DE68903201T2

DE68903201T2 - Waermeisolierte brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE68903201T2
Application number: DE8989307248T
Authority: DE
Inventors: Hideo Kawamura
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1988-07-21
Filing date: 1989-07-18
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2009-07-19
Also published as: US4998517A; EP0352058A3; JP2718071B2; DE68903201D1; EP0352058A2; EP0352058B1; DE352058T1; JPH0233454A

Description

Die Erfindung betrifft einen wärmeisolierenden Motor, welcher hauptsächlich aus einem Keramikmaterial besteht und mit einem Hilfsbrennraum versehen ist.
Ein herkömmlicher wärmeisolierender Motor, welcher ein Keramikmaterial als hitzebeständiges Material verwendet, ist z. B. in der japanischen Auslegeschrift Nr. 46317/1984 mitgeteilt. Die Teile eines Brennraums im Verbrennungsmotor werden nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Die Teile des Brennraums im Verbrennungsmotor umfassen Teile, welche einen Hilfsbrennraum bilden, einen Zylinderkopf 41, eine Zylinderbüchse 44, einen Kolben 45 sowie Teile eines Brennraums, welche die Innenfläche des Brennraums bilden, und diese Teile sind aus einem Keramikmaterial geformt, welches hervorragende Wärmeisolierungseigenschaften aufweist. Der Zylinderkopf 41 ist mit einem Zylinderblock 42 über eine Dichtung 43 verbunden, und die Zylinderbüchse 44 ist am Zylinderblock 42 befestigt. Eine im Zylinderkopf 41 ausgebildete Wirbelkammer 47 besteht aus oberen und unteren Wirbelkammerteilen 48, 49, die in den Zylinderkopf 41 eingepaßt sind. Die untere Wirbelkammer 49 ist mit einem Ausströmkanal 50 versehen, der die Wirbelkammer 47 und einen Hauptbrennraum 46 miteinander verbindet. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 52 und eine Glühkerze 53 ist im Zylinderkopf 41 vorgesehen. Die oberen und unteren Wirbelkammerteile 48, 49 sind als Brennraumteile aus einem Keramikmaterial eines Nonoxids von Silizium wie z. B. einem Siliziumnitrid-Keramikmaterial und einem Siliziumcarbid-Keramikmaterial geformt. Das Material der Flächen, welche die Wirbelkammer 47 und den Ausströmkanal 50 begrenzen, wird aufgrund der Erhitzung des Nonoxid-Keramikmaterials auf eine hohe Temperatur in ein Siliziumoxid-Keramikmaterial umgewandelt. Eine dünne Schicht eines Katalysators aus einem Edelmetall wie Platin, Rhodium und Palladium wird auf jeder dieser Flächen durch Versprühen ausgebildet. Aufgrund eines derartigen Aufbaus vermeiden diese Brennraumteile die Ablösung einer dünnen Schicht 51 eines Edelmetall-Katalysators, reduzieren die Wirkungsminderung des Katalysators auf ein Minimum und vermindern einen unverbrannten Kohlenwasserstoffgehalt eines Verbrennungsgases.
Es ist jedoch schwierig, die Wärmeisolierungseigenschaften bei einem wärmeisolierenden Motor mit einem Zylinderkopf unter Verwendung dieses Keramikmaterials als wärmeisolierendes oder hitzebeständiges Material in genügendem Umfang zu erreichen, und um die Anforderungen zu erfüllen, wird bei einem solchen Motor die Wanddicke vergrößert. Die Teile eines derartigen Motors, welche dem Brennraum zugewandt sind, können nämlich derart ausgebildet werden, daß sie einem Hochtemperatur-Verbrennungsgas standhalten, indem sie aus einem Keramikmaterial wie Siliziumnitrid hergestellt werden, das eine hohe Hitzebeständigkeit und Wärmeschockfestigkeit sowie hervorragende Wärmeisolierungseigenschaften aufweist. Wenn jedoch die Wanddicke zu groß wird, nimmt die Wärmekapazität der Wandfläche zu. Folglich nimmt die Ansaugluft die an der Innenfläche angesammelte Wärmeenergie auf und wird thermisch expandiert, so daß der Ansaugwirkungsgrad abnimmt.
