DE2548086A1

DE2548086A1 - Brennkraftmaschine mit paarweise etwa phasengleich arbeitenden arbeitsraeumen

Info

Publication number: DE2548086A1
Application number: DE19752548086
Authority: DE
Inventors: Robert Happel
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1975-10-28
Publication date: 1977-05-05

Description

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Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertiirkheim

Daim Io 897/4

ik.10.75

Brennkraftmaschine mit paarweise etwa phasengleich arbeitenden Arbeitsräumen

Die zunehmende Motorisierung bringt eine Umweltbelästigung durch Abgase mit sich und die Motorhersteller sind bemüht, die Motoren so zu bauen, daß sie weniger Schadstoffe im Abgas enthalten.

Im Hinblick auf das Abgasverhalten ist der Dieselmotor recht ordentlich, da er - zumindest im Teillastbereich relativ wenig Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid enthält. Vorteilhaft ist ferner neben dem geringen Kraftstoffverbrauch die einfache und gute Regelbarkeit der Dieselmotoren und die geringe Störanfälligkeit des Regelsystems. Hinsichtlich der Abgase ist jedoch festzustellen, daß sie bei Vollast u. U. viel Ruß enthalten. Die Rußbil-

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dung ist vor allem auf die starke Temperaturabsenkung im Arbeitsgas während des Expansionshubes, bedingt durch die starke Verdichtung, auf die Tröpfchengröße des Kraftstoffes und auf die drehzahlbedingten kurzen Verbrennungszeiten im Vollastbereich zurückzuführen. Nachteilig an den Dieselmotoren ist ferner, daß sie mit Rücksicht auf die begrenzte Aufbereitungsmöglichkeit des Luft/Kraftstoff-Gemisches und die vergleichsweise nur geringe Verbrennungsgeschwindigkeit in der Maximaldrehzahl begrenzt sind. Ferner ist wegen des relativ langsamen und mäßigen Druckanstieges nach der Zündung ("Gleichdruckverbrennung") der mittlere effektiv wirksame Arbeitsdruck ebenfalls nur mäßig. Dem Dieselmotor sind also von seiner Arbeitsweise als selbstzündende Brennkraftmaschine natürliche Grenzen in der Drehzahl und im Arbeitsdruck und somit in der Leistungskonzentration gesetzt.

Aus der Gruppe der fremdgezündeten gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen ist im Hinblick auf das Abgasverhalten der fackelgezündete Schichtladungsmotor von besonderem Interesse geworden. Hierbei ist der Arbeitsraum in einen Hauptarbeitsraum und in eine vorgelagerte Zündkammer geteilt. Die Ladung der Zündkammer ist stöchiometrisch zusammengesetzt und wird durch einen elektrischen Zündfunken gezündet, wohingegen die Ladung des Hauptarbeitsraumes lastabhängig unterschiedlich zusammengesetzt ist und durch einen aus der Zündkammer herausschlagenden kräftigen Zündfackelstrahl gezündet wird. In einem unteren Lastbereich wird der Hauptarbeitsraum mit einer im Verhältnis von Luft zu Kraftstoff etwa gleichbleibenden überstöchiometrischen

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Ladung unterschiedlicher Menge - je nach Motorbelastung gefüllt (Quantitätsregelung), wohingegen in einem oberen Lastbereich bei etwa gleichbleibender Luftmenge in der Ladung der Kraftstoffanteil lastabhängig erhöht wird (Qualitätsregelung). Wegen des hohen Luftanteils im Hauptarbeitsraum ist die Abgaszusammensetzung zumindest im Teillastgebiet sehr gut. Wegen der Reduzierung des Luftüberschusses gegen Vollast ist auch die Leistungsausbeute, bezogen auf das Motorgewicht bzw. auf die Motorgröße, mit bestehenden Motoren vergleichbar. Für die Ladung des Hauptarbeitsraumes ist aber wegen der gemischten Regelung ein kompliziertes Regelsystem notwendig. Das Regelsystem wird vor allem aus folgenden Grund kompliziert: Da in beiden Regelbereichen für die Zündkammer lastunabhängig eine stets gleichbleibende, nämlich stöchiometrisch zusammengesetzte Ladung benötigt wird, muß das Kraftstoffdefizit gegenüber der Hauptladung durch eine gezielte Anreicherung nachdosiert

