AT402322B

AT402322B - Hybrid-verbrennungskolbenmotor

Info

Publication number: AT402322B
Application number: AT0303586A
Authority: AT
Original assignee: Cessna Aircraft Co
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1997-04-25
Also published as: US4765293A; ATA303586A; DE3638711A1

Description

AT 402 322 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hubkolbenmotor mit einem Zylinderkopf mit praktisch ebener Oberfläche und daran angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen, mit einem Hubkolben, in dessen Oberseite eine topfförmige Ausnehmung als Hauptbrennkammer gebildet ist, mit einer im oberen Druckpunkt des Kolbens oberhalb der Hauptbrennkammer angeordneten Haupteinspritzeinrichtung, mit einer Nebeneinspritzeinrichtung, mit einer Zündeinrichtung und mit einer Verzögerungseinrichtung zum zeitlich verzögernden Einspritzen des Kraftstoffs durch die Haupteinspritzeinrichtung gegenüber der Nebeneinspritzeinrichtung, wobei die Voreinspritzung vor dem oberen Druckpunkt erfolgt.

Ein derartiger Hubkolbenmotor ist z.B. aus der US 4414940 A bekannt. Bei einer weiteren bekannten derartigen Verbrennungskraftmaschine (DE 23 09 916 A1) wird von einer zeitlich getrennten Einspritzung Gebrauch gemacht derart, daß zuerst bei geöffnetem Einlaßventil die Hauptmenge des Brennstoffs in den Ansaugkanal eingespritzt wird, wobei die Brennstoffmenge so bemessen ist, daß ein mageres Gemisch entsteht, daß danach eine Nebenmenge des Kraftstoffs in die Vorkammer eingespritzt wird zwecks Bildung eines fetten Gemischs, und daß dieses durch eine Zündeinrichtung gezündet wird. Ein derartiger Motor soll zu schadstoffärmeren Abgasen führen.

Der Wettbewerb unter den verfügbaren fossilen Brennstoffen in den verschiedenen Transportsegmenten wird zunehmen, und solche Brennstoffe, die nur in verhältnismäßig geringen Mengen hergestellt werden, werden zunehmend teurer, sind häufig nicht überall verfügbar und sind anfällig wegen Umweltschutzanforderungen. Unter den Kraftstoffen für Luftfahrzeuge ist Flugbenzin am verwundbarsten und unterliegt auch den höchsten Einschränkungen hinsichtlich der gänzlichen Eliminierung des Bleianteils als Antiklopfmittel, so daß Flugbenzin hoher Oktanzahl möglicherweise in Zukunft in seiner Verfügbarkeit bedroht ist.

Benzin für Kraftfahrzeuge könnte eine praktische Alternative für Kolben-Flugmotoren niedriger Leistung darstellen. Kolben-Flugmotoren hoher Leistung und für große Höhen hängen jedoch weiter von Flugbenzin hoher Oktanzahl oder von alternativen Kraftstoffen ab. Turbinenkraftstoffe sind weltweit verfügbar, da die Fluglinien und das Militär diesen Kraftstoff verwenden. Dieser wird daher auch in Zukunft zur Verfügung stehen und sich auf ein existierendes Verteilungsnetz stützen können. Probleme, wie sie bei dem Einsatz von Kraftfahrzeugbenzin in Luftfahrzeugen entstehen, werden damit vermieden.

Verbrennungskraftmaschinen mit geschichteter Ladung sind bereits seit über fünfzig Jahren bekannt (US 2 191 042 A). Einige dieser Brennkraftmaschinen ließen sich in vereinzelten Fällen erfolgreich mit Turbinenkraftstoff betreiben, wurden jedoch nur für bodengebundene Transportzwecke verwendet. Die geschichtete Ladung und die Anpassung an Diesel-Turbinenkraftstoff, wie sie bisher vorgenommen worden ist, bilden Maschinen mit niedriger spezifischer Ausgangsleistung, wobei wenig Rücksicht genommen ist auf Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen und im wesentlichen versucht wurde, einen gewissen Emissionsstandard zu erreichen und die Verwendbarkeit verschiedener Kraftstoffarten. All diese früheren Entwicklungen haben zu keiner leichten Verbrennungskraftmaschine mit hoher spezifischer Leistung geführt, die mit Turbinenkraftstoff betrieben werden kann.

