DE4003729C2 - Verbrennungsmotor für Wasserstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor für Wasser­ stoff mit innerer Gemischbildung, umfassend einen Haupt­ kolben, welcher sich in einem Hauptzylinder in einer Hub­ richtung zwischen einem oberen Totpunkt, unter Bildung eines minimalen Hauptzylinderraums mit dem Hauptzylinder, und einem unteren Totpunkt bewegt und dabei einen Saughub, einen Verdichtungshub, einen Verdrängungshub und einen Ausstoßhub ausführt.

Derartige Verbrennungsmotoren für Wasserstoff sind be­ kannt. Diese können auf mehrere Arten betrieben werden. Eine erste Möglichkeit ist die äußere Gemischbildung mit Wasserstoff, die vorsieht, daß außerhalb des Zylinderraums die Herstellung des Wasserstoff-/Luftgemisches erfolgt und dieses dann wie bei einem normalen Verbrennungsmotor für fossile Kraftstoffe eingesaugt wird.

Eine andere Möglichkeit ist die beispielsweise aus der DE-PS-7 24 065 bekannte innere Gemischbildung, welche ein direktes Einblasen des Wasserstoffs in den Hauptzylinder­ raum vorsieht, wobei zwischen einer frühen Einblasung, das heißt zu Beginn des Verdichtungshubs, und einer späten Einblasung, das heißt einer Einblasung im wesentlichen nahe des Endes des Verdichtungshubs, unter­ schieden wird.

Sowohl bei der äußeren Gemischbildung mit Wasserstoff als auch bei der inneren Gemischbildung mit früher Einblasung entstehen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren für fossile Kraftstoffe bei Verbrennungsmotoren für Wasserstoff Leistungseinbußen im Bereich der Vollast infolge un­ kontrollierter Frühzündung, da sich das Wasserstoff-/ Luftgemisch an heißen Stellen des Motors erhitzt und somit vorzeitig zündet.

Diese unkontrollierte Frühzündung läßt sich zwar bei innerer Gemischbildung mit später Einblasung von Wasser­ stoff vermeiden, da das zündfähige Wasserstoff-/Luft­ gemisch erst gegen Ende des Verdichtungshubs entsteht.

Die innere Gemischbildung mit später Einblasung hat jedoch den Nachteil, daß es sehr schwierig ist, das Gemisch für die Verbrennung genügend zu homogenisieren, so daß ständig lokale Inhomogenitäten entstehen, die zu einer erheblichen Stickoxidemission führen. Ferner bereitet es Probleme, bei den üblichen Drehzahlen von Verbrennungsmotoren innerhalb der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit das erforderliche Volumen an Wasserstoff in den Brennraum einzublasen, zu verteilen und zu zünden. Dies erfordert beispielsweise im Vollastbereich Einblasdrücke in der Größenordnung von 100 bis 200 bar aufgrund des größeren Volumens des Wasser­ stoffs im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen bei gleichem Energieinhalt.

Aus der DE-PS 8 51 701 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, bei welchem während des Saughubs ein Gas-Luftgemisch in den Zylinderraum eingeführt wird, dessen Gemischzusammen­ setzung unterhalb der Zündgrenze liegt, und bei welchem erst während des ersten Teils des Verdichtungshubs, vor­ zugsweise kurz nach Beginn desselben, unter entsprechend hohem Überdruck eine zusätzliche Gasmenge in den Zylinder­ raum gedrückt wird.

Ferner ist aus der JP-OS 57-83626 ein gewöhnlicher Ver­ brennungsmotor mit Direkteinspritzung bekannt, bei welchem die Einspritzung während des Verdichtungshubs, vorzugs­ weise kurz vor Ende des Verdichtungshubs erfolgt. Ferner ist der Kolben des Motors noch mit einer zusätz­ lichen Nase versehen, welche in einen zusätzlichen, sich an den Zylinderraum anschließenden Raum gegen Ende des Kompressionshubs eintaucht. In diesem Raum erfolgt auch die Injektion des Kraftstoffes, wobei die in diesen Raum eintauchende Nase diesen in Richtung des Zylinderraums verdrängt.

