DE69202497T2

DE69202497T2 - Wärmeisolierte Brennkraftmaschine mit Wirbelkammern.

Info

Publication number: DE69202497T2
Application number: DE69202497T
Authority: DE
Inventors: Hideo Kawamura
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1991-03-14
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2012-03-14
Also published as: EP0503973B1; DE69202497D1; DE503973T1; JP3047493B2; US5178109A; JPH04287824A; EP0503973A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wärmeisolierenden Motor, welcher Hauptkammern an den Kolbenköpfen und Wirbelkammern an einem Zylinderkopf aufweist.
Wirbelkammern eines Wirbelkammermotors sind z.B. in der Japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 21024/1984 beschrieben. In diesem Wirbelkammermotor sind Wirbelkammern an einem Zylinderkopf vorgesehen, die Wirbelkammern bildende Wirbelkammerblöcke bestehen insgesamt aus Keramikmaterial, eine Luftschicht ist im größeren Teil der aneinander angepaßten Abschnitte zwischen den keramischen Wirbelkammerblöcken und dem Zylinderkopf gebildet, die Endabschnitte der aneinander angepaßte Abschnitten zwischen den Wirbelkammerblöcken und dem Zylinderkopf auf der Zylinderseite sind durch ein Dichtungsmaterial gasdicht abgedichtet, und die aneinander angepaßten Abschnitte zwischen den Wirbelkammerblöcken und ihren Einsatzteilen sind ebenfalls durch das Dichtungsmaterial gasdicht abgedichtet.
Darüber hinaus ist ein wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern entwickelt worden, um die Verbrennung wärmeisolierender Motoren zu verbessern. Beispielsweise beschreibt die Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 119616/1990, die vom Anmelder der vorliegenden Erfindung eingereicht wurde, einen wärmeisolierenden Motor mit Wirbelkammern. In diesem Wärmeisolierenden Motor mit Wirbelkammern stehen mit Kraftstoffeinspritzdüsen ausgestattete und einen wärmeisolierenden Aufbau besitzende Wirbelkammern in Verbindung mit Hauptkammern, die mit Einlaß/Auslaßventilen über Verbindungskanäle in Verbindung stehen, Steuerventile sind zum Öffnen und Schliessen der Verbindungskanäle vorgesehen, und die Steuerventile öffnen die Verbindungskanäle nahe dem Ende eines Kompressionshubes des Motors derart, daß die Ansaug- oder Einlaßluft in die Wirbelkammern unter einer Saugbelastung eingeleitet wird, und sie schließen die Verbindungskanäle während eines Einlaßhubes, um die Einleitung der Einlaßluft in die Wirbelkammern zu sperren.
Das Problem bei den Wirbelkammermotoren besteht jedoch darin, daß bei Bewegung des Verbrennungsgases von den Wirbelkammern zu den Hauptkammern, wenn die die Hauptkammern mit den Wirbelkammern verbindenden Verbindungskanäle gedrosselt sind, in den Verbindungskanälen ein Drosselverlust eintritt und die Motorleistung sinkt. Andererseits ist, je kleiner der Durchlaßquerschnitt des Verbindungskanals ist, die Strömungsgeschwindigkeit der Wirbelströmung um so höher, die von der in die Wirbelkammern eingeleiteten Einlaßluft gebildet wird.
In Wirbelkammermotoren ist allgemein die erzwungene Strömung des Verbrennungsgases, d.h. die Flamme, von den Wirbelkammern zu den Hauptkammern auf eine Richtung eingeschränkt. Die Ausströmgeschwindigkeit in der Ausgangsstufe der erzwungenen Strömung der Flamme ist hoch in der ersten Hälfte der Flammenausströmung, wenn die Druckdifferenz zwischen den Wirbelkammern und den Hauptkammern groß ist, fällt jedoch in der späteren Stufe der erzwungenen Flammenströmung ab. Die Vermischung der in den Hauptkammern vorhandenen Luft erfordert in diesem Fall eine lange Zeit, die Verbrennungszeit wird lang, der Kraftstoffwirkungsgrad sinkt und der Abfall der Ausströmgeschwindigkeit führt zum Auftreten von Kohlenwasserstoffen HC.
