DE3516951A1 - Hybrid-verbrennungskolbenmotor - Google Patents
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Description
Hybrid-Verbrennungskolbenmotor
Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Verbrennungskolbenmotor mit einem Zylinderkopf mit praktisch ebener innerer Oberfläche
und darin angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen, zur Verwendung
mit Turbinenkraftstoffen und mit einer kombinierten geschichteten, durch Zündfunken unterstützten Kompressionszündung.
Der Wettbewerb unter den verfügbaren fossilen Brennstoffen in den verschiedenen Transportsegmenten wird zunehmen, und solche
Brennstoffe, die nur in verhältnismäßig geringen Mengen hergestellt
werden, werden zunehmend teurer, sind häufig nicht überall verfügbar und sind anfällig wegen Umweltschutzanforderungen.
Unter den Kraftstoffen für Luftfahrzeuge ist Flugbenzin am verwundbarsten und unterliegt auch den höchsten Einschränkungen
hinsichtlich der gänzlichen Eliminierung des Bleianteils als Antiklopfmittel, so daß Flugbenzin hoher Oktanzahl
möglicherweise 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 Luftfahrzeugen entstehen, werden damit vermieden.
Verbrennungsmaschinen mit geschichteter Ladung sind bereits seit über fünfzig Jahren bekannt (US-PS 2 191 042). Einige
dieser Brennkraftmaschinen ließen sich in vereinzelten Fällen
erfolgreich mit Turbinenkraftstoff betreiben, wurden jedoch
nur für bodengebundene Transportzwecke verwendet. Die geschichtete 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 wesentlichen versucht wurde, einen gewissen Emissionsstandard
zu erreichen und die Verwendbarkeit verschiedener Kraftstoffarten. All diese früheren Entwicklungen haben zu keiner leichten
Verbrennungsmaschine mit hoher spezifischer Leistung geführt, 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 erzeugen,
der wiederum die Hauptbrennstoffladung zündet (US-PS 2 902 011 und 4 414 940), jedoch sind die Eigenschaften derartiger
Brennkraftmaschinen noch verbesserungsbedürftig.
Es ist auch bereits bekannt, den Kolbenboden in gewisser Weise
zu formen, so daß bei Annäherung, des Kolbens an den oberen Totpunkt eine bessere Verwirbelung des Gemisches eintritt
(US-PS 4 166 436) .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybrid-Verbrennungskolbenmotor
der eingangs genannten Art zu schaffen, der gute Leistungsdaten aufweist, sich im wesentlichen mit
Turbinenkraftstoff betreiben läßt und der die wesentlichen
Nachteile bekannter Konstruktionen nicht aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch eine in dem Zylinderkopf
angeordnete Vorbrennkammer, durch einen geraden Durchlaß,
der von der Vorbrennkammer bis an die innere Oberfläche des Zylinderkopfes führt, durch eine in der Vorbrennkammer
liegende Zündeinrichtung und Hilfseinspritzeinrichtung für
einen Zusatzkraftstoff, durch eine Haupteinspritzeinrichtung in dem Zylinderkopf, durch eine topfförmige, den Hauptbrennraum
umfassende Ausnehmung in der Oberseite des Kolbens, die außeraxial und nächst der Haupteinspritzeinrichtung in der
oberen Totpunktlage des Kolbens liegt, durch eine erste Schrägfläche in der Oberseite des Kolbens, die tangential von der
topfförmigen Ausnehmung ausgeht und in der oberen Totpunktlage bis an den geraden Durchlaß führt, so daß das entzündete Gas
aus der Vorbrennkammer in die topfförmige Ausnehmung strömen kann, und durch eine zweite Schrägfläche in der Oberseite des
Kolbens, die seitlich an die erste Schrägfläche anschließt.
Ein derartiger Verbrennungsmotor verwendet eine geschichtete Ladung und arbeitet im Ottobetrieb während des Startens, des
Leerlaufs und bei geringer Leistungsabgabe, wobei die Betriebsart 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 Verdichtungsverhältnis, der Höhe des Turboladerdruckes,
den Kühlmitteltemperaturen., der spezifischen Ausgangsleistung,
der Einlaßlufttemperatur, den Volumina der Vorbrennkammer und des Hauptbrennraumes, von den Verhältnissen der Auslaßöffnung
der Vorbrennkammer sowie von weiteren Parametern. Durch Wahl und Steuerung dieser Variablen läßt sich der Verbrennungsmotor
für eine Vielzahl von Anwendungen einrichten.
