DE3536866A1

DE3536866A1 - Vorkammerkonstruktion einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3536866A1
Application number: DE19853536866
Authority: DE
Inventors: Shigeru Nagoya Aichi Hanzawa; Takayuki Ogasawara; Yutaka Ogawa
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1985-10-16
Publication date: 1986-04-17
Also published as: DE3536866C2; JPS6170532U; US4662331A; JPH0223788Y2

Description

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r\ {** Ό Dipl.-lng. H.Tiedtke

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Dipl.-Chem. G.Bühling

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Bavariaring 4, Postfach 20240 8000 München 2 Tel.:089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münchei 16. Oktober 1985

NGK INSULATORS, LTDi. ^{DE 5249} '

case U59-155,665 Nagoya-shi, Japan

Vorkammerkonstruktion einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorkammerkonstruktion einer Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Vorkammer, die zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads der Maschine sowie zur Verbesserung der Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit der Vorkammer aus keramischem Material gefertigt ist.

Um den thermischen Wirkungsgrad von Motoren, die Kennwerte der Abgase und die Haltbarkeit der Vorkammern von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, zu verbessern und zu steigern, wurden verschiedene Versuche und Bemühungen unternommen, einen Teil oder die Gesamtheit von Wirbelkammern von Brennkraftmaschinen aus keramischen Materialien unter Ausnutzung deren überlegenen Kenndaten, vor allem

Dresdner Bank (Muncfcen) Wo. 3939644 Bayer. Verainsbank IMundxsn) Kto. 503 941 Postscheck (ktaicrien) Kto. 670-43-804

in bezug auf Hitzebeständigkeit uf>.o;-Fähigkeit zur Wärmedämmung, zu bilden.: : : : ; :

Da jedoch die keramischen Materialien kleinere Wärmedehnungskoeffizienten haben als die Materialien, aus denen die Zylinderköpfe gefertigt sind, z.B. Gußeisen oder Al-Legierungen, haben die Stütz- oder Auflagerkräfte der Zylinderköpfe für die Vorkammern das Bestreben abzunehmen, wenn die Zylinderköpfe hohe Temperaturen aufweisen. Bei einer Vorkammerkonstruktion aus Keramikmaterial mit einem oberen sowie unteren Bauteil liegt vor allem eine Tendenz der Bauteile vor, eine Drehbewegung mit Bezug zueinander auszuführen, so daß eine einen Hauptbrennraum und die Vorkammer verbindende Einspritzöffnung aus ihrer korrekten Lage gelangt, womit die normale Zündung und Verbrennung (Explosion) gestört werden. Wenn ferner das obere und untere Bauteil relativ zueinander in einem extremen Ausmaß gedreht werden, so können durch diese Bewegung eine Kraftstoff-Einspritzdüse und eine Glühkerze häufig beschädigt werden.

Um dies zu vermeiden, sieht die japanische GM-Offenlegungsschrift Nr. 58-79 019, wie Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen zeigt, eine Vorkammer 10 mit einem zweiteiligen Aufbau vor. Die Vorkammer 10 wird von einem oberen Bauteil 3 sowie einem unteren Bauteil 4 in einem Zylinderkopf 1 gebildet, wobei zwischen die Bauteile 3 und 4 eine Ringdichtung 6 und eine wärmeisolierende Zwischenlage 7 eingefügt sind. Die Bauteile 3 und 4 bestehen aus hitzebeständigen Metallen, so daß sie in ihren axialen Richtungen mit Hilfe der Elastizitätskraft der Ringdichtung 6 einen Druck zueinander hin ausüben, um einen unitären Körper zu bilden.

Der Zylinderkopf 1 ist mit dem Zylinderblock 2, in dem ein Hauptbrennraum 8 ausgebildet ist, verbunden; in der Vorkammer 10 mündet eine öffnung 9 von einem Einspritzventil,

BAD

während zwischen öer" Vorkammer IO vind dem Hauptbrennraum 8 eine Einspritzöffj;ung.-5

Bei der vorher beschriebenen Ausbildung der Vorkammer wird jedoch die Relativbewegung des oberen sowie unteren Bauteils 3 und 4 nur durch Reibungskräfte zwischen der Ringdichtung 6 und den Stirnflächen der beiden Bauteile 3 sowie 4 verhindert. Demzufolge behebt diese Anordnung noch nicht in ausreichender Weise das Problem einer Beschädigung der Kraftstoff-Einspritzdüse und von Glühkerzen. Darüber hinaus wird durch die Notwendigkeit für das Vorhandensein der Ringdichtung sowie der wärmeisolierenden Zwischenlage 7, die vom oberen und unteren Bauteil getrennt sind, die Anzahl der Teile erhöht, so daß die Verwaltung und Behandlung der Produkte erschwert sowie die Produktionskosten erhöht werden.

