DE1806773C

DE1806773C - Cooled burner for pre-chamber diesel engines

Info

Publication number: DE1806773C
Authority: DE
Inventors: Richard 7990 Friedrichshafen; Barth Walter 7992 Tettnang Seifen
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Publication date: 1972-05-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für flüsi.igkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, vorzugsweise für Vorkammer-Dieselmotoren.The invention relates to a burner for liquid-cooled internal combustion engines, preferably for pre-chamber diesel engines.

Bei den bisher verwendeten Brennern wurde festgestellt, daß in der Umgebung der Gasdurchtritts-Öffnungen die höchsten thermischen Belastungen auftreten und weniger warmfeste Materialien nach begrenzten Laufzeiten zerstört wurden. Besonders an den Stegen zwischen den Gasdurchtrittsöffnungen und am Brennerboden treten Verbrennungen und Verzunderungen auf, wodurch der Boden abreißt und in den Zylinder fällt und schwerwiegende Folgeschäden verursacht. Durch Einsatz von hochlegierten und warmfesteu Werkstoffen ist es wohl gelungen, die Haltbarkeit zu steigern und damit die Lebensdauer zu verlängern. Jedoch sind hochwertige .Sonderiegierungen wesentlich teurer und schwer bearbeitbar. In the case of the burners used up to now, it was found that in the vicinity of the gas passage openings the highest thermal loads occur and less heat-resistant materials after limited Runtimes were destroyed. Especially on the webs between the gas passage openings and Burns and scaling occur on the burner bottom, causing the bottom to tear off and in the cylinder falls and causes serious consequential damage. Through the use of high-alloy and Heat-resistant materials have probably succeeded in increasing the durability and thus the service life to extend. However, high-quality special alloys are much more expensive and difficult to process.

F-■> ist Aufgabe der Erfindung, einen Brenner zu schaffen, der bei Verwendung üblicher Werkstoffe große Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturbelastungen aufweist. Bei der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Brennerwände Hohlräume aufweisen, die von einem Kühlmittel durchflossen werden. Die als Kanäle ausgebildeten ^a5 Hohlräume erstrecken sich über die ganze Länge des zylindrischen Teiles der Brenn^rwand, vorwiegend in axialer Achtung, bis in den Brennerboden. Dabei führen die Kühlmittelkanüle im Brenner zwischen dessen Gasdurchtrittsöffnungen hindurch.The object of the invention is to create a burner which, when conventional materials are used, has great resistance to high temperature loads. In the present invention this is achieved in that the burner walls have cavities through which a coolant flows. The formed as ^a cavities channels 5 extend over the entire length of the cylindrical part of the internal ^ rWand, mainly in the axial respect, to the burner floor. The coolant cannula in the burner lead through between its gas passage openings.

Durch das Heranführen de- Kühlstoffräume an die thermisch gefährdeten Stellen wird die Temperaturbelastung des Brenners so abgebaut, daß auch der Einsatz weniger hochwertiger Werkstoffe in Frage kommen kann. Diese konstruktive Ausbildung ermöglicht auch gleiche Wandstärke an nahezu allen Stellen des Brenners und vermeidet dadurch weitgehend Rißbildung durch ungleichmäßige thermische Belastung.By bringing de- coolant rooms to the Thermally endangered places, the temperature load on the burner is reduced so that the Use of less high-quality materials can come into question. This constructive training enables also the same wall thickness at almost all points of the burner and thus largely avoided Crack formation due to uneven thermal stress.

Um eine möglichst gleichmäßige Kühlung des gesamten Brenners zu erzielen und die Kühlflüssigkeitszirkulation zu beschleunigen und somit Stauung und Überhitzung des Kühlmittels und Dampfblasenbildung zu vermeiden, verbinden Kanäle im Brennerboden die Kühlmittelkanäle des zylindrischen Brennerteiles miteinander. Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden durch die Kanäle im Brennerboden jeweils zwei der Kühlmittelkanäle des zylindrischen Brennerteiles miteinander verbunden, wobei jeweils einer der beiden Kanäle mit dem Kühlmittelzufluß und der andere mit dem Kühlmittelabfluß verbunden ist, so daß sich eine Zwangsführung des Kühlmittels ergibt.In order to achieve the most uniform possible cooling of the entire burner and the cooling liquid circulation to accelerate and thus accumulation and overheating of the coolant and vapor bubble formation To avoid this, channels in the burner base connect the coolant channels of the cylindrical burner part together. According to a preferred embodiment of the invention are through the channels in Burner base two of the coolant channels of the cylindrical burner part connected to each other, one of the two channels with the coolant inflow and the other is connected to the coolant drain, so that there is a restraint of the coolant results.

