DE3003521A1

DE3003521A1 - Anlasshilfe fuer brennkraftmaschinen, insbesondere fuer dieselmotoren

Info

Publication number: DE3003521A1
Application number: DE19803003521
Authority: DE
Inventors: Richard Patrick Knowles
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1979-02-01
Filing date: 1980-01-31
Publication date: 1980-08-14
Also published as: IT8019586A0; FR2448043B1; FR2448043A1; IT1130365B; SU973037A3; US4462354A; JPS55104573A

Description

3003S21

Beschreibungseinleitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlaßhilfe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren mit einem in eine Bohrung des Zylinderkopfes einführbaren Gehäuseteil, mit einem am einen Ende des Gehäuseteiles angeordneten rohrförmigen Teil, das in die Brennkammer der Brennkraftmaschine hineinragt und mit einem gewickelten Heizelement im äußeren Ende des rohrförmigen Teiles, das zum Betrieb der Anlaßhilfe mittels eines elektrischen Stromes beheizt wird und in der Brennkammer eine Heizfläche bildet.

Eine solche Anlaßhilfe ist Gegenstand der GB-PS 11 27 454. Dabei besteht das Heizelement aus einem Metall-Streifen, der spiralförmig um eine zentrale Leiterstange gewickelt ist, mit der das innere Ende des Heizelementes verbunden ist. Das äußere Ende des Heizelementes ist mit der Wand des rohrförmigen Teiles verbunden. Das Heizelement ist im einen Ende des rohrförmigen Teiles mit einer Glashülse gehalten, die ihrerseits auf der Leiterstange sitzt und deren äußeres Ende am Heizelement anliegt, wobei die Glashülse mit der Innenseite des rohrförmigen Teiles und der Leiterstange verschmolzen ist.

Es hat sich gezeigt, daß die Lebensdauer einer solchen Anlaßhilfe bei manchen Brennkraftmaschinen nicht sehr lang ist, und

L 66 P 220

29.1.80 - 5 -

030033/0678

zwar bei Brennkraftmaschinen mit besonders schwierigen Verhältnissen in der Brennkammer. Das rohrförmige Teil ist innerhalb der Brennkammer angeordnet und dem Einfluß der heißen Verbrennungsgase ausgesetzt. Von dem rohrförmigen Teil wird ein erheblicher Teil der Wärme der Verbrennungsgase aufgenommen, und zwar bis zu einem Punkt, wo eine mechanische Schädigung der Vorrichtung durch die Temperatur des elektrisch beheizten Heizelementes noch nicht eintreten muß.

Es hat sich weiter gezeigt, daß die Lebensdauer der Anlaßhilfe wesentlich verlängert werden kann, wenn während des Betriebes die Temperatur des rohrförmigen Teiles gesenkt wird. Wird jedoch die thermische Trägheit des Heizelementes spürbar angehoben., dauert es langer, bis es seine Betriebstemperatur erreicht hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlaßhilfe der eingangs genannten Gattung in einfacher und zweckmäßiger Weise im Hinblick auf diesen Mangel zu verbessern.

Hierzu weist eine Anlaßhilfe der eingangs genannten Gattung vor allem ein Hüllrohr auf, das das vorerwähnte rohrförmige Teil umgibt und aus einem Werkstoff besteht, der widerstandsfähig gegenüber den Arbeitsbedingungen in der Brennkammer ist und zwischen dem und dem rohrförmigen Teil zumindest auf dem

L 66 P 220

29.1.80 - 6 -

030033/0678

größten Teil ihrer Länge ein Ringspalt vorhanden ist. Das Hüllrohr muß also ausschließlich im Hinblick auf größte Widerstandsfähigkeit gegenüber den Brennkammerverhältnissen ausgelegt werden und kann unter diesem Aspekt optimal ausgelegt werden.

Gemäß einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung ist das Hüllrohr an dem dem Gehäuseteil zugekehrten Ende mit einem Flansch versehen, mit dem es zwischen dem Gehäuseteil und einer Stufe in der Wand der die Anlaßhilfe aufnehmenden Bohrung gehalten ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch den Zylinderkopf eines Dieselmotors, wobei eine Anlaßhilfe vorgesehen ist und

Fig. 2-5 jeweils als Mittellängsschnitt von Teilen von Anlaßhilfen gemäß der Erfindung.