Durch die besondere Ausbildung der Verbindung der Vorbrennkammer
mit dem Hauptbrennraum wird während des Verdichtungshubes eine Verwirbelung der Luft in der Vorbrennkammer erzielt. Während
dieser Verwirbelungsbewegung und bevor der Kolben den
oberen Totpunkt erreicht hat, wird über die Hilfseinspritzeinrichtung
Kraftstoff in die Vorbrennkammer eingespritzt, der nach Vermischung mit der Luft gezündet wird.
Während des Startens, bei Leerlauf oder bei niedriger spezifischer
Ausgangsleistung hängt der Verbrennungsprozeß in der Vorbrennkammer weitgehend oder vollständig von den oben angegebenen
Prinzipien der geschichteten Ladung ab. Mit zunehmender Leistung jedoch, also mit höherem Kraftstoffdurchsatz und
höheren 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 Verwirbelungsbewegung
kehrt sich um, sobald Brenngase die Vorbrennkammer durch den Durchlaß verlassen und in den Hauptbrennraum
einströmen. Die Verbrennungsgase strömen dabei längs der Schrägflächen, die in der Oberseite des Kolbens angebracht
sind, bis in die topfförmige Ausnehmung, wobei die Gasverwirbelung
innerhalb dieser Ausnehmung 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 topfförmige Ausnehmung getrieben werden. Diese Ausnehmung ist absichtlich außeraxial angeordnet,
also mehr am Rande des Kolbenbodens. Ein großer Teil der Gasströmung fließt sodann entlang der beiden Schrägflächen in die
Ausnehmung, wodurch die Verwirbelung in dieser weiter verstärkt wird.
Die heißen Gase, der unverbrennte 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 Haupteinspritzeinrichtung
wird dadurch das Vermischen des Brennstoffs mit den verwirbelten Gasen und der Verbrennungsvorgang selbst beschleunigt,
wobei dadurch auch die Zündung des Gasgemisches in dem
Hauptbrennraum unterstützt wird. Bei niedriger spezifischer Ausgangsleistung ist die Zündung der Gase in dem Hauptbrennraum
abhängig von dem aus der Vorbrennkammer ausströmenden heißen und/oder brennenden Gas. Mit zunehmender Leistung hingegen
nimmt diese Abhängigkeit ab, und die Verbrennung geht allmählich in eine Verbrennung durch nicht unterstützte Kompressionszündung
über.
Die Lage der topfförmigen Ausnehmung unter dem Auslaßventil verringert die Wärmeverluste aus dem Hauptbrennraum und ergibt
eine Einschließung der Gase in diesem innerhalb heißer und isolierter Begrenzungsflächen. Es können auch isolierende Einsätze,
Auskleidungen mit oder ohne katalytische Eigenschaften in der Vorbrennkammer, dem Hauptbrennraum und an den Schrägflächen
vorgesehen sein, um die chemischen Reaktionen in der Vorbrennkammer zu unterstützen, die Verbrennungsverzögerungszeit
zu verkleinern, die Bildung von Ablagerungen besser zu beherrschen und um Hitzeverluste durch das Kühlmittel und
durch Schmiermittel zu reduzieren oder auch um eine Abschreckwirkung an den Grenzflächen zu vermeiden und eine Gaserosion
aufgrund übermäßiger Erhitzung bei Teilen aus Leichtmetallegierungen
zu vermeiden.
Der Einspritzzeitpunkt bei der Hilfseinspritzeinrichtung und
der Haupteinspritzeinrichtung kann gleich liegen oder abgestuft sein, je nach den gegebenen Parametern wie der maximalen
spezifischen Ausgangsleistung, der Motordrehzahl, den verwendeten Brennstoffen und je nach der zu rechtfertigenden Komplexität
der Brennstoffeinspritzsysteme.
Die oben geschilderten Verhältnisse ermöglichen die Verwendung
eines relativ niedrigen Verdichtungsverhältnisses für die Erzielung hoher spezifischer Ausgangsleistungen unter
Verwendung von Turbinenkraftstoff oder anderen Kraftstoffen,
die keine bestimmten Oktan- oder Ketanzahlen aufweisen müssen.
Die Brennkraftmaschine nach der Erfindung läßt sich auch mit verhältnismäßig hohen Brennstoff/Luftverhältnissen verwenden
(im Vergleich zu üblichen Dieselmotoren), so daß die Größe, das Gewicht, das Einbauvolumen und die Herstellungskosten
klein gehalten werden und der Aufwand für eine Turboladung reduziert wird.