Die Kühlmittelversorgung des Brenners kann entweder durch einen besonderen Kühlkreislauf erfolgen, oder üas Kühlmittel wird dem Motorkreislauf in der Nähe der Vorkammer entnommen. Erfindungsgemäß führen radiale Kühlmittelzuführungsbohrungen von einem Ringkanal zwischen Brenner und Zylinderkopf zu einem Teil der Kühlkanäle, und die Kühlmittel- 6α zuführung von einer geeigneten Stelle des Motoikühlkreislaufes zum Ringkanal erfolgt durch besondere Leitungen im Zylinderkopf. The burner can be supplied with coolant either through a special cooling circuit, or the coolant is taken from the engine circuit near the antechamber. According to the invention, radial coolant supply bores lead from an annular duct between the burner and cylinder head to part of the cooling ducts, and the coolant supply from a suitable point in the engine cooling circuit to the annular duct takes place through special lines in the cylinder head.

Um das Kühlmittel aus den Kühlkanälen des Brenners wieder dem Motorkühlkreislauf zuzuführen, Sj erfolgt erfindungsgemäß die Ableitung des Kühlmittels aus dem anderen Teil der Kühlkanal durch eine oder mehrere Abflußbohrungen im oberen Tei!To return the coolant from the cooling channels of the burner to the engine cooling circuit, Sj According to the invention, the coolant is diverted from the other part of the cooling channel one or more drain holes in the upper part!

des Brenners in den den Zylinderkopf durchströmenden Motorkühlkreislauf.of the burner into the engine cooling circuit flowing through the cylinder head.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann zur Kühlung der Brennkammer auch ein besonderer Wärmeträger, ζ. Β. Natrium, verwendet werden. In diesem Falle werden die radiale Zu- und Abflußbohrungen gegen den Kühlmittelrauu des Zylinderkopfes verschlossen und die Hohlräume mit dem Wärmeträger, wie z. B. Natrium, gefüllt, der die Wärme von den am meisten gefährdeten Punkten des Brenners, hauptsächlich den Stegen zwischen den Gasdurchtrittsöffnungen, zu einer vom Motorkühlwasser umspülten Partie des Brenners abführt.According to a further embodiment of the invention, a special one can also be used for cooling the combustion chamber Heat transfer medium, ζ. Β. Sodium, can be used. In this case, the radial inlet and outlet bores sealed against the coolant surface of the cylinder head and the cavities with the Heat transfer medium, such as B. Sodium, which absorbs the heat from the most vulnerable points of the Burner, mainly the webs between the gas passage openings, to one of the engine cooling water flushed part of the burner discharges.

Damit die Wärmeabgabe des Wärmeträgers an das Motorkühlwasser möglichst schnell und gleichmäßig erfolgen kann, erstrecken sich die kühlkanäle möglichsF weit in einem vom Motorkühlmittel umspülten Bereich des Brenners, wodurch die für den Wärmeübergang zwischen diesen Kanälen zum Motorkühlmittel wirksame Fläche vergrößert wird.So that the heat transfer from the heat transfer medium to the engine cooling water as quickly and evenly as possible can take place, the cooling channels extend as possible far in an area of the burner that is surrounded by the engine coolant, which means that the heat transfer effective area is increased between these channels to the engine coolant.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigtThe invention will be explained and described in more detail with reference to the drawings. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorkammer mit eingesd'raubtem Brenner, für Flüssigkeitskühlung, Fig. 1 is a longitudinal section through an antechamber with screwed-in burner, for liquid cooling,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch diese Vorkammer mit Brenner entlang der Linie II-II in Fig. 1,Fig. 2 is a horizontal section through this pre-chamber with burner along the line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ebenfalls einen Längsmittelschnitt durch eine Vorkammer mit Brenner, für Kühlung durch besonderen Wärmeträger undFig. 3 also shows a longitudinal center section through an antechamber with a burner, for cooling through special heat transfer medium and

F i g. 4 einen Horizontalschnitt entlang der Linie IV-FV in Fig. 3.F i g. 4 shows a horizontal section along the line IV-FV in FIG. 3.

In den einzelnen Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.In the individual figures, the same parts are denoted by the same reference numbers.

