DE4042324C3 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Stationäre Hubkolben-Brennkraftmaschinen, welche mit Erdgas oder anderen gasförmigen Brennstoffen be­ trieben werden, verbrauchen Zündenergie von einem Funken oder einer kleinen Vormenge bzw. Pilotmenge (typischerweise fünf Prozent des Gesamtbrennstoffs) ei­ nes flüssigen Brennstoffs, der eine adäquate Cetanzahl (typischerweise Diesel-Brennstofföl) hat, die direkt in die Brennkammer gespritzt wird. Die pilotgezündeten Brennkraftmaschinen bedienen die Hauptindustrieab­ satzgebiete, da diese gegenüber mittels funkengezünde­ ten Brennkraftmaschinen hinsichtlich der Haltbarkeit und des Leistungsvermögens überlegen sind und eine Konvertibilität zu und von einem vollständigen Betrei­ ben mit Dieselbrennstoff gestatten. Diese pilotgezünde­ ten Brennkraftmaschinen werden als "Gas-Diesel" oder "Zweistoff"-Brennkraftmaschinen bezeichnet.

Typische Zweistoff-Brennkraftmaschinen sind in den US-PS 46 03 674 (Tamaka), 44 63 734 (Akeroyd) und 45 27 516 (Foster) angegeben.

Die Steuerung der Brennkraftmaschinenemissionen, insbesondere der NO_X-Emissionen, ist auch ein Gegen­ stand von Weiterentwicklungen, wie dies beispielsweise in US-PS 43 06 526 (Schaub et al) und 45 24 730 (Doell et al) angegeben ist.

Obgleich die pilotgezündeten Brennkraftmaschinen derzeit im kommerziellen Einsatz bei Sattelzugfahrzeu­ gen die Kraftstoffverbrauch günstigsten Antriebe dar­ stellen, werden von diesen Brennkraftmaschinen Abga­ se mit ungünstigen Abgasemissionswerten abgegeben, die sich mittels analytischer Verfahren feststellen lassen und visuell als gelber Dunst erkennbar sind. Es wurde viel Arbeit hinsichtlich der Untersuchungen betreffend die ungünstigen Emissionswerte im Wettbewerb mit Flüssigpilotbrennstoff und der gasförmigen Primär­ brennstoffe zur Bereitstellung von Sauerstoff aufge­ wendet. Bei diesem Widerstreit zur Bereitstellung von Sauerstoff werden gasförmige Brennstoffmengen be­ vorzugt, und es wird der Anteil des Pilotbrennstoffs reduziert woraus hohe Emissionswerte von dem Flüs­ sigbrennstoff resultieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zy­ linderkopf einer Zweistoff-Brennkraftmaschine durch einfache Gestaltung und auf kostengünstige Weise da­ hingehend zu verbessern, daß damit die schädlichen Anteile der Abgasemission gesenkt, ein günstiger Brennstoffverbrauch erzielt und das Leistungsvermö­ gen verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Ein­ richtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Nach der Erfindung wird hierzu eine extern angeord­ nete, mit fluidförmigem Brennstoff gespeiste Brenner­ zellenanordnung bereitgestellt, welche in kommunizie­ render Verbindung mit der Hauptkolbenkammer ist, wobei eine solche Zelle eine Einrichtung zur optimalen Zündung eines brennstoffarmen, gasförmigen Brenn­ stoffgemisches in der Hauptkammer zum Zeitpunkt der maximalen Kompression am oberen Totpunkt des Kompressionshubes gestattet.

Ferner bezweckt die Erfindung eine externe, unab­ hängige Brennerzellenanordnung bereitzustellen, die auf einfache Weise bei Umrüstungen oder beim nach­ träglichen Einbau eingesetzt werden kann, und die sich auf einfache Weise bei einer Erstausstattung herstellen läßt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung ergeben sich aus der nachstehenden Beschrei­ bung von bevorzugten Ausführungsformen unter Be­ zugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer typischen Vier­ takt-Brennkraftmaschine der V-Bauart, welche für eine hohe Leistung und einen Dauerleistungsbetrieb ausge­ legt ist,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht mit Teilschnittdarstel­ lung einer ähnlichen gewichtsmäßig leichteren Brenn­ kraftmaschine für die Zusatzleistungslieferung sowie für Offshore- und Schiffahrtsanwendungen, welche mit ei­ ner geringfügig höheren Drehzahl arbeitet,