Es ist bei einem wärmeisolierenden Wirbelkammermotor notwendig, die Verbrennungsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Verbrennung in einer frühen Stufe zu beenden. Wenn nämlich die Kompressionsendtemperatur um etwa 250ºC höher liegt als ein kalter Motor, wie es beim wärmeisolierenden Motor der Fall ist, erhöht sich die Viskosität der komprimierten Luft, und der in diese Luft eingespritzte Kraftstoff kann sich nicht ideal mit der Luft vermischen. Andererseits ist eine Zündverzögerung des Kraftstoffs in einer Atmosphäre höherer Temperatur gering und der Kraftstoff kann innerhalb einer Zeit von etwa 1/5 von derjenigen beim kalten Motor gezündet werden. Daher müssen der Kraftstoff und die Luft augenblicklich vermischt werden, aber das Vermischen in der Anfangsstufe und die Verbrennung der Luft und des Kraftstoffs werden vorzugsweise in der fetten Kraftstoff-Luftmischung durchgeführt mit einem begrenzten Äquivalenzverhältnis, und eine mager vorgemischte Verbrennung wird vorzugsweise in einem Diffusionsverbrennungsabschnitt durchgeführt.
Ein weiterer bekannter Wirbelkammermotor ist in EP-A-0276193 beschrieben. Hier sind die Wirbelkammer und eine Hauptverbrennungskammer durch einen Hauptverbindungskanal und eine engere Einführöffnung für Druckluft verbunden. Der Hauptverbindungskanal ist durch ein Ventil verschlossen, das mechanisch betätigt wird, um bei einem vorbestimmten Teil des Zyklus über eine Gelenkverbindung mit der Antriebskurbelwelle zu öffnen.
Es ist ein Hauptziel der Erfindung, das oben geschilderte Problem zu lösen. Dementsprechend schafft die Erfindung einen wärmeisolierenden Motor mit Wirbelkammern, der nacheinander in einem Zyklus mit einem Ansaughub, einem Verdichtungshub, einem Ausdehnungshub und einem Auspuffhub betrieben wird, bestehend aus einem Zylinderblock, in dem Zylinder ausgebildet sind, einem an dem Zylinderblock befestigten Zylinderkopf, Wirbelkammerblöcken, die in Ausnehmungen angeordnet sind, welche in dem Zylinderkopf gebildet sind und Wirbelkammern mit einem wärmeisolierenden Aufbau bilden, in den Zylindern hin- und hergehend gelagerte Kolben, an den Kolbenköpfen der Kolben ausgebildeten Hauptkammern, in den Wirbelkammerblöcken gebildeten Verbindungskanälen zum Verbinden der Hauptkammern mit den Wirbelkammern, umfassend kleine Verbindungskanäle mit einer kleinen Durchlaßfläche und große Verbindungskanäle mit einer großen Durchlaßfläche, welche in den Wirbelkammerblöcken geformt sind, Kraftstoffeinspritzdüsen, deren Einspritzöffnungen in die Wirbelkammern münden, und Steuerventile zum Öffnen und Schließen der großen Verbindungskanäle, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile dazu vorgesehen sind, die großen Verbindungskanäle in Reaktion auf den Druck innerhalb der Wirbelkammern zu öffnen, wenn dieser über einen vorbestimmten Wert ansteigt, die Steuerventile die großen Verbindungskanäle während des Verdichtungshubes schließen und im Zeitraum des Druckanstiegs in den Wirbelkammern während des Ausdehnungshubes nach dem Einspritzen des Kraftstoffes aus den Kraftstoffeinspritzdüsen öffnen.
Mittels der Verbindungskanäle wird die Durchlaßfläche derart vergrößert, daß ein Drosselverlust infolge der Verbindungskanäle reduziert wird, wenn ein Verbrennungsgas von den Wirbelkammern zu den Hauptkammern durch die Verbindungskanäle übertragen wird, wobei der Durchlaßquerschnitt so reduziert wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit einer Wirbelströmung erhöht wird, wenn Einlaßluft von der Hauptkammerseite in die Wirbelkammern durch die Verbindungskanäle eingeleitet wird, wobei beide Verbindungskanäle geöffnet sind, wenn der Durchlaßquerschnitt der Verbindungskanäle vergrößert werden soll, und einer der Verbindungskanäle durch Steuerventile geschlossen wird, wenn der Durchlaßquerschnitt der Verbindungskanäle verkleinert werden soll.
