DE3638711A1

DE3638711A1 - Hybrid-verbrennungskolbenmotor

Info

Publication number: DE3638711A1
Application number: DE19863638711
Authority: DE
Inventors: Cesar Gonzalez
Original assignee: Cessna Aircraft Co
Current assignee: Cessna Aircraft Co
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1986-11-13
Publication date: 1987-11-12
Also published as: US4765293A; AT402322B; ATA303586A

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Verbrennungskolbenmotor mit einem Zylinderkopf mit praktisch ebener innerer Oberfläche und darin angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen, mit einer in dem Zylinderkopf angeordneten Vorbrennkammer, mit einem ge raden Durchlaß, der von der Vorbrennkammer bis an die innere Oberfläche des Zylinderkopfs führt, mit einer der Vorbrennkam mer zugeordneten Zündeinrichtung, mit einer Zusatz-Einspritz einrichtung für die Vorbrennkammer, und mit einer Hauptein spritzeinrichtung in dem Zylinderkopf.

Bei einer bekannten derartigen Verbrennungsmaschine (DE-OS 23 09 916) wird von einer zeitlich getrennten Einspritzung Ge brauch gemacht derart, daß zuerst bei geöffnetem Einlaßventil die Hauptmenge des Brennstoffs in den Ansaugkanal eingespritzt wird, wobei die Brennstoffmenge so bemessen ist, daß ein mage res Gemisch entsteht, daß danach eine Nebenmenge des Kraft stoffs in die Vorkammer eingespritzt wird zwecks Bildung eines fetten Gemisches, 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 herge stellt werden, werden zunehmend teurer, sind häufig nicht über all verfügbar und sind anfällig wegen Umweltschutzanforderun gen. Unter den Kraftstoffen für Luftfahrzeuge ist Flugbenzin am verwundbarsten und unterliegt auch den höchsten Einschrän kungen hinsichtlich der gänzlichen Eliminierung des Bleianteils als Antiklopfmittel, so daß Flugbenzin hoher Oktanzahl mögli cherweise 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 Luftfahr zeugen entstehen, werden damit vermieden.

Verbrennungsmaschinen mit geschichteter Ladung sind bereits seit über fünfzig Jahren bekannt (US-PS 21 91 042). Einige dieser Brennkraftmaschinen ließen sich in vereinzelten Fällen erfolgreich mit Turbinenkraftstoff betreiben, wurden jedoch nur für bodengebundene Transportzwecke verwendet. Die geschich tete 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 we sentlichen versucht wurde, einen gewissen Emissionsstandard zu erreichen und die Verwendbarkeit verschiedener Kraftstoff arten. All diese früheren Entwicklungen haben zu keiner leich ten Verbrennungsmaschine mit hoher spezifischer Leistung ge führt, 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 er zeugen, der wiederum die Hauptbrennstoffladung zündet (ein gangs genannte DE-OS sowie US-PS 29 02 011 und 44 14 940), je doch sind die Eigenschaften derartiger Brennkraftmaschinen insbesondere für Flugzeugmotoren verbesserungsfähig.

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

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gegeben, daß eine topf förmige, den Hauptbrennraum umfassende Ausnehmung in der Ober seite des Kolbens vorgesehen ist, daß die Zündeinrichtung in der Vorbrennkammer angeordnet ist, daß der gerade Durchlaß tan gential in der Ausnehmung mündet, und daß die Haupteinspritz einrichtung in den Hauptbrennraum mündet.

Es ist zwar bereits bekannt, den Kolbenboden in gewisser Weise zu formen, so daß bei Annäherung des Kolbens an den oberen Tot punkt eine bessere Verwirbelung des Gemisches eintritt (US-PS 41 66 436 und 45 94 976), jedoch reicht dies nicht aus, um die gestellte Aufgabe zu lösen.

Ein derartiger Verbrennungsmotor verwendet eine geschichtete Ladung und arbeitet im Ottobetrieb während des Startens, des Leerlaufs und bei geringer Leistungsabgabe, wobei die Betriebs art 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 Ver dichtungsverhältnis, der Höhe des Turboladerdruckes, den Kühl mitteltemperaturen, der spezifischen Ausgangsleistung, der Ein laßlufttemperatur, 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 Hauptbrennraum wird während des Ver dichtungshubes eine Verwirbelung der Luft in der Vorbrennkammer erzielt. Während dieser Verwirbelungsbewegung und bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat, wird über die Hilfs einspritzeinrichtung Kraftstoff in die Vorbrennkammer einge spritzt, der nach Vermischung mit der Luft gezündet wird.