Die Dicke aller Bestandteile des Brennraums im Verbrennungsmotor, die in der oben erwähnten japanischen Offenlegungsschrift Nr. 46317/1984 mitgeteilt sind, ist groß, und die dünne Schicht 51 besteht aus einem Edelmetall, wie oben erwähnt. Außerdem sind die oberen und unteren Wirbelkammern 48, 49 aus einem Keramikmaterial wie Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid geformt, welches eine hohe Hitzebeständigkeit und keine besonders guten Wärmeisolierungseigenschaften aufweist. Daher ist die Wärmekapazität der Fläche jedes Teils des Brennraums hoch, und die Wärmekapazität der einer hohen Temperatur ausgesetzten Teile kann nicht auf ein niedriges Niveau herabgesetzt werden. Dies macht es unmöglich, eine Reduzierung des Ansaugwirkungsgrads zu verhindern. Außerdem ist es bei diesem Aufbau unmöglich, die Vermischung des vernebelten Kraftstoffs mit Luft zügig durchzuführen.
Die Erfindung erstrebt es, die oben genannten Probleme zu lösen und einen wärmeisolierenden Motor zu schaffen, bei dem die Keramikteile, welche die Innenflächen der Haupt- und Hilfsbrennräume darstellen, von dünnen Teilen gebildet werden, deren Innenflächen mit einem wärmeisolierenden Material überzogen sind, um die Wärmekapazität dieser Innenflächen auf ein Minimum zu reduzieren, was es ermöglicht, den Ansaugwirkungsgrad des Motors zu verbessern, die Vermischung des vernebelten Kraftstoffs mit Luft dank der Verbesserung des Ansaugwirkungsgrads zügig durchzuführen, die Verbrennungstemperatur in einem kurzen Zeitraum zu erhöhen, die Verbrennungszeit in einem raucherzeugenden Verbrennungsbereich auf ein Minimum zu reduzieren, wodurch die Erzeugung von Rauch unterdrückt wird, das Gasgemisch sodann als verwirbelte Flamme aus dem Hilfsbrennraum in den Hauptbrennraum auszublasen, wodurch eine plötzliche Verminderung des verhältnismäßigen Kraftstoffanteils und eine Reduzierung der Verbrennungstemperatur bewirkt wird, und dadurch die Verbrennung in einem NOx-erzeugenden Verbrennungsbereich zu vermeiden, wodurch die Erzeugung von NOx unterdrückt wird.
Gemäß der Erfindung wird ein wärmeisolierender Motor geschaffen, bestehend aus:
einem Zylinderkopf, welcher mit Ansaug- und Auspufföffnungen versehen ist;
einem Zylinderblock, welcher am Zylinderkopf befestigt ist, der mindestens einen Zylinder enthält;
einer Zylinderbüchse, welche in den bzw. in jeden Zylinder innerhalb des Zylinderblocks eingepaßt ist;
einem Hauptbrennraum;
wobei dem bzw. jedem Zylinder zugeordnet ist:
ein Hilfsbrennraumblock, der im Zylinderkopf vorgesehen ist und einen Hilfsbrennraum umschließt;
ein Verbindungskanal, der im Hilfsbrennraumblock ausgebildet ist, und die Haupt- und Hilfsbrennräume miteinander verbindet;
eine Kraftstoffeinspritzdüse, welche im Zylinderkopf vorgesehen ist und in den Hilfsbrennraum mündet, und die zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den Hilfsbrennraum ausgelegt ist;
ein Kolben, welcher zum Hin- und Herbewegen innerhalb der Zylinderbüchse des Zylinders ausgelegt ist;
dadurch gekennzeichnet, daß:
ein Zylinderkopf-Unterteil im Zylinderkopf vorgesehen und ein Zylinderbüchsen-Oberteil einstückig mit dem Zylinderkopf-Unterteil innerhalb des Zylinderkopfs ausgebildet ist, so daß er an seiner unteren Endfläche einer oberen Endfläche der Zylinderbüchse gegenübersteht, wobei der Zylinderkopf-Unterteil und der Zylinderbüchsen-Oberteil aus dünnen Teilen bestehen, welche aus einem hitzebeständigen Keramikmaterial mit hoher Dichte geformt sind, und wobei der Hauptbrennraum durch den Zylinderkopf-Unterteil und den Zylinderbüchsen-Oberteil eingegrenzt ist;
der Hilfsbrennraumblock aus einem Keramikmaterial mit geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet ist;
ein dünner Teil aus einem hitzebeständigen Keramikmaterial mit hoher Dichte auf der Innenfläche des Hilfsbrennraumblocks vorgesehen ist;
ein weiterer dünner Teil aus einem hitzebeständigen Keramikmaterial mit hoher Dichte an der inneren Umfangsfläche des Verbindungskanals vorgesehen ist; und
ein zylindrischer Teil aus einem wärmeisolierenden Material zwischen dem Zylinderbüchsen-Oberteil und dem Zylinderkopf vorgesehen ist, wobei der Zylinderbüchsen-Oberteil in denselben eingepaßt ist.