Die Verwendung einer zündkerzen- oder gluhkerzenunterstützten
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-Anstiegsgeschwindigkeiten sowie Spitzendrücke erzielt werden. Diese
Umstände sind günstig für das Klopfverhalten und verringern die Anforderungen 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 geringes Leistungsgewicht, ein verhältnismäßig niedriges Verdichtungsverhältnis
und ein verhältnismäßig hohes Brennstoff/ Luftverhältnis.
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.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der wesentlichen
Teile eines Kolbenmotors;
Fig. 2 ist eine Draufsicht, in der die Vorbrennkammer
und die dieser zugeordneten Einrichtungen gestrichelt dargestellt sind;
Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von
Fig. 2, die den Zylinder, den Zylinderkopf und den Kolben in der oberen Totpunktlage
zeigt;
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 von
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 von
Fig. 5, die eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Schnitt durch die Vorbrennkammer und den Zylinder einer abgeänderten Ausführungsform;
Fig. 6 zeigt in stark vereinfachter Darstellung die Luft-, Brennstoff- und Gasströmungen
während der Verdichtung, in der oberen Totpunktlage und beim Beginn des Arbeitstaktes,
und
Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung des Kolbenbodens, die die verschiedenen Luft-
und GasStrömungswege in der oberen Totpunktlage zeigt.
Der in Fig. 1 dargestellte Hybrid-Kolbenmotor 10 kann mehrere Zylinder aufweisen, wobei lediglich ein einziger Zylinder
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 bewegbar ist, dessen oberes Ende durch einen Zylinderkopf
mit einem üblichen Einlaßventil 12 und Auslaßventil 13 abgeschlossen
ist, die einen Einlaß 14 bzw. Auslaß 32 (in Fig. gestrichelt dargestellt) abschließen. Durch die innere Oberfläche
36 des Zylinderkopfes 34 ragt eine Haupteinspritzdüse
25, wie am besten aus den Fig. 2, 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. 2 und 4). Die Querschnittsfläche des
Durchlasses 20 sollte so klein sein, daß während des Verdichtungshubes
eine große Gasgeschwindigkeit in der Vorbrennkammer 19 erz-ielt wird, so daß der Brennstoff schnell vermischt wird.
Andererseits sollte die Geschwindigkeit nicht so hoch sein, daß der Zündflammenkern ausgelöscht wird. In der Vorbrennkammer
19 befindet sich ferner eine Zündkerze 24 sowie eine Zusatz-Einspritzdüse
22. Diese sowie die Haupteinspritzdüse 25 werden durch übliche Einspritzeinrichtungen, die in den Zeichnungen
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 außermittig angebracht ist und eine große Oberfläche aufweist. Diese Ausnehmung bildet in der oberen Totpunktlage
des Kolbens den Hauptbrennraum. Tangential geht von der topfförmigen Ausnehmung 16 eine Schrägfläche 17 aus, welche
mit dem Durchlaß 20 fluchtet, wenn der Kolben 11 sich nahe seiner oberen Totpunktlage befindet, wie in den Fig. 2,
4, 5 und 7 dargestellt ist.
In der oberen Totpunktlage, die in Fig. 6 dargestellt ist, ist der Abstand zwischen der Oberfläche des Kolbenbodens 38 und
der inneren Oberfläche 36 des Zylinderkopfes auf das aus praktisch mechanischen Gründen erforderliche 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 der Räume nächst den Schrägflächen 17 und 18 gebildet ist.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine geringfügig modifizierte Ausführungsform
eines Verbrennungsmotors, bei dem die topfförmige Ausnehmung 16 und die Vorbrennkammer mit Auskleidungen 40 bzw.
42 versehen sind. Die Auskleidungen bestehen aus temperaturisolierenden Materialien, um zu bewirken, daß die Oberflächentemperatur
der Wände des Brennraumes zur Unterstützung der Verbrennung erhöht werden. Verschiedene Arten von Auskleidungsmaterialien lassen sich für diesen Zweck verwenden, die nicht
nur den chemischen Ablauf der Verbrennung beeinflussen, sondern auch die Verbrennung beschleunigen, die Verbrennungsverzögerung
reduzieren und die Verdampfung des auf die Oberflächen der Auskleidung auftreffenden Brennstoffes beschleunigen.