Da die Steuerventile dieses wärmeisolierenden Wirbelkammermotors die großen Verbindungskanäle in Abhängigkeit von einem Druck oberhalb eines vorbestimmten Drucks innerhalb der Wirbelkammern öffnet, kann die Struktur selbst einfach gemacht werden.
Zusätzlich zum Öffnungsvorgang der großen Verbindungskanäle durch die Steuerventile in Abhängigkeit von dem Druck oberhalb des vorbestimmten Drucks innerhalb der Wirbelkammern können die Steuerventile durch eine außerordentlich kleine elektromagnetische Kraft betätigt werden, wenn die Steuerventile als durch die elektromagnetische Kraft betätigte Solenoidventile ausgebildet sind. Daher können die Steuerventile kompakt ausgebildet werden, und das Ansprechen des Öffnungs/Schließvorgangs kann verbessert werden.
Bei dem wärmeisolierenden Motor mit Wirbelkammern strömt Luft in die Wirbelkammern durch die kleinen Verbindungskanäle während des Kompresionshubes des Motors und können eine starke Wirbelströmung innerhalb der Wirbelkammern bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Kraftstoffnebel aus mehrfachen Einspritzöffnungen der Kraftstoffeinspritzdüsen derart eingespritzt, daß er sich mit dieser starken Wirbelströmung bewegt, während er eine Strömung in Form eines freien Strahls bildet, er tritt in eine beschleunigte Wirbelströmungszone ein, trifft auf quadratische Wandflächen der Wirbelkammern, d.h. die Wandflächen der Wirbelkammerblöcke, während er von der Wirbelströmung getragen wird, wird von den Wandflächen reflektiert, strömt längs der Wandflächen an der äußeren Umfangsseite der Wirbelströmung und wird gleichförmig verteilt, so daß der Kraftstoff und die Luft unter einer Saugspannung vermischt, gezündet und in Übereinstimmung mit dem Zustand verbrannt werden, in welchem die Zündungsverzögerung in der Hochtemperaturatmosphäre kurz ist.
Die gezündete Kraftstoff-Luftmischung verbrennt schnell, der Innendruck der Wirbelkammern steigt augenblicklich, die Verbrennung wird gefördert. Gleichzeitig werden die Steuerventile geöffnet, die bisher die großen Verbindungskanäle verschlossen, die Verbindungsfläche wird plötzlich groß, das Verbrennungsgas und die Flamme innerhalb der Wirbelkammern strömen unter einer Saugspannung in die Hauptverbrennungskammern, die Verbrennungsgeschwindigkeit steigt ohne Absenkung der Flammenströmungsgeschwindigkeit, und auf diese Weise wird eine ideale sekundäre Verbrennung durchgeführt.
Dementsprechend kann dieser wärmeisolierende Wirbelkammermotor den Drosselverlust reduzieren, der auf der Durchlaßfläche der die Wirbelkammern mit den Hauptkammern verbindenden Verbindungskanäle beruht.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines wärmeisolierenden Motors mit Wirbelkammern gemäß der Erfindung.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wirbelkammermotors mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Fig.1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen wärmeisolierenden Motors mit Wirbelkammern. Wie in der Figur gezeigt, weist dieser wärmeisolierende Wirbelkammermotor auf: einen Zylinderblock 14, einen am Zylinderblock 14 befestigten Zylinderkopf 7, der mit Einlaß/Auslaßkanälen 25 ausgestattet ist (wobei nur einer derselben dargestellt ist), im Zylinderkopf 7 ausgebildete Wirbelkammern 2 mit einem wärmeisolierenden Aufbau, Zylinderbüchsen 22, die in im Zylinderblock 14 gebildete Hohlräume eingesetzt sind, einen innerhalb jedes in der Zylinderbüchse 22 ausgebildeten Zylinders 18 hin- und herbewegbaren Kolben 17, eine Kraftstoffeinspritzdüse 6 mit mehrfachen Einspritzöffnungen 16 innerhalb jeder Wirbelkammer 2 sowie Hauptkammern 1, die jeweils aus einem im Kolbenkopf 4 des Kolbens 17 geformten Hohlraum 20 bestehen.