Um eine Abnahme der Festigkeit der Hilfs- und Hauptbrennräume zu vermeiden, welche auf die Reduzierung der Dicke des die Innenflächen dieser Brennräume bildenden Keramikmaterials von hoher Dichte zurückzuführen ist, wird eine Schicht aus wärmeisolierendem Material an der Außenfläche der dünnen Teile ausgebildet, welche diese Innenflächen darstellen, um diese Innenflächen thermisch zu isolieren und die Festigkeit der Wände der Brennräume zu erhöhen.
Durch die Schaffung eines Hauptbrennraums, der aus einer einheitlichen Kombination eines dünnen unteren Zylinderkopf- Flächenteils und dünnen Zylinderbüchsenteilen besteht, welche an der unteren Fläche eines Zylinderkopfs befestigt und aus einem Keramikmaterial von hoher Dichte zusammengesetzt sind, wobei die dünnen Zylinderbüchsen-Teile in die Teile des Zylinderkopfs eingepaßt sind, die sich an der Oberseite einer Zylinderbüchse befinden, welche aus einem Material mit niedriger Wärmeübergangszahl besteht, strebt die Erfindung danach, den dünnen Zylinderbüchsenteil thermisch zu isolieren, die Festigkeit dieses Teils zu verbessern, eines Teils, auf den eine Belastung übertragen wird, und zu vermeiden, daß der dünne Teil, ein Wandflächenteil zerstört wird, selbst wenn die Temperatur und der Druck im Innern des Hauptbrennraums hoch sind.
Ein Teil eines Kolbendeckels, welcher dem Hauptbrennraum gegenüberliegt, kann mit einem dünnen Teil aus einem Keramikmaterial von hoher Dichte versehen werden, um die Wärmekapazität der Flächen aller Wände, welche den Hauptbrennraum bilden, auf ein niedriges Niveau zu reduzieren.
Um den Ansaugwirkungsgrad eines wärmeisolierenden Motors zu verbessern, ist es erforderlich, daß die Wärmemenge, welche die Ansaugluft von der Innenfläche des Brennraums übernimmt, auf ein Minimum reduziert wird. Um die Wärmemenge, welche die Ansaugluft von der Innenfläche des Brennraums übernimmt, zu reduzieren, ist es wichtig, die Keramikteile, welche die Innenfläche bilden und deren Temperatur hoch wird, mit einer geringen Dicke auszubilden, diese Flächen durch ein wärmeisolierendes Material thermisch zu isolieren und deren Wärmekapazität auf ein Minimum zu reduzieren. Wenn die Wärmekapazität der Innenflächen des Brennraums sinkt, nimmt die Temperaturamplitude derselben zu, und, während eines Ansaughubs des Motors werden diese Innenflächen durch die Ansaugluft sofort abgekühlt, um zu bewirken, daß der Unterschied zwischen der Temperatur der Ansaugluft und derjenigen der Innenflächen klein wird. Folglich wird die Wärmemenge, welche die Ansaugluft von den Innenflächen übernimmt, klein, und die Wärmeausdehnung der Ansaugluft wird unterdrückt, wodurch das Auftreten einer starken Reduzierung des Ansaugluft-Durchsatzes vermieden werden kann. Der Ansaugwirkungsgrad des Motors kann nämlich dadurch verbessert werden, daß der Motor derart ausgelegt wird, daß die Temperatur der Innenflächen in Abhängigkeit von derjenigen der Ansaugluft schwankt. Wenn die Wärmekapazität der Wandflächen des Brennraums klein ist, wird in der Innenfläche nicht so viel Wärmeenergie absorbiert. Daher nimmt die Temperatur der Wandfläche sofort aufgrund der Verbrennung eines Gasgemischs zu und die Intensität der Wärmestrahlung von der Innenfläche nimmt ab, wobei die Wärmeenergie durch eine Wärmerückgewinnungseinheit, welche in Strömungsrichtung hinter dem Brennraum vorgesehen ist, abgefangen und wirksam verwendet wird.
Im allgemeinen liegt in einem Kraftstoff-Verbrennungsbereich eines wärmeisolierenden Motors ein raucherzeugender Bereich, in dem Rauch entwickelt wird, in demjenigen Teil des Verbrennungsbereichs, der einen hohen Kraftstoff-Äquivalenzwert, ein Kraftstoff-/Luftverhältnis und eine niedrige Verbrennungstemperatur aufweist. Auch liegt ein NOx erzeugender Bereich, in welchem NOx entsteht, in demjenigen Teil des Verbrennungsbereichs, der einen niedrigen Kraftstoff-Äquivalenzwert und eine hohe Verbrennungstemperatur aufweist. Folglich ist es vorzuziehen, daß die Verbrennung eines Kraftstoffs in einem wärmeisolierenden Motor in demjenigen Teil seines Verbrennungsbereichs durchgeführt wird, welcher den raucherzeugenden Verbrennungsbereich und den NOx-erzeugenden Verbrennungsbereich ausschließt, oder daß die Verbrennung des Kraftstoffs in diesen beiden unerwünschten Verbrennungsbereichen schnell abgeschlossen wird.