Der Erfindung liegt daher ausgehend von der DE-PS-7 24 065 die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor für Wasser­ stoff derart zu verbessern, daß die Probleme der Frühzün­ dung vermieden werden, ohne daß eine innere Gemischbildung mit später Einblasung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verbrennungsmotor der ein­ gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Hilfskolben und ein Hilfszylinder vorgesehen sind, welche gleichphasig und synchron mit dem Hauptkolben und dem Hauptzylinder relativ zueinander bewegbar sind, daß der Hilfskolben und der Hilfszylinder in allen Hub­ stellungen miteinander einen vom Hauptzylinderraum ge­ trennten Hilfszylinderraum begrenzen, welcher zwischen einem minimalen Hilfszylinderraum im oberen Totpunkt und einem maximalen Hilfzylinderraum im unteren Totpunkt variiert, daß der Hilfszylinderraum über einen Kanal mit dem Hauptzylinderraum in Verbindung steht und daß im Ver­ lauf des Saughubs des Hauptkolbens Wasserstoff in den Hilfszylinderraum eingeblasen und während des Verdich­ tungshubs des Hauptkolbens vom Hilfszylinderraum durch den Kanal in den Hauptzylinderraum verdrängt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß durch die Einblasung des Wasserstoffs in dem Hilfszylinderraum wäh­ rend des Saughubs zunächst ein relativ niedriger Druck für die Einblasung desselben erforderlich ist und eine relativ lange Zeit zur Verfügung steht, daß der Wasserstoff in dem Hilfszylinderraum während des Verdichtungshubs verdichtet wird und während dieses Verdichtungshubs durch den Kanal in den Hauptzylinderraum strömt, aufgrund des Einströmens durch den Kanal in dem Hauptzylinderraum zu Turbulenzen führt, die eine gute Vermischung des Wasserstoffs mit der Luft gewährleisten und daß zu Beginn des Verdichtungshubs das Wasserstoff-/Luftgemisch in dem Hauptzylinderraum noch nicht zündfähig ist und erst eine Zündfähigkeit im wesentlichen unmittelbar vor Erreichen des oberen Totpunktes erreicht, da erst zu diesem Zeitpunkt der Wasserstoff im wesentlichen vollständig aus dem Hilfszylinderraum in den Hauptzylinderraum verdrängt ist.

Damit kombiniert die erfindungsgemäße Lösung die Vorteile der inneren Gemischbildung mit früher Einblasung hinsicht­ lich der zur Verfügung stehenden Zeit für die Einblasung des Wasserstoffes und der erforderlichen geringen Drucke und die Vorteile der inneren Gemischbildung mit später Einblasung im Hinblick darauf, daß die Frühzündung ver­ mieden wird, da ein zündfähiges Gemisch in dem Haupt­ zylinderraum im wesentlichen erst unmittelbar vor Erreichen des oberen Totpunktes erreicht ist.

Der Hilfszylinder und der Hilfskolben könnten unabhängig vom Hauptkolben und Hauptzylinder angeordnet sein und ein Überströmkanal zwischen beiden vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Kanal zumindest teil­ weise durch einen Spalt zwischen dem Hilfskolben und dem Hilfszylinder gebildet ist und somit durch die Relativbe­ wegung von Hilfskolben und Hilfszylinder zusätzlich eine Steuerung der Überströmgeschwindigkeit von dem Hilfszy­ linderraum in den Hauptzylinderraum möglich ist.