In einem Zylinderkopf 1 ist eine Vorkammer 2 mit einem Brenner 3 mit Gasuiirchtrittsöffnungen 4 eingesetzt. In der Wand des zylindrischen Teiles des Brenners 3 sind Kühlkanäle 5 angeordnet, die in Stegen 7 zwischen den Gasdurchtrittsöffnungen 4 hindurchführen. Je zwei der Kühlkanäle 5 werden durch Kühlkanäle 6 im Brennerboden miteinander verbunden. Dadurch wird eine intensive Kühlung der Stege 7 erreicht, die bei ungekühlten Brennern besonders gefährdet sind. Ein Durchbrennen dieser Stege 7 verursacht häufig ein Abbrechen des Brennerbodens. Im oberen Teil des Brenners 3 führen radiale Kühlmittelzuführungsbohruneen 9 von einem Ringkanai 8 zu einem Teil der Kühlkanäle 5, und vom anderen Teil der Kühlkanäle 5 führen ebenfalls radial angeordnete Abflußbohrungen 11 in den Kühlmittel raum des Zylinderkopfes 1. Das Motorkühlmittel wird durch eine Kühlmittelzuführung 10 im Zylinderkopf 1 in den Ringkanal 8 geleitet, fließt von dort durch die radialen Kühlmittelzuführungsbohrungen 9 in die Kühlkanäle 5, umspült die Gasdurchtrittsöffnungen 4 und fließt weiter in die Kanäle 6 im Brennerboden, steigt von dort durch die KUhlkanäle S nach oben und verläßt durch Abflußbohrungen 11 den Brenner 3. Das Kühlmittel wird nach Verlassen der Abflußbohrungen 11 dem Motorkühlkreislauf im Zylinderkopf 1 wieder zugeführt. In a cylinder head 1, an antechamber 2 with a burner 3 with gas inlet openings 4 is inserted. In the wall of the cylindrical part of the burner 3, cooling channels 5 are arranged, which lead through in webs 7 between the gas passage openings 4. Two of the cooling channels 5 are connected to one another by cooling channels 6 in the burner base. This achieves intensive cooling of the webs 7, which are particularly at risk in the case of uncooled burners. Burning through these webs 7 often causes the burner base to break off. In the upper part of the burner 3, radial coolant supply bores 9 lead from a ring duct 8 to part of the cooling ducts 5, and from the other part of the cooling ducts 5 also radially arranged drainage bores 11 lead into the coolant space of the cylinder head 1. The engine coolant is supplied through a coolant supply 10 in Cylinder head 1 is passed into the annular channel 8, flows from there through the radial coolant supply bores 9 into the cooling channels 5, flushes around the gas passage openings 4 and flows further into the channels 6 in the burner base, rises from there through the cooling channels S upwards and leaves through drain holes 11 the Burner 3. The coolant is returned to the engine cooling circuit in the cylinder head 1 after it has left the drain holes 11.

Bei der mit einem besonderen Wärmeleitmittel, z. B. Natrium, gefüllten Ausführung des Brenners sind die radialen Kühlmittel-Zuflußbohrungen und die -Abflußbohrungen 9' gegen den Kühlmittelraum des Zylinderkopfes 1 verschlossen. Zur Vergrößerung der wirksamen Fläche des Wärmeüberganges zwischen den Kühlkanälen S, 9 und 11 des Brenners 3When with a special heat transfer agent, for. B. sodium, filled version of the burner are the radial coolant inlet holes and the outlet holes 9 'against the coolant space of the cylinder head 1 closed. To increase the effective area of the heat transfer between the cooling channels S, 9 and 11 of the burner 3

zum Motorkühlmittel erstrecken sich diese Kühlkanäle möglichst weit in einen vom Motorkühlmittel umspülten Bereich 12.to the engine coolant, these cooling channels extend as far as possible into one of the engine coolant around the area 12.

Das Einfüllen des Wärmeleitmittels geschieht so, daß die Kühlkanäle 5, 9, 11 von unten bei abgenommenem Brenneiboden mit dem Wärmeleitmittel aufgefüllt werden und dann der Brennerboden an den Brenner 3 angeschweißt wird.The heat transfer agent is filled in such that the cooling channels 5, 9, 11 are removed from below Brenneiboden be filled with the heat transfer agent and then the burner base the burner 3 is welded on.

Claims

Patent claims:

1. Burners for liquid-cooled internal combustion engines, preferably for pre-chamber diesel engines, characterized in that the burner walls have cavities (5, 6) through which the coolant flows.

2. Burner according to claim 1, characterized in that the channels (5) designed as channels Cavities extend over the entire length of the cylindrical part of the burner wall, predominantly in axial direction, extend into the burner base.

3. Burner according to claim 1 and 2, characterized in that the coolant channels (5) in the Guide the burner (3) between its gas openings (4).

4. Burner according to claim 1 to 3, characterized in that channels (6) in the burner base connect the coolant channels (5) of the cylindrical burner part with one another.

5. Burner according to claim 1 to 4, characterized in that the channels (6) in the burner base connect two of the cooling medium ducts (5) of the cylindrical burner part with each other, one of the two channels (5) with the coolant inflow (10) and the other is connected to the coolant outlet, (11).

6. Burner according to claim I to 5, characterized in that that radial coolant supply bores (9) from an annular channel (8) between Guide the burner (3) and cylinder head (1) to part of the cooling ducts (5).

7. Burner according to claim I to 6, characterized in that that the coolant supply comes from a suitable point in the engine cooling circuit to the ring channel (8) through special lines (10) in the cylinder head (1).

8. Burner according to claim 1 to 7, characterized in that that the discharge of the coolant from the other part of the cooling channels through a or several drainage holes (11) in the upper Part of the burner (3) in the engine cooling circuit flowing through the cylinder head (1) takes place.

9. Burner according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the radial coolant inlet and outlet bores (9 ') against the coolant space of the cylinder head (1) are closed and the cavities with heat transfer medium, z. B. sodium, are filled.

10. Burner according spoke 9, characterized in that that the cooling channels (5, 6) flushed as far as possible into one of the engine coolant Extend the area of the burner (3), whereby the heat transfer between these channels the effective area for the engine coolant is increased.

1 sheet of drawings