Es ist zwar bereits bekannt, Pilotbrennstoffe einzuspritzen und durch einen Zündfunken oder ein Oberflächenheizelement zu entzünden, um eine Flamme oder einen Strom heißen Gases zu erzeugen, der wiederum die Hauptbrennstoffladung zündet (eingangs genannte DE-A1 sowie US 2 902 011 A und 4 414 940 A), jedoch sind die Eigenschaften derartiger Brennkraftmaschinen insbesondere für Flugzeugmotoren verbesserungsfähig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybrid-Verbrennungskolbenmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der gute Leistungsdaten aufweist, sich im wesentlichen mit Turbinenkraftstoff betreiben läßt und die Nachteile der bekannten Konstruktionen nicht aufweist.

Die Aufgabe wird durch einen Hubkolbenmotor eingangs genannter Art gelöst, bei dem im Zylinderkopf eine Vorkammer ausgebildet ist, in der die Zündeinrichtung und Nebeneinspritzeinrichtung angeordnet sind, ein Überströmkanal vorgesehen ist, der im oberen Druckpunkt des Kolbens von der Vorkammer aus zur Hauptbrennkammer führt und dort tangential einmündet und das Verdichtungsverhältnis zwischen 1:7 und 1:16 liegt.

Es ist zwar bereits bekannt, den Kolbenboden in gewisser Weise zu formen, so daS bei Annäherung des Kolbens an den oberen Totpunkt eine bessere Verwirbelung des Gemisches eintritt (US 4 166 436 A und 4 594 976 A), jedoch reicht dies nicht aus, um die gestellte Aufgabe zu lösen. Darüber hinaus sind zusätzliche Arbeitsschritte nötig, um die Kolben mit rampenartigen Ausnehmungen zu versehen.

Ein derartiger Verbrennungsmotor verwendet eine geschichtete Ladung und arbeitet im Ottobetrieb während des Startens, des Leerlaufs und bei geringer Leistungsabgabe, wobei die Betriebsart zu höheren spezifischen Ausgangsleistungen hin allmählich in eine Zündfunken- oder glühkerzenunterstützte oder eine nicht unterstützte Dieselbetriebsart übergeführt wird. Der Übergang von einer Betriebsart in die andere und der Verlauf dieses Übergangs hängt von den verwendeten Kraftstoffen, von dem Verdichtungsverhältnis, der Höhe des Turboladerdruckes, den Kühlmitteltemperaturen, der spezifischen Ausgangsleistung, der Einlaß- 2

AT 402 322 B lufttemperatur, den Volumina der Vorbrennkammer und des Hauptbrennraums, von den Verhältnissen der Auslaßöffnung der Vorbrennkammer sowie von weiteren Parametern ab. Durch Wahl und Steuerung dieser Variablen läßt sich der Verbrennungsmotor für eine Vielzahl von Anwendungen einrichten.

Durch die besondere Ausbildung und Anordnung der Verbindung der Vorbrennkammer mit dem s Hauptbrennraum wird während des Verdichtungshubes eine Verwirbelung der Luft in der Vorbrennkammer erzielt. Während dieser Verwirbelungsbewegung und bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat, wird über die Hilfseinspritzeinrichtung Kraftstoff in die Vorbrennkammer eingespritzt, der nach Vermischung mit der Luft gezündet wird. Während des Startens, bei Leerlauf oder bei niedriger spezifischer Ausgangsleistung hängt der 70 Verbrennungsprozeß in der Vorbrennkammer weitgehend oder vollständig von den oben angegebenen Prinzipien der geschichteten Ladung ab. Mit zunehmender Leistung jedoch, also mit höherem Kraftstoffdurchsatz und höheren Oberflächentemperaturen des Brennraumes ändern sich die Ursachen für die Zündung des Gemisches, und die Verbrennung nähert sich einer Zündfunken- oder glühkerzenunterstützten oder einer nicht unterstützten Dieselbetriebsweise an. 75 Sobald sich die Verbrennung in der Vorbrennkammer entwickelt, steigen die Temperatur und der Druck an, und die Verwirbelungsbewegung kehrt sich um, sobald Brenngase die Vorbrennkammer durch den Durchlaß verlassen und in den Hauptbrennraum einströmen. Die Verbrennungsgase strömen dabei bis in die topfförmige Ausnehmung, wobei die Gasverwirbelung innerhalb dieser Ausnehmung eingeleitet oder verstärkt wird. Sobald der Kolben die obere Totpunktlage erreicht, wird der Abstand zwischen dem 20 Kolbenboden und der inneren Oberfläche des Zylinderkopfes so klein, daß die Gase aus diesem Raum in Richtung auf die topfförmige Ausnehmung getrieben werden.