Fig. 3 eine schematische Teilschnittansicht einer Brennkammer, bei der die verbesserte Brennerzellenan­ ordnung vorgesehen ist, welche nach der Erfindung aus­ gelegt ist und die zur Anwendung bei der Brenngasbe­ triebsart und einer üblichen Einspritzdüse zur Verwen­ dung bei der Betriebsart ausschließlich mit Diesel- Brennstoff bestimmt ist,

Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht mit Teilschnitt­ darstellung der Brennerzelle nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Zylinderkopfanord­ nung, welche nach der Erfindung ausgelegt ist,

Fig. 6 eine Unteransicht längs der Linie 6-6 in Fig. 5 des Zylinderkopfes, wobei die Abdeckung abgenommen ist,

Fig. 7 eine Teilschnittdarstellung längs der Linie 7-7 in Fig. 6 zur Verdeutlichung der Ventilsitzeinsätze.

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Kolbens in Schnittdar­ stellung, welcher nach der Erfindung ausgelegt ist und

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Zylinder­ kopfs nach der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und insbeson­ dere auf die Fig. 1 und 2, in denen gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, ist eine typische Auslegungsform einer Brennkraftmaschi­ ne 10 gezeigt, welche nach der Erfindung ausgelegt ist. Diese Brennkraftmaschine 1 umfaßt eine Basis 12, die ein Mittelgestell 14 trägt, auf dem eine Mehrzahl von Zylinderblöcken 16 angebracht ist, die im Abstand ge­ mäß einer "V"-förmigen Anordnung relativ zu dem Mit­ telgestell angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Basis, das Mittelgestell und die Mehrzahl von Zylinderblöcken jeweils einstückig ausgelegt, um eine maximale Steifig­ keit und eine bleibende Ausrichtung bei ihrer Verbin­ dung zu erzielen. Eine axial angeordnete Arbeitskurbel­ welle 18 ist in dem Mittelgestell angebracht, und sie ist längs ihrer Länge mit Hilfe von geeigneten Lagern gela­ gert und über Verbindungsstangen 20 mit komplemen­ tären Kolben 22 verbunden, die jeweils in der Bohrung eines Zylinderblocks 16 angeordnet sind. Jeder Zylinder ist am oberen Ende mittels eines geeigneten Kopfes 24 geschlossen, der normalerweise zwei Einlaßventile 26 und zwei Auslaßventile 28 enthält, wobei die Ventilsitze vorzugsweise in Einsatzbauform ausgelegt sind und aus einem hochwärmebeständigen Material hergestellt sind. Die Ventile werden mit geeigneten Steuernockenwellen 30 gesteuert, welche mit Nockenrollen 32 zusammenar­ beiten, die Schubstangen 34 haben und über Kipphebel 36 oder ähnliche geeignete Einrichtungen die Ventile zu ihrer Steuerung beaufschlagen. Im wesentlichen auf der Achse des Zylinderkopfs 24 zwischen den Ventilen 26 und 28 ist eine Brennstoffeinspritzdüse 40 angeordnet, wie dies bei Diesel-Brennkraftmaschinen üblich ist. Bei der Einspritzeinrichtung 40 kann es sich um eine Mehr­ loch-Einspritzeinrichtung handeln, die beispielsweise in der schwebenden Patentanmeldung von Helmeich an­ gegeben ist, die den Titel trägt: "Zweistoff-Brennkraft­ maschine mit geringen Emissionswerten und Verfahren zum Betreiben derselben". Auch ist ein zusätzliches Ventil 42 zum Starten der einzigen Diesel-Brennstoff- Brennkraftmaschine vorgesehen, mittels dem die Zylin­ der durch die komprimierte Luft bewegt werden, bis die Kompressionskraft der Kolben das Luft/Brennstoffge­ misch auf den Zündpunkt erwärmt, wenn eine Verbren­ nung bei normalem Arbeitsbetrieb auftritt. Die Teile der Brennkraftmaschine mit geringerer Leistung in Fig. 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen, es ist aber zusätzlich der Zusatz "a" vorgesehen.

