NL8201931A - Voorverbrandingskamer in een cilinderkop van een dieselmotor. - Google Patents

Description

i φ t VO 3347

Titel: Voorverbrandingskamer in een cylinderkop van een dieselmotor.

De uitvinding heeft betrekking op een voorverbrandingskamer volgens de aanhef van de conclusie 1.

Het is mogelijk een dergelijke voorverbrandingskamer, in het alge-5 meen een omwentelingslichaam, volledig te vervaardigen van keramisch materiaal. Daarbij is het echter nadelig, dat de voorverbrandingskamer respectievelijk zijn keramisch materiaal aah de ene zijde aanligt of praktisch aanligt teqen de koude respectievelijk gekoelde cylinderkop, en . anderzijds in de hete hoofdverbrandingsruimte, dit is de verbrandings-10 ruimte.' in de werkcylinder van de dieselmotor, naar binnen reikt, zodat aanzienlijke thermische spanningen ontstaan, die de thermische belast-baarheid respectievelijk de levensduur van de voorverbrandingskamer be-perken.

Volgens de uitvinding is het de opgave middelen te vinden, waardoor 15 de voorverbrandingskamer hoger warmte belastbaar kan zijn.

Deze opgave wordt volgens de uitvinding opgelost door het kenmerk van de conclusie 1.

Door de uitvinding worden de volgende werkingen en voordelen be-reikt. De genoemde thermische spanningen kunnen worden verminderd of voor-20 komen. De verbranding in de voorverbrandingskamer kan plaatsvinden bij een hogere temperatuur, en het gas respectievelijk het fluidum (gassen en vloeibare brandstofdeeltjes) in de voorverbrandingskamer, dat naar de hoofdverbrandingsruimte toe stroomt, kan heter zijn. De thermische be-lastbaarheid van de voorverbrandingskamer kan hoger zijn, en een groter 25 specifiek vermogen en een grotere werkingsgraad van de dieselmotor zijn bereikbaar.

Uitvoeringen en verdere vormen van de uitvinding zijn in het bij-zonder aangegeven in de volgconclusies.

Met betrekking tot de conclusie 2 is het volgende op te merken.

30 De voorverbrandingskamer wordt in de richting naar de hoofdverbrandingsruimte, waarin zij naar binnen reikt, voor wat betreft de temperatuur aanzienlijk belast,en het is veelal voldoende, dat alleen het, het dichtst bij de hoofdverbrandingsruimte liggende deel van de, zoals aangegeven veeldelige voorverbrandingskamer bestaat uit keramisch materiaal. Reeds 35 dan worden de genoemde werkingen en voordelen op zeer bevredigende wijze 8201931 « t -2-.

bereikt. Met betrekking hierop wordt het echter steeds beter wanneer aanvullend het aansluitende deel van de voorverbrandingskamer bestaat uit keramisch materiaal, Voor het monteren respectievelijk vastleggen van de afzonderlijke keramische delen van de voorverbrandingskamer worden 5 respectievelijk wordt in het bijzonder althans een bout of pen en/of een buiteneindflens van een keramisch deel van de voorverbrandingskamer v · toegepast, De conclusie 2 geeft bij voorkeur toegepaste warmte - isolatie-•middelen aan: idn of meer afdichtingen of afdichtringen van de vermelde soort, Deze bestaan bijvoorheeld uit asbest, keramisch vilt of in ring-10 dwarsdoorsnede uit een metalen omhulsel met asbest, keramisch vilten dergelijke in het inwendige. De conclusie 4 toont een andere warmte - iso-latiemiddel: doordat een bijzonder (gescheiden,. afzonderlijkl keramisch fluidum - of gasleideel is voorzien en dit met het aangrenzende deel van de voorverbrandingskamer is verbonden door den of twee monteringsbouten', 15 kan een warmte stroming vanuit het gasleideel naar dit deel van de voor— verbrandingskamer en zodoende naar de gekoelde cylinderkop zoveel mogelijk worden voorkomen, zodat geen grote spanningen kunnen ontstaan door tempera tuur yervallen. Bereikt kan worden, dat het gasleideel en de monte-ringsbout of - bouten, maar ook het andere deel respectievelijk de andere 20 delen van de voorverbrandingskamer vrij kunnen uitzetten, zodat door de verwarming weinig of geen mechanische spanningen optreden,