L 66 P 220

29.1.80 - 7 -

030033/0678

*~ 7 —

Figurenbeschreibung

Gemäß Fig. 1 der Zeichnung weist der Zylinderkopf 10 eines Motors eine Vorbrennkrammer 11 auf, die mit dem zugehörigen Zylinder über einen Kanal 12 in Verbindung steht. Der Zylinderkopf weist ein Bohrungspaar 13,14 auf, wobei jede der beiden Bohrungen stufenförmig ist. Für den Betrieb des Motors ist der Bohrung 13 eine Kraftstoffeinspritzdüse zugeordnet, durch die Kraftstoff unter Druck der Vorbrennkammer 11 zugeführt wird.

Die Bohrung 14 nimmt eine Anlaßhilfe 15 auf, deren Gehäuseteil 16 ein Schraubengewinde zum Zusammenwirken mit einem entsprechenden Schraubengewinde im weiteren Teil der Bohrung 14 aufweist. Das Gehäuse der Anlaßhilfe erstreckt sich über das Ende der Bohrung 14 hinaus und hat eine sechseckige Außenkontur, um die Festlegung der Anlaßhilfe in der Bohrung zu erleichtern.

Durch den engeren Teil der Bohrung 14 ragt das Gehäuse der Anlaßhilfe mit einem zylindrischen Teil 17 in den Brennraum, wobei der zylindrische Teil innerhalb des Brennraumes ein Endstück mit einem durch eine verringerte Wandstärke verringerten Durchmesser hat. Der Teil 17 ist als Rohr ausgebildet, und innerhalb des Endstückes ist ein spiralförmig gewickeltes elektrisches Heizelement angeordnet, das aus

L 66 P 220

29.1.80 - 8 -

030033/0678

einem Metallstreifen besteht. Das Außenende des Streifens ist an dem Teil 17 befestigt, während das innere Ende an einer Tragstange befestigt ist, die innerhalb des Teiles angeordnet und mit der einen Polklemme 18 verbunden ist, die ihrerseits im Betrieb über einen Schalter mit einer elektrischen Stromquelle verbunden ist. Die andere Polklemme der Stromquelle ist mit dem Motor verbunden, und die Anordnung ist so getroffen, daß bei geschlossenem Schalter das Heizelement sehr rasch auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt wird, um das Anlassen des Motors zu erleichtern. Das rasche Aufheizen wird dadurch erhalten, daß die thermische Trägheit des Heizelementes niedrig ist.

Während des Betriebes wird beim Kompressionstakt des zugehörigen Motors Luft mit Druck in die Vorbrennkrammer 11 durch den Kanal 12 gefördert. Die Temperatur der Luft innerhalb der Brennkammer steigt während der Kompression an, und unter normalen Betriebsverhältnissen zündet der in die Brennkammer eingesprühte Kraftstoff infolge der in der Brennkammer herrschenden, hierzu ausreichenden Temperatur. Die Verbrennungsgase treten durch den Kanal 12 aus der Brennkammer aus, um im Zylinder auf den Kolben einzuwirken. Beim Anlassen des Motors ist dieser jedoch kalt, und die Temperatur der verdichteten Luft in der Brennkammer reicht zur Selbstzündung des eingesprühten Kraftstoffes nicht aus. Deshalb wird beim

L 66 P 220

29.1.80 . - 9 -

030033/0678

_ Q —

Anlassen des Motors das Heizelement mit elektrischem Strom versorgt, und die heiße Oberfläche des Heizelementes unterstützt die Zündung des Kraftstoffes.