Die Zweistoff-Brennkraftmaschine nach Fig. 1 ist ei­ ne LSVB Viertakt-Brennkraftmaschine, und die Zwei­ stoff-Brennkraftmaschine nach Fig. 2 ist eine KSV-Vier­ takt-Brennkraftmaschine. Beide werden von Cooper- Bessemer, einer Gesellschaft der Firma Cooper Indu­ stries, hergestellt, auf die die vorliegende Erfindung übertragen ist. Die Zweistoff-Brennkraftmaschinen um­ fassen eine Mehrzahl von Zylindern, und sie haben zweckmäßigerweiße 12, 16 oder 20 Zylinder. Die LSVB- und KSV-Brennkraftmaschinen sind abgewandelt unter Anwendung der Brennerzellenanordnung 50 (Fig. 3 und 4).

Die Brennerzelle ist hauptsächlich zweckmäßig bei jeglicher Bauart von großen Hubkolben-Brennkraftma­ schinen unabhängig davon, ob sie stationär oder mobil betrieben werden. Die Erfindung ist im Hinblick auf den Wirkungsgrad am besten geeignet für große Brenn­ kraftmaschinen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4 und 9 ist die Erfin­ dung anhand einer Viertakt-Brennkraftmaschine darge­ stellt, bei der die Zylinder normalerweise mit einem gas­ förmigen Brennstoff gespeist werden, und es sind zwei Brennerzellenanordnungen 50 vorgesehen, die mittels einer relativ kleinen Menge eines Flüssigpilotbrennstof­ fes gezündet werden. Die selbstzündende Kammer 100 der Brennerzellenanordnung hat eine im wesentlichen segmentierte ferroparaboloidförmige Gestalt, und ihr Volumen beläuft sich in typischer Weise auf ein bis fünf Prozent des Volumens der Hauptkammer 17, die durch den Kolben 22, den Zylinderkopf 24 und die Wände des Zylinders 16 am oberen Totpunkt des Kolbenhubs be­ grenzt wird. Jedoch können sich die Abmessungen der Selbstzündungskammer 100 auch auf solche Werte be­ laufen, daß bis zu fünfundzwanzig Prozent des Volu­ mens der Hauptzylinderkammer 17 bei einer klein be­ messenen Brennkraftmaschine eingenommen wird, wenn sich die Hubbewegung an ihrer obersten Stelle befindet. Eine derartige Brennerzellenkammer 100 kann eine adäquate thermisch und chemisch aktive Menge an Stoffen abgeben, um den brennstoffarmen Inhalt der Hauptkammer 17 zu zünden. (Eine arme Verbrennung ist eine effektive Steuerungsmethode für gewisse Emis­ sionsbestandteile einschließlich Stickoxiden, insbeson­ dere von gasförmigen Brennstoffen).

Nunmehr wird auf Fig. 4 Bezug genommen, die eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 3 gezeigten Brennerzel­ lenanordnung 50 zeigt. Die Anordnung 50 umfaßt einen im allgemeinen rohrförmigen Injektorkörper 60, der ei­ nen massiven Endabschnitt 62 hat, der ringförmig an in Abstand liegenden Abschnitten ausgenommen ist, wie dies bei 64 und 68 verdeutlicht ist, um eine Ringschulter 66 zu bilden, die eine radiale Anlage 67 im Hinblick auf die nachstehend angegebenen Zweckbestimmungen bil­ det. Das freie Ende des massiven Abschnitts 62 ist mit einem im allgemeinen segmentierten sphärischen Hohl­ raum 52 versehen, der den segmentierten Abschnitt 51 vorzugsweise in der Mitte der Kugelgestalt hat, d. h. es handelt sich um einen halbkugelförmigen Hohlraum, welcher ein vorbestimmtes Volumen für die jeweilige Brennkraftmaschinenart hat, für die diese Einrichtung bestimmt ist. Der Hohlraum 52 ist im wesentlichen sym­ metrisch zur Achse des rohrförmigen Körpers 60 und steht in kommunizierender Verbindung mit dem Innen­ raum des rohrförmigen Körpers 60 mit Hilfe eines in Winkelrichtung angeordneten Durchganges 70, der bei 72 und 74 eine Doppelgegenbohrung hat, welche sich nach außen in Richtung zu dem inneren Hohlraum oder der Kammer 61 des rohrförmigen Körpers 60 von dem Hohlraum 52 wegweisend öffnen.