Die heißen Gase, der unverbrannte Kraftstoff und/oder die Flammgase, die aus der Vorbrennkammer austreten, erhöhen die Temperatur und den Druck in der Ausnehmung weiter, und bei Einspritzung von Kraftstoff durch die Haupteinspritzeinrichtung wird dadurch das Vermischen des Brennstoffs mit den 25 verwirbelten Gasen und der Verbrennungsvorgang selbst beschleunigt, wobei dadurch auch die Zündung des Gasgemisches in dem Hauptbrennraum unterstützt wird. Bei niedriger spezifischer Ausgangsleistung ist die Zündung der Gase in dem Hauptbrennraum abhängig von dem aus der Vorbrennkammer ausströmenden heißen und/oder brennenden Gas. Mit zunehmender Leistung hingegen nimmt diese Abhängigkeit ab, und die Verbrennung geht allmählich in eine Verbrennung durch nicht unterstützte Kompressionszündung 30 über.

Durch Anordnung der topfförmigen Ausnehmung unter dem Auslaßventil ergeben sich verringerte Wärmeverluste aus dem Hauptbrennraum und eine Einschließung der Gase in diesem innerhalb heißer und isolierter Begrenzungsflächen. Es können auch isolierende Einsätze, Auskleidungen mit oder ohne katalytische Eigenschaften in der Vorbrennkammer, dem Hauptbrennraum und an den Schrägflächen vorgesehen 35 sein, um die chemischen Reaktionen in der Vorbrennkammer zu unterstützen, die Verbrennungsverzögerungszeit zu verkleinern, die Bildung von Ablagerungen besser zu beherrschen und um Hitzeverluste durch das Kühlmittel und durch Schmiermittel zu reduzieren oder auch um eine Abschreckwirkung an den Grenzflächen zu vermeiden und eine Gaserosion aufgrund übermäßiger Erhitzung bei Teilen aus Leichtmetallegierungen zu vermeiden. 40 Der Einspritzzeitpunkt bei der Hilfseinspritzeinrichtung und der Haupteinspritzeinrichtung kann gleich liegen oder abgestuft sein, je nach den gegebenen Parametern wie der maximalen spezifischen Ausgangsleistung, der Motordrehzahl, den verwendeten Brennstoffen und je nach der zu rechtfertigenden Komplexität der Brennstoffeinspritzsysteme.

Die oben geschilderten Verhältnisse ermöglichen die Verwendung eines relativ niedrigen Verdichtungs-45 Verhältnisses für die Erzielung hoher spezifischer Ausgangsleistungen unter Verwendung von Turbinenkraftstoff oder anderen Kraftstoffen, die keine bestimmten Oktan- oder Ketanzahlen aufweisen müssen. Die Brennkraftmaschine nach der Erfindung läßt sich auch mit verhältnismäßig hohen Brenn-stoff/Luftverhältnissen verwenden (im Vergleich zu üblichen Dieselmotoren), so daß die Größe, das Gewicht, das Einbauvolumen und die Herstellungskosten klein gehalten werden und der Aufwand für eine Turbola-50 düng reduziert wird.

Die Verwendung einer Zündkerzen- oder glühkerzenunterstützten Zündung der Gase, von Isolierauskleidungen der Brennräume und die Flammzündung in dem Hauptbrennraum durch die Flammgase der Vorbrennkammer reduziert die Verbrennungsverzögerung, so daß die Menge des bei der Zündung vorhandenen Dieseltreibstoffs begrenzt wird und übliche Verbrennungsdruck-Anstiegsgeschwindigkeiten 55 sowie Spitzendrücke erzielt werden. Diese Umstände sind günstig für das Klopfverhalten und verringern die Anforderungen an die Struktur des Verbrennungsmotors.