Das Endstück des Teiles 17 innerhalb der Brennkammer ist der erheblichen Wärme der Verbrennungsgase ausgesetzt, und dank der Turbulenz dieser Gase ist das Teil 17 überwiegend auch erheblichen Schwingungen ausgesetzt. Die Wandstärke des Teiles 17 ist so gewählt, daß es diesen Beanspruchungen in dem an das Gehäuseteil 16 anschließenden Bereich gewachsen ist. Der Endabschnitt weist eine demgegenüber verringerte Wandstärke auf, um die thermische Trägheit des Heizelementes zu verringern.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer Herabsetzung der Temperatur des Teiles 17 die Lebensdauer der Anlaßhilfe deutlich verlängert wird. Das Problem dabei ist jedoch, daß bei einer erheblichen Erhöhung der thermischen Trägheit des Heizelementes es erheblich länger dauert, bis es seine Betriebstemperatur erreicht hat.

um die vom Teil 17 erreichte Temperatur zu verringern, ist um das Teil 17 herum gemäß Fig. 1,2 ein Rohrstück 19 angeordnet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1,2 liegt auf der gesamten Länge von Rohrstück 19 und Teil 17 zwischen der Innenseite des Rohrstückes 19 und der Außenseite des Teiles

L 66 P 220

29.1.80 - 10 -

030033/0678

ein Zwischenraum vor. Das dem Gehäuseteil 16 zugekehrte Ende des Rohrstückes 19 ist mit einem nach außen gerichteten Flansch 20 versehen, der nach dem Zusammenbau der-Vorrichtung zwischen dem Gehäuseteil 16 und der Stufe in der Wand der Bohrung 14 gehalten ist. Zweckmäßigerweise verlaufen die einander zugekehrten Flächen der Stufe und des Flansches schräg zur Längsachse der Anlaßhilfe 15. In jedem Fall ist zwischen diesen beiden Flächen eine Gasdichtung vorzusehen, um das Abströmen von Verbrennungsgasen aus der Brennkammer zwischen diesen Flächen hindurch zu verhindern. Darüber hinaus ist die Länge des Rohrstückes 19 im wesentlichen gleich der Länge des Teiles 17 zwischen dem Gehäuseteil 16 und dem äußeren Ende des Teiles 17.

Bei dieser Länge ist gemäß Fig. 2 eine Öffnung 21, oder es sind mehrere solcher Öffnungen in der Wand des Rohrstückes nahe dem Gehäuseteil 16 vorgesehen. Hierdurch soll das Durchströmen des Ringraumes zwischen dem Teil 17 und dem Rohrstück 19 durch die Verbrennungsgase erleichtert werden, wenn sich der Druck in der Brennkammer ändert.

Das Rohrstück 19 ist aus einem Material gefertigt, das den Bedingungen in der Brennkammer widerstehen kann. Insbesondere handelt es sich um eine gegen hohe Temperaturen widerstandsfähige Legierung. Das Rohrstück wirkt als ein Hitzeschild,

L 66 P 220

29.1.80 - 11 -

030033/06 78

um das Teil 17 vor den extrem hohen Temperaturen in der Brennkammer zu schützen. Das Rohrstück 19 ist bei der Lösung gemäß Fig. 2 nur durch den Flansch 20 gesichert und ansonsten weder mit dem Gehäuseteil 16 noch mit dem Teil verbunden. Bei der Lösung gemäß Fig. 3 ist es am Teil 17 dadurch gehalten, daß sein äußeres Ende nach innen umgebogen ist und mit diesem umgebogenen Teil in eine Ringnut des Teiles 17 eingreift. Hierdurch bilden jedoch Rohrstück 19 und Teil 17 eine Baueinheit, deren beiden Teile nicht mehr einzeln gehandhabt werden können.

Die Anlaßhilfe gemäß Fig. 4 weist ein Rohrstück 23 auf, das am äußeren Ende geschlossen ist und das Teil 17 in seiner Gesamtheit als Käfig umschließt. Dabei sind in dem Rohrstück im Bereich des im Durchmesser verringerten Endes des Teiles 17 öffnungen 25 vorgesehen, um dem Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Brennkammer den Zutritt zum Heizelement zu gestatten und um den Verbrennungsgasen ein Strömen im Ringraum zwischen Rohrstück 23 und Teil 17 zu gestatten. Der Endverschluß 24 schützt das Heizelement gegen die "hämmernden" Effekte des Verbrennungsprozesses in der Brennkammer.