Die Geometrie der Brennerzellenkammer kann so gestaltet sein, daß sie eine vorspringende Kante oder eine Tasche zur Steuerung der Verdampfung, der Ver­ mischung und der Zündung umfaßt.

Ein Injektor bzw. eine Einspritzeinrichtung 80 ist in die Gegenbohrung 74 eingeschraubt, welche gegen eine Dichtungseinrichtung 82 anliegt, die am Basisteil der Gegenbohrung 72 vorgesehen ist, und sie umfaßt einen Zapfen oder eine Düse 84, die sich in den Durchgang 70 erstreckt. Die Einspritzeinrichtung 80 ist geringfügig schiefwinklig und unter einem Winkel in Relation zu der koaxialen Anordnung des Körpers 60 und des Hohl­ raums 52 derart angeordnet, daß der Durchgang 70 ge­ ringfügig versetzt in den Hohlraum 52 unter tangentia­ ler Anordnung hierzu mündet, wobei die Zweckbestim­ mungen hierfür nachstehend angegeben sind.

Die Einspritzeinrichtung kann eine Mehrloch-Ein­ spritzeinrichtung sein, wie dies in der schwebenden Pa­ tentanmeldung von Helmeich mit der Bezeichnung "Zweistoff-Brennkraftmaschine mit niedrigen Emis­ sionswerten und Verfahren zum Betreiben derselben" angegeben ist. Sie kann auch von einer Zapfendüse mit einer einzigen Öffnung gebildet werden, oder die Dü­ senauslegung kann durch die anderen Eigenschaften der Zündstoffe gegenüber Brennstofföl vorgegeben sein.

Eine Düse 90, die eine quer verlaufende Hinterschnei­ dung und einen abgeschrägten Kopf 92 hat, besitzt eine schmale, randähnliche Kante 94 zur Bildung einer Ab­ dichtung auf die nachstehend beschriebene Weise, und sie umfaßt einen segmentierten paraboloidförmigen Hohlraum 93, der komplementär zu dem Hohlraum 52 an dem geraden Teil des paraboloidförmigen Endes 91 ausgelegt ist und einen Segmentabschnitt 95 am ande­ ren Ende hat. Die Hohlräume 52 und 93 sind so kombi­ niert, daß man eine im allgemeinen segmentierte sphä­ roparaboloidförmige Kammer 100 erhält.

Die äußere Gestalt des Körpers der Düse 90, die von dem Kopf 92 nach unten verläuft, ist doppelkonisch aus­ gebildet um einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 96 und eine konische Spitze 98 zu erhalten. Der Hohlraum 93 steht mit dem Konus 98 über den Durchgang 102 in Verbindung, der im wesentlichen tangential zu der Oberfläche des Hohlraums 93 und im wesentlichen senkrecht zu der erzeugenden Fläche des Konus 98 an­ geordnet ist. Der Durchgang 102 ist etwas von der Tan­ gentiallinie nach oben versetzt, die an den segmentier­ ten sphärischen Hohlraum gelegt ist, der in dem Ende des Kolbens 22 ausgelegt ist, wenn dieser seine oberste Hubstellung einnimmt.

Die Düse 90 ist mit dem freien Ende des massiven Abschnitts 62 über eine Schweiß- oder Lötwulst 104 verbunden, welche die abgeschrägte äußere Kante der entsprechend zugeordneten End- und Kopfflächen aus­ füllt.

Der Zylinderkopf 24 ist mit einem winkelig angeord­ neten Durchgang 120 versehen, der einen axial im Ab­ stand angeordneten und mit einer Gegenbohrung ver­ sehenen Sitz 122 im Durchgang 123 hat, mit dem der Düsenkopfrand 94 in Dichtungseingriff ist, und zusätz­ lich ist axial im Abstand ein Durchgang 124 vorgesehen, welcher den rohrförmigen Körper 60 trägt und ausrich­ tet. Die Schultereinrichtung 66 kann mittels Preßsitz in dem Durchgang 123 gebildet werden, und vorzugsweise ist eine nicht gezeigte geeignete Einrichtung vorgese­ hen, um den Durchgang 102 relativ zu der Hauptzylin­ derkammer 17 auszurichten. In ähnlicher Weise ist der konische Abschnitt 96 so ausgelegt, daß er auf der schar­ fen Kante aufliegen kann, die sich durch den Schnitt des Durchgangs 120 und des Gegenbohrungssitzes 122 er­ gibt.