Es ist die primäre Aufgabe der Erfindung, eine Vorkammerkonstruktion für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, durch die die oben herausgestellten, dem Stand der Technik anhaftenden Probleme beseitigt werden, wobei zur Bildung einer Vorkammer ein oberer sowie ein unterer keramischer Körper vorhanden sind, die mit Bezug zueinander eine Drehung nicht ausführen.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird bei einer Vorkammerkonstruktion einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorkammer aus einem oberen sowie einem unteren Keramikkörper, die aneinanderstoßen, gebildet und über eine Einspritzöffnung mit einem Hauptbrennraum verbunden ist, erfindungsgemäß vorgesehen, daß wenigstens ein Teil des oberen sowie unteren Keramikkörpers mit Bezug zu einer zur Längsachse der Vorkammer rechtwinkligen Ebene geneigt ist.

Durch diese wenigstens teilweise relativ zu der zur Längsachse der keramischen Körper rechtwinkligen Ebene geneigte Anordnung der aneinanderstoßenden Flächen wird mit Sicherheit

jegliche Drehbewegung dieser- Keramikkörper unterbunden, selbst wenn beide Keramikkörper;Drehungskräften, die von der Kraftstoffverbrennung (Explosion) und Schwingungen des Motors erzeugt werden, ausgesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung werden der obere sowie untere Keramikkörper an ihren Außenumfangsflachen mit einem Metallring versehen, der die aneinanderstoßenden Flächen einschließt.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorkammerkonstruktion nach dem Stand der Technik, die bereits erörtert wurde;

Fig. 2a einen Schnitt durch eine Vorkammerkonstruktion in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2b eine perspektivische Darstellung eines oberen sowie unteren Keramikkörpers der in Fig. 2a gezeigten Vorkammerkonstruktion;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von zwei Keramikkörpern in einer zweiten Aueführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Vorkammerkonstruktion in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Die Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße Vorkammerkonstruktion 50, die in einen in einem Zylinderkopf 20 ausgebildeten Vorkammer-Aufnahmeraum 21 eingesetzt ist. Der Zylinderkopf 20 ist über eine Dichtungsplatte 24 an einem Zylinderblock 23, in dem ein Kolben 22 aufgenommen ist, befestigt. Die Vorkammerkonstruktion 50 besteht aus einem oberen Keramikkörper 25 und einem unteren Keramikkörper 26, die gegeneinanderstoßen und so die Vorkammer 28 bilden, welche

BAD

über eine Einspritzöffnung .30. mit-„einem Hauptbrennraum 29 in Verbindung stehe. Im z%Vinaei?kop£ ^:20 sind eine Einspritzdüsen- sowie eine Glühkerzen-Aufnahmebohrung 31 bzw. 32 ausgebildet, die über öffnungen 33 bzw. 34 zur Vorkammer Verbindung haben. Bei der erfindungsgemäßen Vorkammerkonstruktion sind somit alle Wandflächen der Vorkammer, die mit Verbrennungsgasen in Berührung kommen, mit Ausnahme der öffnungen 33 und 34 aus keramischem Material gebildet, so daß die Fähigkeit zur Wärmedämmung im Vergleich mit Vorkammerkonstruktionen nach dem Stand der Technik bemerkenswert gesteigert wird.

Wie der Fig. 2b zu entnehmen ist, haben der obere sowie untere Keramikkörper 25 bzw. 26 der erfindungsgemäßen Vorkammerkonstruktion aneinanderstoßende Stirnflächen 35, die unter einem bestimmten Winkel zu einer zur Längsachse A der Vorkammer rechtwinkligen Ebene geneigt sind. Der obere sowie untere Keramikkörper 25, 26 werden im Vorkammer-Aufnahmeraum 21, der im Zylinderkopf 20 ausgestaltet ist, ohne jegliche Relativdrehbewegung an ihrem Platz gehalten. Ferner werden der obere sowie untere Keramikkörper auf leichte Weise in den Vorkammer-Aufnahmeraum 21 dadurch eingesetzt, daß sie mit Hilfe eines Klebemittels·, z.B. eines organischen Klebers» vor ihrem Einsetzen verbunden werden.

Im vorliegenden Fall sind die beiden Keramikkörper aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Zirkonerde, Aluminiumoxyd, Glaskeramik (Sinterglas), Mullit od. dgl. gefertigt.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach den Fig. 2a und 2b durch das Merkmal, daß nur Teile der aneinanderstoßenden Stirnflächen 35' des oberen sowie unteren Keramikkörpers 25 bzw. 26 mit Bezug zu einer zur Längsachse A der Vorkammer senkrechten Ebene geneigt sind, d.h., die Stoßflächen weisen zum Teil

geneigte Abschnitte auf, -die der Verhinderung einer Relativdrehung der Keranrrjkkörper.dienen^.-während die Stoßflächen selbst Positionierexnrichtungen für die Körper sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Stoßflächen 35' in ihrer Gesamtheit rechtwinklig zur Längsachse A der Vorkammer ausgebildet. Der untere Keramikkörper 26 weist an einer Kante seiner Stoßfläche eine Schrägfläche 36 auf, die mit Bezug zu der zur Längsachse der Vorkammer rechtwinkligen Ebene geneigt ist. Andererseits ist am oberen Keramikkörper 25 eine der Schrägfläche 36 des unteren Keramikkörpers 26 angepaßte Nase 37 ausgestaltet, so daß ein zylindrischer Körper, wenn der obere sowie untere Keramikkörper zusammengesetzt sind, ohne jeglichen Vorsprung gebildet wird.