Diese Möglichkeit der Steuerung ist besonders einfach da­ durch erreichbar, daß der kleinste radiale Spaltabstand zwischen dem Hilfskolben und dem Hilfszylinder zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt variiert.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen kann - wie bereits erwähnt - der Hilfszylinder und der Hilfskolben unabhängig vom Hauptkolben und Hauptzylinder angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Hilfskolben und der Hilfszylinder sich relativ zueinander in Hubrichtung des Hauptkolbens bewegen, das heißt also eine Bewegung beider in gleicher Richtung wie der Hauptkolben erfolgt.

Eine konstruktiv besonders einfache Realisierung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors sieht vor, daß der Hilfskolben und der Hilfszylinder relativ zueinander den­ selben Weg wie der Hauptkolben durchlaufen. Insbesondere im letztgenannten Fall ist die synchrone Kopplung der Be­ wegung des Hilfskolbens relativ zum Hilfszylinder mit dem Hauptkolben dadurch erreichbar, daß der bewegliche Hilfs­ kolben bzw. Hilfszylinder über ein Verbindungsglied mit dem Hauptkolben gekoppelt ist.

Dieses Verbindungsglied kann auf unterschiedlichste Art und Weise ausgestattet sein. Beispielsweise ist es mög­ lich, als Verbindungsglied eine Koppelstange vorzusehen.

Im einfachsten Fall ist jedoch vorgesehen, daß der fest­ stehende Hilfszylinder oder Hilfskolben fest mit dem Hauptzylinder gekoppelt ist und daß der bewegliche Hilfs­ kolben oder Hilfszylinder an dem Hauptkolben gehalten ist. In diesem Fall sind die beiden beweglichen Teile starr aneinander gehalten, so daß in einfachster Weise eine synchrone Bewegung derselben möglich ist.

Um einen Spielausgleich zu erhalten und insbesondere sicherzustellen, daß der Spalt zwischen Hilfszylinder und Hilfskolben sich selbst einjustieren kann, ist vorgesehen, daß der Hilfskolben bzw. Hilfszylinder an dem Hauptkolben mit Spiel quer zur Hubrichtung gehalten ist, so daß die beiden sich bewegenden Teile noch relativ zueinander eine Bewegung quer zur Hubrichtung durchführen können, um den Spielausgleich herzustellen.

Im einfachsten Fall ist vorgesehen, daß der Hilfskolben sich über einen Boden des Hauptkolbens hinaus erstreckt.

Ferner ist in diesem Fall vorgesehen, daß der Hilfszylin­ der sich von dem minimalen Hilfszylinderraum ausgehend er­ streckt.

Insbesondere wenn eine Relativbewegung des Hilfszylinders und des Hilfskolbens in Hubrichtung erfolgen soll, ist vorgesehen, daß der Hilfszylinder sich in Hubrichtung des Hauptkolbens erstreckt und vorzugsweise einen Fortsatz des Hauptzylinders bildet.

Besonders vorteilhaft ist ferner ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, bei welchem dieser mit einer in den Hauptzylinderraum mündenden, einen Magerbetrieb erzeugenden Haupteinblasung während des Saug­ hubs versehen ist und bei welchem zur Gemischanreicherung eine Anreicherungseinblasung in dem Hilfszylinderraum vor­ gesehen ist.

Dies hat den Vorteil, daß die Grundanreicherung des Wasserstoff-/Luftgemisches über die direkte Einblasung in den Hauptzylinderraum erfolgt und somit Hilfszylinder und Hilfskolben sehr klein ausgebildet sein können, welche lediglich eine Anreicherungseinblasung durchführen müssen, so daß der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor insgesamt sehr klein baut.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisch im Schnitt dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 des ersten Aus­ führungsbeispiels im oberen Totpunkt;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 des ersten Aus­ führungsbeispiels im unteren Totpunkt und