Außerdem ergeben sich geringere Ablagerungen von Verbrennungsrückständen. Die Vorbrennkammer 19 kann in gleicher Weise mit
derartigen Materialien oder auch mit anderen Materialien ausgekleidet
sein. 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. ·
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 Vorbrennkammer 19 strömt und dort einen Luftwirbel erzeugt,
wie in Fig. 6, links, gezeigt ist. Der optimale
Einspritzzeitpunkt für den Zusatzkraftstoff hängt von verschiedenen
Faktoren ab und variiert, je nach den Betriebsbedingungen und der Größe des Motors. Die eingespritzte Kraftstoff
menge kann gleich bleiben oder variieren, abhängig von unterschiedlichen Anwendungen und Betriebsbedingungen. 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 Warmlaufbetriebes erregt wird, während sie sonst durch die Verbrennungswärme erhitzt
bleibt und dann keine elektrische Energie benötigt. Sobald der Zusatzbrennstoff verbrennt, expandieren die Brenngase, so
daß die Strömungsrichtung in der Brennkammer umgekehrt wird, wie in Fig. 6, Mitte, durch die Pfeile 27 angezeigt wird. Die
Brenngase treten nun durch den Durchlaß 20 auf die Schrägfläche
17 und gelangen tangential in die topfförmige Ausnehmung 16, wo sie eine Verwirbelung der Gase bewirken, wie in Fig. 7
durch die Pfeile 28 angedeutet ist.
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 wesentlicher 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 gemeinsam 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 Einspritzzeitpunkt 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. 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 Ausnehmung 16 kein Brennstoff ansammeln kann, verläuft die Verbrennung 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 auftreffen,
so daß eine Verbrennungsverzögerung eintritt. Bei diesen Bedingungen hängt die Verbrennung des auf die Wände
aufgetröffenen Kraftstoffes in hohem Maße von den Verdampfungsgeschwindigkeiten von diesen Oberflächen ab.
Sowohl die Zusatzeinspritzdüse 22 als auch die Haupteinspritzdüse 25 spritzen direkt in die Vorbrennkammer 19 bzw. die Ausnehmung
16 ein, so daß ein großer Bereich von Brennstoffluftverhältnissen
verwendbar ist.
Claims (9)
1. Hybrid-Verbrennungskolbenmotor mit einem Zylinderkopf mit
praktisch ebener innerer Oberfläche und darin angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen, gekennzeichnet
durch eine in dem Zylinderkopf (34) angeordnete Vorbrennkammer (19), durch einen geraden Durchlaß (20), der von
der Vorbrennkammer (19) bis an die innere Oberfläche (36) des Zylinderkopfes (34) führt, durch eine in der Vorbrennkammer
(19) liegende Zündeinrichtung (24) und Zusatz-Einspritzeinrichtung
(22) für einen Zusatzkraftstoff, durch eine Haupteinspritzeinrichtung (25) in dem Zylinderkopf
(34), durch eine topfförmige, den Hauptbrennraum umfassende Ausnehmung (16) in der Oberseite des Kolbens (11),
die außeraxial und nächst der Haupteinspritzeinrichtung (25) in der oberen Totpunktlage des Kolbens liegt, durch
eine erste Schrägfläche (17) in der Oberseite des Kolbens (11), die tangential von der topfförmigen Ausnehmung (16)
ausgeht und in der oberen Totpunktlage bis an den geraden Durchlaß (20) führt, so daß das entzündete Gas aus der
Vorbrennkammer in die topfförmige Ausnehmung (16) strömen kann, und durch eine zweite Schrägfläche (18) in der Oberseite
des Kolbens (11), die seitlich an die erste Schrägfläche (17) anschließt.
2. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Verzögerungseinrichtung zum zeitlich verzögerten Einspritzen des Kraftstoffes durch die Haupteinspritzeinrichtung
(25) gegenüber der Zusatzeinspritzeinrichtung (22).
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorbrennkammer (19) mit einer
wärmeisolierenden Auskleidung (42) versehen ist.
4. Motor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die topfförmige Ausnehmung (16) mit
einer wärmeisoliere.nden Auskleidung (40) versehen ist.
einer wärmeisoliere.nden Auskleidung (40) versehen ist.
5. Motor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e k e η η -
ζ e i c h net, daß das Verdichtungsverhältnis in dem
Bereich zwischen 1:7 und 1:16 liegt und daß als Brennstoff
Dieseltreibstoff oder Turbinentreibstoff oder ähnliche
Treibstoffe verwendet werden.
Bereich zwischen 1:7 und 1:16 liegt und daß als Brennstoff
Dieseltreibstoff oder Turbinentreibstoff oder ähnliche
Treibstoffe verwendet werden.