Ein Teil der Oberfläche des Kopfes 24, der mit dem Durchgang 120 verbunden ist, ist derart ausgestaltet, daß man eine konische Ausnehmung 121 erhält. Der Düsendurchgang 102 weist zu der konischen Ausneh­ mung 121.

Die Brennstoffzelle 50 ist eine selbstzündende Brenn­ stoffzelle, d. h. eine Brennstoffzelle, die nur eine Selbst­ zündungskammer 100 hat und keine Zündeinrichtung (d. h. keine Zündkerze) oder eine ähnliche externe oder Fremdzündungseinrichtung hat, die in direkter Verbin­ dung mit der Kammer 100 ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 und 9 umfaßt die Zylinderkopfanordnung 128 eine Abdeckung 129, welche nach der Abnahme die Ausrichtung der Gasein­ laß- oder Einlaßventile 26 und der Auslaßventile 28 zu der Brennerzellenanordnung 50 freilegt, die zwischen denselben angeordnet ist Gehärtete Ringe 130 und 132 sind in die Ventilsitze 26 und 28 jeweils eingelassen.

Wie am deutlichsten aus Fig. 8 zu ersehen ist, haben die bei der Erfindung vorgesehenen Kolben 22 vorzugs­ weise eine als Stumpf ausgebildete sphärische Gestalt an ihren oberen Endflächen 23. Der Kolben kann als einteiliges Gußstück ausgelegt sein, oder er kann zwei­ teilig ausgelegt sein, wobei ein Stahlkopf 142 fest mit dem Kolbenschaft 140 verbunden ist. Geeignete Dicht­ ringe 144 sowie eine Mehrzahl von Buchsen als Lager 146 für den Kolbenbolzen (nicht gezeigt) sind vorgese­ hen. Dieser als Stumpf ausgebildete sphärische Kolben­ kopf 142 stellt eine bevorzugte Auslegungsform bei al­ len gasbetriebenen Brennkraftmaschinen dar. In Fig. 3 ist diese bevorzugte Ausführungsform mit einer gebro­ chenen Linie 23 dargestellt, während sich die durchge­ zogene Linie 23a auf den Kolbenkopf bezieht, der nor­ malerweise bei Dieselbrennkraftmaschinen eingesetzt wird.

Die Dieselbetriebsart wird normalerweise beim Star­ ten der Zweistoff-Brennkraftmaschinen eingesetzt, ob­ gleich die halbkugelförmigen Kolbenköpfe nicht die ef­ fizienteste Ausgestaltungsweise bei der Dieselbetriebs­ art darstellt. Dennoch reichen sie für die bestimmungs­ gemäße Funktion aus, gemäß der diese ihren Zweck im Zusammenhang mit dem Starten, dem Aufwärmen und dem Betreiben der Brennkraftmaschine bei der Diesel­ brennstoffbetriebsart erfüllen. Selbst wenn die Diesel­ betriebsart zum Starten, Aufwärmen und zum vollstän­ digen Betreiben mit Dieselbrennstoff genutzt wird, wird die Flüssigbrennstoffzelle nach wie vor weiterbetrieben, um diese sauber zu halten, selbst wenn dies nicht erfor­ derlich wäre. Auch soll die Brennerzelle sofort einsatz­ fähig sein, wenn die Brennstoffquelle auf gasförmigen Brennstoff umgeschaltet wird.

Die Erfindung läßt sich auch bei Zweitakt-Brenn­ kraftmaschinen sowie bei Viertakt-Brennkraftmaschi­ nen anwenden. Der Durchmesser der Kolben, die bei diesen Brennkraftmaschinen vorgesehen sind, liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 355,6 bis 500 mm (14 bis 20 inches), wobei der jeweilige Hub nicht von ausschlaggebender Bedeutung ist. Beim Ar­ beiten in der Gasbetriebsart wird die Brennerbrenn­ stoffzelle kontinuierlich gezündet. Zweckmäßigerweise wird ein fettes Brenngemisch eingesetzt, worunter zu verstehen ist, daß ein Luft/Brennstoffverhältnis von 10 : 1 vorhanden ist. Vorzugsweise beläuft sich dieses Verhältnis auf 8 : 1. Ein mageres Gemisch hätte ein Luft/­ Brennstoffverhältnis von mehr als 10 : 1, und es beläuft sich etwa auf näherungsweise 12 : 1.