Der Verbrennungskolbenmotor nach der Erfindung läßt sich mit Turbinenkraftstoff oder mit anderen Kraftstoffen unabhängig von deren Oktanzahl oder Ketanzahl betreiben. Er hat ein geringes Leistungsge- 3

AT 402 322 B wicht, ein verhältnismäßig niedriges Verdichtungsverhältnis und ein verhältnismäßig hohes Brenn-stoff/Luftverhältnis.

Der spezifische Luftverbrauch ist niedrig, und der Motor läßt sich ohne Drossel betreiben, so daß er sich in Verbindung mit Turboladern für größere Höhen eignet. 5 Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der wesentlichen Teile eines Kolbenmotors; Fig. 1A ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform; Fig. 2 ist eine perspektivische io Ansicht auf eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform eines Kolbens; Fig. 3 ist eine Draufsicht, in der die Vorbrennkammer und die dieser zugeordneten Einrichtungen gestrichelt dargestellt sind; Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 3, die den Zylinder, den Zylinderkopf und den Kolben in der oberen Totpunktlage zeigt; Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 6; Fig. 5A ist ein Schnitt längs der Linie 5A-5A von Fig. 6A; Fig. 6 ist ein Schnitt durch die Vorbrennkammer und den 75 Zylinder; Fig. 6A ist ein der Fig. 6 entsprechender Schnitt der Ausführungsform nach Fig. 1A; Fig. 7 ist ein der Fig. 5 ähnlicher Schnitt durch eine abgeänderte Vorbrennkammer; Fig. 8 ist ein der Fig. 6 entsprechender Schnitt durch die abgeänderte Vorbrennkammer nach Fig. 7; Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht der abgeänderten Vorbrennkammer; Fig. 10 zeigt in stark vereinfachter Darstellung die Luft-, Brennstoff- und Gasströmungen während der Verdichtung, in der oberen Totpunktlage bzw. beim zo Beginn des Arbeitstaktes bei der Ausführungsform nach Fig. 1; Fig. 11 zeigt eine perspektivische Darstellung des Kolbenbodens mit den verschiedenen Luft- und Gasströmungswegen in der oberen Totpunktlage; Fig. 10A zeigt eine der Fig. 10 entsprechende Darstellung für die Ausführungsform nach Fig. 1A, und Fig 11A zeigt eine der Fig. 11 entsprechende Darstellung für die Ausführungsform nach Fig. 1A. 25 Der in Fig. 1 dargestellte Hybrid-Kolbenmotor 10 kann mehrere Zylinder aufweisen, wobei lediglich ein einziger Zylinder 15 dargestellt ist. Der Kolbenmotor ist von üblicher Bauart, so daß die betreffenden Bauteile nicht näher beschrieben sind.

Der Kolbenmotor umfaßt einen Kolben 11, der in dem Zylinder 15 bewegbar ist, dessen oberes Ende durch einen Zylinderkopf 34 mit einem üblichen Einlaßventil 12 und Auslaßventil 13 abgeschlossen ist, die so einen Einlaß 14 bzw. Auslaß 32 (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) abschließen. Durch die innere Oberfläche 36 des Zylinderkopfes 34 ragt eine Haupteinspritzdüse 25, wie am besten aus den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist. In dem Zylinderkopf 34 befindet sich ferner eine Vorbrennkammer 19, die mit dem Zylinderinnenraum über einen geraden Durchlaß 20 verbunden ist (Fig. 3 und 4). Die Querschnittsfläche des Durchlasses 20 sollte so klein sein, daß während des Verdichtungshubes eine große Gasgeschwindig- 35 keit in der Vorbrennkammer 19 erzielt wird, so daß der Brennstoff schnell vermischt wird. Andererseits sollte die Geschwindigkeit nicht so hoch sein, daß der Zündflammenkern ausgelöscht wird. In der Vorbrennkammer 19 befindet sich ferner eine Zündkerze 24 sowie eine Zusatz-Einspritzdüse 22. Diese sowie die Haupteinspritzdüse 25 werden durch übliche Einspritzeinrichtungen, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind, mit Kraftstoff versorgt. Die Vorbrennkammer 19 ist kugelförmig gestaltet, und der gerade 40 Durchlaß 20 mündet tangential in die Vorbrennkammer, so daß die durch den Durchlaß 20 einströmenden Gase einen Strömungswirbel erzeugen.