Während des Startens, bei Leerlauf oder bei niedriger spezifi scher Ausgangsleistung hängt der Verbrennungsprozeß in der Vor brennkammer weitgehend oder vollständig von den oben angegebe nen Prinzipien der geschichteten Ladung ab. Mit zunehmender Leistung jedoch, also mit höherem Kraftstoffdurchsatz und höhe ren 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.

Sobald sich die Verbrennung in der Vorbrennkammer entwickelt, steigen die Temperatur und der Druck an, und die Verwirbelungs bewegung kehrt sich um, sobald Brenngase die Vorbrennkammer durch den Durchlaß verlassen und in den Hauptbrennraum einströ men. Die Verbrennungsgase strömen dabei bis in die topfförmige Ausnehmung, wobei die Gasverwirbelung innerhalb dieser Ausneh mung eingeleitet oder verstärkt wird. Sobald der Kolben die obere Totpunktlage erreicht, wird der Abstand zwischen dem Kolbenboden und der inneren Oberfläche des Zylinderkopfes so klein, daß die Gase aus diesem Raum in Richtung auf die topf förmige 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 Haupteinspritzeinrich tung wird dadurch das Vermischen des Brennstoffs mit den verwirbelten Gasen und der Verbrennungsvorgang selbst beschleu nigt, wobei dadurch auch die Zündung des Gasgemisches in dem Hauptbrennraum unterstützt wird. Bei niedriger spezifischer Ausgangsleistung ist die Zündung der Gase in dem Hauptbrenn raum abhängig von dem aus der Vorbrennkammer ausströmenden heißen und/oder brennenden Gas. Mit zunehmender Leistung hin gegen nimmt diese Abhängigkeit ab, und die Verbrennung geht allmählich in eine Verbrennung durch nicht unterstützte Kom pressionszündung über.

Durch Anordnung der topfförmigen Ausnehmung unter dem Auslaß ventil ergeben sich verringerte Wärmeverluste aus dem Haupt brennraum und eine Einschließung der Gase in diesem innerhalb heißer und isolierter Begrenzungsflächen. Es können auch iso lierende Einsätze, Auskleidungen mit oder ohne katalytische Eigenschaften in der Vorbrennkammer, dem Hauptbrennraum und an den Schrägflächen vorgesehen sein, um die chemischen Reaktio nen in der Vorbrennkammer zu unterstützen, die Verbrennungs verzögerungszeit zu verkleinern, die Bildung von Ablagerungen besser zu beherrschen und um Hitzeverluste durch das Kühlmittel und durch Schmiermittel zu reduzieren oder auch um eine Ab schreckwirkung an den Grenzflächen zu vermeiden und eine Gas erosion aufgrund übermäßiger Erhitzung bei Teilen aus Leicht metallegierungen zu vermeiden.

Der Einspritzzeitpunkt bei der Hilfseinspritzeinrichtung und der Haupteinspritzeinrichtung kann gleich liegen oder abge stuft sein, je nach den gegebenen Parametern wie der maximalen spezifischen Ausgangsleistung, der Motordrehzahl, den verwen deten Brennstoffen und je nach der zu rechtfertigenden Kom plexität der Brennstoffeinspritzsysteme.

Die oben geschilderten Verhältnisse ermöglichen die Verwendung eines relativ niedrigen Verdichtungsverhältnisses für die Er zielung hoher spezifischer Ausgangsleistungen unter Verwendung von Turbinenkraftstoff oder anderen Kraftstoffen, die keine be stimmten Oktan- oder Ketanzahlen aufweisen müssen. Die Brenn kraftmaschine nach der Erfindung läßt sich auch mit verhältnis mäßig hohen Brennstoff/Luftverhältnissen verwenden (im Ver gleich zu üblichen Dieselmotoren), so daß die Größe, das Ge wicht, das Einbauvolumen und die Herstellungskosten klein ge halten werden und der Aufwand für eine Turboladung 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-Anstiegsgeschwin digkeiten sowie Spitzendrücke erzielt werden. Diese Umstände sind günstig für das Klopfverhalten und verringern die Anfor derungen 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 gerin ges Leistungsgewicht, ein verhältnismäßig niedriges Verdich tungsverhältnis und ein verhältnismäßig hohes Brennstoff/Luft verhältnis.

