DE3624670A1 - Vorkammeranordnung fuer den einbau in eine zylinderkopfbohrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einbauanordnung für eine Vorkammer, insbesondere eine Vorkammer-Einbauanordnung, die eine wirksame Kühlung einer Vorkammer in einer Diesel- oder Selbstzünder-Brennkraftmaschine erlaubt.

In neuerer Zeit ist versucht worden, Vorkammern bei Dieselmaschinen aus Keramikmaterial A herzustellen (vgl. Fig. 1 und 2) und damit die Wärmebeständigkeit sowie den thermischen Wirkungsgrad der Vorkammern zu verbessern. Ein Hauptbestandteil eines hierfür ver­ wendeten Keramikmaterials ist Si₃N₄, das praktisch dieselbe Wärmeleitfähigkeit wie eine Metallkappe der Vorkammer besitzt. Bei einer diesbezüglichen Entwick­ lung wurde ein Metallgehäuse B unter Festlegung eines adiabatischen Luftspalt D auf den Außenumfang eines Keramikteils aufgepaßt, um damit unter Ausnutzung der Wärmebeständigkeit des Keramikmaterials die Verbren­ nungstemperatur erhöhen zu können.

Gemäß Fig. 1 ist ein Metallgehäuse B auf ein Keramik­ werkstück A aufgeschrumpft, während gemäß Fig. 2 ein Keramik-Hohlkörper A in einen Aufnahmeteil B aus Me­ tall eingesetzt ist. Der Aufnahmeteil B und der Hohl­ körper A sind dabei mit Hilfe eines Dichtmaterials F und eines Metall-Einsatzes G sicher abgedichtet.

Bei derartigen Anordnungen steigt jedoch die Tempera­ tur an einem mit dem Keramikmaterial in Berührung stehenden Abschnitt E des Metallgehäuses derart an, daß sich das Metallgehäuse B lockern kann, weil es einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als das Keramikmaterial. Infolgedessen wird der Ab­ schnitt E des Metallgehäuses B, an welchem der Tempera­ turanstieg auftritt, so in einen Zylinderkopf C einge­ preßt, daß eine Überhitzung des Zylinderkopfes auftritt. Eine solche Anordnung ist zudem mit dem Nachteil be­ haftet, daß zwischen dem Keramikmaterial und den Me­ tallabschnitten ein großes Temperaturgefälle vorhanden ist. Weiterhin haben auch die Spannkraft (tightening force) beim Einpressen des Keramikgebildes in den Zy­ linderkopf, wenn ersteres in letzteren eingebaut wird, sowie die thermische Verformung des Zylinderkopfes im Betrieb ernsthafte negative Auswirkungen auf das Keramik­ gebilde A.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer verbesserten Keramik-Vorkammeranordnung für den Einbau in einen Zylinderkopf unter Beseitigung von Fehlan­ passungen in den thermischen Eigenschaften zwischen der Keramik-Vorkammer und dem Zylinderkopf, in den sie eingebaut ist.

Diese Vorkammer-Einbauanordnung soll dabei eine ver­ besserte Zuverlässigkeit und eine längere Standzeit gewährleisten.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorkammeranordnung für den Einbau in eine Zylinderkopfbohrung erfindungsge­ mäß dadurch gelöst, daß ein Keramikkörper mit einem zentralen Brennraum und einer Außenfläche und ein den Keramikkörper umschließendes Metallgehäuse mit einer Außenfläche und einer der Außenfläche des Keramikör­ pers zugewandten Innenfläche vorgesehen sind, wobei ein Abschnitt des Metallgehäuses mit dem Zylinderkopf in Berührung bringbar ist, und daß zwischen der Außen­ fläche des Keramikkörpers und der Innenfläche des Me­ tallgehäuses ein adiabatischer Luftspalt vorgesehen ist, der dem mit dem Zylinderkopf in Berührung bring­ baren Abschnitt der Außenfläche des Metallgehäuses gegenüberliegt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Schnittansichten bisheriger Anordnungen für den Einbau einer Keramik-Vorkammer in einen Zylinderkopf und

Fig. 3 bis 5 Schnittansichten erfindungsgemäßer An­ ordnungen für den Einbau einer Keramik-Vor­ kammer in einen Zylinderkopf.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert wor­ den.

Wie erwähnt, erhöht sich (im Betrieb) die Temperatur eines Metallgehäuses 2 entsprechend dem Temperaturan­ stieg einer Keramik-Vorkammer 1. Ein Einpreßteil des Metallgehäuses 2 steht mit einem Zylinderkopf 3 in einem Bereich entsprechend einem adiabatischen Luft­ spalt 9 zwischen der Keramik-Vorkammer 1 und dem Me­ tallgehäuse 2 in Berührung, so daß die Wärme vom Ge­ häuse über den Einpreßteil zum Zylinderkopf 3 abge­ leitet wird.