In dem Kolbenboden 38 befindet sich eine topfförmige Ausnehmung 16, die geringfügig außermittig angebracht ist und eine große Oberfläche aufweist. Diese Ausnehmung bildet in der oberen Totpunktlage des Kolbens den Hauptbrennraum, wenn der Kolben 11 sich nahe seiner oberen Totpunktlage befindet, wie 45 in den Fig. 2, 4, 5 und 7 dargestellt ist. Der Durchlaß 20 mündet tangential am Rand der Ausnehmung 16.

Fig. 2 zeigt einen geringfügig modifizierten Kolben 11',in dessen Kolbenboden außer der Ausnehmung 16’ eine tangential zu derem Rand verlaufende Anschrägung 17 vorgesehen ist, die mit dem Durchtritt 20 in der oberen Totpunktlage des Kolbens fluchtet. ln der oberen Totpunktlage ist der Abstand zwischen der Oberfläche des Kolbenbodens 38 und der so inneren Oberfläche 36 des Zylinderkopfes auf das aus praktisch mechanischen Gründen erforderliche Minimalmaß reduziert, so daß im wesentlichen das gesamte Volumen des Verbrennungsraumes im oberen Totpunkt durch das Volumen der Vorbrennkammer 19, des Durchlasses 20, der topfförmigen Ausnehmung 16 und gegebenenfalls der Anschrägung 17 gebildet ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 1A unterscheidet sich von der vorhergehend beschriebenen Ausfüh-55 rungsform durch die Gestalt der Vorbrennkammer 19', die länglich gestaltet ist und an ihrem einen, offenen Ende in den verjüngten Durchlaß 20' übergeht, während am anderen Ende die Zündkerze 24 und die Hilfseinspritzeinrichtung 22 eingesetzt sind. 4

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Die Fig. 5 und 6 zeigen eine geringfügig modifizierte Ausführungsform eines Verbrennungsmotors, bei dem die topfförmige Ausnehmung 16 und die Vorbrennkammer als Einsätze 40 ausgebildet sind. Die Einsätze bestehen aus temperaturisolierenden Materialien, um zu bewirken, daß die Oberflächentemperatur der Wände des Brennraumes zur Unterstützung der Verbrennung erhöht wird. Verschiedene Arten von Materialien lassen sich für diesen Zweck verwenden, die nicht nur den chemischen Ablauf der Verbrennung beeinflussen, sondern auch die Verbrennung beschleunigen, die Verbrennungsverzögerung reduzieren und die Verdampfung des auf die Oberfläche des Einsatzes auftreffenden Brennstoffes beschleunigen. Außerdem ergeben sich geringere Ablagerungen von Verbrennungsrückständen. Die Vorbrennkammer 19 kann in gleicher Weise mit derartigen Materialien oder auch mit anderen Materialien ausgekleidet sein oder als daraus gefertigter Einsatz bestehen. Als Material für die Auskleidungen lassen sich z.B. Nickel-Chrom und kupferhaltige Stoffe verwenden. Es können auch keramische Stoffe verwendet werden mit einem Gehalt an Zirkon, welche die Verbrennung durch katalytische Wirkung verbessern. Die Fig. 5A und 6A zeigen eine den Fig. 5 und 6 entsprechende Ausführungsform für einen Motor mit länglicher Vorbrennkammer gemäß Fig. 1A.

Die Fig. 7 und 8 sowie die Fig. 9 zeigen abgeänderte Ausführungsformen der Durchlässe für die Ausführungsformen nach Fig. 1 bzw. 1A, wobei der Durchlaß in mehrere Kanäle unterteilt ist. Dadurch läßt sich ein unterschiedliches Flammenaustrittsmuster erreichen und der Verbrennungsablauf sowie die Strömungsrichtung in der Hauptbrennkammer beeinflussen.

