DE2425503A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer fremdgezuendeten brennkraftmaschine - Google Patents

Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V., Den Haag / Niederlande

"Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer frerndgezündeten

Brennkraftmaschine"

Priorität; 29. Mai 19'73; Großbritannien; Anmelde-Nr.: 25329/73

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bs ist vrünschenBwert, Verbrennungsmotoren mit Benzin, ver- · flüssigten Erdölgasen oder verflüssigtem Naturgas zu betreiben, wobei magere Luft-Brennstoff-Gemische verwendet v/erden sollen.

40 9 8 81/0832

Tit der Anwendung derartiger Gemische ist das Problem verbunden, dass die Funkenzündung dieser Gemische im Brennraum bzw. Motor— zylinder Schwierigkeiten bereitet. Sind derartige Gemische erst einmal gezündet, dann brennen sie weiter hinlänglich ab, aber ' sie verlangen einen Zündfunken, dessen Zeitpunkt und Zeitablauf genau festliegt und der eine hohe Energie besitzt; selbst dann kann es' wogen unzulänglicher Zündung zu Fehlzündungen bzw. zu Zündaussetzern kommen, ■

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen zu finden, das die Wirksamkeit bzw. die Zuverlässigkeit deren Zündung verbessert, insbesondere das Fehlzündungen oder Zündaussetzer vermeidet oder zumindest verringert, die gerade bei Verwendung von magerem Luft-Brennstoff-Betriebsgemisch besonders leicht auftreten; weiterhin soll die Erfindung besser als bisher den Betrieb von Brennkraftmaschinen mit derartigem Betriebsgemisch ermöglichen und zum Teil deren Betriebseigenschaften verbessern. 7/eiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, für ein derartiges Verfahren eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu finden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung vorgesehen, das eine Zuführung * ~v°ⁿ magerem Luft-Brennstoff-Gern!sch

409881/0832

— /5 —

für den Verbrennungsmotor als hauptsächliche Brennstoffzufuhr . aufweist und bei dem zusätzlich dem Motor noch Brennstoff. in der Nähe der Funkenstrecke einer oder jeder der' zugehörigen Zündkerzen zugeführt wird, um die Zündung des mageren Luft-Brennstoff¹- Gemisohes zu erleichtern, wobei der zusätzliche Brennstoff durch eine. Leitung in der Zündkerze oder den Zündkerzen gefördert wird. .

V/enn ein 31otor so betrieben wird, dann bildet der zusätzliche Treibstoff ein besser 'zündfähiges Luft-Brennstoff-Gemisch nahe der Zündfunkenstrecke. Dies bewirkt, dass das Gemisch innerhalb der Funkenstrecke genug Treibstoff enthält, um dessen'zufriedenstellende .Zündung unter normalen Betriebsbedingungen zu ermöglichen, ohne dass etwa eine besondere Zeiteinstellung oder eine besonders hohe Leistung des Funkens nötig wäre.

Obwohl das zündfähigere Luft-Brennstoff-Gemisch fetter ist und mehr Treibstoffanteile enthält, als das magere· Luft-Treibstoff-Gemisch, ist für gewöhnlich nur eine kleine Menge eines' derartigen fetteren Luft-Treibstoff-Gemisches nötig, .um die geforderte Anreicherung von Treibstoff in dem Gemisch innerhalb der Funkenstrecke der Kerzenelektroden in dem oder in jedem Zylinder vorzusehen. Es kann nun unter gewissen Umständen wünschenswert sein, das verlangte zündfähigere Luft-Treibstoff-Gemisch in Nähe der Funkenstrecke(n) oder jeder Zündkerze des rotors dadurch vorzusehen, dass durch die vorgenannte Leitung Luft-Treibstoff-Gemisch gefördert wird; oft ist

409881 Λ)8 3 2

es aber von Vorteil, lediglich reinen gas- oder dampfförmigen Brennstoff durch die Leitung zu fördern; hierbei wird das notv/endige Luft-Brennstoff-Gemisch an Ort und Stelle in dem oder in den Motorzylinder(n) dadurch gebildet, dass einem Teil des mageren Luft-Treibstoff-Gemisches, das als hauptsächliche Füllung dem ^otor zugeführt wird, solch, ein Brennstoff zugemischt v/ird.