Der wärmeisolierende Motor gemäß der Erfindung weist eine Konstruktion auf, welche versucht, die oben erwähnten Bedingungen zu erfüllen. Da die Wärmekapazität der Innenfläche des Hilfsbrennraums und das Volumen des Brennraums niedrig ist, wird der Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzdüse in den Hilfsbrennraum eingespritzt, um den Kraftstoff-Äquivalenzwert auf ein Kraftstoffanreicherungsniveau zu bringen. Insbesondere erfolgt, da die Wärmekapazität der Innenfläche des Hilfsbrennraums und das Volumen des Brennraums gering sind, die Vermischung des vernebelten Kraftstoffs mit der Luft zügig, und die Temperatur des entstehenden Gasgemischs wird innerhalb eines kurzen Zeitraums erhöht. Folglich wird die Verbrennung im raucherzeugenden Verbrennungsbereich, welcher durch den Kraftstoff-Äquivalenzwert und die Verbrennungstemperatur bestimmt ist, zügig abgeschlossen, und die Flamme wird in einem verwirbelten Zustand vom Hilfsbrennraum in den Hauptbrennraum ausgeblasen, so daß der Kraftstoff- Äquivalenzwert plötzlich oder innerhalb eines kurzen Zeitraums im Hauptbrennraum abnimmt. Da außerdem die Temperatur des Hauptbrennraums in strenger Abhängigkeit von derjenigen der Ansaugluft schwankt, nimmt der Durchsatz der in den Motor eingeführten Ansaugluft nicht ab. Folglich fällt die Verbrennungstemperatur ab, wenn der Kraftstoff-Äquivalenzwert abnimmt. Dies ermöglicht die Vermeidung der Verbrennung im NOx-erzeugenden Bereich.
Daher macht es der wärmeisolierende Motor gemäß der Erfindung möglich, daß die Verbrennung im Hilfs- und Hauptbrennraum mit unterdrückter Erzeugung von Rauch und NOx durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird, lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in welcher:
Fig. 1 ein Schnitt durch eine Ausführungsform des wärmeisolierenden Motors gemäß der Erfindung ist; und
Fig. 2 ein Schnitt durch ein Beispiel eines Dieselmotors ist, in welchem herkömmliche Teile eines Brennraums eingebaut sind.
Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt, der den Aufbau eines die Erfindung verwirklichenden warmeisolierenden Motors zeigt. Dieser wärmeisolierende Motor ist derart konstruiert, daß ein Hilfsbrennraum 4, der einen Hilfsbrennraumblock aus einem Material mit niedriger Wärmeübergangszahl aufweist, dessen Innenfläche von einem dünnen Teil 8 gebildet ist, welcher aus einem Keramikmaterial mit hoher Dichte besteht, und der mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 9 versehen ist, mit einem Hauptbrennraum 5 in Verbindung steht, der aus einem dünnen Teil besteht, welcher aus einem Keramikmaterial mit hoher Dichte zusammengesetzt und in einem Zylinderkopf 10 über wärmeisolierende Teile eingepaßt ist.
Der Zylinderkopf 10 ist aus einem Gußteil hergestellt, und ein zylindrischer Teil, welcher einen Zylinderoberteil 1 bildet, ist in den Zylinderkopf 10 über ringförmige wärmeisolierende Dichtungen 13, 14 eingefaßt, wobei eine wärmeisolierende Luftschicht 11 zwischen der inneren Umfangsfläche des Zylinderkopfs 10 und der äußeren Umfangsfläche eines Zylinderoberteils 1 gebildet ist. Eine Zylinderkopfauskleidung 15, bestehend aus dünnen Auskleidungsteilen, welche Zylinderbüchsen-Oberteile 3 bilden, einstückig verbunden mit einem dünnen Teil, der einen Zylinderkopf-Unterteil 2 an der unteren Fläche des Zylinderkopfs bildet, ist aus dünnen Teilen mit einem Keramikmaterial von hoher Dichte wie z. B. Siliziumnitrid und Siliziumcarbid hergestellt und in den Zylinderoberteil 1 eingepaßt, um