De vermelde warmtestroming- in het geval van de conclusie 4 met het bijzondere gasleideel en de monteringsbout of -bouten wordt ook geremd bij toepassing van een zeer warmtevast, metallisch materiaal, bijvoorbeeld 25 een nikkellegering voor het gasleideel. In het bijzonder bestaat het gasleideel echter uit keramisch materiaal.

Het keramische materiaal van de voorverbrandingskamer of een yer-meld deel of een aantal vermelde delen daarvan is bij voorkeur silicium carbide SiC of silicium nitride Si^N^, maar ook kan bijvoorbeeld met 30 silicium geinfiltreerd silicium carbide, oxydisch keramisch materiaal, bijvoorbeeld magnesium oxyde MgO of aluminium oxyde Al2°3 aluniibium titanaat worden toegepast. Dit geldt ook voor het materiaal van de monteringsbouten, voorzover dit een keramisch materiaal is.

Het materiaal van de monteringsbouten kan echter ook een zeer warmtevast, 35 metallisch materiaal zijn, bijvoorbeeld een nikkellegering.

8201931 * *' π ; : ' 1 ' ' :

Het gasleideel en de monteringsbouten van keramisch materiaal kunnen ten opzichte van metallisch materiaal op zich echter hogere temperaturen yer-dragen.

Volgens- de conclusie 5 worden het gasuitlaatkanaal en een kegel-5 vormige fluidum uitlaat met eenvoudige middelen bereikt, Conclusie 6 geeft een eenvoudige monteringsbout constructie, Door de uitvoering volgens· de conclusie.7 liggen de monteringsbouten respectievelijk ligt de monterings-bout niet in de hete fluxdumstroom, zodat op zichzelf daarveor dikwijls • metaal in plaats van keramisch materiaal voldoende is, De klepsteel is 10 door de vermelde lengteribben niet zwenkbaar ten opzichte van het deel, waarmee hij is verbonden, zodat een enkele monteringsbout voldoende is,

Volgens de conciliates 8 tot 11. gaat het om enkele voordelige nit·?' voeringen van de voorverbrandingskamer in de cylinderkop, waarop bij de beschrijying van de tekening nader wordt ingegaan, De uitvoering volgens 15 de conclusie 9 zander het bijzondere gasleideel is niet helemaal net zq sterk warmte belastbaar als de uitvoering volgens de conclusie 9 met dit gasleideel, maar eenvoudiger en zodoende goedkoper te vervaardigen.

Nog eenvoudiger en goedkoper is de dendelige en keramische uitvoering · yolgens de conclusie 10 of de conclusies 10 en 11 .Eesondanks echter is 20 de thermische belastbaarheid door de uitvinding groter dan de eendelige metalen uitvoering of de ddndelige keramische- uitvoering zonder de uitvinding.

In het algeoeen geldt het volgende. Het deel of het gedeelte met de grotere buitendiameter bevat de eigenlijke, buikvormige voorverbrandings-25 ruimte of althans het grootste deel ervan, terwijl de rest zich dan bevindt in het deel of gedeelte met de kleinere buitendiameter, op welke vooryer— brandingsruimte een cylindrische, tot aan de fluidum - of gasuitlaat reikende ruimte aansluit, die zich co-axiaal bevindt in· het deel of ge·^ deelte met de kleinere buitendiameter. De diameter van deze cylindrische 30 ruimte is kleiner dan de grootste diameter van de vermelde, eigenlijke, buikvormige voorverbrandingsruimte.