Der wärmeisolierende Aufbau der Wirbelkammern umfaßt beispielsweise Wirbelkammerblöcke 3, die in einem im Zylinderkopf 7 gebildeten Hohlraum 19 angeordnet sind und aus einem hochhitzebeständigen und hochwärmeisolierenden Keramikmaterial bestehen. Die Querschnittsform jeder Wirbelkammer 3 in der Axialrichtung des Zylinders ist mit im wesentlichen quadratischen Wandflächen geformt, und dieser Block 3 ist am Zylinderkopf 7 durch Befestigungsmetalle 27 befestigt. Eine wärmeisolierende Luftschicht kann zwischen der äußeren Seitenfläche des Wirbelkammerblocks 3 und dem Hohlraum 19 des Zylinderkopfes 7 ausgebildet werden, um die wärmeisolierende Eigenschaft der Wirbelkammer 2 zu verbessern.
Jede Hauptkammer 1 besitzt einen wärmeisolierenden Aufbau, in dem der Hohlraum 22 des Kolbenkopfes 4 durch einen wärmeisolierenden Wandkörper aus Keramik, d.h. durch einen Hauptkammerblock 10, gebildet wird. Ein Einlaß/Auslaßventil 26 ist in jedem Einlaß/Auslaßkanal 25 angeordnet.
Bei diesem wärmeisolierenden Wirbelkammermotor bildet insbesondere der dünne Wandteil 15 der unteren Fläche des Wirbelkammerblocks 3 einen Teil der unteren Fläche 13 des Zylinderkopfes. Große Verbindungskanäle 9 sind auf der Mittelseite des Zylinders 18 des Wirbelkammerblocks 3 gebildet, und kleine Verbindungskanäle 8 sind rings um die Umfangsseite des Zylinders 18 des Wirbelkammerblocks 3 ausgebildet. Jeder Verbindungskanal 9 ist ein Durchlaß mit einem großen Durchlaßquerschnitt, und ein Schaltventil, d.h. ein Steuerventil 11, ist zum Öffnen und Schließen dieses Durchlasses vorgesehen. Jeder kleine Verbindungskanal 8 ist ein Durchlaß mit einem kleinen Querschnitt und verbindet stets die Wirbelkammer 2 mit der Hauptkammer 1. Bei diesem wärmeisolierenden Wirbelkammermotor verbinden ferner die kleinen Verbindungskanäle 8 stets die Hauptkammern 1 und die Wirbelkammern 2, und das Steuerventil 11 ist in jedem großen Verbindungskanal 9 angeordnet.
Beispielsweise ist der Durchlaßquerschnitt des kleinen Verbindungskanals 8 so ausgebildet, daß er bis zu 0,9% des Zylinderquerschnitts besitzt, und der Durchlaßquerschnitt des großen Verbindungskanals 9 ist so ausgebildet, daß er bis zu 3% besitzt. Eine Ventilfläche und ein Ventilschaft 23, die das Steuerventil 11 bilden, sind aus hochhitzebeständiger Keramik hergestellt. Vorzugsweise ist eine Ventilführung 32 des Steuerventils 11 einstückig mit dem Wirbelkammerblock 3 durch eine hochhitzebeständige Keramik gebildet. Wenn die Ventilführung 32 und der Ventilschaft 23 aus hochhitzebeständiger Keramik hergestellt sind, ändert sich ein Zwischenraum zwischen denselben kaum, auch wenn irgendwelche Temperaturdifferenzen zwischen der Ventilführung 32 und dem Schaft 23 eintreten, so daß das Steuerventil 11 glatt gleiten kann und das Gas nicht aus den Wirbelkammern 2 nach außen entweichen kann.
Obwohl dies nicht erfindungsgemäß ist, ist das in der Figur gezeigte Steuerventil 11 von einem durch elektromagnetische Kraft angetriebenen Solenoidventil gebildet. Eine aus einem Magnetmaterial hergestellte Anziehungsplatte 21 ist auf ein Ende des Ventilschafts 23 des Steuerventils 11 aufgesetzt, ein als Magnetweg dienendes Spulengehäuse 33 ist rings um den Außenumfang des oberen Teils des Ventilschafts 23 angeordnet, und eine Solenoidspule 12 ist innerhalb des Spulengehäuses 33 angeordnet. Eine Rückzugfeder 31 zum Belasten des Steuerventils 11 in Schließrichtung ist zwischen das Spulengehäuse 33 und die Anziehungsplatte 21 eingefügt.