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors für Wasserstoff, dargestellt in Fig. 1, umfaßt einen Hauptzylinder 10, in welchem ein Hauptkolben 12 in einer Hubrichtung 14 auf- und abbewegbar ist, und zwar zwischen einem in Fig. 2 dargestellten oberen Tot­ punkt und einem in Fig. 3 dargestellten unteren Totpunkt. Der Hauptkolben 12 ist dabei mittels eines Pleuels 16 mit einer Kurbelwelle 18 verbunden, die sich ihrerseits um eine Achse 20 einer Abtriebswelle 22 des Verbrennungs­ motors dreht. In den Hauptzylinder 10 mündet ein Einlaß­ kanal 24 in einer Einlaßöffnung 26, welche durch ein Ein­ laßventil 28 verschließbar ist. Ferner führt von dem Hauptzylinder 10 ein Auslaßkanal 30 weg, welcher von einer Auslaßöffnung 32 ausgeht, wobei die Auslaßöffnung eben­ falls mit einem Auslaßventil 34 verschließbar ist.

Von dem Hauptkolben 12 und dem Hauptzylinder 10 wird ein Hauptzylinderraum 36 eingeschlossen.

In seinem in Fig. 2 dargestellten oberen Totpunkt schließt der Hauptkolben 12 mit dem Hauptzylinder 10 einen mini­ malen Hauptzylinderraum 36a ein, während der Hauptkolben 12 in seinem in Fig. 3 dargestellten unteren Totpunkt mit dem Hauptzylinder 10 einen maximalen Hauptzylinderraum 36b einschließt.

Eine Zündung eines im Hauptzylinderraum 36 vorhandenen Wasserstoff-/Luftgemisches erfolgt durch ein Zündelement 38.

Der Hauptkolben 12 ist koaxial zu einer Zylinderachse 40 des Hauptzylinders 10 angeordnet und bewegt sich parallell zu dieser in der Hubrichtung 14.

An den Hauptzylinder 10 schließt sich ein Hilfszylinder 42 an, welcher koaxial zu der Zylinderachse 40 angeordnet ist und sich von dem Hauptkolben 12 weg erstreckt. In diesem Hilfszylinder 42 ist ein Hilfskolben 44 verschieblich ge­ lagert, welcher ebenfalls koaxial zur Zylinderachse 40 an­ geordnet ist und sich über einen Boden 46 des Hauptkolbens 12 in Richtung des Hilfszylinders 42 erhebt.

Vorzugsweise ist der Hilfskolben 44 mit einem Hilfskolben­ fuß 48 in Hubrichtung 14 unverschieblich an dem Hauptkol­ ben 12 gehalten, wobei der Hilfskolbenfuß 48 einen Ring­ flansch 50 umfaßt, welcher in einer bodenseitig im Haupt­ kolben 12 angeordneten Ausnehmung 52 liegt und in dieser von einem Bodendeckel 54 mit einer Öffnung 56 gehalten ist, welcher mit einem sich an die Öffnung 56 anschlie­ ßenden Randbereich 58 den Ringflansch 50 übergreift.

Vorzugsweise ist die Öffnung 56, durch welche der Hilfs­ kolben 44, ausgehend von seinem Hilfskolbenfuß 48, in Richtung des Hilfszylinders 42 über den Boden 48 heraus­ ragt und die Ausnehmung 52 so bemessen, daß der Hilfs­ kolbenfuß 48 in radialer Richtung zur Zylinderachse 40 Spiel hat und somit sich in geringem Maße in radialer Richtung zur Zylinderachse 40 bewegen kann, um ständig eine zentrische Lage zum Hilfszylinder 42 einzunehmen.

Im einfachsten Fall ist der Hilfskolben 44 vollständig zylindrisch und auch der Hilfszylinder 42 zylindrisch zur Zylinderachse 40 ausgebildet und erstreckt sich von einer Hilfszylinderöffnung 60 im Hauptzylinder 10 bis zu einem Hilfszylinderkopf 62, welcher den Hilfszylinder 42 ab­ schließt. In den Hilfszylinderkopf 62 ist ein Wasserstoff­ injektor 64 eingesetzt, mit welchem Wasserstoff von bei­ spielsweise 15 bar in den Hilfszylinder 42 einblasbar ist.