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werden. Und zwar nimmt die Anmdier/ menge im Bereich der Quantitätsregelung aufgrund der lastabhängig zunehmenden Ladungserhöhung gleichsinnig analog zur Last zu. Im Bereich der Cualitätsregelung Hingegen nimmt wegen des ansteigenden Kraftstoffanteiles im Hauptarbeitsraum die Anreicherung smenge gegensinnig analog zur Last ab. D. h. die Gemischaufbereitung für die Zündkammer ist wegen des Einströmens der Hauptladung in die Zündkammer bei der Kompression trotz konstanter Ladungsqualität in der Zündkammer sehr kompliziert und benötigt ein gesondertes entsprechend kompliziertes Regelsystem.

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Trotz der Vorteile der Schichtladungsmotoren hinsichtlich Abgasverhalten und Leistungsdichte sind diese wegen der komplizierten Regelsysteme relativ teuer und störanfällig.

Die Erfindung sucht, die Vorteile beider Motorenarten in einem Motor zu vereinigen und dabei deren jeweilige Nachteile auszuschalten.

Die Erfindung geht dabei zunächst aus von einer z. B. aus der DT-OS 2 337 5°9 bekannten taktweise arbeitenden Brennkraftmaschine mit paarweise benachbart angeordneten, getrennten, wenigstens angenähert phasengleich sich vergrössernden und verkleinernden Arbeitsräumen von größenordnungsmäßig wenigstens angenähert gleichem Arbeitsvolumen, die paarweise mittels eines taktweise steuerbaren Überströmkanals untereinander verbindbar sind und von denen einer der Arbeitsräume innerhalb eines Paares auf eine höhere Verdichtung ausgelegt ist als der andere und von denen der höherverdichtende Arbeitsraum im Ansaugtakt mit Luft und der niedrigerverdichtende Arbeitsraum mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch gefüllt wird.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der höherverdichtende Arbeitsraum auf eine Verdichtung für Selbstzündung ausgelegt und mit einem Einspritzventil versehen ist, welches an eine etwa im Bereich des Zeitpunktes größter Verdichtung einspritzende, selbstzündenden Kraftstoff fördernde Hochdruckeihspritzpumpe angeschlossen ist, und daß der niedrigerverdichtende

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Arbeitsraum auf eine Verdichtung für Fremdzündung ausgelegt ist und sein Gemisch durch ein Öffnen des Überströmkanals zeitlich nach dem Einspritzen in den höherverdichtenden Arbeitsraum fremdgezündet wird.

Durch die Erfindung wird eine Vereinigung einer selbstzündenden und einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine herbeigeführt. Der Diesel-Arbeitsraum zündet mittels eines durch den Überströmkanal in den benachbarten Arbeitsraum durchschlagenden Zündfackelstrahles dessen Ladung. Aufgrund der großen Leistung dieser Zündfackel können auch sehr kraftstoffarme also stark überstöchiometrische Ladungen, und zwar auch hinsichtlich der schwersiedenden Bestandteile des Kraftstoffes sicher gezündet werden. Es kann der Motor daher sowohl im Selbstzündungsteil als.auch im fremdgezündeten Teil im Teillastbereich mit hohem Luftüberschuß betrieben werden, wodurch die Schadstoffe im Abgas sehr stark reduziert werden und der Kraftstoff gut ausgenützt, also ein geringer speziflöscher Kraftstoffbedarf im häufig benötigten Teillastgebiet erzielt wird. Die Start- und Warmlaufeigenschaften sind wegen der von Hause aus guten Starteigenschaften eines Dieselmotors sehr gut.