die Fläche des Hauptbrennraums 5 zu bilden. Wärmeisolierende Schichten 12 sind zwischen der unteren Fläche des Zylinderkopfs 10 und dem dünnen Zylinderkopf-Oberteil 2, welcher einstückig mit der Zylinderkopfauskleidung 15 hergestellt ist, über wärmeisolierende Dichtungen 39 ausgebildet. Die dünnen Zylinderbüchsen-Oberteile 3, welche die Zylinderkopfauskleidung 15 bilden, sind mit Preßsitz eng in den Zylinder-Oberteil l eingepaßt, der aus einem wärmeisolierenden Material mit niedriger Wärmedurchgangszahl wie z. B. Aluminiumtitanat und Kaliumtitanat besteht, um die Festigkeit der dünnen Zylinderbüchsen-Oberteile 3 und die Wärmeisolierungseigenschaften des Hauptbrennraums 5 zu verbessern. Demzufolge kann die Zylinderkopfauskleidung 15, die aus den dünnen Zylinderbüchsen-Oberteilen 3 besteht, welche einstückig mit dem dünnen Zylinderkopf-Unterteil 2 ausgebildet sind, auf eine kleinstmögliche Wärmekapazität gebracht werden.
Der dünne Zylinderkopf-Unterteil 2 ist mit einem Verbindungskanal 17 versehen, der mit einem Verbindungskanal 16 des Hilfsbrennraums 4 in Verbindung steht, sowie mit Ansaug- und Auspufföffnungen 18 (von denen in der Zeichnung nur eine dargestellt ist), in welchen Ansaug- und Auspuffventile 21 eingebaut sind. Jedes Ventil 21 ruht auf einem im Zylinderkopf 10 vorgesehenen Ventilsitz 19. Jede der Ansaug- und Auspufföffnungen 18 ist an einer Stelle ausgebildet, welche entsprechend dem Ventilsitz 19 bestimmt ist. Die unteren Endflächen der dünnen Zylinderbüchsen-Oberteile 3 in der Zylinderbüchsenauskleidung 15 sind an eine Zylinderbüchse 22 über eine wärmeisolierende Dichtung 24 angesetzt. Die Zylinderbüchse 22 ist in einem Zylinder im Zylinderblock 23 eingepaßt, und der Zylinderkopf 10 ist am Zylinderblock 23 über eine Dichtung 40 befestigt.
Der Hilfsbrennraum 4 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie der Hauptbrennraum 5 und ist durch Befestigung eines dünnen Teils 8, welcher aus einem Keramikmaterial von hoher Dichte besteht, an der inneren Umfangsfläche eines Hilfsbrennraumblocks gebildet, welcher aus einem Material mit niedriger Wärmedurchgangszahl durch Zusammensetzen des oberen Blocks 6 des Hilfsbrennraums mit seinem unteren Block 7 an einer Kontaktstelle 38 (mittlerer Bereich in der Zeichnung) ihrer Endflächen geformt ist. Der obere Block 6 des Hilfsbrennraums 4 ist mit der Kraftstoffeinspritzdüse 9 und sein unterer Block 7 mit dem Verbindungskanal 16 versehen. Diese oberen und unteren Blöcke 6, 7 sind aus einem wärmeisolierenden Material mit niedriger Wärmedurchgangszahl und niedrigem Elastizitätmodul wie Aluminiumtitanat, Kaliumtitanat und Natriumtitanat geformt. Ein dünner Teil 8, der aus einem Keramikmaterial mit hoher Dichte wie Siliziumnitrid und Siliziumcarbid besteht, ist auf die Innenfläche des Hilfsbrennraums 4 aufgebracht. Die Befestigung des dünnen Teils 8 an den Innenflächen der oberen und unteren Blöcke 6, 7 des Hilfsbrennraums kann z. B. durch chemisches Aufdampfen (CVD) des erwähnten Materials auf diese Fläche oder Beschichten dieser Flächen mit dem erwähnten Material erfolgen. Der dünne Teil 8, der aus einem Keramikmaterial mit hoher Dichte wie Siliziumnitrid und Siliziumcarbid besteht, wird an der Innenfläche des Verbindungskanals 16 in der gleichen Weise wie im Hilfsbrennraum 4 befestigt, wobei dieser Verbindungskanal 16 den Hilfs- und Hauptbrennraum 4, 5 miteinander verbindet. Dies ermöglicht es, daß die Innenfläche des Hilfsbrennraums, oder anders ausgedrückt, der dünne Teil 8, auf eine kleinstmögliche Wärmekapazität gebracht werden kann.
Der Verbindungskanal 16, der den Hilfs- und Hauptbrennraum 4, 5 miteinander verbindet, erstreckt sich diagonal, so daß die Verwirbelung einer Flamme im Hilfsbrennraum 4 oder im Hauptbrennraum 5 in Abhängigkeit vom Eintritt und Austritt eines Mediums veranlaßt wird. Um die Vermischung des vernebelten Kraftstoffs mit Luft im Hilfsbrennraum 4 zu fördern, ist die Achse des Verbindungskanals 16 und diejenige der Kraftstoffeinspritzdüse 9 versetzt und in einander gegenüberliegender Stellung angeordnet.
