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Die Erfindung gehört zum Bereich der Motortechnik und denkt den Bedarf an ein Verfahren zur Zündung eines Direkteinspritzmotors von vorzugweise schwerbelastbaren LKW bzw. Militärischen Kraftfahrzeuge, das mehr produktiver als die bekannten Verfahren ist und in der Lage ist, dem Direkteinspritzmotor mehr Leistung zu verleihen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündung eines Treibstoff- Luft- Gemisches in einem Zylinder einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, die mindestens ein Elektrodenpaar aufweist, bestehend aus zwei entgegengesetzt geladenen durch einen Luftspalt voneinander beanstandeten und elektrisch isolierten Elektroden.
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Aus dem Patent
DE 102013201188 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine bekannt, die mindestens ein Elektrodenpaar aufweist, das zwei voneinander elektrisch isolierten und durch einen Luftspalt beanstandeten Elektroden sind.
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Mit diesen Verfahren geht es um eine Möglichkeit die Luftspaltstrecke zwischen einem Paar zu einer Zündkerze gehörten Elektroden in Einklang mit dem Motorbetriebsverhältnisse zu ändern. Dabei stellt die bekannte Zündkerze einen zentralen Punkt dar um dem ein Funke lokal wirkt und eine schmale Flammenfront bildet, die sich mit der Zeit ausdehnt. Dadurch brennt die Treibstoffmischung von Einmal nicht vollständig aus, was auf den Wert des in der Brennkammer entwickelten Drucks und noch weiter auf dem Motorwirkungsgrad negativ auswirkt.
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Ferner benötigt das bekannte Verfahren zwei oder mehrere nacheinander folgenden Zündungen in Versuchung eine sichere völlige Verbrennung des Treibstoffgemischs zu erzielen.
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Dies Nachteil entsteht dadurch, dass die Höchstspaltstellung in der verwendeten Zündungskerzen zwischen den entgegengesetzt geladenen Elektroden relativ kurz ist, um die Zündflamme mehr wirksamer zu machen. Eine weitere Maximierung der Luftspaltstrecke bei den Zündkerzen vom bekennen Verfahren droht der Zündungsfunktion mit einem Abbruch der Flamme oder gibt überhaupt keine Möglichkeit für die Entstehung einer Funke.
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Dies bildet eine Schranke für eine weitere positive Entwicklung der Direkteinspritzmotoren.
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Weiter ist ein Verfahren von solcher Art viel zu kompliziert und auswendig für die Produktion.
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Wegen der erwähnte Nachteil erstreckt sich die Anwendung des bekannten Verfahrens überwiegend nur auf PKW und Leichtbelastbare Fahrzeuge.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher das bekannte Verfahren so zu verbessern, dass eine sichere Entzündung des in einem Zylinder der Brennkraftmaschine befindlichen Treibstoff- Luftgemisches gewährt wird und völlig in der Brennkammer verbrennt wird, um auf den Kolben des Brennkraftmaschine niederwirkenden Druck zu erhöhen und dass seine Wirkung auf den mehr Funktional belasteten insbesondere schweren Brennkraftfahrzeuge zu verbreiten.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs dadurch gelöst, dass die Elektroden, aus denen ein Paar besteht, als unabhängige Teile davon fungieren, von denen ein Teil eine Einspritzdüse ist, die eine von den Elektroden entgegengesetzte elektrische Ladung trägt, wobei eine flüssige elektrostromleitende Substanz angewandt ist, die durch ihrer Einspritzung in die Brennkammer eine ionisierende Sprühstrahlung bildet, die die in die Brennkammer ragten Elektrodenenden sowie den Luftspalt benetzt und die Selbstentstehung einer auszuweitenden Zündungsfront ermöglicht.
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Um zwischen den entgegengesetzt geladenen Elektrodenpaaren ein Abstand weiter hin auszuweiten ohne Gefahr die Zündflamme zu erlöschen, ist es vorgesehen die Umgebungsluft in der Brennkammer zwischen den Elektroden durch ein/ eine elektroleitendes Medium/ Substanz künstlich ionisieren. Somit wird eine Grundlage für die Entwicklung in der Brennkammer des Direkteinspritzungsmotors einer flüssigen Stromleitung gebildet, wodurch die freien Enden von jeden den Elektroden über Luft miteinander vereinbar wird.
