DE3529905C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbeson­ dere einen Dieselmotor o. dgl.

Es war bereits Gegenstand von Forschung und Entwick­ lung, Keramikstoffe zu verwenden, welche eine bessere Isolierfähigkeit und einen besseren Wärmewiderstand in einer Vorkammer eines Dieselmotors aufweisen, um einen verbesserten Wirkungsgrad aufgrund ihrer Wärmeabschirmung zu erhalten und um Verluste zu vermeiden, welche durch Schmelzen an Teilen wie Düsen u. dgl. sowie an Durchlaßöffnungen in einer Brennkammer, welche jeweils einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, entstehen. Keramiken sind jedoch mangelhaft in ihrem Widerstand gegen Wärme und Stöße, und sie haben den Nachteil, daß sie gegenüber Beschädigung durch ther­ mische Beanspruchung anfällig sind. Um die beschrie­ benen Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde bereits vor­ geschlagen, eine Luftschicht im Umfangsbereich der Vorkammer vorzusehen, um damit die thermische Belastung durch Erzielung einer einheitlichen Temperaturvertei­ lung an der Vorkammer zu vermindern.

Eine herkömmliche Einrichtung zur Sicherung eines Mundstücks gegen Herausfallen durch Anbringen eines ringförmigen Anschlags o. dgl. ist jedoch in bestimmtem Maße vorteilhaft darin, daß die Keramikteile stark aufgeheizt werden, sie sind jedoch nicht wirksam, wenn es darum geht, eine signifikante adiabatische (wärmeun­ durchlässige) Wirkung zu erzielen. Bei der notwendigen Berücksichtigung einer adiabatischen Wirkung von einem solchen Ausmaß, daß sie zum thermischen Wirkungsgrad eines Motors beiträgt, läßt sich sagen, daß derartige Einrichtungen nicht geeignet waren, einen signifikanten adiabatischen Effekt zu erzielen.

Andere herkömmliche Einrichtungen zum Festhalten des Mundstücks mit einem O-Ring bringen eine Schwierigkeit hinsichtlich der Gasabdichtung am Umfang mit sich, da sie nicht auf enge Toleranzen bearbeitet sind.

Diese Schwierigkeit ergibt sich offensichtlich auch bei einem Verbrennungsmotor gemäß DE-OS 14 01 947, der im übrigen die Merkmale des Oberbegriffs im Anspruch 1 erfüllt. Bei dieser bekannten Brennkraftmaschine ist die Vorkammer über Dichtringe im Zylinderkopf befestigt, wobei es sich offensichtlich um einfache O-Ringe han­ delt, ohne daß über die nähere Ausgestaltung der Dich­ tungen dort etwas ausgesagt ist. Mit diesen herkömm­ lichen Dichtringen ist es aber insbesondere nicht mög­ lich, bei dem auftretenden schnellen thermischen Wech­ sel eine dauerhafte Abdichtung der isolierenden Luft­ schicht um die Vorkammer herum zu gewährleisten. In dem JP-Abstract 55/93 920 ist eine Brennkraftmaschine gezeigt, bei der das keramische Mundstück einer Vor­ kammer mittels eines Federstiftes einseitig gegen die Wand der Zylinderkopfbohrung gedrückt wird. Bei die­ ser Art der Befestigung besteht ganz offensichtlich keine Möglichkeit, eine dicht abgeschlossene Luft­ schicht rings um die Vorkammer herum zu erzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art die Vorkammer mit ihrem Dichtring so zu gestalten, daß auch bei einem schnellen thermischen Wechsel eine dauerhafte Abdich­ tung der isolierenden Luftschicht herbeigeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dichtringe einen U-förmigen Querschnitt besitzen, dessen Schenkel den jeweiligen parallelen Wänden der Bohrung und der Vorkammer zugeordnet sind.

Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Gestaltung der Dichtringe wird eine unabhängige adiabatische Luft­ schicht um die Vorkammer herum gebildet, welche ver­ hindert, daß Gas in den Umfangsbereich der Vorkammer eindringen kann. Dadurch werden die von einem schnellen thermischen Wechsel herrührende thermische Belastung und der Wärmegradient vermindert, und es wird verhin­ dert, daß Teilchen, wie unverbrennbare Kohlenstoffe und dgl., von der Brennkammer eindringen können. Die auf diese Weise erreichte verbesserte adiabatische Schicht mit einer guten Abdichtfähigkeit reduziert damit nicht nur die thermische Belastung, sondern trägt auch zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades bei.

Besondere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brenn­ kraftmaschine sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 2 ein zweite Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines ersten Ausführungs­ beispiels der Erfindung.

Eine Vorkammer 3 aus Siliziumnitrid besitzt einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser einer im wesentlichen zylindrischen, in einem Zylin­ derkopf ausgebildeten Aufnahmebohrung 2 und ist in dieser Bohrung befestigt. Die Vorkammer 3 ist durch Zusammenhalten eines Kammerelements und eines Mund­ stücks 5 als Einheit ausgebildet. Das Kammerelement weist eine Schulter 6 auf, welche mit einer Dichtung 7 mit U-förmigem Querschnitt versehen ist, welche mit ihrem konvexen Abschnitt in Radialrichtung ausgerich­ tet ist. Das Mundstück weist eine weitere Dichtung 8 mit U-förmigem Querschnitt auf, deren konvexer Ab­ schnitt in Axialrichtung der Vorkammer ausgerichtet ist und dem Kammerelement gegenübersteht. Ein Wärmeab­ schirmring 9 aus wärmebeständigem Material, wie Keramik u. dgl., ist an der Seite einer Brennkammer des Zylin­ derkopfes angeordnet, um einen Verlust der Dichtung 8 durch Schmelzen zu verhindern, was eintreten kann, wenn Verbrennungsgas mit hoher Temperatur in einer Hauptbrennkammer direkt an die Dichtung gelangt. Die Dichtung besitzt eine Dicke von etwa 0,2 mm und be­ steht aus einem Material, welches entsprechend dem japanischen Industriestandard (JIS) Nr. SUS430 aus 16 bis 18% Cr, 0,2% oder weniger C, 0,35% oder weniger Si, 1% oder weniger Mn, 0,04% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,6% oder weniger Ni und dem Rest Fe besteht. Sie ist vorzugsweise vorge­ spannt, wobei der halbkreisförmige Scheitel möglichst weit innen liegt. Die auf diese Weise erhaltene Vor­ kammer besitzt eine gute Gasabdichtung und setzt dem Gas einen hohen Wärmewiderstand entgegen. Die Vorkam­ mer ist in der Lage, eine elastische Abdichtung aufrecht zu halten. Die Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnen einen Zylinder bzw. eine Zylinderdichtung.