Der dünne Zylinderbüchsen-Oberteil 3 im Zylinder-Oberteil 1 und ein in der Zylinderbüchse 22 hin- und herbeweglicher Kolben 20 sind in einer wärmeisolierenden Art angeordnet. Dieser Kolben 20 enthält einen Kolbendeckel und einen am Kolbendeckel befestigten Kolbenmantel 30. Der Kolbendeckel enthält einen Kolbendeckelkörper 29, einen dünnen Deckelteil 25, der aus einem Keramikmaterial mit hoher Dichte besteht, und an der Seite des Kolbendeckelkörpers befestigt ist, welcher dem Hauptbrennraum 5 gegenüberliegt, sowie wärmeisolierende Teile 27, 28, die zwischen dem Kolbendeckelkörper 29 und dem dünnen Deckelteil 25 vorgesehen sind. Dieser dünne Deckelteil 25 ist aus einem Keramikmaterial mit hoher Dichte wie Siliziumnitrid und Siliziumcarbid auf eine Dicke von z. B. ca. 1 mm oder nicht mehr als 1 mm geformt. Der dünne Deckelteil 25 ist an seiner äußeren Umfangsfläche mit einem dünnen Ringteil 31 versehen, welcher aus dem gleichen Material besteht und an demselben durch chemisches Aufdampfen befestigt ist. Der dünne Deckelteil 25 ist am Kolbendeckelkörper 29 durch den Ringteil 31 über die wärmeisolierenden Teile 27, 28 befestigt. Der Ringteil 31 ist an seiner inneren Umfangsfläche mit einem abgestuften Teil 35 versehen, und der Kolbendeckelkörper 29 ist in dem Ringteil 31 derart eingepaßt, daß ein äußerer Umfangsteil 36 des Kolbendeckelkörpers 29 gegen den Ringteil 31 anliegt.
Der Kolbendeckelkörper 29 weist an seinem mittleren Teil einen Befestigungsansatz 34 auf und ist aus einem Material mit im wesentlichen gleichem Wärmeausdehnungskoeffizient wie demjenigen eines Keramikmaterials, mit hoher Festigkeit und einem vergleichsweise hohen Elastizitätsmodul geformt, z. B. aus Cermet und einem Metall. Die Fläche dieses Kolbendeckelkörpers 29, die auf der Seite des Brennraums 5 liegt, ist flach ausgebildet, und der Kolbenmantel 39 ist an seinem inneren Teil mit einem Befestigungsloch 26 versehen, in welches der Befestigungsansatz 34 des Kolbendeckelkörpers 29 eingepaßt ist. Der Befestigungsansatz 34 des Kolbendeckelkörpers 29 ist in das mittlere Befestigungsloch 26 im Kolbenmantel 30 eingepaßt, und ein Metallring 33 ist in verformtem Zustand sowohl in eine am Befestigungsansatz 34 ausgebildete Nut als auch in eine in der Innenfläche des mittleren Befestigungslochs 26 ausgebildete Nut eingesetzt, wobei der Kolbendeckelkörper 29 in gepreßtem Zustand in den Kolbenmantel 30 eingreift. Eine wärmeisolierende Luftschicht 32 ist zwischen dem Kolbendeckelkörper 29 und dem Kolbenmantel 30 ausgebildet.
Die wärmeisolierenden Teile 27, 28, die zwischen dem dünnen Deckelteil 25 und dem Kolbendeckelkörper 29 vorgesehen sind, bestehen aus einem Material wie Kaliumtitanat, Aluminiumtitanat, Whisker aus Kaliumtitanat und Zirkonerde-Fasern. Diese Teile 27, 28 wirken als hervorragende Wärmeisolatoren und gleichfalls als Strukturteile zur Aufnahme des am dünnen Deckelteil 25 beim Verbrennungshub angreifenden Drucks. Da der Kolbendeckelkörper 29 in komprimiertem Zustand in den Kolbenmantel 30 eingreift, wird der äußere Umfangsteil 36 des Kolbendeckelkörpers 29 gegen den abgestuften Teil 35 des Ringteils 31 gepreßt, und der Ringteil 31 gegen den Umfangsteil des Kolbenmantels 30. Bei dieser Ausführungsform ist eine Kohlenstoffdichtung 37, eine Art Dichtscheibe, vorgesehen, um den Ringteil 31 und den Kolbenmantel 30 abzudichten.
Im Hinblick auf den Aufbau des Kolbens 20 ist es erforderlich, daß die Kompressionskraft, die aufgrund einer Explosion auftritt, gleichmäßig von den warmeisolierenden Teilen 27, 28 auf Aluminiumtitanat, Kaliumtitanat oder Natriumtitanat aufgenommen wird. Folglich sind die Fläche des Kolbendeckelkörpers 29, welche auf der Seite des Hauptbrennraums 5 liegt, und der dünne Deckelteil 25 flach ausgebildet.