Es kommt bei dem erfindungsgemäßen Motor nicht nur zu einer - zeitlich im Bereich des ZündZeitpunktes liegenden - Verbrennungsbeeinflussung von dem seIbstzündenden Arbeitsraum zu dem fremdgezündeten Arbeitsraum, sondern auch - und zwar insbesondere gegen Ende des Expansionshubes - in umgekehrter

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Richtung. Der nach dem Dieselprinzip arbeitende Arbeitsraum expandiert relativ stark. Hierdurch kommt es zu einem entsprechend starken Temperaturabfall in dem selbstzündenden Arbeitsraum, wodurch wiederum die Verbrennung stark verzögert wird. Anders ist es in dem fremdgezündeten weniger hoch verdichtenden Arbeitsraum. Dieser expandiert nicht so stark, die Temperaturabsenkung ist geringer und dementsprechend die Verbrennungsgeschwindigkeit schneller. Ein weiterer wesentlicher Grund für den raschen Ablauf der Verbrennung im fremdgezündeten Arbeitsraum ist der, daß die Kraftstoffteilchen schon längere Zeit - Ansaugtakt und Verdichtungstakt - sich im Arbeitsmedium aufhalten und mehr Zeit besteht für einen übergang von der Nebelform in ein echtes Gas. Es ist also während des Expansionshubes einmal ein Zeitpunkt erreicht, an dem der Arbeitsdruck im fremdgezündeten Arbeitsraum größer ist als im selbstzündenden Arbeitsraum. Ab diesem Zeitpunkt strömt durch den immer noch offengehaltenen überströmkanal heißeres Arbeitsmedium vom fremdgezündeten in den mit weniger heißem Gas gefüllten selbstzündenden Arbeitsraum. Hierdurch wird die Arbeitsmitteltemperatur dieses Arbeitsraumes und somit die Verbrennungsgeschwindigkeit darin angehoben. Die Ladung des fremdgezündeten Arbeitsraumes schiebt also - insbesondere gegen Ende des Expansionshubes - die Verbrennung der Ladung im selbstzündenden Verbrennungsraum an. Es kommt also eine gegenseitige Beeinflussung der Verbrennung zustande.

Aufgrund dessen wird der mittlere Effektivdruck- im selbstzündenden Arbeitsraum gegenüber einem isolierten Dieselprozeß von sonst gleichen Bedingungen etwas angehoben und es

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können höhere Maximaldrehzahlen hinsichtlich des selbstzündenden Arbeitsraumes zugelassen werden. Der auf das Volumen bezogene Leistungsanteil des selbstzündung en Arbeitsraumes an der Gesamtleistung wird also höher als bei einem vergleichbaren isolierten Dieselmotor.

Die Abgase aus dem fremdgezündeten Arbeitsraum sind heißer, als die aus dem selbstgezündeten Arbeitsraum. Sie vermischen sich in der gemeinsamen AbgasSammelleitung. Sofern in dem Abgas noch Ruß enthalten sein sollte, was insbesondere bei Vollast der Fall sein kann, so kommt es aufgrund der Vermischung der heißen Abgase mit den anderen noch sauerstoffhaltxgen Abgasen zu einer Nachverbrennung, wodurch der Rußkohlenstoff zu CO₀ oxydiert wird. Ein Rußanteil im Abgas wird also durch selbsttätige und einfache Nachverbrennung in der Abgasleitung beseitigt, bevor das Abgas ins Freie tritt.

Da aufgrund der Trennung der Arbeitsräume während des Ansaug- und Kompressionstaktes eine Vermischung der Ladungen vor deren Zündung nicht stattfinden kann und da zum anderen wegen des Selbstzündungsprinzips in dem einen Arbeitsraum beliebige Luft/Kraftstoff-Verhältnisse zugelassen werden können, entfällt die bei Zündkammermotoren erforderliche komplizierte Steuerung der Anreicherung der Zundkammer. Das Regelsystem des erfindungsgemäßen Motors ist praktisch das eines Dieselmotors mit den bewährten und wenig störanfälligen Elementen Hochdruckeinspritzpumpe und Fliehkraftregler. Diese Elemente können ohne weiteres auch auf die fremdgezündeten Arbeitsräume ausgedehnt werden. Es wird aber nicht nur das Steuer-

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bzw. Regelsystem des erfindungsgemäßen Motors vereinfacht, sondern durch die Kombination der beiden Prinzipien entfällt eine elektrische Zündung mit ihren störanfälligen und verschleißenden sowie wartungsempfindlichen Teilen überhaupt·.