Der Hilfskolben 44 bildet mit dem Hilfszylinder 42 einen Hilfszylinderraum 66, welcher im oberen Totpunkt des Hauptkolbens 12 der minimale Hilfszylinderraum 66a und im unteren Totpunkt des Hauptkolbens 12 der maximale Hilfs­ zylinderraum 66b ist.

Der Hilfszylinderraum 66 steht über einem zwischen dem Hilfskolben 44 und dem Hilfszylinder 42, das heißt deren Zylinderflächen, gebildeten Spalt 68 mit dem Hauptzylin­ derraum 36 in Verbindung. Dieser Spalt ist bewußt groß ausgebildet und stellt einen Überströmkanal dar zwischen dem Hilfszylinderraum 66 und dem Hauptzylinderraum 36.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor, dargestellt in den Fig. 1 bis 3, funktioniert nun folgendermaßen:

Während eines Saughubs bewegt sich der Hauptkolben 12 mit dem Hilfskolben 44 gemeinsam vom oberen Totpunkt, darge­ stellt in Fig. 2, zum unteren Totpunkt, dargestellt in Fig. 3. Hierbei wird die Einlaßöffnung 26 durch das Ein­ laßventil 28 freigegeben, so daß durch den Einlaßkanal 24 Luft in den Hauptzylinderraum 36 einströmen kann. Gleich­ zeitig wird über den Wasserstoffinjektor 64 Wasserstoff mit einem Druck von ungefähr 10 bis 20 bar in den Hilfs­ zylinderraum 66 eingeblasen. Da der Spalt 68 sehr klein bemessen ist, strömt somit nur ein sehr geringer Teil des Wasserstoffs in den Hauptzylinderraum 36, so daß sich in diesem nur ein äußerst mageres Wasserstoff-/Luftgemisch ausbildet, das nicht zündfähig ist.

Während eines Verdichtungshubs bewegt sich der Hauptkolben 12 mit dem Hilfskolben 44 gemeinsam vom unteren Totpunkt, dargestellt in Fig. 3, zum oberen Totpunkt, dargestellt in Fig. 2. Die zunehmende Verdichtung in dem Hilfszylinder­ raum 66 führt nun in zunehmendem Maße dazu, daß der Wasserstoff von dem Hilfszylinderraum 66 über den Spalt 68 in den Hauptzylinderraum 36a strömt und in zunehmendem Maße das bislang äußerst magere Wasserstoff-/Luftgemisch anreichert, dieses jedoch über weite Bereiche des Ver­ dichtungshubs so mager beläßt, daß dieses nicht zündfähig ist und erst gegen Ende des Verdichtungshubs das Wasser­ stoff-/Luftgemisch im Hauptzylinderraum 36 bis zur Zünd­ fähigkeit anreichert. Somit entsteht ein zündfähiges Ge­ misch im Hauptzylinderraum 36 erst kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts, so daß die Gemischbildung in bezug auf ihre Zündfähigkeit der inneren Gemischbildung mit spätem Injektionsbeginn, das heißt Injektionsbeginn in der Nähe des oberen Totpunktes, vergleichbar ist.

Dadurch wird das Problem der Frühzündung bei innerer Gemischbildung mit früher Einblasung vermieden.

Darüberhinaus bewirkt die Verdrängung des Wasserstoffs aus dem Hilfszylinderraum 66 und das Überströmen desselben durch den Spalt 68 in den Hauptzylinderraum 36 in dem Hauptzylinderraum eine sehr starke Verwirbelung des Wasserstoffs gemeinsam mit der verdichteten Luft, so daß durch die entstehenden Turbulenzen eine sehr gute lokale Vermischung des Wasserstoff-/Luftgemisches die Folge ist.