Claims

1. Wärmeisolierender Motor, bestehend aus:

einem Zylinderkopf (10), welcher mit Ansaug- und Auspufföffnungen (18) versehen ist;

einem Zylinderblock (23), welcher am Zylinderkopf (10) befestigt ist, der mindestens einen Zylinder enthält;

einer Zylinderbüchse (22), welche in den bzw. in jeden Zylinder innerhalb des Zylinderblocks (23) eingepaßt ist;

einem Hauptbrennraum (5);

wobei dem bzw. jedem Zylinder zugeordnet ist:

ein Hilfsbrennraumblock (6, 7), der im Zylinderkopf (10) vorgesehen ist und einen Hilfsbrennraum (4) umschließt;

ein Verbindungskanal (16), der im Hilfsbrennraumblock (6, 7) ausgebildet ist und die Haupt- und Hilfsbrennräume (5, 4) miteinander verbindet;

eine Kraftstoffeinspritzdüse (9), welche im Zylinderkopf (10) vorgesehen ist und in den Hilfsbrennraum mündet, und die zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den Hilfsbrennraum (4) ausgelegt ist;

ein Kolben (20), welcher zum Hin- und Herbewegen innerhalb der Zylinderbüchse (22) des Zylinders ausgelegt ist;

dadurch gekennzeichnete daß:

ein Zylinderkopf-Unterteil (2) im Zylinderkopf (10) vorgesehen und ein Zylinderbüchsen-Oberteil (3) einstückig mit dem Zylinderkopf-Unterteil (2) innerhalb des Zylinderkopfs (10) ausgebildet ist, so daß er an seiner unteren Endfläche einer oberen Endfläche der Zylinderbüchse (22) gegenübersteht, wobei der Zylinderkopf-Unterteil (2) und der Zylinderbüchsen-Oberteil (3) aus dünnen Teilen bestehen, welche aus einem hitzebeständigen Keramikmaterial mit hoher Dichte geformt sind, und wobei der Hauptbrennraum durch den Zylinderkopf-Unterteil (2) und den Zylinderbüchsen-Oberteil (3) eingegrenzt ist;