Het materiaal van de cylinderkop, in het algemeen gegoten steal of aluminium, verdraagt de hitte in het voorverbrandingskamergebied in het algemeen niet. Derhalve gaat het bij het materiaal van de vermelde metalen 35 delen van de voorverbrandingskamer en de vermelde metalen inzetstukken om 8201931 * s \ , ; k w -4- een sterk warmteyast materiaal, in het bijzander een nikkeliegering,

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin;

De fig, 1 en 3 elk in lengte doorsnede een constructie tanenmet 5 het bijzondere gasleideel,.

De fig. 2 en 4 doorsneden zijn volgens respectievelijk de'.lijn II^XI in fig. 1 en de lijn iy-XY in fig.. 3 in het gebied van het gasleideel, en

De fig, 5 en 6 elk in lengte doorsnede een concstructie tonen zonder 10 het bijzondere gasleideel.

De drie voorverbrandingskamers volgens· de fig. 1-5 zijn veeldelig, de yooryerbrandingskamer volgens fig. 6 is ddndelig,

Yolgens fig, 1 zijn de axiaal op elkaar volgende delen, waaruit de yooryerbrandingskamer is opgebouwd, een langwerpig, metalen hoofddeel 11, 15· dat ook als de eigenlijke voorverbrandingskamer kan worden aangeduid, en een keramisch gasleideel 10.' Het hoofddeel 11 bestaat nit twee axiaal op elkaar volgende, cylindrische gedeelten 12 en 13, waarbxj het gedeelte 12 een kleinere buitendiameter 45 heeft dan het gedeelte 13.

Tussen het gedeelte 12 en de -metalen cylinderkop 14 is rondom een afstand 20 15 aanwezig, terwijl het gedeelte 13 zich praktisch zonder spleet in de cylinderkop 14 bevindt, Het gedeelte 13 gaat kegelvormig over in het gedeelte 12. De cylinderkop 14 heeft een overeenkomstig kegelvlak 16 f waar-tegen het kegelvormige overgangsdeel 25 axiaal wordt aangedrukt door schroeven, die eyenwijdig met de lengtehartlijn 17 van de voorverbrandings-25 kamer in de cylinderkop 14 zijn geschroefd en aangeduid door hartlijnen 18 (zie echter ook fig. 6, wear zij vplledig zijn afgebeeldl.

Het gasleideel 10 is- paddestoelvormig en vrij van de cylinderkop 14f en reikt in de hoofdverbrandingsruimte 19 naar Binnen. De paddestoelkop 20 bevindt zich in de hoofdverbrandingskamer 19, en de steel 21 reikt in 30'het gedeelte 12 naar binnen. Twee monteringsbouten - pennen 22 en 23 lig-gen in twee axiaal op elkaar volgende dwarsvlakken, kruisen elkaar onder een rechte hoek, lopen door de steel 2.1 en een door het gasleideel 10 en het gedeelte 12 gevormd gasleikanaal 24 en zijn met hun vier einden ge-legerd in het gedeelte 12, zie ook fig. 2. Het gasleideel 10 heeft in het 35 einde van het gasleikanaal 24 aan de zijde van de hoofdverbrandingsruimte 8201931

V

-5- ‘ *\ i \ liggende, oyer 36Q° yerdeelde rihben 26, in het bijzonder drie tot tien, waardoor de gas - of fluldum stroom wordt -verdeeld in afzonderlijke 6 stralen. Zonder de ribben 26 is het vermelde kanaaleinde een over 360 doorlopend ringkanaal, waaruit deze stroom samenhangend, dat wil zeggen 5 niet verdeeld, near buiten komt. Het vermelde kanaaleinde loopt afge-knot kegelvormig (de openingshoek van de kegel naar de hoofdverhrandings-ruimte IE is stomp 1, en er wordt een dienovereenkomstig kegelvormige, verdeelde of samenhangende uitlaatstroom verkregen.