Fig. 2 zeigt ein zweite Ausführungsbeispiel der Er­ findung.

In diesem Fall sind das Mundstück und die dazugehörige Dichtung so ausgebildet, daß letztere durch Aufschrump­ fen auf das Mundstück an dessen Umfang aufgesetzt ist, wobei der Scheitel des U-förmigen Querschnitts zur Seite der Zylinderhauptkammer des Mundstücks ausge­ richtet und dann auf die gleiche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel angeordnet ist. Ein Wärmeabschirm­ ring 12 mit L-förmigem Querschnitt ist in den Zylinder­ kopf eingespannt, um Positionsverhältnisse entsprechend der Darstellung in Fig. 2 zu erhalten. Damit wird die Zahl von Bearbeitungsschritten vermindert, welche für die Teile auf der Seite des Kopfes erforderlich sind, und die Montage wird vereinfacht.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Er­ findung.

In diesem Fall ist die Dichtung am Punkt 13 mit dem Mundstück der Vorkammer verlötet, wobei der konvexe Bereich ihres U-förmigen Querschnitts in Axialrichtung ausgerichtet ist. Die Dichtung ist so ausgelegt, daß ihre eine Seite in Kontakt mit der Vorkammer verlötet werden kann, um die Zuverlässigkeit der Abdichtung we­ sentlich zu erhöhen, da die eine Seite einer höheren Temperatur ausgesetzt ist als die andere Seite, welche in Kontakt mit dem Kopf ist, wobei die andere Seite leicht einer permanenten Verformung bei Ermüdung aus­ gesetzt ist. Der Wärmeabschirmring 9 kann nach dem Einsetzen der Vorkammer oder auch gleichzeitig mit diesem Einsetzen angebracht werden. Die andere, am Kammerelement vorgesehene Dichtung ist auf die gleiche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel angeordnet. Der Wärmeabschirmring kann auch einen L-förmigen Quer­ schnitt aufweisen, wie dies im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel erörtert wurde, und er kann so angeordnet sein, daß Anordnungsverhältnisse wie in Fig. 2 erreicht werden.

Entsprechend der beschriebenen Ausführungsform ist eine Dichtung mit U-förmigem Querschnitt an dem Mund­ stück vorgesehen, deren konvexer Abschnitt in Axial­ richtung der Vorkammer ausgerichtet ist, während die andere Dichtung mit U-förmigem Querschnitt an dem Kam­ merelement derart angebracht ist, daß ihr konvexer Ab­ schnitt radial zur Vorkammer ausgerichtet ist, wobei das Mundstück mit dem Wämeabschirmring versehen ist. Große Vorteile ergeben sich dadurch, daß die Dich­ tungen vor ihrer Zerstörung durch Schmelzen bewahrt werden und im wesentlichen einen luftdichten Abschluß aufrechterhalten, daß die Temperaturverteilung in der Vorkammer gleichförmig ist und daß die Vorkammer in der Lage ist, eine verbesserte Wärmeisolierung und einen verbesserten Wirkungsgrad zu er­ reichen sowie ihre Elastizität im ursprünglichen Zu­ stand aufrechtzuerhalten.

Claims (5)

1. Brennkraftmaschine mit einer Brennkammer und einer keramischen Vorkammer, die in einer Bohrung des Zy­ linderkopfes befestigt und aus einem Kammerelement sowie einem Mundstück mit einer Öffnung zur Brenn­ kammer zusammengesetzt ist, mit Dichtringen in der Bohrung, welche die Vorkammer in einem Abstand zum Zylinderkopf halten und eine isolierende Luftschicht im Umfangsbereich der Vorkammer einschließen, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (7, 8) einen U-förmigen Querschnitt besitzen, deren Schenkel den jeweiligen parallelen Wänden der Boh­ rung und der Vorkammer (3) zugeordnet sind.

2. Brennkraftmaschine mit einer keramischen Vorkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtring (8) am zylindrischen Außenumfang des Mundstücks (5) befestigt ist, wobei die Schenkel des Dichtrings in Axialrichtung der Vorkammer ange­ ordnet sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenumfang des Mundstücks (5) mit dem Dichtring (8) verlötet und in den Zylinder­ kopf eingepreßt bzw. auf diesem befestigt ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der an dem Mundstück angeordnete Dichtring (8) mit einem wärmeisolierenden Abschirm­ ring (9) verbunden ist, welcher einen L-förmigen Querschnitt besitzt und in den Zylinderkopf einge­ preßt ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammerelement eine Schul­ terfläche (6) besitzt, welche in einer radialen Ebene der Vorkammer (3) verläuft, die mit einem weiteren Dichtring (7) an einer parallelen Fläche des Zylinderkopfes befestigt ist.