der Hilfsbrennraumblock (6, 7) aus einem Keramikmaterial mit geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet ist;

ein dünner Teil (8) aus einem hitzebeständigen Keramikmaterial mit hoher Dichte auf der Innenfläche des Hilfsbrennraumblocks (6, 7) vorgesehen ist;

ein weiterer dünner Teil (8) aus einem hitzebeständigen Keramikmaterial mit hoher Dichte an der inneren Umfangsfläche des Verbindungskanals (16) vorgesehen ist; und

ein zylindrischer Teil (1) aus einem wärmeisolierenden Material zwischen dem Zylinderbüchsen-Oberteil (3) und dem Zylinderkopf (10) vorgesehen ist, wobei der Zylinderbüchsen-Oberteil (3) in denselben eingepaßt ist.

2. Wärmeisolierender Motor nach Anspruch 1, wobei eine wärmeisolierende Schicht (12) zwischen dem Zylinderkopf (10) und dem Zylinderkopf-Unterteil (2) ausgebildet ist.

3. Wärmeisolierender Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Keramikmaterial mit hoher Dichte, welches den Zylinderkopf-Unterteil (2), den Zylinderbüchsen-Oberteil (3), den dünnen Teil (8) auf der Innenfläche des Hilfsbrennraums (4) und den weiteren dünnen Teil (8) an der Innenfläche des Verbindungskanals (16) bildet, Siliziumnitrid ist.

4. Wärmeisolierender Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Keramikmaterial mit hoher Dichte, welches den Zylinderkopf-Unterteil (2), den Zylinderbüchsen-Oberteil (3), den dünnen Teil (8) auf der Innenfläche des Hilfsbrennraums (4) und den weiteren dünnen Teil (8) an der Innenfläche des Verbindungskanals (16) bildet, Siliziumkarbid ist.

5. Wärmeisolierender Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, welches den Hilfsbrennraumblock (6, 7) bildet, Aluminiumtitanat ist.

6. Wärmeisolierender Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, welches den Hilfsbrennraumblock (6, 7) bildet, Kaliumtitanat ist.

7. Wärmeisolierender Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, welches den Hilfsbrennraumblock (6, 7) bildet, Natriumtitanat ist.

8. Wärmeisolierender Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das wärmeisolierende Material, welches den zylindrischen Teil (1) bildet, Aluminiumtitanat ist.

9. Wärmeisolierender Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hilfsbrennraumblock (6, 7) aus einem oberen Block (6) und einem unteren Block (7) besteht und wobei der obere und untere Block (6, 7) an ihren entsprechenden Berührungsendflächen (38) verbunden sind.

10. Wärmeisolierender Motor nach Anspruch 9, wobei die Kraftstoffeinspritzdüse (9) im oberen Block (6) des Hilfsbrennraumblocks angeordnet und der Verbindungskanal (16) im unteren Block (7) des Hilfsbrennraumblocks vorgesehen ist.

11. Wärmeisolierender Motor nach Anspruch 1, wobei der bzw. jeder Kolben (20) einen Kolbendeckel und einen am Kolbendeckel befestigten Kolbenmantel (30) aufweist; und wobei der Kolbendeckel einen Kolbendeckelkörper (29), eine dünne Deckelplatte (25), welche auf der Seite des Hauptbrennraums (5) angeordnet ist und aus einem Keramikmaterial mit hoher Dichte besteht, sowie wärmeisolierende Teile (27, 28) aufweist, die zwischen dem Kolbendeckelkörper (29) und der dünnen Deckelplatte (25) angeordnet sind.

12. Wärmeisolierender Motor nach Anspruch 11, wobei das Keramikmaterial mit hoher Dichte, welches die dünne Kolbendeckelplatte (25) am Kolbendeckel bildet, Siliziumnitrid ist.

13. Wärmeisolierender Motor nach Anspruch 11, wobei das Keramikmaterial mit hoher Dichte, welches die dünne Kolbendeckelplatte (25) am Kolbendeckel bildet, Siliziumkarbid ist.

14. Wärmeisolierender Motor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die am Kolbendeckel vorgesehenen wärmeisolierenden Teile (27, 28) aus Aluminiumtitanat gebildet sind.

15. Wärmeisolierender Motor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die am Kolbendeckel vorgesehenen wärmeisolierenden Teile (27, 28) aus Kaliumtitanat gebildet sind.