Bei der Anordnung der Fig. 5 hat das Rohrstück 26 an seinem dem Gehäuseteil 16 entfernten Ende einen Abschnitt 27 mit verringertem Durchmesser, mit dem das Rohrstück auf dem Teil

L 66 P 220

29.1.80 - 12 -

030033/0-678

abgestützt ist. über die Länge des Rohrstückes verteilt sind Öffnungen 28 angebracht, um die Verbrennungsgase in dem Ringraum zwischen dem Rohrstück 26 und dem Teil 17 strömen zu lassen. Bei dieser Anordnung wirkt das Rohrstück 26 als ein Schild, leitet aber auch die Hitze von dem Abschnitt des Teiles 17 weg, auf dem sich der Abschnitt 27 des Teiles 17 abstützt. Zusätzlich schützt es das Teil 17 und das Heizelement vor den Vibrationen, die vom Verbrennungsvorgang in der Brennkammer ausgelöst werden, durch Änderung der Eigenfrequenz des Teiles 17.

Es hat sieh gezeigt, daß durch die Erfindung und die dadurch erzeugte Wirkung eines Hitzeschildes das Teil 17 eine wesentlich niedrigere Temperatur als bei bekannten Lösungen erreicht. Mit Ausnahme der Lösung nach Fig. 4 wurden alle Ausführungsformen getestet mit dem Ergebnis, daß keine wesentliche Verzögerung beim Aufheizen des Heizelementes auf seine Betriebstemperatur auftritt. Außerdem hat sich gezeigt, daß Schildtypen gemäß den Fig. 2-4 auch einen guten Schutz gegen die vom Verbrennungsprozeß ausgehenden Vibrationen ergeben.

L 66 P 220
29.1.80

030033/0 6 78

Claims

L 66 P 220

Anmelder: LUCAS INDUSTRIES LIMITED, Great King Street, Birmingham, B19 2XF, England

Titel: Anlaßhilfe für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren

Patentansprüche

1./ Anlaßhilfe für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren mit einem für den Betrieb in eine Bohrung des Zylinderkopfes einführbaren Gehäuseteil, mit einem am einen Ende des Gehäuseteiles angeordneten rohrförmigen Teil, das in die Brennkammer der Brennkraftmaschine ragt und mit einem gewickelten Heizelement im äußeren Ende des rohrförmigen Teiles, das elektrisch beheizbar ist, um in der Brennkammer eine beheizte Fläche zu ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Teil(17) von einem Hüllrohr (19,23,26) aus einem Material umgeben ist, das widerstandsfähig gegen die Arbeitszustände in der Brennkammer (11) ist, wobei zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Teiles und der Innenfläche des Hüllrohres zumindest auf dem grösseren Teil der Länge von rohrförmigen! Teil und Hüllrohr ein freier Ringraum besteht.

29.1,80 - 2 -

030Q3 3/0678

2. Anlaßhilfe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (19) an dem dem Gehäuseteil (16) zugekehrten Ende einen Flansch (20) aufweist, mit dem es im Einbauzustand zwischen dem Gehäuseteil und einer Stufe in der Wand der die Anlaßhilfe (15) aufnehmenden Bohrung (14) des Zylinderkopfes (10) gehalten ist.

3. Anlaßhilfe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (19,23,26) und das vom Hüllrohr umgebene rohrförmige Teil (17) zumindest etwa gleiche Länge haben.

4. Anlaßhilfe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (19) eine Öffnung (21) nahe dem Gehäuseteil (16) aufweist.

5. Anlaßhilfe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (19) an seinem äusseren Ende in eine Ringnut (22) des vom Hüllrohr umgebenen rohrförmigen Teiles (17) eingreift.

6. Anlaßhilfe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (23,26) am äußeren Ende verschlossen ist und nahe diesem Ende öffnungen (25,28) im Hüllrohr vorgesehen sind.

L 66 P 220

29.1.80 - 3 -

030033/0678

7. Anlaßhilfe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Hüllrohres (26) am äußeren Ende verringert ist und sich das Hüllrohr in diesem Bereich auf dem vom Hüllrohr umgebenen rohrförmigen Teil (17) abstützt, während über die Länge des Hüllrohres verteilt in diesem zwei öffnungen (28) angeordnet sind.

8. Anlaßhilfe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem Gehäuseteil (16) mehrere öffnungen (21) des Hüllrohres (19) vorgesehen sind.

L 66 P 220

29.1.80 - 4 -

030033/0678