Volgens fig.3 zijn de axiaal op elkaar volgende delen, waaruit de 10 voorverbrandingskamer is opgebouwd, .een metalen, cylindrisch deel 29, een keramlsch, cylindrisch deel 28 met een kleinere buitendiameter 45 dan het deel 29 en een keramisch gasleideel 27. Tussen het keramische deel 28 en de metalen cylinderkop 14 is rondom een afstand 15 aanwezig, ter-wijl het metalen deel 29 zich praktisch zonder spleet in de cylinderkop 15 14 bevindt. Het deel 29 heeft naar het deel 28 een kegelvormig einddeel 30. De cylinderkop 14 heeft een overeenkomstig kegelvlak 16, waartegen het kegelvormige einddeel 30 respectievelijk het deel 29 axiaal wordt aan-gedrukt door de vermelde schroeven 18. Het gasleideel 27 is soortgelijk aan dat volgens fig. 1 en zoals volgens fig. 1 verbonden met het deel 28, 20 en er is weer een afgeknot kegelvormig lopend kanaaleinde voorzien. De paddestoelsteel 35 heeft echter yier onderling over 90° verspringende lengte-ribben 36 naar het deel 28, en de monteringsbouten 22 en 23 strekken zich uit door de middenkem 37 en de lengteribben 36, zie ook fig. 4.

Edn van de monteringsbouten 22 en 23 kan vervallen. Het deel 28 heeft 25 axiaal naast het deel 29 een buiteneindflens 31, Tussen de buiteneindflens 31 bevindt zich in een uitsparing 32 van de cylinderkop 14 enerzijds en de cylinderkop 14 en het deel. 29 anderzijds, een warmte isolerende, ring-vormige, co-axiale afdichting aan heide eindzijden en de omtrek van de buiteneindflens 31. De afdichting hestaat uit drie vlakke afdichtringen 30 32 en 34, dient voor de warmte- isolatie van het deel 28 ten opzichte van de delen 29 en 14 respectievelijk voor de vermindering van de warmtestroming vanaf het deel 28 naar de delen 29 en 14. De afdichting 32-34 heeft echter nog een ander doel. Teneinde thermische en mechanische spanningen op het keramische deel 28 te-verminderen, wordt de axiale voorspanning van het 35 metalen deel 29 voor het grootste gedeelte overgedragen op de cylinderkop 8201931 ί y 14, te weten via Let kegel-vlak 16, en werkt als gevblg van Let aanwezig zijn van de afdichting 32-34 slecLts een deel van de van de scLroeven • 18 afkomstige aandrukkracht ' van-Let metalen deel 29 in op Let keramische materiaal respectievelijk de keramiscLe buiteneindflens· 31, respectievelijk 5 list keramiscLe deel 28, Zodoende wordt Let barsten van dit deel 28 voorkomen.

Volgens fig. 5. en 6 Leeft da voorverbrandingskamer in plaatst van Let gasleideel 10 of 27 een'met uitzondering van vier (ook zes tot acht . zijn voordeligl gasuitlaatopeningen respectievelijk -kanalen 38 gesloten IQ einde. Deze openingen respectievelijk kanalen 38 lopen voorbijeen kegel, zoala' volgens fig, 1,

Volgens fig. 5 zijn de axiaal op elkaar volgende delen, waaruit de voorverbrandingskamer is· opgebouwd, een -metalen of keramiscL, cylindriscL deel 29 (zie ook fig. 31 en een keramiscL, cylindriscL deel 39 met een 15' kleinere buitendiameter 45 dan Let deel 29,’ overeehkomstig Let deel 28 volgens fig. 3. Ook Lier is de afstand 15, zoals volgens fig. 3 aanwezig. Afgezien van het niet aanwezige gasleideel en het daarvoor voor-ziene, hiervoor vermelde einde van het deel 39 geldt alles wat voor fig.

3 nog is uiteengezet, ook voor fig. 5, bijvoorbeeld de uitvoeringen met 20 betrekking tot de afdichting 32-34, Let aandrukken van Let deel 29, enz.