Durch die erfindungsgemäße Vereinigung der beiden Arbeitsverfahren nach dem Dieselprinzip und nach dem fackelgezündeten Schichtladungsprinzip kommt es also ku einer Vereinigung der Vorteile, die Dieselmotor bzw. Schichtladungsmotor haben, ohne daß deren Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Um den Luftüberschuß in dem fremdgezündeten Arbeitsraum nicht zu groß werden zu lassen und somit dor Gefahr einer Kohlenwasserstoffbildung in den Abgasen zuvorzukommen, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, daß für die höherverdichtenden und für die niedrigerverdichtenden Arbeitsräume jeweils gesonderte Ansaugsammelleitungen vorgesehen sind und daß in der Ansaugsammelleitung für die niedrigerverdichtenden Arbeitsräume eine wirkungsmäßig mit dem Steuer- und Regelsystem der Brennkraftmaschine gekoppelte Drosselklappe angeordnet ist, derart, daß diese zwischen Null und etwa l/4-Last zwischen dem kleinsten und dem größten OS-nungsquerschnitt verstellt wird. Es wird dann im unteren Viertel des Lastbereiches für die fremdgezündeten Arbeitsräume eine Quantitätsregelung und im übrigen Lastbereich bei' vollgeöffneter Drosselklappe eine Qualitätsregelung durchgeführt. Die zugeführte Kraftstoffmenge wird im gesamten Lastbereich lastabhängig vergrößert.

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Um eine bereits erwähnte gegenseitige Beeinflussung der Verbrennungsabläufe zu bekommen, ist es vorteilhaft, wenn die Steuerung für den Überströmkanal derart ausgelegt ist, daß der Überströmkanal lediglich während des Arbeitstaktes der beiden benachbarten Arbeitsräume geöffnet und sonst geschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Vereinigung der beiden Arbeitsprinzipien ist an keine bestimmte Motorart gebunden; sie kann beim Rotationskolben wie beim Hubkolben und nach dem Zweitaktwie auch nach dem Viertaktverfahren angewandt werden. Die Vorteile der Erfindung kommen jedoch am deutlichsten beim Viertakt-HubkoJbenmotor zur Geltung.

Zur Dämpfung des Brenngeräusches in dem selbstzündenden Arbeitsraum kann dort in bekannter Weise eine Vorkammer oder eine Wirbelkammer angeordnet sein.

Bei Viertakt-Hubkolbenmotoren kann es zur Verbesserung der Nachverbrennung vorteilhaft sein, wenn die Steuerung für den Überströmkanal derart ausgelegt ist, daß der Überströmkanal während des Arbeitstaktes und während des Auspufftaktes geöffnet und sonst geschlossen gehalten ist. Der Überströmkanal soll für einen leichten Druckaustausch zwischen den beiden benachbarten Arbeitsräumen ausgelegt sein. Er .kann zweckmäßigerweise mit einem querliegenden nockenbetätxgten Schieber versehen sein. Diese Ausführungsfform ermöglicht kurze und wenig gewundene Überströmkanäle und kann auch in beengten Platzverhältnissen untergebracht werden.

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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispieles erläutert; die Figur zeigt einen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in Hubkolben-Reihenbauart.

Bei dem in einem Teil-Längsschnitt gezeigten Hubkolbenmotor ist ein Motorblock 5 mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern 1, 2, 3» 4 usw. vorgesehen. In dem Motorblock ist eine Kurbelwelle 6 mit Kröpfungen 7 bis Io usw. gelagert. Auf die Oberseite des Motorblocks ist ein Zylinderkopf Il mit Einlaßkanälen E und Auslaßkanälen A aufgeschraubt. Die die Ein- bzw. Auslaßkanäle zum Arbeitsraum hin verschließenden Ventile werden von einer Nockenwelle 12 betätigt. Es handelt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um ein/nach dem Viertaktverfahren arbeitenden Motor mit ventilgesteuertem Ladungswechsel·

In jedem Zylinder ist ein Arbeitskolben 13 his l6 usw. vorgesehen, der mit den entsprechenden Zylindern und dem Zylinderkopf einen Arbeitsraum 17 bis 2o usw. bildet. Abweichend von der üblichen Motorausbildung ist aufgrund einer gleichen Ausrichtung paarweise benachbarter Kröpfungen 7 und 8 bzw. 9 und Io der Kurbelwelle dafür gesorgt, daß die entsprechenden paarweise benachbarten Kolben 13 und lk bzw. 15 und l6 etwa phaaengleich auf und ab bewegt werden. Dadurch werden paarweise benachbart« Arbeitsräume 17 und l8 sowie 19 und 2o usw. etwa phasengleich vergrößert und verkleinert. Zwischen den benachbarten Arb«itsräuraen ist ein