Bei der in Fig. 4 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei der obere sowie untere Keramikkörper 25 und geneigte Stoßflächen aufweisen, ist um die beiden Körper 25, 26 herum ein zylindrischer Metallring 40 angesetzt/ der so bemessen ist, daß er die Außenumfangsflache des unteren Keramikkörpers 26 vollständig und einen Teil der Außenumfangsflache des oberen Keramikkörpers 25 bedeckt, um die Stoßflächen 35 beider Keramikkörper zu umschließen. Auf diese Weise werden die zylindrischen Außenumfangsflachen und die Stoßflächen 35 vom Metallring 40 abgedeckt, so daß die Keramikkörper völlig gegen eine Beschädigung bei der Montage der Vorkammerkonstruktion im Zylinderkopf 20 geschützt sind. Als Ring 40 können verschiedene Metallarten zur Anwendung kommen. Im Hinblick auf die Bedingungen im Einsatz wird jedoch vorzugsweise ein hitzebeständiges Metall verwendet, z.B. ein Chrom-Nickel-Stahl, wie (nach Japanese Industrial Standard) SUS 304, SUS 309, SUS 316, SUS 405, SUS 410, SUH 310, SUH 616 und SUH 661.

Wie aus der obiaen Erläuterung deutlich wird, weist die erfindungsgemäße Vorkammerkonstruktion einen oberen sowie

einen unteren Ker_ami-kkör.per-"auf ./"deren Stoßflächen wenigstens teilweise rpi£ Sezuc*_EU einer zu einer Längsachsenrichtung der Vorkammer rechtwinkligen Ebene geneigt.sind, wodurch jegliche Relativdrehung des oberen sowie unteren Keramikkörpers ohne die Verwendung besonderer Eingriffseinrichtungen, wie Stifte oder Zapfen, verhindert und das Positionieren der beiden Keramikkörper, d.h., diese in die richtige Lage zu bringen, erleichtert wird. Die Vorkammerkonstruktion gemäß der Erfindung leistet einen hohen, wirksamen Beitrag zur industriellen Entwicklung.

Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen zeichnerisch und mündlich erläutert wurde, so ist sie auf diese nicht beschränkt. Dem Fachmann sind bei Kenntnis der durch die Erfindung vermittelten Lehre Abwandlungen und Abänderungen nahegelegt, die aber als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

AQ

- Leersette

Claims

Patentansprüche

f1.)Vorkammerkonstruktion einer Brennkraftmaschine mit einem oberen Keramikkörper sowie einem unteren Keramikkörper, die aneinanderstoßen und eine über eine Einspritzöffnung mit einem Hauptbrennraum in Verbindung stehende Vorkammer bilden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Stoßflächen (35, 35') des oberen sowie unteren Keramikkörpers (25, 26) mit Bezug zu einer zur Längsachse (A) der Vorkammer (28) rechtwinkligen Ebene eine Neigung
aufweist.
2. Vorkammerkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamten Stoßflächen (35) der beiden Keramikkörper (25, 26) eine Neigung mit Bezug zu einer zur Längsachse (A) der Vorkammer (28) rechtwinkligen Ebene aufweisen.

ORIGINAL INSPECTED

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B*y«r. VarainttMnk (MinctMn) KIo 506 94t

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3. Vorkammerkonstrtato.on. nach; Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, .£a"ß. die-5-£o3"f lachen- (35*) in ihrer Gesamtheit rechtwinklig zur Längsachse (A) der Vorkammer (28) ausgebildet sind und daß an einer Kante der Stoßfläche des unteren Keramikkörpers (26) an wenigstens einer Stelle eine Schrägfläche (36) mit einer Neigung mit Bezug zu einer zur Längsachse (A) der Vorkammer rechtwinkligen Ebene sowie am oberen Keramikkörper (25) eine der Schrägfläche am unteren Keramikkörepr angepaßte Nase (37) zur Bildung eines zylindrischen Körpers, der von jeglichem Vorsprung bei dem Zusammenbau der beiden Keramikkörper frei ist, ausgestaltet sind.
4. Vorkammerkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenumfangsflachen des oberen sowie unteren Keramikkörpers (25, 26) ein die Stoßflächen (35, 35') umschließender Metallring (40) vorgesehen ist.