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Dadurch, dass zwischen den zusammenwirkenden Elektrodenpaaren eine elektroleitende Sprühbrücke aus dem/der in der Brennkammer verspritzten Medium/ Substanz, zum Beispiel, aus einer Portion der wässrigen Elektrolytlösung geschlagen wird, entsteht ein Stromkreis mit relativ niedrigsten elektrischen Widerstand, was zu heftigen Anstieg der Stromstärke an Stelle einer Sprühbrücke von dem selbst entstehenden Funke führt.
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Zu dieser Zeitpunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens reichert die durch den Einlasskanal angesaugte Frischluft die zusammen bzw. parallel zu einander eingespritzten wässrigen Elektrolytlösung und den Treibstoff oder ihr Gemisch mit dem Sauerstoff an, was die Verbrennung des Treibgemisches als Ganzen unterstützt.
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Vorteilhaft bei dem vorliegenden Verfahren ist, dass eine in der Brennkammer entstehende weitausbreitende Hochtemperatur-Flammenschlagwelle bis zu der Peripherie den Brennkammersaumumfang umhüllt. Diese wirkt so aus, dass ein vermischtes Treibstoff vollständig verbrennt wird. Dabei brennt das Treibstoffgemisch unabhängig davon ob es homogene oder inhomogene Lösung darstellt und welchen Typ von Treibstoff benutzt wird.
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Hiermit geht es hervor, dass die Elektroleitungsfähige und die verbrennbare wässrige Elektrolytlösung auch ein Bestandteil des Treibstoffs ist, was trägt dazu bei es zu sparen.
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Ein dadurch von dem verbrannten Gasgemisch entstehender heizwerthoher Dampf drückt den Kolben des Zylinders mit einer Kraft nach unten, die diejenige übersteigt, die in den Zylindern von den bekannten Antriebsmotoren wirkt. Infolgedessen erhöht sich erheblich ein auf die Motorkurbelwelle übertragene Drehmoment und mit ihm auch den Motorwirkungsgrad. Es gilt als ein logisches Resultat der vorgenommenen Weitausbreitung der Zündfront, wodurch mehr größerer Anzug aus der gewonnenen kinetischen Energie der Moleküle des Treibstoffgemisches effektiv in Nutzarbeit umgesetzt wird.
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Nach diesem Verfahren kann einen Ausmaß des Luftspalts bis auf das Zweifache im Vergleich zum obig genannten Prototyp ausgeweitet werden.
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So verbessert das vorgelegte Verfahren die Betreibverlaufsbedingungen einer Direkteinspritzbrennmaschine. Nur eine weitgehende Erweiterung des Luftspalts/Funkstrecke ist ein Garant dafür. Dieses erfindungsgemäße Verfahren eröffnet die Möglichkeiten die schweren Hebefahrzeugmaschinen wie Schlepper, Traktoren, Panzer, Haubitzen und andere Militärfahrzeuge mit stärkeren Motoren auszustatten.
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Auf Grund der hier vorerwähnten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine neue Einspritzstrategie gelegt, bei der keinen Zündkerzen für die Zündung des Treibstoffgemisches überhaupt brauchbar sind.
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Weitere vorteilhafte Merkmale und die Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung sowie den in der Zeichnungen beigefügten Anordnungen einer Brennkammer einer Einspritzbrennmaschine und sind Jeweils in den Unteransprüchen enthalten.
- 1 zeigt eine stark vereinfacht skizzierte Grundform der Anordnung von nur den wesentlichen Teilen eines Brennkammerbereichs 1 einer Direkteinspritzungsmaschine in Teilausrissen bei einem Selbstzündungsmoment des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wobei die Schläuche des Injektors abgebrochen gezeigt sind.
- 2 zeigt eine aus der ersten stammenden weiter entwickelte Anordnung.
- 3 zeigt ein Drehschieberventil und die an ihn angeschlossenen abgebrochen dargestellten Schläuchen, um seine Wirkungsweise zu erläutern.