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durch einen Schieber 21, 22 usw. verschließbarer !Überströmkanal 23, 24 usw. vorgesehen. Der Schieber wird — ähnlich wie die Ventile - von der Nockenwelle 12 betätigt. Die beiden benachbarten Arbeitsräume 17 und l8 oder 19 und 2o sind hinsichtlich des Verdichtungsverhältnisses unterschiedlich ausgelegt, und zwar ist einer von ihnen auf eine für eine Selbstzündung geeignete Verdichtung, also auf ein Verdichtungsverhältnis von etwa 2o bis 2k und der andere auf eine für Fremdzündung und klopffreien Betrieb geeignete Verdichtung, also auf ein Verdichtungsverhältnis von etwa 7 bis 12 ausgelegt. Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Arbeitsräume l8 und 19 höherverdichtend und die Arbeitsräume 17 und 2o niedrigerverdichtend ausgelegt. Die höhere Verdichtung bei dem einen Arbeitsraum gegenüber dem anderen kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden; z. B. durch unterschiedliche Bemessung des Kröpfungsradius der Kröpfungen 8 gegenüber 7 und/oder durch unterschiedliche Höhe des Kolbens Ik gegenüber 13 zwischen dessen Kolbenbolzenmitte und der Oberkante des Kolbenbodens und/oder durcb unterschiedliche lange Ausgestaltung der Pleuelstange ika gegenüber 13a. Das Kompressionsendvolumen in den Arbeitsräumen kann auch noch durch unterschiedliche Brennraumgestaltung an der Zylinderkopfunterseite für die Arbeitsräume größer oder kleiner gestaltet werden.

An den höherverdichtenden Arbeitsräumen sind Vorkammern 25 angebracht, an denen ihrerseits Einspritzventile 26 vorgesehen sind. Die Einspritzventile werden taktweise von einer Hochdruck-Einspritzpumpe 27 beaufschlagt. Bezüglich der näheren Einzelheiten hierzu kann auf das allgemeine Fachwissen

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für die KraftstoffVersorgung und Einspritzung bei Dieselmotoren verwiesen werden. Die Einspritzpumpe ist als Stempelpumpe ausgebildet und weist je hochverdichtendem Arbeitsraum l8 und 19 einen Hochdruck-Förderstempel (Förderleitungen 26a) auf. Für die KraftstoffVersorgung der niedrigerverdichtenden Arbeitsräume 17, 2o usw. weist die Pumpe 27 jeweils noch einen Niederdruck-Förderstempel auf (Förderleitungen 26b). Die Einspritzventile für die niedrigerverdichtenden Arbeitsräume sind - was jedoch nicht dargestellt ist - außerhalb des Arbeltsraumes mit auf den Ventilteller des Ansaugventiles gerichtetem Sprühstrahl angeordnet. Die Fördermenge der Stempel kann in bekannter Weise durch gemeinsames Verdrehen der Stempel mittels Zahnstange bewirkt werden. Hierfür ist der Hebel 28 an der an sich bekannten Reglereinheit 29 der Pumpe 27 vorgesehen, der mit dem Fahrpedal 3° zwangsläufig gekoppelt ist und über den ganzen Regelbereich hinweg gleichsinnig mit ihm bewegt wird.

Die Einspritzzeiten der Pumpe sind so gewählt, daß in die höherverdichtenden Arbeitsräume bzw. in die Vorkammern kurz vor dem Durchgang des Kolbens durch den oberen Totpunkt innerhalb eines möglichst kurzen Zeitintervalles eingespritzt wird, während das Einspritzzeitintervall für den phasengleich arbeitenden benachbarten Arbeitsraum etwa 360⁰ I
liegt,

360 Kurbelwinkel früher, also zu Beginn des Ansaugtaktes

Zuströmseitig sind für den erfindungsgemäßen Motor zwei verschiedene Saugrohrsysteme vorgesehen, und zwar eines - das mit strichpunktierten Linien angedeutete System 31 -

