitzahl des keramischen Isolierschichtmaterials in W/cmK ist.
2. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Isolierschicht (6) im Bereich des Terbindungskanals (3) um 20 - 30 $ geringer als im übrigen Bereich ist.

3· Brennraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die keramische Isolierschicht Aluminiumtitanat verwendet wird.

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Vorsitzender Vorstand; Tom Söimücker, Vorsitzender · Pro!. D-. team. Ems! Fiala - Dr, jur, Peter Frert · Günter Hariwich

des Aufsichtsrats: Hers! Münjner · Dr. rer.put. Werner P. Soimidi · Gottlieb M. Streb! - Prof. Dr. rer. pol. Friedrich Thomee

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3 Birnbaum Sitz der Gesellschaft: WoHsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB
4. Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Isolierschicht (6) ausgekleidete ÜFebenbrennraum (2) geteilt ausgebildet ist und ein den Verbindungskanal (3) enthaltender, unterer Teil des Uebenbrennrauifls in einem in den Zylinderkopf eingesetzten Trägerring (7) aus einem dem Zylinderkopimaterial entsprechenden Material angeordnet ist.

5· Verfahren zur Herstellung eines Brennraums nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß auf der den oberen Teil des Bebenbrennraums (2) enthaltenden Zylinderkopfausnehiaung (5) sowie auf dem den unteren Teil des Hebenbrennraums enthaltenden Trägerring (7) getrennt die keramische Isolierschicht (6) durch Aufsprühen aufgetragen wild und daß anschließend der Trägerring in den Zylinderkopf eingepaßt wird.

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