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Gemäß der 1 ist ein Elektrodenpaar zu sehen, bei dem eine Einspritzdüse 2 vom Injektor 3 eine Rolle auch als eine Elektrode spielt und damit aus einem elektroleitenden Material gefertigt ist und mit dem Körper des Injektors 3 mittels einem Elektroisolator (nicht gezeigt) verbindet ist. Dadurch ist es gelungen einen kompakten Motoraufbau zu erlangen.
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Die Einspritzdüse 2 vom Injektor 3 ist an einen Pluspol einer Bordbatterie (nicht gezeigt) angeschlossen während eine mit ihr gepaarte Elektrode 4, wie es gewöhnlich, an einen Minuspol angeschlossen ist.
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Zudem sind die Elektrode 4 und der Injektor 3 axialsymmetrisch relativ einer Mittellinie 5 der Brennkammer 6 angeordnet. Die beiden Elektroden 2 und 4 sind voneinander elektrisch isoliert (Isolatoren sind nicht gezeigt) und sind so aufgebaut, dass nur ihre freien Enden in die Brennklammer 6 eingeführt sind. In dem Brennkammerbereich 1 bildet sich bei einem Verdichtungstakt des Motors eine Flammenfront, die zwischen den Elektroden durch Selbstzündung eines Funkes entstandet ist.
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Aus der 1 geht es heraus, dass der Zylinderkopf 7 zusammen mit einem oberen Bereich des Kolbens 8 die Brennkammer 6 darlegt.
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Weiter ist aus der 1 zu entnehmen, dass ein Brennkammerdach 9 die Form eines Kegels hat, dessen eine Spitze längs zu deren Mittelachse 5 angeordnet ist. Diese Form passt sich geometrisch gut zu der Anordnung der beiden Elektroden auf der Mantelfläche 10 des Kegels schreck zu Mittelachse 5 der Brennkammer 6, wo ihren in die Brennkammer eingeführten die Stäbchenform aufweisenden abgerundeten Enden zueinander zugewandt sind.
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In solcher Position kann die Einspritzdüse 2 des Injektors 3 die äußersten Oberflächen der Elektrodenenden sowie die Umgebungsluft im Bereich einer Luftspaltzone 11, auf die zuverlässige Weise mit einer wässrigen Elektrolytlösung, benetzt.
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Aus der in 2 dargestellten Anordnung ist ersichtlich, dass eine Zweite Elektrode 12 in den Aufbau der Brennkammer 6 symmetrisch zum Ersten 4 (aus der 1) zugeführt ist. Dabei trägt eine kegelige Dachform der Brennkammer 6 dazu bei, dass der Injektor 3 mit seiner Einspritzdüse 2 an der Mittelachse 5 der Brennkammer organisch angepasst ist, wodurch die Einspritzdüse 2 von oben nach unten die beiden Elektronen 4 und 12 benetzen kann. So entsteht eine sparsame Anordnung im Aufbau der Brennkammer.
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Die Funktionsweise der beiden vorgestellten Anordnungen gemäß 1 und 2 sind identisch. Jedoch verfügt die Anordnung von der 2 zudem auch die Möglichkeiten das Treibstoffgemisch gleichzeitig in zwei verschiedenen Orten der Brennkammer 6 selbsttätig anzünden zu lassen. Dabei ist der Injektor 3 an seinem Platz relativ zur Elektrode-/ zu den Elektrodenstellen so orientiert/ orientieren, dass die Löcher seiner Einspritzdüse 2 direkt an den freien Elektrodenenden gerichtet sind.
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Auf der Zeichnungen 1 und 2 sind auch Teilweise sowohl die Einlass 13 und Auslass 14 Kanäle und ihre Ventile 15 als auch den Zylinderkopf 7 und einen Oberbereich eines Kolbens 8 mit der Konkavitätskonfiguration seiner Kopfoberfläche 16 zu sehen, die dazu vorgestellt sind, um die relative Anordnung der in die Verbindung stehenden Details eines Direkteinspritzmotors bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens mehr kenntlich und verständlich zu machen. Dazu gehören auch die mit dem Injektor 3 verbundenen Kanäle/ Schläuche 17, 18 und 19, die für den Einlass in sein Inneres eines Treibstoffes und einer verbrennbarer und elektroleitender Substanz zum Beispiel einer Elektrolytlösung vorgesehen sind.