Der Cetanwert des Flüssigbrennstoffes sollte so ge­ wählt werden, daß unter einer vorbestimmten Tempera­ tur und eines vorbestimmten Druckes eine Zündung möglich ist. Die Gaszündeinstellung sollte derart ge­ wählt werden, daß unter diesem vorbestimmten Druck eine Selbstzündung auftritt, und daher ist es erforder­ lich, die Flüssigbrennstoff-Brennerzelle einzusetzen. Die Brennerzelle und ihr Flüssigbrennstoff sind so einge­ richtet, daß eine Zündung unter dem Druck der in der oberen Zellenkammer komprimierten Stoffe auftritt. Während die Verbindungsbohrung 102 eine Verbindung zwischen der Kammer 100 und der Hauptkolbenkam­ mer 17 herstellt, nimmt die Brennerzelle die heißen, komprimierten Gase vom Kompressionshub des Kol­ bens 2 auf, und diese werden in die Kammer 100 mittels einer Verwirbelung durch die tangentiale Anordnung der Bohrung 102 eingebracht. Der Flüssigbrennstoff wird unter einem Winkel relativ zu dem Strom der kom­ primierten Luft eingeleitet, und er wird entweder durch die Wärme der Luft gezündet, oder er wird gezündet, wenn er die Wand der Kammer 100 berührt. Er strömt dann unmittelbar chemisch und thermisch aus der Boh­ rung 102 und dient zur Zündung des komprimierten gasförmigen Brennstoffs in der Hauptkammer 17.

In diesem Zusammenhang ist es wesentlich, daß die Brennerzellenanordnung 50 extern vorgesehen ist und nicht einen Teil der Zylinderkammer bildet. Somit kann die Brennerzelle sowohl als ein Teil der Grundausstat­ tung bei der Herstellung bilden, als auch ein Teil, das zur relativ einfachen Nachrüstung oder Umrüstung bei älte­ ren Einstoff-Brennkraftmaschinen zur Verfügung steht, oder das zur Verbesserung von Zweistoff-Brennkraft­ maschinen genutzt werden kann.

Die Brennerzelle ermöglicht eine gesteuerte brenn­ stoffreiche Verbrennung in der Brennerzelle. (Eine fette Verbrennung stellt ebenfalls eine wirksame Steuerungs­ weise im Hinblick auf gewisse Emissionen einschließlich Stickoxiden sowie bei Flüssigbrennstoffen dar).

Die Brennerzelle ermöglicht ferner die Verwendung einer sehr kleinen Menge des flüssigen Brennstoffes, da die Aufgabe des Flüssigbrennstoffs nunmehr im wesent­ lichen in der einfachen Zündung des leicht zündbaren, steuerbaren Gemisches in der Brennerzelle zu sehen ist.

Bei der Erfindung wird die Aufgabe zur Bereitstel­ lung der Energie zum Zünden einer magerbeschickten Hauptbrennkammer von der direkten Einspritzung ei­ nes Flüssigpilotbrennstoffes in die Brennkammer zu ei­ ner Brennerzelle mit gesteuerter Verbrennung verla­ gert, die überwiegend die Energie durch einen gasförmi­ gen Brennstoff liefert und leicht mit einer kleinen Men­ ge eines Flüssigpilotbrennstoffes zur Zündung gebracht werden kann.

Das Spülen der Brennerzelle und die Einleitung des gasförmigen Brennstoffes in die Brennerzelle erfolgen mittels Druckänderungen in dem Brennkraftmaschinen­ zylinder während der Expansion und der Kompression. Das Spülen kann aber auch dadurch unterstützt werden, daß man eine zeitliche gesteuerte Ventilbetätigung oder ein Öffnen von Einlaßeinrichtungen vorsieht, wenn ge­ meinsame oder gesonderte Quellen für Luft und/oder für Brennstoff für die Brennerzelle vorgesehen sind. Ei­ ne solche Auslegungsform ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die Zündung der Brennerzelle erfolgt normalerweise durch das Einspritzen einer Brennstoffmenge (Zünd­ stoff) mit einem ausreichenden Selbstzündungsvermö­ gen (Cetanzahl), um das Einleiten der Verbrennung beim Eindringen des Luft/Brennstoffgemisches in die Brennerzelle zu erreichen, wobei die Temperatur des Gemisches durch die Zylinderkompression auf einen ge­ wissen Wen angestiegen ist. Die Zündung kann auch dadurch eingeleitet werden, daß der Zündstoff in Kon­ takt mit einer heißen Fläche der Brennerzelle kommt. Auch können irgendwelche Bauarten von extern ver­ sorgten Heizeinrichtungen vorgesehen sein.