6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verdichtungsverhältnis im Bereich zwischen 1:10 und 1:12 liegt. ί
7. Motor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e k e η η - 1
zeichnet, daß das Auslaßventil (13) über der j topfförmigen Ausnehmung (16) liegt.
8. Motor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch g e k e η η - j
zeichnet , daß die Zusatz-Einspritzeinrichtung ·
einen praktisch konstanten Treibstoffdurchsatz pro Zyklus j
aufweist und daß lediglich der Treibstoffdurchsatz durch j
die Haupteinspritzeinrichtung (25) variabel ist.
9. Motor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Treibstoffdurchsatz pro Zyklus j
bei der Zusatz-Einspritzeinrichtung (22) und bei der j
Haupteinspritzeinrichtung (25) variabel ist·
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---|---|---|---|
US06/712,726 US4594976A (en) | 1985-03-18 | 1985-03-18 | Hybrid internal combustion reciprocating engine |
Publications (1)
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---|---|---|---|
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---|---|
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DE (1) | DE3516951A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4444998A1 (de) * | 1993-12-18 | 1995-06-22 | Honda Motor Co Ltd | Zweitakt-Ottomotor |
DE4443562A1 (de) * | 1993-12-09 | 1995-06-29 | Honda Motor Co Ltd | Verbrennungssteuereinrichtung für einen Zweitakt-Ottomotor |
DE19530072A1 (de) * | 1995-08-16 | 1997-02-20 | Siegfried Schwarz | Sparsamer Benzinmotor |
DE19704640A1 (de) * | 1997-02-07 | 1998-08-13 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben einer flammgezündeten Brennkraftmaschine |
DE112006003590B4 (de) * | 2005-12-27 | 2020-11-12 | Caterpillar Inc. | Verdichtungszündungseinleitungsvorrichtung und Verbrennungsmotor, der diese verwendet |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4773368A (en) * | 1981-03-30 | 1988-09-27 | Pfefferle William C | Method of operating catalytic ignition cyclic engines and apparatus thereof |
US4765293A (en) * | 1986-05-07 | 1988-08-23 | The Cessna Aircraft Company | Hybrid internal combustion reciprocating engine |
US4966103A (en) * | 1989-11-09 | 1990-10-30 | Cooper Industries, Inc. | Combustion system for dual fuel engine |
US5327864A (en) * | 1993-03-08 | 1994-07-12 | Chrysler Corporation | Stratified-charge internal combustion engine with fuel injection and dual ignition |
US5555867A (en) * | 1994-09-30 | 1996-09-17 | Cooper Cameron Corporation | Swirl flow precombustion chamber |
FR2739895B1 (fr) * | 1995-10-13 | 1997-12-12 | Inst Francais Du Petrole | Moteur a combustion interne a quatre temps et a allumage commande et injection directe de carburant |
AT3135U1 (de) * | 1998-06-18 | 1999-10-25 | Avl List Gmbh | Verfahren zum betreiben einer mit sowohl fremd-, als auch selbstzündbarem kraftstoff, insbesondere benzin betriebenen brennkraftmaschine |
DE19852552C2 (de) * | 1998-11-13 | 2000-10-05 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zum Betrieb eines im Viertakt arbeitenden Verbrennungsmotors |
AT5133U1 (de) * | 2000-10-03 | 2002-03-25 | Avl List Gmbh | Verfahren zum betreiben einer mit selbstzündbarem kraftstoff betriebenen brennkraftmaschine |
DE60208030T2 (de) | 2001-06-06 | 2006-08-17 | Textron Lycoming | Verbesserte zylinderanordnung für einen flugzeugmotor |
AT411287B (de) * | 2001-11-20 | 2003-11-25 | Jenbacher Ag | Verbrennungsmotor |
DE602004013829D1 (de) * | 2003-11-19 | 2008-06-26 | Merritt Dan | Verbrennungsmotor |
US7387103B2 (en) * | 2003-11-19 | 2008-06-17 | Dan Merritt | Internal combustion engine |
US7284524B2 (en) | 2005-02-25 | 2007-10-23 | Lycoming Engines, A Division Of Avco Corporation | Cylinder head assemblies |
US7730717B2 (en) * | 2005-08-04 | 2010-06-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Control system for compression-ignition engine |
JP4458496B2 (ja) * | 2008-04-16 | 2010-04-28 | 株式会社豊田中央研究所 | 筒内噴射式内燃機関、筒内噴射式内燃機関用ピストン、筒内噴射式内燃機関用ピストンの製造方法 |