Der Öffnungs/Schließvorgang des Steuerventils 11 mit Zuführung eines Stromes zur Solenoidspule 12 wird durch einen Befehl aus einer Steuereinheit 30 gesteuert. Dem Motorbetriebszustand, wie die Motordrehzahl, Kurbelstellung, Motorbelastung usw., entsprechende Signale werden in die Steuereinheit 30 eingegeben, und der Öffnungs/Schließvorgang des Steuerventils 11 wird in Abhängigkeit vom Betriebszustand gesteuert. Die Motorbelastung kann von einem Lastsensor 24 erfaßt werden, welcher die zu den Kraftstoffeinspritzdüsen zugeführte Kraftstoffströmungsgeschwindigkeit oder die Eindrückstrecke eines Gaspedals erfaßt. Die Kurbelstellung kann durch einen Lagesensor 28 erfaßt werden. Motordrehzahlen können durch einen Drehsensor 29 erfaßt werden. Wenn die Steuereinheit 30 die Winkelsignale des oben beschriebenen Motorbetriebszustands empfängt, entscheidet und steuert sie die Öffnungszeitsteuerung und die Ventilhubhöhe des Steuerventils 11 in Abhängigkeit von den Winkelsignalen.
Statt dessen kann erfindungsgemäß das Steuerventil 11 so ausgebildet werden, daß es die großen Verbindungskanäle 9 in Abhängigkeit von einem Druck oberhalb eines vorbestimmten Einstelldrucks innerhalb der Wirbelkammer 2 öffnet, statt durch die Steuereinheit 30 gesteuert zu werden. Beispielweise wird das Steuerventil 11 durch die Kraft einer Feder geschlossen, und wenn der Innendruck der Wirbelkammer 2 einen eingestellten Druck übersteigt, kann sich das Steuerventil 11 gegen diese Federkraft derart absenken, daß die großen Verbindungskanäle 9 geöffnet werden.
Die in jeder Wirbelkammer 2 angeordnete Kraftstoffeinspritzdüse 6 ist mit mehrfachen Einspritzöffnungen 16 ausgestattet, die in Umfangsrichtung der Düsenachse derart ausgebildet sind, daß der radial in die Wirbelkammer eingespritze Kraftstoffnebel gegen die Wandflächen 5 des Wirbelkammerblocks 3 auftrifft. Die Kraftstoffeinspritzdüse 6 ist so angeordnet, daß sie sich in horizontaler Richtung von der mittleren Wandfläche innerhalb jeder Wirbelkammer 2 erstreckt, und die mehrfachen Einspritzöffnungen 16 münden gegen die Wandflächen der Wirbelkammer 2. Mit anderen Worten, die Innenseite der Wirbelkammer 2 oder die Wandfläche 5 des Wirbelkammerblocks 3 ist so geformt, daß der Schnitt in Axialrichtung des Zylinders 18 quadratisch ist und quadratische Wandflächen 5 bezüglich der Strömungsrichtung einer Luftwirbelströmung S bildet, welche über den kleinen Verbindungskanal 8 eingeleitet wird.
Was den jede Wirbelkammer 2 bildenden Wirbelkammerblock 3 betrifft, so wird die Einspritzrichtung des aus den mehrfachen Einspritzöffnungen 16 der Kraftstoffeinspritzdüse 6 eingespritzten Kraftstoffs F so eingestellt, daß er auf die quadratischen Wandflächen 5 auftrifft.
Ferner ist bei diesem wärmeisolierenden Wirbelkammermotor ein Hohlraum 20 im Kolbenkopf 4 gebildet und der aus Keramik und dgl. hergestellte Wandteil 10 ist an der Wandfläche des Hohlraums 20 derart angeordnet, daß er jede Hauptkammer 1 in dem wärmeisolierenden Aufbau darstellt. Jeder Verbindungskanal 9, der die Wirbelkammer 2 mit der Hauptkammer 1 verbindet, ist im Wirbelkammerblock 3 so ausgebildet, daß er gegenüber einem der Enden der Hauptkammer 1 liegt.