Bei dem nachfolgenden Verbrennungshub fährt der Haupt­ kolben 12 und der mit diesem in Hubrichtung 14 unver­ schieblich verbundene Hilfskolben 44 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt unter Expansion des Hauptzylinder­ raums 36 und während des nachfolgenden Ausstoßhubes wird das verbrannte Wasserstoff-/Luftgemisch durch die Auslaß­ öffnung 32 bei geöffnetem Auslaßventil 34 über den Auslaß­ kanal 30 ausgestoßen.

Nachfolgend beginnt der Zyklus dieses Verbrennungsmotors wieder von vorne zu arbeiten.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Verbrennungsmotors, dargestellt in Fig. 4, ist der Hilfskolben 44′ im Gegensatz zum Hilfskolben 44 nicht vollständig zylindrisch ausgebildet, sondern verengt sich in einem mittigen Bereich 70, so daß eine Breite des zwischen dem Hilfszylinder 42 und dem Hilfskolben 44′ gebildeten Spalts 68′ und somit die Breite des Überström­ kanals zwischen dem Hilfszylinderraum 66 und dem Haupt­ zylinderraum 36 je nach der Stellung des Hilfskolbens 44′ zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt variiert.

Beispielsweise ist bei einem Verdichtungshub, ausgehend von dem unteren Totpunkt, die Breite des Spalts 68′ groß, so daß anfänglich des Verdichtungshubs ein geringeres Volumen von Wasserstoff aus dem Hilfszylinder 44 verdrängt wird, welches jedoch wegen der größeren Breite des Spalts 68′ leicht in den Hauptzylinderraum 36 gelangen kann, während, nachdem der mittlere Bereich 70 die Hilfszylin­ deröffnung 60 passiert hat, der Spalt 68′ eine geringe Breite aufweist und somit der Wasserstoff aus dem Hilfs­ zylinderraum 66 nicht mehr so leicht in den Hauptzylinder­ raum 36 überströmen kann. Damit wird zum Beispiel er­ reicht, daß zu Beginn des Verdichtungshubs, solange im Hauptzylinderraum ein Wasserstoff-/Luftgemisch vorhanden ist, welches weit von der Zündfähigkeit entfernt ist, der Wasserstoff sehr leicht in den Hauptzylinderraum 36 über­ treten kann, während gegen Ende des Verdichtungshubs, wenn sich das Wasserstoff-/Luftgemisch im Hauptzylinderraum 36 der Zündfähigkeit nähert, eine geringere Menge von Wasser­ stoff in diesen überströmt und somit im wesentlichen nahezu bis zum Erreichen des oberen Totpunktes das Wasser­ stoff-/Luftgemisch im Hauptzylinderraum 36 unterhalb seiner Zündfähigkeit gehalten wird und diese erst im wesentlichen unmittelbar vor dem oberen Totpunkt erreicht.

Ferner ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel noch zu­ sätzlich eine Haupteinblasung 72 vorgesehen, welche direkt in den Hauptzylinderraum 36 mündet und dazu dient, während des Saughubs Wasserstoffs direkt in den Hauptzylinderraum einzublasen.

Dieses zweite Ausführungsbeispiel funktioniert im Gegen­ satz zum ersten Ausführungsbeispiel so, daß während des Saughubs über die Haupteinblasung 72 die Hauptmenge des Wasserstoffs eingeblasen wird, so daß sich bereits ein Wasserstoff-/Luftgemisch im Hauptzylinderraum 36 ausbil­ det, wobei diese Hauptmenge so bemessen ist, daß das dabei entstehende Gemisch ein Magergemisch ist, welches keine oder nur eine zu vernachlässigende Zünd­ fähigkeit aufweist.

Der restliche Wasserstoff wird nach wie vor über den Injektor 64 in den Hilfszylinderraum 66 eingeblasen und im Laufe des Verdichtungshubs über den Spalt 68 in den Haupt­ zylinderraum 36 eingeblasen, so daß ebenfalls erst gegen Ende des Verdichtungshubs das optimale zündfähige Gemisch entsteht und somit die gleichen Vorteile wie beim ersten Ausführungsbeispiel erreichbar sind.