De' voorverbrandingskamer volgens fig. 6 bestaat ddndelig uit een cylindrisch gedeelte 40 en een cylindriscL gedeelte 41 met een kleinere buitendiameter 45 dan Let gedeelte 40. Deze voorverbrandingskamer bestaat uit keramiscL materiaal. De vermelde druk door de schzoeven 18 tegen de 25 voorverbrandingskamer in de richting naar de hoofdverbrandingsruimte 19 vindt plaats via een metalen inzetstuk 42 met een kegelvormig einddeel 47, soortgelijk als bij fig. 2. Tussen de voorverbrandingskamer enerzijds en de cylinderkop 14 en het inzetstuk 42 anderzijds is overal de afstand 15 aanwezig, die als gevolg van de axiale druk ten opzichte van Let 30 inzetstuk 42 iets kleiner is dan ten opzichte van de cylinderkop 14, en zijn co-axiale, warmte-isolerende, axiale druk opnemende afdichtringen 43 en 44 voorzien aan de axiale einden van het gedeelte 40.

De afstand 15 aan de omtrek is bij de gedeelten 12 (fig. 1) en 40 (fig. 61 en de delen 28 (fig. 3} en 39 (fig. 5) afgezien van de buiteneind-35 flens 31 over de gehele lengte van het gedeelte respectievelijk het deel 8201931 . \ ' .

v V.

1 E “ ' " ' —:-:-—-: ‘ ! “"I

en in hst overgangsgebied naar bet aanslnitende gedeelte 13-40 of de buiteneindflens 3.1 aanwezig. Volgens alle figuren is de eigenlijke, . buikvormige voorverbrandingsruimte aangeduid met het verwijzingscijfer 48# en de daarop aanslnitende/ cylindrxsche verlenging met 49. De delen 5' 11 Cfig. 11, 29 (fig. 3 en 51 en 42 (fig. 61 zijn door een afdichtring , - 46 afgedicht ten opzichte van de cylinderkop 14.

8201931

Claims (9)

1. Voorverbrandingskamer in een cylinderkop -van een dieselmator, waar-b±j keramisch materiaal is toegepast, met hat kenmerk, dat tussen de voorverbrandingskamer (10, 11; 27—291 en de cylinderkop (14L althans naar de hoofdverbrandingsruiate (121 toe een afstand (151 aanwezig is, 5: en het keramische materiaal ten opzichte -van de metalen cylinderkop en eventueel ander metaal is afgeschermd door warmte-isolatiemiddelen,

2. Voorverbrandingskamer volgens conclusie 1, met het' kenmerk, dat deze daarbij is opgeBouwd nit axiaal op elkaar volgende delen (10, 11; 27-291, en althans het, het dichtst bij de hoofdverbrandingsruimte (191 10- liggende deel (10-? 271 bestaat nit keramisch materiaal en, zoals ver-meld, is afgeschermd.

3. Voorverbrandingskamer volgens conclnsie 1 of 2, met het kenmerk, dat als warmte-isolatie middelen <§dh of meer warmte-isolerende, co-axiale, ringvormige afdichtingen (afdichtringen 32-341 of afdichtringen 15 (43, 441 zijn voorzien.

4. Voorverbrandingskamer in het bijzonder volgens conclnsie 1 en 2 of 1-3, met het kenmerk, dat het, het dichtst bij de hoofdverbrandingsrnim-te (191 liggende deel een vrij van de cylinderkop (1'4I in de hoofdver-brandingsruimte naar binnen reikend. gasleideel (10? 271 is, dat in tegen-20 gestelde richting in het aangrenzende deel (11? 281 van de voorverbran-dingskamer (10, 11? 27-291 naar binnen reikt en daar met de kamer warmte-isolerend is verbonden door ddn of twee in dwarsrichting lopende monte-ringsbouten (23, 231.