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.

Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der wesent lichen Teile eines Kolbenmotors;

Fig. 1A ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht auf eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform eines Kolbens;

Fig. 3 ist eine Draufsicht, in der die Vorbrennkammer und die dieser zugeordneten Einrichtungen ge strichelt dargestellt sind;

Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 3, die den Zylinder, den Zylinderkopf und den Kol ben 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 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 abgeän derten Vorbrennkammer;

Fig. 10 zeigt in stark vereinfachter Darstellung die Luft-, Brennstoff- und Gasströmungen während der Verdichtung, in der oberen Totpunktlage bzw. beim 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 Tot punktlage;

Fig. 10A zeigt eine der Fig. 10 entsprechende Darstel lung für die Ausführungsform nach Fig. 1A, und

Fig. 11A zeigt eine der Fig. 11 entsprechende Dar stellung für die Ausführungsform nach Fig. 1A.

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 abge schlossen ist, die einen Einlaß 14 bzw. Auslaß 32 (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) abschließen. Durch die innere Ober fläche 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 Durch lasses 20 sollte so klein sein, daß während des Verdichtungs hubes eine große Gasgeschwindigkeit 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 Vorbrennkam mer 19 befindet sich ferner eine Zündkerze 24 sowie eine Zu satz-Einspritzdüse 22. Diese sowie die Haupteinspritzdüse 25 werden durch übliche Einspritzeinrichtungen, die in den Zeich nungen nicht dargestellt sind, mit Kraftstoff versorgt. Die Vorbrennkammer 19 ist kugelförmig gestaltet, und der gerade 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 Tot punktlage des Kolbens den Hauptbrennraum, wenn der Kolben 11 sich nahe seiner oberen Totpunktlage befindet, wie in den Fig. 2, 4, 5 und 7 dargestellt ist. Der Durchlaß 20 mündet tangen tial am Rand der Ausnehmung 16.

Fig. 2 zeigt einen geringfügig modifizierten Kolben 11′, in des sen 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 fluch tet.

In der oberen Totpunktlage ist der Abstand zwischen der Ober fläche des Kolbenbodens 38 und der inneren Oberfläche 36 des Zylinderkopfes auf das aus praktisch mechanischen Gründen er forderliche 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 Ausführungsform 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 Hilfseinspritz einrichtung 22 eingesetzt sind.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine geringfügig modifizierte Ausfüh rungsform eines Verbrennungsmotors, bei dem die topfförmige Ausnehmung 16 und die Vorbrennkammer als Einsätze 40 ausgebil det sind. Die Einsätze bestehen aus temperaturisolierenden Ma terialien, 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 Ver brennung beeinflussen, sondern auch die Verbrennung beschleuni gen, 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 Materia lien ausgekleidet sein oder als daraus gefertigter Einsatz be stehen. 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 Ausfüh rungsformen 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 Strömungsrich tung 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 Vorbrenn kammer 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 vari iert, je nach den Betriebsbedingungen und der Größe des Motors. Der optimale Einspritzzeitpunkt liegt zwischen 50° und 0° vor OT. Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann gleich bleiben oder variieren, abhängig von unterschiedlichen Anwendungen und Be triebsbedingungen. 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 Warm laufbetriebes erregt wird, während sie sonst durch die Verbren nungswärme erhitzt bleibt und dann keine elektrische Energie benötigt. Sobald der Zusatzbrennstoff verbrennt, expandieren die Brenngase, so daß die Strömungsrichtung in der Vorbrennkam mer 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 we sentlicher 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 gemein sam 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 Ein spritzzeitpunkt 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 OT. 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 Ausneh mung 16 kein Brennstoff ansammeln kann, verläuft die Verbren nung weich und ergibt niedrige Spitzendrücke.

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 auf treffen, so daß eine Verbrennungsverzögerung eintritt. Bei diesen Bedingungen hängt die Verbrennung des auf die Wände auf getroffenen Kraftstoffes in hohem Maße von den Verdampfungsge schwindigkeiten von diesen Oberflächen ab.