Der wärmeisolierende Wirbelkammermotor gemäß der Erfindung hat die folgenden Merkmale, da er mit den kleinen Verbindungskanälen 8 und den großen Verbindungskanälen 9 versehen ist, wie oben beschrieben. Mit anderen Worten, die Energie der Wirbelströmung S und die in jeder Wirbelkammer 2 auftretende freie Einspritzströmung F werden positiv ausgenützt, der eingespritzte Kraftstoff kann auf die Hochtemperaturwandfläche 5 auftreffen und wird reflektiert, ein Vermischen von Luft und Kraftstoff wird durch die Ausnützung von Wärmeenergie augenblicklich bewirkt und die Verbrennungsgeschwindigkeit wird erhöht.
Daher bildet die aus den kleinen Verbindungskanälen 8 eingeleitete Einlaßluft die Wirbelströmung S in der Vertikalrichtung bezüglich der Einströmrichtung und die Wirbelströmung S bewegt sich als Wirbelströmungsband innerhalb jeder Wirbelkammer 2. Der von der Kraftstoffeinspritzdüse 6 eingespritzte zerstäubte Kraftstoff F besitzt eine bestimmte Energie und strömt als freie Einspritzströmung F.
Diese freie Einspritzströmung F trifft sodann auf die eine hohe Temperatur besitzenden quadratischen Wandflächen 5 auf und werden derart von diesen reflektiert, daß der reflektierte Kraftstoffnebel F längs der Wandflächen 5 und der äußeren Umfangsseite der Wirbelströmung S strömt und gleichförmig verteilt wird, und Luft und Kraftstoff werden augenblicklich vermischt.
Dieser wärmeisolierende Wirbelkammermotor der oben beschriebenen Art arbeitet folgendermaßen.
In einem Kompressionshub eines Verbrennungszyklus, bei welchem ein Einlaßhub, ein Verbrennungshub, ein Expansionshub und ein Auslaßhub in der erwähnten Reihenfolge in diesem wärmeisolierenden Wirbelkammermotor durchgeführt werden, wird der große Verbindungskanal 9 während des Kompressionshubs geschlossen, wobei das Steuerventil 11 und der kleine Verbindungskanal 8 allein in einem Verbindungszustand verbleiben, um die gesamte Querschnittsfläche der Verbindungskanäle zu reduzieren, wodurch die Luft mit hoher Geschwindigkeit aus der Hauptkammer 1 in die Wirbelkammer 2 eingeleitet wird, um eine starke Wirbelströmung S zu bilden.
Der von den mehrfachen Einspritzöffnungen 16 der Kraftstoffeinspritzdüse 6 in die Wirbelkammer 2 eingespritzte Kraftstoffnebel F bewegt sich als freie Einspritzströmung F und tritt in eine beschleunigte Wirbelströmungszone ein. Die freie Einspritzströmung F trifft sodann auf die Wandflächen 5, während sie von der Wirbelströmung S getragen wird, und wird von den quadratischen Wandflächen 5 reflektiert, um längs dieser zu strömen. Der Kraftstoffnebel wird gleichförmig verteilt, und der Kraftstoff und die Luft werden in einem Moment vermischt, um die Bedingungen zu erfüllen, daß die Zündverzögerung in einer Hochtemperaturatmosphäre kurz ist, so daß ein Luft-Kraftstoffgemisch gebildet wird, das dann entzündet wird. Die gezündete Mischung verbrennt schnell, und der Druck in der Wirbelkammer 2 steigt augenblicklich, wodurch die Verbrennung des Gemischs gefördert wird.
Gleichzeitig geht die Verbrennung in einen Expansionshub über, um das Steuerventil 11 zu betätigen, das bisher den großen Verbindungskanal 9 geschlossen hat, so daß dieser Kanal geöffnet wird. Wenn der große Verbindungskanal 9 geöffnet wird, strömen das Verbrennungsgas und die Flammen in die Hauptkammer 1, um eine ideale Verbrennung zu erzielen. Weil daher das Verbrennungsgas und die Flammen von der Wirbelkammer 2 in die Hauptkammer 1 durch die großen und kleinen Verbindungskanäle 9,8 getragen werden, steigt die Querschnittsfläche der Strömungsdurchlässe, so daß ein Drosselverlust reduziert werden kann.
Das Verbrennungsgas und die Flammen werden so aus der Wirbelkammer 2 in die Hauptkammer 1 ausgestoßen und vermischen sich in der Hauptkammer 1 mit der darin vorhandenen Frischluft, so daß die Verbrennung zufriedenstellend und in einer kurzen Zeit durchgeführt wird.