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für die niedrigerverdichtenden Arbeitsräume 17 und 2o und ein anderes - das strichliert angedeutete System 32 - für die höherverdichtenden Arbeitsräume l8 und 19· In dem Saugrohrsystem 31 für die niedrigerverdichtenden Arbeitsräume ist eine Drosselklappe 33 angeordnet, die ebenfalls mit dem Fahrpedal 3o gekoppelt ist. Diese Ankopplung ist aber aufgrund der Hebelübersetzung zwischen Pedal und Drosselklappenhebel und einer überdrückbaren Feder ^k in dem Koppelgestänge 35 derart gestaltet, daß die Drosselklappe lediglich innerhalb des vordersten Viertels des Schwenkweges des Pedals, innerhalb dieses Bereiches aber über den ganzen Schwenkweg der Drosselklappe bewegt wird. Bei stärkerer Auslenkung des Pedals als ein Viertel des Schwenkweges bleibt die Drosselklappe 33 aufgrund eines Anschlages 3° und der Überdrückbarkeit des Koppelgestänges in der vollgeöffneten Stellung sthen. Das Ausführungsbeispiel ist mit je einem gesonderten Luftfilter 37a bzw. 37b versehen. Es ist auch ohne weiteres möglich, die beiden Ansaugleitungssysteme - entgegen der Ansaugrichtung gesehen - hinter der Stelle der Drosselklappe 33 ^ζ" vereinigen und nur ein Luftfilter zu verwenden.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun kurz folgende: Die beiden niedergehenden Kolben saugen den Zylinderinhalt voll. Bei den beiden Kolben 19 und 2o ist das Ende des Ansaughubes dargestellt. Der Überströmkanal ist während des Ansaugens geschlossen. Der höherverdichtende Arbeitsraum 19 bzw. l8 saugt nur Luft, der nxedrxgerverdichtende Arbeitsraum saugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, welches aufgrund einer Kraftstoff-

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einspritzung vor dem heißen Einlaßventil gebildet vrurde. In dem anschließenden Kompressionstakt wird die Luft in den Arbeitsräumen l8 bzw. 19 bis oberhalb der Selbstzündungstemperatur des Kraftstoffes verdichtet. Das Gemisch in den Arbeitsräumen 17 bzw. 2o wird lediglich soweit verdichtet, daß mit Sicherheit ein klopffreier Betrieb gewährleistet ist. Aufgrund der frühzeitigen Einspritzung des Kraftstoffes in die vom niedrigerverdichtenden Arbeitsraum angesaugte Luft ist die Verweilzeit des Kraftstoffes in dieser Luft bis zum Zündzeitpunkt relativ lang. Die Nebeltröpfchen des Kraftstoffes haben daher insbesondere aufgrund des Aufpralls auf heiße Flächen und aufgrund der Selbsterwärmung während des Kompressionshubes genügend Zeit und Gelegenheit, weitgehend in die Dampf- bzw. Gasphase überzugehen.

Kurz vor dem Durchgang des Kolbens durch den oberen Totpunkt wird eine der Lasteinstellung entsprechende Kraftstoffmenge in die Vorkammer 25 eingespritzt, die sich in der erhitzten Luft sofort selbst entzündet. Nach Zündung der Ladung in dem hoherverdichtenden Arbeitsraum öffnet sich der Schieber zu dem benachbarten Arbeitsraum. Dadurch schlägt ein kräftiger Zündfackelstrahl in den benachbarten Raum hinein und zündet die dortige Ladung. Der Zündfackelstrahl ist wegen der grossen hinter dem Strahl stehenden Ladung und wegen des großen lichten Querschnittes des Überströmkanales besondere kräftig und vermag auch sehr magere Gemische sicher zu zünden. Der sich in beiden Arbeiteräumen aufbauende Arbeitsdruck schiebt die Kolben unter Arbeitsabgabe nach unten. Der Überströmkanal ist aufgrund einer entsprechenden Gestaltung der Nockenform während des ganzen Expansionshubes und während des Aus-

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schiebehubes geöffnet. Die relativ starke Entspannung des Arbeitsmediums im höherverdichtenden Arbeitsraum verzögert die Verbrennung und führt - auch absolut - zu einem starken Druckabfall. Der Druckabbau während des Expansionshub,es im benachbarten Arbeitsraum ist weniger stark. Es wird demgemäß während des Expansionshubes einmal ein Zeitpunkt gekommen sein, in dem der Arbeitsdruck im nxedrigerverdxchtenden Arbeitsraum gegenüber dem im höherverdichtenden überwiegt. Es strömen dann heiße Abgase in den benachbarten Arbeitsraum zurück und fachen dort die Verbrennung wieder an. Aufgrund dessen wird der mittlere effektive Arbeitsdruck im höherverdichtenden Arbeitsraum erhöht und die Verbrennungsgeschwindigkeit gesteigert, so daß höhere Maximaldrehzahlen zugelassen werden können als bei herkömmlichen schneilaufenden Dieselmotoren möglich.