Gemäß den Fig. 3 bis 5 wird zunächst das Metallge­ häuse 2 auf die Umfangsfläche der Vorkammer 1 unter Festlegung eines Luftspalts 9 dazwischen aufgeschrumpft, worauf die Anordnung mit Preßsitz in den Zylinderkopf 3 eingesetzt wird. Eine Glühkerzen-Einbaubohrung 5, eine Kraftstoffeinspritzdüsen-Einbaubohrung 6 und ein Zünd­ kanal (nozzle hole) 7 stehen dabei mit einem Brennraum 4 in Verbindung. Ein Einpreß-Kontaktabschnitt 8 ist in einem zumindest einem Mittelbereich des adiabatischen Luftspalts 9 entsprechenden Bereich vorgesehen.

Ein Dichtmittel 10, eine Dichtungspackung 11 und ein Einsetzring 12 sind an den dargestellten Stellen (Fig. 4) angeordnet. Nach dem Einsetzen der Vorkammer 1 in das Metallgehäuse 2 unter Festlegung des Luftspalts 9 zwischen beiden werden das Dichtmittel 10 eingebracht und der Einsetzring 12 in das Metallgehäuse 2 einge­ schoben oder eingepreßt, um das Metallgehäuse 2 gegen die Vorkammer 1 festzulegen oder zu verspannen.

Bei der beschriebenen Anordnung wird der über die Ein­ spritzdüsenbohrung 6 eingespritzte Kraftstoff im Brennraum 4 gezündet und über den Zündkanal 7 in einen Zylinder ausgetrieben, um einen Kolben zu beauf­ schlagen. Die während dieses Vorgangs im Brennraum 4 der Vorkammer 1 erzeugte Wärme wird über den Kontakt­ abschnitt des Metallgehäuses 2 auf dieses übertragen. Obgleich eine Wärmeabfuhr nach außen durch den adiaba­ tischen Luftspalt 9 verhindert wird, wird die erzeugte Wärme über den Einpreß-Kontaktabschnitt 8 zwischen dem Metallgehäuse 2 und dem Zylinderkopf 3 zufrieden­ stellend abgeleitet, so daß sie nicht im Metallgehäuse 2 gespeichert wird.

Mit der beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung für den Einbau einer Vorkammer in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß (mechanische) Spannungen vom oder am Zylinderkopf herabgesetzt werden, die Temperatur am Metallgehäuse vergleichmäßigt wird, das Temperaturgefälle in der Keramik-Vorkammer sich verkleinert und das Metallge­ häuse nicht in den inneren Boden- oder Sohlenabschnitt des Zylinderkopfes hineingepreßt wird.

Claims (5)

1. Vorkammeranordnung für den Einbau in eine Zylinder­ kopfbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Keramikkörper (1) mit einem zentralen Brenn­ raum (4) und einer Außenfläche und
ein den Keramikkörper (1) umschließendes Metallge­ häuse (2) mit einer Außenfläche und einer der Außen­ fläche des Keramikkörpers (1) zugewandten Innen­ fläche vorgesehen sind, wobei ein Abschnitt (8) des Metallgehäuses (2) mit dem Zylinderkopf (3) in Berührung bringbar ist, und
daß zwischen der Außenfläche des Keramikkörpers (1) und der Innenfläche des Metallgehäuses (2) ein adiabatischer Luftspalt (9) vorgesehen ist, der dem mit dem Zylinderkopf (3) in Berührung bringbaren Abschnitt (8) der Außenfläche des Metallgehäuses (2) gegenüberliegt.

2. Vorkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Innenfläche des Metallgehäuses (2) eine den adiabatischen Luftspalt (9) festlegende Ausnehmung eingestochen ist.

3. Vorkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Außenfläche des Keramikkörpers (1) eine den adiabatischen Luftspalt (9) festlegende Ausnehmung aufweist.

4. Vorkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Dichtmittel (10, 11) zum Abdichten des adiabatischen Luftspalts (9) und Befestigungs­ mittel (12), um die Dichtmittel in ihrer Lage zu halten und den Keramikkörper (1) im Metallgehäuse (2) festzulegen, vorgesehen sind.

5. Vorkammeranordnung zur Verwendung bei einem Zylinder­ kopf mit einer Bohrung zur Aufnahme der Anordnung, gekennzeichnet durch
einen Keramikkörper mit einem zentralen Brennraum und einer Außenfläche sowie
ein Metallgehäuse mit einer Außenfläche und einer Innenfläche, welche einen Abschnitt der Außenfläche des Keramikkörpers umschließt und von dieser Außen­ fläche durch einen adiabatischen Luftspalt in einem Bereich der Innenfläche des Metallgehäuses, welcher einem mit dem Zylinderkopf in Berührung bringbaren Abschnitt der Außenfläche des Metallgehäuses gegenüberliegt, getrennt ist.