Claims

1. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern, der nacheinander in einem Zyklus mit einem Ansaughub, einem Verdichtungshub, einem Ausdehnungshub und einem Auspuffhub betrieben wird, bestehend aus einem Zylinderblock (14), in dem Zylinder (18) ausgebildet sind, einem an dem Zylinderblock (14) befestigten Zylinderkopf (7), Wirbelkammerblöcken (3), die in Ausnehmungen (19) angeordnet sind, welche in dem Zylinderkopf (7) gebildet sind und Wirbelkammern (2) mit einem wärmeisolierenden Aufbau bilden, in den Zylindern (18) hin- und hergehend gelagerten Kolben (17), an den Kolbenköpfen (4) der Kolben (17) ausgebildeten Hauptkammern (1), in den Wirbelkammerblöcken (3) gebildeten Verbindungsöffnungen zum Verbinden der Hauptkammern (1) mit den Wirbelkammern (2), umfassend kleine Verbindungsöffnungen (8) mit einer kleinen Durchlaßfläche und grobe Verbindungsöffnungen (9) mit einer großen Durchlaßfläche, welche in den Wirbelkammerblöcken (3) geformt sind, Kraftstoffeinspritzdüsen (6), deren Einspritzöffnungen (16) in die Wirbelkammern (2) münden, und Steuerventilen (11) zum Öffnen und Schließen der großen Verbindungsöffnungen (9); dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (11) dazu vorgesehen sind, die großen Verbindungsöffnungen (9) in Reaktion auf den Druck innerhalb der Wirbelkammern (2) zu öffnen, wenn dieser über einen vorherbestimmten Wert ansteigt, die Steuerventile die großen Verbindungsöffnungen (9) während des Verdichtungshubes schließen und im Zeitraum des Druckanstieges in den Wirbelkammern (2) während des Ausdehnungshubes nach dem Einspritzen des Kraftstoffes aus den Kraftstoffeinspritzdüsen (6) öffnen.

2. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach Anspruch 1, bei dem die Durchlaßfläche der kleinen Verbindungsöffnungen (8) nicht größer ist als 0,9 % der Querschnittsfläche des Zylinders (18).

3. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Durchlaßfläche der großen Verbindungsöffnungen (9) nicht größer als 3 % der Querschnittsfläche des Zylinders (18) ist.

4. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während des Betriebes die aus den Hauptkammern (1) in die Wirbelkammern (2) durch die kleinen Verbindungsöffnungen (8) mit kleiner Durchlaßfläche während des Verdichtungshubes eingeleitete Luft eine starke Wirbelströmung innerhalb der Wirbelkammern (2) bildet.

5. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach Anspruch 4, bei dem der Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzdüse (6) in die in den Wirbelkammern (2) ausgebildete Wirbelströmung eingespritzt wird, wobei der Kraftstoff und die Luft sich zur Bildung eines Kraftstoff-Luftgemisches vermischen, das Kraftstoff-Luftgemisch gezündet wird, das gezündete Kraftstoff-Luftgemisch schnell verbrennt und eine Verbrennungsflamme bildet und der Druck innerhalb der Wirbelkammern (2) ansteigt.

6. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach Anspruch 5, bei dem die Steuerventile (11) während des Ausdehnungshubes geöffnet werden, so daß die Verbrennungsflamme in den Wirbelkammern (2) schnell aus den Wirbelkammern (2) in die Hauptkammern (1) während des Ausdehnungshubes ausströmt, sich mit der in den Hauptkammern (1) vorhandenen Luft vermischt, die Verbrennungszeit abkürzt und zufriedenstellend verbrennt.

7. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wirbelkammerblöcke (3) aus einem hochhitzebeständigen Keramikmaterial in einem wärmeisolierenden Aufbau bestehen.

8. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuerventile (11) aus einem hochhitzebeständigen Keramikmaterial bestehen.

9. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die großen Verbindungsöffnungen (9) auf der Seite der Wirbelkammern in der Nähe des Zentrums der Zylinder (18) ausgebildet sind und die kleinen Verbindungsöffnungen (8) auf der Seite der Wirbelkammern in der Nähe des Umfangs der Zylinder (18) ausgebildet sind.

10. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wirbelkammern (2) in den Wirbelkammerblöcken (3) so ausgebildet sind, daß ihre Querschnitte in axialer Richtung der Zylinder (18) quadratische Wandflächen sind und Quadratform bezüglich der Strömungsrichtung der von den kleinen Verbindungsöffnungen eingeleiteten Luftwirbelströmung besitzen.

11. Wärmeisolierender Motor mit Wirbelkammern nach Anspruch 10, bei dem der von den Einspritzöffnungen (16) der Kraftstoffeinspritzdüsen (6) eingespritzte Kraftstoff so gerichtet ist, daß er schräg gegen die quadratischen Wandflächen prallt.