Beim anschließenden Ausschubtakt treffen die Abgase beider benachbarter Arbeitsräume in der gemeinsamen Abgassammelleitung aufeinander. Die einerseits sehr heißen und andererseits noch sauerstoffhaltigen Abgase der beiden Arbeitsräume bewirken eine Nachverbrennung etwaiger Rußanteile im Abgas aus dem höherverdichtenden Arbeitsraum, so daß sehr schadstoffarme Abgase auch im Vollastbereich erzielbar sind.

Hinsichtlich der Wirkungsweise der Regelung ist folgendes zu sagen: Mit dem Pedal wird die Einspritzmenge des Kraftstoffes sowohl für die seIbstzündenden als auch für die fremdgezündeten Arbeitsräume mit zunehmender Pedalauslenkung lastabhängig vergrößert. Parallel dazu wird, ausgehend von einer relativ kleinen Leerlauf-Luftmenge, die durch die eine Ex-

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tremlage der Drosselklappe 33 bestimmt ist, mit zunehmender Pedalauslenkung im unteren Viertel des Lastbereiches lastabhängig auch die Luftmenge erhöht. In diesem unteren Lastbereich wird also nach dem Prinzip der Quantitätsregelung mit etwa konstantem Luftüberschuß (Luftiiberschußzahl etwa 1,6 bis 2) gefahren. Die Leerlauf-Luftmenge und demgemäß die kleinste Drosselklappenöffnung ist wegen des relativ großen zulässigen LuftüberSchusses vergleichsweise groß. Dadurch treten Pumpverluste mit ihren Folgeerscheinungen nicht auf. Bei etwa 25 % der größtmöglichen Pedalauslenkung ist die größte Drosselklappenöffnung erreicht. Bei weiterem Durchtreten des Pedals verharrt die Klappe in dieser Stellung. Die niedrigerverdichtenden Arbeitsräume saugen oberhalb des unteren Viertellastpunktes - abgesehen von zum Teil drehzahlabhängigen geringen Saugrohrverlusten - ebenso wie die höherverdichtenden Arbeitsräume im gesamten Lastbereich eine ihrem Hubvolumen entsprechende Menge an. Oberhalb des unteren Viertellastpunktes wird bezüglich beider Arbeitsräume nach dem Prinzip der Qualitätsregelung gefahren. Der Kraftstoffanteil in der mengenmäßig gleichbleibenden Ladung wird lastabhängig vergrößert und der Luftüberschuß verringert. Im selbstzündenden Arbeitsraum wird das Gemisch im Vollastpunkt leicht überstöchiometrisch (./\,-s^a I,o5 bis 1,1), im fremdgezündeten Arbeitsraum leicht überstöchiometrisch ( P\_ - o,9 bis o,95) zusammengesetzt sein.

Die .Erfindung kann auch bei einem Motor mit sogenanntem in Reihe liegenden Doppelkolben ausgeführt werden. Hierbei liegen jeweils zwei Zylinder paarweise in einer zur Kurbelwelle achssenkrechten Ebene nebeneinander und deren Kolben arbeiten über ein Zwillings- oder Gabelpleuel auf eine geraein-

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same Kurbelwellenkröpfung. Hier laufen die beiden Kolben je nach Ausbildung des Verhältnisses von Pleuellänge zu Kurbelwellenradius mit einer gewissen Phasenverschiebung. Zweckmäßigerweise wird hierbei der auf der aufsteigenden Seite
der Kurbelwelle liegende also voreilende Kolben als der höherverdichtende Kolben ausgebildet.