5. Voorverbrandingskamer volgens conclnsie 4, met het kenmerk, dat 25 het keramische gasleideel (10? 271 paddestoelvormig is, waarhij de padde-stoelkop (201 zich bevindt in de hoofdverbrandingsruimte (191 en de paddestoelsteel (21, 351 in het naburige deel (11? 281 naar binnen reikt, waarbij dit paddestoelvormige gasleideel en het aangrenzende deel daar-tnssen een gasleikanaal (241 vormen,

6. Voorverbrandingskamer volgens conclusie 4 en 5, met het kenmerk, dat de twee monteringsbouten (22, 231 in axiaal op elkaar volgende dwarsvlakken liggen en elkaar kruisen, zich ultstrekken door de paddestoelsteel (21; 351 en met hun vier einden in het aangrenzende deel (11? 281 liggen.

7. Voorverbrandingskamer volgens conclusie 5 en 6, met het kenmerk, 35 dat de paddestoelsteel (351 vier ten opzichte van elkaar over 90° verspringen- 8201931 g ΐ . ""''Τ' ' de lengteribben (36) heeft, die tot aan het naburige deel (28) reiken, waarbij de twee monteringsbouten (22, 23) of indien in plaats daarvan slechts έέη daarvan (22) is voorzien, deze enkele monteringsbout zich uitstrekken respectievelijk uitstrekt door de middenkem (37) en de 5 lengteribben van de paddestoelsteel.

8. Voorverbrandingskamer volgens conclusie 2 en 4, met het kenmerk, dat de delen, waaruit zij· is opgebouwd, een langwerpig, metalen hoofd-deel (11) en het keramische gasleideel (10) zijn, welk hoofddeel bestaat ; uit twee axiaal op elkaar volgende gedeelten (12, 13), waarbij het, het 10 dichtst bij de hoofdverbrandingsruimte (19) liggende gedeelte (12) een kleinere buitendiameter (45) heeft dan het andere gedeelte (13) en, zoals vermeld, is verbonden met het gasleideel (10), en tussen het, het dichtst bij de hoofdverbrandingsruimte liggende gedeelte en de cylinderkop (14) de afstand (15) aanwezig is. 15^ 9. Voorverbrandingskamer volgens conclusie 2-4, met het kenmerk, dat de delen, waaruit zij is opgebouwd, een metalen of keramisch deel (29) en een keramisch deel (28? 39) met een kleinere buitendiameter (45) dan het eerstgenoemde deel en met een vermeld, met het eerstgenoemde deel verbonden keramisch gasleideel (27) of een met uitzondering van gasuitlaat-20 openingen (38) gesloten einde zijn, waarbij tussen het vermelde keramische deel met de kleinere buitendiameter en de cylinderkop (14) de afstand (15) aanwezig is, dit keramische deel axiaal naast het vermelde deel met de grotere buitendiameter een buiteneindflens . (31) heeft en tussen de buiteneindflens enerzijds en de cylinderkop en het vermelde deel met de 25 grotere buitendiameter anderzijds zich een warmte-isolerende afdichting (32-34) bevindt. IQ. Voorverbrandingskamer volgens conclusie 1 en 3, 2 en 3 of 2-4, met het kenmerk, dat tussen haar (40, 41) in een of veel delige, slechts keramische uitvoering bij veel delige uitvoering het gasleideel (10; 27) 30 is weggenomen en de cylinderkop (14) en eventueeleen daarin en daarvoor zich bevindend metalen inzetstuk (42) alsmede de afstand (15) overal langs de omtrek aanwezig is, en ook de vermelde warmte-isolerende afdicht-ringen (43, 44) zijn voorzien.

11. Voorverbrandingskamer volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat bij 35 een uitvoering met vanaf het gasleideel (10; 27) in het geheel twee axiaal 8201931 \ Γ ί "" " - - —ΙΟ'* op elkaar volgende delen (4Q,41L, waaryan het, het dichter hij de hoofd-verbrandingsruimte (191 liggende deel (gedeelte 411 een kleinere truiten-diameter (451 heeft dan het andeire deel (gedeelte 401#. een afdichting (43, 441 is voorzien aan elk ax±aal einde van het andere deel (4Q1 5 tussen d±t deel en de cylinderkop (141 en eventueel het inzetstuk.. (421. > ' , ; \ 8201931