Brennstofföl mit einem akzeptablen Cetanwert ist heutzutage kostengünstig als Zündstoff verfügbar. Je­ doch können auch andere Flüssigkeiten oder Gase im Hinblick auf die Zündwilligkeit, die Emissionssteuerei­ genschaften oder die Wirtschaftlichkeit gewählt wer­ den. Die kleine Menge an Zündstoff, die bei der Bren­ nerzelle erforderlich ist, ermöglicht den praktischen Einsatz von anderen Stoffen als das bisher übliche Bren­ nöl.

Ein weiteres, wichtiges Anwendungsgebiet für die Er­ findung ist darin zu sehen, daß man niedrigere Kom­ pressionsverhältnisse bei den Brennkraftmaschinen zu­ lassen kann, welche eine Versorgung mit empfindlichem Brennstoff (niedrige Oktanzahl) erforderlich machen. Die Zündquelle (Brennerzelle) kann hinsichtlich ihrer Ausgestaltung mehr oder weniger abhängig von der Wärme gewählt werden, die durch die Kompression er­ zeugt wird, und daher kann sie auch bei speziellen An­ wendungsgebieten zur Erfüllung ihrer Funktion kleiner bemessen werden. Eine Wärmesenke sowie die Ver­ wendung von extern gespeisten Wärmequellen bieten eine weitgehende Flexibilität beim Einsatz.

Die Leistungsfähigkeit einer Diesel-Brennkraftma­ schine bleibt unverändert bei der Erfindung aufrechter­ halten, und es wird eine übliche Einspritzanlage 40 im Zylinderkopf 24 vorgesehen, welche gegebenenfalls ge­ kühlt werden kann und die die Funktionsfähigkeit im Bereitschaftsbetrieb aufrechterhält. Das Umschalten während des Arbeitens auf und von der Betriebsart mit vollständiger Dieselspeisung kann mit Hilfe von übli­ chen, heutzutage verfügbaren Verfahrensweisen be­ werkstelligt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vor­ anstehend beschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind zahl­ reiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Er­ findungsgedanken zu verlassen.

Claims (5)

1. Zylinderkopf-Brennerzellen-Anordnung für eine Zweistoff-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei jeder Zylinderkopf mindestens ein Einlaßventil und mindestens ein Auslaßventil aufweist, dadurch gekennzeichet, daß an dem Zylinderkopf (24) eine Brennerzelle (50) angebracht ist, die eine Einspritz­ einrichtung (80) und eine Selbstentzündungskammer (100) mit einem Düsen­ körper (90) umfaßt, daß ein in dem Zylinderkopf (24) schräg zur Brennraummit­ te einmündender Durchgang (120) vorhanden ist, in dem der Düsenkörper (90) eingreift, daß auf der Brennraumseite des Zylinderkopfes eine vom Durchgang (120) ausgehende konische Ausnehmung (121) vorgesehen ist, daß zu der koni­ sche Ausnehmung (121) ein die Selbstzündungskammer (100) unter einem vor­ bestimmten Winkel mit einem oberen inneren Abschnitt des Zylinderkopfes (24) verbindenden Brennerdüsendurchgang (102) gerichtet ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Durchgänge (120) zum Anbringen von zwei Brennerzellen (50).

3. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (24) eine Bohrung aufweist, um darin eine Kraftstoffein­ spritzdüse anzubringen.

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (24) für eine Zweistoff-Brennkraftmaschine vorgesehen ist und zumindest zwei Brennerzellendurchgänge (120), zwei Durchgänge für Einlaßventile (26), zwei Durchgänge für Auslaßventile (28) und einen Durchgang für eine Kraftstoffeinspritzdüse (40) aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die konische Ausnehmung (121) von dem Brennerdüsendurchgang (102) zur Kraft­ stoffeinspritzdüse (40) hin verjüngt.