Außer den bereits erwähnten Vorteilen des erfindungsgemäßen Hybridmotores hat dieser noch den Vorteil, daß er hinsichtlich der gemischverdichtenden, fremdgezündeten Arbeitsräume ohne weiteres vielstoffähig ist. D. h. es können in den
fremdgezündeten Arbeitsräumen wahlweise Dieselöl, Normalbenzin, Superbenzin, Methanol, Benzin/Methanol-Gemische,
Methan, Wasserstoff u. a. verwendet werden. Bei Einsatz als teilweiser Vielstoffmotor müßten jedoch zwei verschiedene
Kraftstofftanks vorgesehen werden und die Einspritzpumpe
mit separater Ansaugung versehen sein.

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Claims

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Ansprüche

1« jTaktweise arbeitende Brennkraftmaschine rait paarweise be-"— flachbart angeordneten, getrennten, wenigstens angenähert phasengleich sich vergrößernden und verkleinernden Arbeitsräuraen von größenordnungsmäßig wenigstens angenähert gleichem Arbeite volumen, die paarweise mittel _>s eines taktweise steuerbaren Überströmkanales untereinander verbindbar sind und von denen einer der Arbeitsräume innerhalb eines Paares auf eine höhere Verdichtung ausgelegt ist als der andere und von denen der höherverdichtende Arbeitsraum im Ansaugtakt mit Luft und der niedrigerverdichtende Arbeitsraum mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der höherverdichtende Arbeitsraum (l8 bzw. 19) auf eine Verdichtung für Selbstzündung ausgelegt und mit einem Einspritzventil (26) versehen ist, welches an eine etwa im Bereich des Zeitpunktes größter Verdichtung einspritzende, selbstzündenden Kraftstoff fördernde Hochdruckexnspritzpumpe (27) angeschlossen ist, und daß der niedrigerverdichtende Arbeitsraum (l7 bzw. 2o) auf eine Verdichtung für Fremdzündung ausgelegt ist und sein Gemisch durch ein Öffnen des Überströmkanales (23 bzw. 24) zeitlich nach dem Einspritzen in den höherverdichtenden Arbeitsraum (l8 bzw. 19) fremdgezündet wird.

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2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadur.ch gekennzei chnet , daß für die höherverdichtenden (l8 bzw. 19) und für die niedrigerverdichtenden Arbeitsräume (17 bzw. 2o) jeweils gesonderte Ansaugsammelleitungen (32 bzw. 31) vorgesehen sind und daß in der Ansaugsammelleitung (3l) für die niedrigerverdichtenden Arbeitsräume (17 bzw. 2o) eine wirkungsmäßig mit dem Steuer- und Regelsystem (28 bis 3°) und (33 bis 36) der Brennkraftmaschine gekoppelte Drosselklappe (33) angeordnet ist, derart, daß diese zwischen Null und etwa l/4-Last zwischen dem kleinsten und dem größten Öffnungsquerschnitt verstellt wird.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1· oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerung vor den überströmkanal (23 bzw. 24) derart ausgelegt ist, daß der Überströmkanal (23 bzw. 24) lediglich während des Arbeitstaktes der beiden benachbarten Arbeitsräume (17 und 18 bzw. 19 und 2o) geöffnet und sonst geschlossen ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß sie als Hubkolbenmaschine ausgebildet ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Zweitaktverfahren arbeitend ausgelegt ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch. gekennzeichnet, daß sie nach dem Viertaktverfahren arbeitend ausgelegt ist.

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7· Brennkraftmaschine nach wenigstens einem vorherigen Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß an dem höherverdichtenden Arbeitsraum (l8 bzw. 19) eine Vorkammer (25) und das Einspritzventil (26) an der Vorkammer (25) angeordnet ist.
8. Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung für den Überströmkanal (23 bzw. 2k) derart ausgelegt ist, daß der überströmkanal (23 bzw. 2k) während des Arbeitstaktes und während des Auspufftaktes geöffnet und sonst geschlossen gehalten ist.

9· Brennkraftmaschine nach wenigstens einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (23 bzw. 2k) mit einem quer zu ihm liegenden nockenbetätigten Schieber (21 bzw. 22) versehen ist.

Io. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (23 bzw. 2*0 derart bemessen ist, daß er einen Druckausgleich zwischen den benachbarten Arbeitsräumen während des Expansionstaktes herbeizuführen erlaubt.

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