Der Vorteil des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 liegt darin, daß der Hilfszylinder 42 und der Hilfskolben 44 kleiner ausgebildet sein können und somit der gesamte Verbrennungsmotor raumsparender baut, da eine geringere Menge Wasserstoff in den Hilfszylinderraum 66 eingeblasen und von diesem in den Hauptzylinderraum 36 abgegeben werden muß.

Claims (11)

1. Verbrennungsmotor für Wasserstoff mit innerer Ge­ mischbildung, umfassend einen Hauptkolben, welcher sich in einem Hauptzylinder in einer Hubrichtung zwischen einem oberen Totpunkt, unter Bildung eines minimalen Hauptzylinderraums mit dem Hauptzylinder, und einem unteren Totpunkt bewegt und dabei einen Saughub, einen Verdichtungshub, einen Verdrängungshub und einen Ausstoßhub ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfskolben und ein Hilfszylinder vorgesehen sind, welche gleichphasig und synchron mit dem Hauptkolben und dem Hauptzylinder relativ zueinander bewegbar sind, daß der Hilfskolben (44) und der Hilfszylinder (42) in allen Hubstellungen miteinander einen vom Hauptzylinderraum (36) getrennten Hilfszylinderraum (66) begrenzen, welcher zwischen einem minimalen Hilfszylinderraum (66a) im oberen Totpunkt und einem maximalen Hilfszylinderraum (66b) im unteren Totpunkt variiert, daß der Hilfszylinderraum (66) über einen Kanal mit dem Hauptzylinderraum (36) in Verbindung steht und daß im Verlauf des Saughubs des Hauptkol­ bens (12) Wasserstoff in den Hilfszylinderraum (66) eingeblasen und während des Verdichtungshubs des Hauptkolbens vom Hilfszylinderraum durch den Kanal in den Hauptzylinderraum verdrängt wird.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kanal zumindest teilweise durch einen Spalt (68) zwischen dem Hilfskolben (44) und dem Hilfszylinder (42) gebildet ist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kleinste radiale Breite des Spal­ tes (68) zwischen dem Hilfskolben (44) und dem Hilfs­ zylinder (42) zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt variiert.

4. Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs­ kolben (44) und der Hilfszylinder (42) relativ zu­ einander denselben Weg wie der Hauptkolben (12) durchlaufen.

5. Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (44) oder Hilfszylinder (42) beweglich und über ein Verbindungsglied (48) mit dem Hauptkolben (12) ge­ koppelt ist und entsprechend der Hilfszylinder oder der Hilfskolben feststeht.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hilfszylinder (42) oder der Hilfs­ kolben (44) fest mit dem Hauptzylinder (10) verbunden ist und daß entsprechend der Hilfskolben (44) oder der Hilfszylinder (42) an dem Hauptkolben (12) gehalten ist.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hilfskolben (44) oder der Hilfs­ zylinder (42) an dem Hauptkolben (12) mit Spiel quer zur Hubrichtung (14) gehalten ist.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (44) sich über den Boden (48) des Hauptkolbens (12) hinaus erhebt.

9. Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfszy­ linder (42) sich von dem minimalen Hauptzylinderraum (36a) ausgehend in Hubrichtung (14) des Hauptkolbens (12) erstreckt.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hilfszylinder (42) einen Fortsatz des Hauptzylinders (10) bildet.

11. Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbren­ nungsmotor mit einer in den Hauptzylinderraum (36) mündenden, ein Magergemisch während des Saughubs erzeugenden Haupteinblasung (72) versehen ist, und daß mit dem in den Hilfszylinderraum (66) einge­ blasenen und während des Verdichtungshubs des Haupt­ kolbens in den Hauptzylinderraum (36) überführten Wasserstoff das Gemisch angereichert wird.