Der in den Figuren dargestellte Verbrennungsmotor hat folgende Wirkungsweise. Der Kolbenmotor 10 arbeitet als Viertaktmotor, wobei im ersten Takt, dem Ansaugtakt, der Kolben 11 nach unten bewegt wird, das Einlaßventil 12 geöffnet und das Auslaßventil 13 geschlossen ist. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 11 bewirkt, daß Luft durch den nicht mit einer Drossel versehenen Einlaß 14 in den Zylinder eingesaugt wird. Diese Luftansaugung kann durch einen Turbolader unterstützt werden. Beim zweiten Takt, dem Verdichtungstakt, wird das Einlaßventil 12 geschlossen, während das Auslaßventil 13 geschlossen bleibt, und der Kolben 11 wird nach oben bewegt, so daß die Luft in dem Zylinder 15 verdichtet wird: wobei Luft durch den geraden Durchlaß 20 in die Vorbrennkammer 19 strömt und dort einen Luftwirbel erzeugt, wie in Fig. 10, links, gezeigt ist. Der optimale Einspritzzeitpunkt für den Zusatzkraftstoff hängt von verschiedenen Faktoren ab und variiert, je nach den Betriebsbedingungen und der Größe des Motors. Der optimale Einspritzzeitpunkt liegt zwischen 50* und 0* vor dem oberen Totpunkt. Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann gleich bleiben oder variieren, abhängig von unterschiedlichen Anwendungen und Betriebsbedingungen. Praktisch gleichzeitig mit der Einspritzung des Zusatzkraftstoffes wird ein Zündfunke an der Zündkerze 24 erzeugt, der die Verbrennung einleitet. Anstelle der Zündkerze können auch andere Zündquellen verwendet werden, etwa eine elektrisch beheizte Glühkerze, die während des Start- und Warmlaufbetriebes erregt wird, während sie sonst durch die Verbrennungswärme erhitzt bleibt und dann keine elektrische Energie benötigt. Sobald der Zusatzbrennstoff verbrennt, expandieren die Brenngase, so daß die Strömungsrichtung in der Vorbrennkammer umgekehrt wird, wie in Fig. 10, Mitte, durch den Pfeil 27 angezeigt wird. Die Brenngase treten nun durch den Durchlaß 20 und gelangen tangential in die topfförmige Ausnehmung 16, wo sie eine Verwirbelung der Gase bewirken, wie in Fig. 11 durch den Pfeil 28 angedeutet ist.

Die Fig. 10A und 11A zeigen die entsprechenden Verhältnisse bei einem Motor gemäß Fig. 1A mit länglicher Vorbrennkammer.

Sobald sich der Kolben 11 dem oberen Totpunkt nähert, wird der Abstand zwischen dem Kolbenboden 38 und der inneren Oberfläche 36 des Zylinderkopfes in dem nicht von der Ausnehmung und den Schrägflächen bedeckten Teil des Kolbenbodens so klein, daß die Gase aus diesem Teil herausgedrückt werden und in die Bereiche über den Schrägflächen und in die topfförmige Ausnehmung 16 gelangen, wie in Fig. 7 dargestellt ist Dabei fließt ein wesentlicher Teil der Gase über die zweite Schrägfläche 18 und trifft mit den aus der Vorbrennkammer 19 kommenden und über die Schrägfläche 17 fließenden Brenngasen zusammen, die dann gemeinsam in die topfförmige Ausnehmung 16 strömen.

Durch die Haupteinspritzdüse 25 wird Kraftstoff 29 in den durch die Ausnehmung 16 gebildeten Hauptbrennraum eingespritzt Der Einspritzzeitpunkt kann gleich oder zeitverschoben zu dem Einspritzzeitpunkt des Zusatzkraftstoffs sein. Im allgemeinen wird die Einspritzung des Hauptkraftstoffs später erfolgen als die Einspritzung des Zusatzkraftstoffs, und zwar zu einem Zeitpunkt, wenn sich die Verbrennung in der Vorbrennkammer entwickelt hat. Dies entspricht einem Einspritzzeitpunkt zwischen 30* und 5’ nach dem oberen Totpunkt. Eine verzögerte Einspritzung des Kraftstoffs bewirkt auch, daß dieser mit einer minimalen Zeitverzögerung verbrennt, gefördert durch die Verwirbelung in der Ausnehmung 16, und zwar sobald er die Einspritzdüse 25 verläßt, Da sich in der Ausnehmung 16 kein Brennstoff ansammeln kann, verläuft die Verbrennung weich und ergibt niedrige Spitzendrücke. 5