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Die Selbstzündung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die folgenden Vorgänge:
- - Schaffung eines Grunds für die Zündfunkenerscheinung mittels Ionisierung der Luft und die Spaltzone durch Einspritzen einer Portion der wässrigen Elektrolytlösung, um die Spaltzone durchschlagbar für ein Funke zu machen,
- - Einspritzen einer Portion des Treibstoffes und wässrigen Elektrolytlösung zusammen miteinander als ein Gemisch z. B. durch einen Kanal 17 oder getrennt parallel zueinander als eine dem Gemisch nebensächliche Komponente durch zwei weiteren separat verlaufenden Kanäle/ Schläuche 18 für den Treibstofftransport und 19 für den Transport von der Elektrolytlösung. Die beiden Vorgänge folgen mit einem gleitzeitigen Ansaugen in den Brennraum einer gewisseren Frischluftmenge durch einen Anlasskanal 13.
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Im ersten Fall sprüht die Einspritzdüse 2 von einem Injektor 3 ein Treibstoff-Luftgemisch als ein unteilbares Ganzes von der Elektrolytlösung durch den Kanal 17. Dabei sind die Kanäle 18 und 19 geschlossen. Im zweiten Fall kann die Einspritzdüse 2 die Elektrolytlösung zeitnah nach dem schon gesprühten Treibstoff Luftgemisch sprühen. Hier sind die Kanäle 18 und 19 geöffnet und der Kanal 17 geschlossen.
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Somit wird es möglich, zwischen den angezeigten Optionen zu wählen.
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Zu diesem Zweck dient ein dreigängiges Drehschieberventil 20, das mit den Schläuchen 17, 18 und 19 verbunden ist und das von einem an das Elektrobordnetz angeschlossenen Servomotor 21 antreibar ist. Dabei sind die momentanen Positionierungen des Drehschieberventils in Abhängigkeit von der ausgewählten Sprühreihenfolge steuerbar. Dabei wirkt ein drehbarer die Form eines Sektors aufweisenden Schieber 22 des Drehschieberventils 20 so, dass er programmgemäß je nachdem ihm vom Servomotor 21 gegebenen Winkelpositionierbefehl die Kanäle 17, 18 und 19 miteinander verbindet oder voneinander trennt.
- - Selbstzündung eines entstehenden Luft-Treibstoff-Elektrolytgemisches durch die Einstellung eines Funkauftrittsmoment in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und vor allem von des in der Brennkammer herrschenden Drucks sowie Kurbelwellposition und mit diesen verbundenen Niederdrücken eines Gaspedals. In diesem Moment aufgrund der Ionisierung des heißen und hochkomprimierten Brennkammerinhalts tritt innerhalb des Bereichs der Luftspaltzone 11 zwischen gepaarten Elektroden 4 und 2 von der 1 oder 4 und 2 sowie 12 und 2 von der 2 eine starke elektrische Entladung auf, die den Treibstoff mit allen seinen Komponenten in Brand versetzt, dessen Flamme sich blitzschnell in einer breiten Front innerhalb des Kammerraums 6 ausbreitet.
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Dies ermöglicht sowohl eine volleffiziente Treibstoffausnutzung zu erreichen als auch den Motorwirkungsgrad zu erhöhen, so dass ein kraftvoller Start des Motors erleichtern wird.
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Die Abfolge diesen Vorgänge kann durch eine hochpräzise elektronische Steuerung (ECU) bedarfsgerecht gesteuert bzw. geregelt werden und dabei so, dass sie mit den, an die verschiedene funktional voneinander abhängige Organe des Direkteinspritzmotors, angeschlossenen Sensoren verbunden ist, um die Veränderungen vom Motorbetriebsverhältnisse zu erfassen und aneinander abzustimmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013201188 A1 [0003]