DE102011018846A1 (de) | 2011-01-19 | 2012-07-19 | GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH | Axialkolbenmotor sowie Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors |
US10066580B2 (en) * | 2015-10-15 | 2018-09-04 | The Regents Of The University Of Michigan | Lean burn internal combustion engine |
US10072559B2 (en) | 2016-09-23 | 2018-09-11 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Method of operating an engine having a pilot subchamber at partial load conditions |
WO2020014636A1 (en) * | 2018-07-12 | 2020-01-16 | Radical Combustion Technologies, Llc | Systems, apparatus, and methods for increasing combustion temperature of fuel-air mixtures in internal combustion engines |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1451634A1 (de) * | 1963-09-18 | 1969-03-27 | Daimler Benz Ag | Luftverdichtende Einspritzbrennkraftkolbenmaschine |
DE2309916A1 (de) * | 1973-02-28 | 1974-10-03 | Franz Prof Dipl Ing Pischinger | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
DE2947051A1 (de) * | 1978-12-07 | 1980-06-12 | Ford Werke Ag | Kraftstoffeinspritzsystem fuer eine brennkraftmaschine mit einer vor- und hauptbrennkammer |
DE2934615A1 (de) * | 1979-08-28 | 1981-03-12 | Michael G. Dipl.-Ing. ETH 1180 Rolle May | Selbstzuendende 4-takt-hubkolbenbrennkraftmaschine. |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5497504U (de) * | 1977-12-20 | 1979-07-10 | ||
JPS5845572B2 (ja) * | 1978-05-12 | 1983-10-11 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の燃焼室 |
US4325333A (en) * | 1978-07-20 | 1982-04-20 | Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine equipped with an auxiliary combustion chamber |
US4489686A (en) * | 1981-07-23 | 1984-12-25 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Torch ignition type internal combustion engine |
-
1985
- 1985-03-18 US US06/712,726 patent/US4594976A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-05-10 DE DE19853516951 patent/DE3516951A1/de not_active Ceased
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1451634A1 (de) * | 1963-09-18 | 1969-03-27 | Daimler Benz Ag | Luftverdichtende Einspritzbrennkraftkolbenmaschine |
DE2309916A1 (de) * | 1973-02-28 | 1974-10-03 | Franz Prof Dipl Ing Pischinger | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
DE2947051A1 (de) * | 1978-12-07 | 1980-06-12 | Ford Werke Ag | Kraftstoffeinspritzsystem fuer eine brennkraftmaschine mit einer vor- und hauptbrennkammer |
DE2934615A1 (de) * | 1979-08-28 | 1981-03-12 | Michael G. Dipl.-Ing. ETH 1180 Rolle May | Selbstzuendende 4-takt-hubkolbenbrennkraftmaschine. |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
MTZ Motortechnische Zeitschrift 40(1979), Nr.2, S.85-90 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4443562A1 (de) * | 1993-12-09 | 1995-06-29 | Honda Motor Co Ltd | Verbrennungssteuereinrichtung für einen Zweitakt-Ottomotor |
DE4443562C2 (de) * | 1993-12-09 | 1998-10-01 | Honda Motor Co Ltd | Verbrennungssteuereinrichtung für einen Zweitakt-Ottomotor und Verfahren zur Steuerung der Verbrennung eines Zweitakt-Ottomotors |
DE4444998A1 (de) * | 1993-12-18 | 1995-06-22 | Honda Motor Co Ltd | Zweitakt-Ottomotor |
US5572960A (en) * | 1993-12-18 | 1996-11-12 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Two-cycle engine of the spark ignition type |
DE4444998C2 (de) * | 1993-12-18 | 1998-09-17 | Honda Motor Co Ltd | Zweitakt-Ottomotor |
DE19530072A1 (de) * | 1995-08-16 | 1997-02-20 | Siegfried Schwarz | Sparsamer Benzinmotor |
DE19704640A1 (de) * | 1997-02-07 | 1998-08-13 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben einer flammgezündeten Brennkraftmaschine |
DE19704640B4 (de) * | 1997-02-07 | 2008-10-23 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben einer flammgezündeten Brennkraftmaschine |
DE112006003590B4 (de) * | 2005-12-27 | 2020-11-12 | Caterpillar Inc. | Verdichtungszündungseinleitungsvorrichtung und Verbrennungsmotor, der diese verwendet |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4594976A (en) | 1986-06-17 |
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