Claims

AT 402 322 B Unter gewissen Bedingungen, etwa bei niedriger Leistung oder bei kaltem Motor, können die aus der Zusatzeinspritzdüse und der Haupteinspritzdüse austretenden Kraftstoffnebel auf die Oberflächen der Vorbrennkammer 19 bzw. der Ausnehmung 16 auftreffen, so daß eine Verbrennungsverzögerung eintritt. Bei diesen Bedingungen hängt die Verbrennung des auf die Wände aufgetroffenen Kraftstoffes in hohem 5 Maße von den Verdampfungsgeschwindigkeiten von diesen Oberflächen ab. Sowohl die Zusatzeinspritzdüse 22 als auch die Haupteinspritzdüse 25 spritzen direkt in die Vorbrennkammer 19 bzw. die Ausnehmung 16 ein, so daß ein großer Bereich von Brennstoffluftverhältnissen verwendbar ist. Bei einem Kolben gemäß Fig. 2 gelangen die Flammgase 27 aus dem Durchlaß 20 über die io Anschrägung 17' in die Ausnehmung 16, wie in den Fig. 11 und 11A dargestellt ist. Die Einlaß- und Auslaßventile eines Zylinders können auch mehrfach vorhanden sein. Patentansprüche is 1. Hubkolbenmotor mit einem Zylinderkopf mit praktisch ebener Oberfläche und darin angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen, mit einem Hubkolben (11), in dessen Oberseite eine topfförmige Ausnehmung als Hauptbrennkammer (16) gebildet ist, mit einer im oberen Totpunkt des Kolbens (11) oberhalb der Hauptbrennkammer (16) angeordneten Haupteinspritzeinrichtung (25), mit einer Nebeneinspritzeinrichtung (22), mit einer Zündeinrichtung (24) und mit einer Verzögerungseinrichtung zum zeitlich zo verzögerten Einspritzen des Kraftstoffs durch die Haupteinspritzeinrichtung (25) gegenüber der Neben-einspritzeinrichtung (22), wobei die Voreinspritzung vor dem oberen Totpunkt erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf (34) eine Vorkammer (19) ausgebildet ist, in der die Zündeinrichtung (24) und Nebeneinspritzeinrichtung (22) angeordnet sind, daß ein Überströmkanal (20) vorgesehen ist, der im 25 oberen Totpunkt des Kolbens (11) von der Vorkammer (19) aus zur Hauptbrennkammer (16) führt und dort tangential einmündet und daß das Verdichtungsverhältnis zwischen 1 : 7 und 1:16 liegt.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (20) aus mehreren Kanälen (20') besteht, von denen mindestens einer tangential in die Vorkammer (19) mündet. 30
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (20) einen Durchmesser entsprechend 1/8 bis 1/65 des Durchmessers der Vorkammer (19) aufweist.
4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbrennkammer (16) 35 mit einer wärmeisolierenden Auskleidung versehen ist.
5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (19) mit einer wärmeisolierenden Auskleidung (40) versehen ist. 4o
6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (13) über der Hauptbrennkammeer (16) liegt.
7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtungsverhältnis im Bereich zwischen 1:10 und 1:12 liegt. 45
8. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebeneinspritzeinrichtung (22) einen praktisch konstanten Treibstoffdurchsatz pro Zyklus aufweist und daß lediglich der Treibstoffdurchsatz durch die Haupteinspritzeinrichtung (25) veränderbar ist.
9. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoffdurchsatz pro Zyklus sowohl bei der Nebeneinspritzeinrichtung (22) als auch bei der Haupteinspritzeinrichtung (25) veränderbar ist.
10. Motor nach eins der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Auslaß eine 55 Mehrventilanordnung aufweist.
11. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (19) eine längliche Gestalt aufweist. 6 AT 402 322 B
12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende dar Vorkammer an den Überströmkanal (20) angrenzt und das andere Ende der Vorkammer (19) die Zündeinrichtung (24) und die Nebeneinspritzeinrichtung (22) aufweist.
13. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (20) außer Fluchtung mit der Längsachse der Vorkammer (19) verläuft.
14. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinspritzung in die Vorkammer im Bereich zwischen 50° und 0° vor dem oberen Totpunkt erfolgt. Hiezu 7 Blatt Zeichnungen 7