Sowohl die Zusatzeinspritzdüse 22 als auch die Haupteinspritz düse 25 spritzen direkt in die Vorbrennkammer 19 bzw. die Aus nehmung 16 ein, so daß ein großer Bereich von Brennstoffluft verhältnissen verwendbar ist.

Bei einem Kolben gemäß Fig. 2 gelangen die Flammgase 27 aus dem Durchlaß 20 über die Anschrägung 17′ in die Ausnehmung 16, wie in den Fig. 11 und 11A dargestellt ist.

Die Einlaß- und Auslaßventile eines Zylinders können auch mehr fach vorhanden sein.

Claims

1. Hybrid-Verbrennungskolbenmotor mit einem Zylinderkopf mit praktischer ebener innerer Oberfläche und darin angeordne ten Einlaß- und Auslaßventilen, mit einer in dem Zylinder kopf angeordneten Vorbrennkammer, mit einem geraden Durch laß, der von der Vorbrennkammer bis an die innere Oberflä che des Zylinderkopfes führt, mit einer der Vorbrennkammer zugeordneten Zündeinrichtung, mit einer Zusatz-Einspritz einrichtung für die Vorbrennkammer, und mit einer Hauptein spritzeinrichtung in dem Zylinderkopf, dadurch ge kennzeichnet, daß eine topfförmige, den Hauptbrennraum umfassende Ausnehmung (16) in der Oberseite des Kolbens (11) vorgesehen ist, daß die Zündeinrichtung (24) in der Vorbrennkammer (19) angeordnet ist, daß der gerade Durchlaß (20) tangential in der Ausnehmung mündet, und daß die Haupteinspritzeinrichtung (25) in den Haupt brennraum mündet.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der gerade Durchlaß (20) tangential am Rand der Ausnehmung (16) mündet.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorbrennkammer (19) eine läng liche Gestalt hat.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das eine Ende der Vorbrennkammer (19) an den geraden Durchlaß (20) angrenzt und daß das andere Ende derselben die Zündeinrichtung (24) und die Zusatz-Einspritzeinrichtung (22) aufweist.

5. Motor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der gerade Durchlaß (20) aus mehre ren Kanälen (20′) besteht, von denen mindestens einer tan gential in die Vorbrennkammer mündet.

6. Motor nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der gerade Durchlaß (20) außer Fluchtung mit der Längsachse der Vorbrennkammer (19) ver läuft.

7. Motor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hauptbrennkammer eine zentrale Wölbung aufweist.

8. Motor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Haupteinspritzeinrichtung (25) in dem durch die Ausnehmung (16) in der oberen Totpunkt lage begrenzten Raum mündet.

9. Motor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der gerade Durchlaß (20) einen Durchmesser entsprechend 1/8 bis 1/65 des Durchmessers der Vorbrennkammer (19) hat.

10. Motor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die topfförmige Ausnehmung (16) mit einer wärmeisolierenden Auskleidung versehen ist.

11. Motor nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorbrennkammer (19) mit einer wärmeisolierenden Auskleidung (40) versehen ist.

12. Motor nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verdichtungsverhältnis in dem Bereich zwischen 1:7 und 1:16 liegt und daß als Brennstoff Dieseltreibstoff oder Turbinentreibstoff verwendet wird.

13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß das Verdichtungsverhältnis im Bereich zwi schen 1:10 und 1:12 liegt.

14. Motor nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das Auslaßventil (13) über der topfförmigen Ausnehmung (16) liegt.

15. Motor nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zusatz-Einspritzeinrichtung einen praktisch konstanten Treibstoffdurchsatz pro Zyklus aufweist und daß lediglich der Treibstoffdurchsatz durch die Haupteinspritzeinrichtung (25) variabel ist.

16. Motor nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß der Treibstoffdurchsatz pro Zyklus bei der Zusatz-Einspritzeinrichtung (22) und bei der Haupteinspritzeinrichtung (25) variabel ist.

17. Motor nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Voreinspritzung in die Vor brennkammer (19) im Bereich zwischen 50° und 0° vor dem oberen Totpunkt erfolgt.

18. Motor nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einspritzung durch die Haupt einspritzeinrichtung (25) in einem Bereich zwischen 5° und 30° nach dem oberen Totpunkt erfolgt.

19. Motor nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens der Auslaß eine Mehrven tilanordnung aufweist.