DE3624670C2 - Keramik-Vorkammer für den Einbau in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vorschlag für den Einbau einer Vorkammer in den Zylinderkopf einer Diesel-Brennkraftmaschine.

In neuerer Zeit ist versucht worden, Vorkammern bei Dieselmaschinen aus Keramikmaterial A herzustellen (vgl. Fig. 4 und 5) und damit die Wärmebeständigkeit sowie den thermischen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern. Ein Hauptbestandteil eines hierfür verwendeten Keramikmaterials ist Si₃N₄, das praktisch dieselbe Wärmeleitfähigkeit wie eine Vorkammer aus hitzebeständigem Metall besitzt. Bei einer diesbezüglichen Entwicklung wurde eine Metallhülse B unter Festlegung eines Luftspalts D auf den Außenumfang eines Keramikteils aufgepaßt, um damit unter Ausnutzung der Wärmebeständigkeit des Keramikmaterials die Verbrennungstemperatur erhöhen zu können.

Gemäß Fig. 4 ist eine Metallhülse B auf ein Keramikwerkstück A aufgeschrumpft, während gemäß Fig. 5 ein Keramik- Hohlkörper A in einen Aufnahmeteil B aus Metall eingesetzt ist. Der Aufnahmeteil B und der Hohlkörper A sind dabei mit Hilfe eines Dichtmaterials F und eines Metall-Einsatzes G sicher abgedichtet.

Bei derartigen Anordnungen steigt jedoch die Temperatur an einem mit dem Keramikmaterial in Berührung stehenden Abschnitt E der Metallhülse derart an, daß sich die Metallhülse B lockern kann, weil sie einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als das Keramikmaterial. Infolgedessen wird der Abschnitt E der Metallhülse B, an welchem der Temperaturanstieg auftritt, so in einem Zylinderkopf C eingepreßt, daß eine Überhitzung des Zylinderkopfes auftritt. Eine solche Anordnung ist zudem mit dem Nachteil behaftet, daß zwischen dem Keramikmaterial und den Metallabschnitten ein großes Temperaturgefälle vorhanden ist. Weiterhin haben auch die Spannkraft beim Einpressen des Keramikgebildes in den Zylinderkopf, wenn ersteres in letzteren eingebaut wird, sowie die thermische Verformung des Zylinderkopfes im Betrieb ernsthafte negative Auswirkungen auf das Keramikgebilde A.

Aus der DE-PS 9 36 546 ist eine Anordnung einer Brennkammer im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Brennkammer durch eine in den Zylinderkopf einsetzbare Gewindebuchse befestigt ist. In die Gewindebuchse kann eine zweite Buchse aus hitzebeständigem Werkstoff so eingesetzt werden, daß sie von der ersten Gewindebuchse umschlossen ist und sich zwischen den Buchsen und zwischen der Gewindebuchse und dem Zylinderkopf ein Luftspalt befindet.

Die US-PS 32 59 116 offenbart ebenfalls eine Vorkammer zum Einsatz in einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorkammer mit einem Keramikmaterial ausgekleidet ist und unter Vorsehung von Luftspalten in den Zylinderkopf eingesetzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist damit die sichere Befestigung einer Keramik-Vorkammer in einem Zylinderkopf, wobei unterschiedliche thermische Ausdehnungseigenschaften zwischen der Keramik-Vorkammer und dem Zylinderkopf, in den sie eingebaut ist, vorliegen.

Die Vorkammer-Einbauanordnung soll dabei einen verbesserte Zuverlässigkeit und eine längere Standzeit gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorkammeranordnung für den Einbau in eine Zylinderkopfbohrung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

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

Fig. 1 bis 3 Schnittansichten erfindungsgemäßer Anordnungen für den Einbau einer Keramik-Vorkammer in einen Zylinder und

Fig. 4 und 5 Schnittansichten bisheriger Anordnungen für den Einbau einer Keramik-Vorkammer in einen Zylinderkopf.

Die Fig. 4 und 5 sind eingangs bereits erläutert worden.

Wie erwähnt, erhöht sich (im Betrieb) die Temperatur einer Metallhülse 2 entsprechend dem Temperaturanstieg einer Keramik-Vorkammer 1. Eine Teilfläche der Metallhülse 2 steht mit dem Zylinderkopf 3 in einem Bereich in Berührung, der den Luftspalt 9 zwischen der Keramik-Vorkammer bzw. inneren Hülse 1 und der Metallhülse 2 gegenüberliegt, so daß die Wärme von der Metallhülse über die Teilfläche zum Zylinderkopf 3 abgeleitet wird.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 wird zunächst die Metallhülse 2 auf die Umfangsfläche der Vorkammer 1 unter Festlegung eines dazwischenliegenden Luftspalts 9 aufgeschrumpft, worauf die Anordnung mit Preßsitz in den Zylinderkopf 3 eingesetzt wird. Bohrungen zur Aufnahme einer Glühkerze und einer Kraftstoffeinspritzdüse sowie eine Überströmbohrung 7 stehen dabei mit einem Brennraum 4 in Verbindung. Die Teilfläche 8 ist in einem zumindest einen Mittelbereich des Luftspalts 9 entsprechenden Bereich vorgesehen.

Gemäß Fig. 2 werden Dichtmittel bzw. Dichtungen 10, 11 und ein Einsetzring 12 an den dargestellten Stellen (Fig. 2) angeordnet. Nach dem Einsetzen der Vorkammer 1 in die Metallhülse 2 werden die Dichtungen 10 eingebracht und der Einsetzring 12 in die Metallhülse 2 eingeschoben oder eingepreßt, um die Metallhülse 2 gegen die Vorkammer 1 festzulegen und zu verspannen.

Bei der beschriebenen Anordnung wird der über die in der Bohrung 6 zur Aufnahme der Einspritzdüse befindliche Einspritzdüse 5 eingespritzte Kraftstoff im Brennraum 4 gezündet und strömt über die Überströmbohrung 7 in den Hauptbrennraum, um einen Kolben zu beaufschlagen. Die während dieses Vorgangs im Brennraum 4 der Vorkammer 1 erzeugte Wärme wird über die Teilfläche der Metallhülse 2 auf diese übertragen. Obgleich eine Wärmeabfuhr nach außen durch den Luftspalt 9 verringert wird, wird die erzeugte Wärme über die Teilfläche 8 zwischen der Metallhülse 2 und dem Zylinderkopf 3 zufriedenstellend abgeleitet, so daß sich die Metallhülse 2 nicht übermäßig aufheizt.

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 und sich das Temperaturgefälle in der Keramik- Vorkammer verkleinert.

Claims (3)

1. Vorkammer für eine Brennkraftmaschine, die für den Einbau in eine Bohrung eines Zylinderkopfs (3) vorgesehen ist, die eine äußere Metallhülse (2) und eine darin eingesetzte innere hitzebeständige Hülse (1) und einen Luftspalt (9) zwischen den beiden Hülsen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (1) aus Keramikmaterial besteht, daß die äußere Metallhülse (2) nur über eine Teilfläche (8) an der Bohrung des Zylinderkopfs (3) abgestützt ist, und daß die Teilfläche (8) dem inneren Luftspalt (9) gegenüberliegend angeordnet ist.

2. Vorkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Innenfläche der Metallhülse (2) eine den inneren Luftspalt (9) festlegende Ausnehmung eingestochen ist.

3. Vorkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der inneren Hülse (1) eine den inneren Luftspalt (9) festlegende Ausnehmung aufweist.