Weiterhin ist erfindungsgemäss eine Vorrichtung zur Duro'iführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehen, die aus einer Zündkerze besteht j dieses Verfahren enthalt das Zuführen von Brennstoff durch eine Leitung im Sockel der Zündkerze. Vfenn diese Zündkerze in Arbeitsstellung an einem Motorzylinder angeordnet ist, stellt sie einen Durchlass von ihrer Aussenseite zur Innenseite des Zylinders her; diese Leitung endet in der Nähe der Funkenstrecke zv/ischen den Elektroden der Zündkerze. Vorzugsweise mündet dieser Durchlass an der Innenwand des stutzenartigen Teils der Kerze; dieses Teil umgibt bei einer herkömmlichen Zündkerze deren Llittelelektrode, und es v/eist die Seitenelektrode als Vorsprung auf, damit diese ihrerseits mit der LiitteIelektrode die Funkenstrecke formt.

Erfindungsgemässe Zündkerzen können im wesentlichen von herkömmlicher Form sein, mit Ausnahme des Sockels, der notwendigenfalls oberhalb des unteren(stutzenförmigen) Teils grössere Abmessungen aufweisen kann; der untere Teil ist in den Zylinder-

409881/0832

kopf eingeschraubt, um die obenerwähnte Leitung oder Durchführung aufzunehmen«

Die Durchfuhrung innerhalb eines !äündkerzensockels v/eist erfindungsgemäss in besonders geeigneter Weise einen ringfömigen Kanal auf, der zur Längsachse der Kerze symmetrisch angeordnet ist; weiterhin ist eine kleinkalibrige Leitung vorgesehen, die vom ringförmigen Kanal zu einer Einlassöffnung in der V/and des Kerzensockels führt, sowie eine oder mehrere Kapillarleitungen oder —bohrungen, die vom ringförmigen Kanal zu einer oder mehreren Auslassöffnungen führen ,die in der Nähe der Funkenstrecke zwischen den Elektroden angeordnet sind. Die kleinkalibrige Leitung kann ventilgesteuert sein; ^-^as Ventil ist in besonders geeigneter Weise ein Ruckschlag-,'Überdruck- oder Regelventil, das den Durchtritt von Brennstoff oder Brennstoff-Luft-Gemisch von der kleinkalibrigen Leitung zürn ringförmigen Kanal lediglich dann bewirkt, wenn der Kolben des Motor zylinder s, an den die Kerze, angebracht ist, den Ansaugtakt durchführt.

Im erfindungsgemässen Verfahren ist der Gebrauch eines unter. Druck gesetzten Behälters als Treibstoffquelle überaus zw&ckmäasig; dieser Behälter enthält verflüssigte/ gasförmige Erdölprodukte bzw. Erdolgase oder Erdgas. Das Rückschlagventil kann so eingestellt sein, dass es während des Ansaugtaktes öffnet und gasförmigen Brennstoff vom Behälter zum ringförmigen Kanal strömen lässt, wobei die Einstellung im Hinblick

40988.1/0832

auf den Gasdruck im Behälter und den Druckabfall ausgelegt ist, der in der kleinkalihrigen Leitung während des Ansaugtaktes des Kolbens induziert wird. Vom ringförmigen Kanal aus kann der gasförmige Brennstoff durch eine oder mehrere Kapillarleitungen in den Zylinder gelangen, und zwar nahe der Funkenstrecken der Elektroden. Ein derartiger Brennstoff reichert das Gemisch an, das die Funkenstrecke zwischen den Elektroden umgibt, und es ergibt sich dadurch leichter zündfähiges Luft-Brennstoff-Gernisch als das magere Luft-Treibstoff-Gemisch, das als hauptsächliche Füllung dem Zylinder zugeführt wird.

Es ist insbesondere vorteilhaft, eine oder mehrere Kapillarleitungen oder -bohrungen vorzusehen, die den ringförmigen Kanal mit dem Innern des Zylinders verbinden; und zwar hinsichtlich einer Flammensperre, die vorgesehen ist, um einem Flammendurchschlag zur Einspeisevorrichtung des Brennstoffes oder des Brennstoff-Luft-Gemisches vorzubeugen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Brenn-, kraftmaschine, die mit einer oder mehreren der eben beschriebenen Zündkerzen ausgestattet ist, und die eine Vorrichtung zur Versorgung der Leitungen in der oder in jeder Kerze mit Brennstoff oder mit Brennstoff-Luft-Gemisch der gewünschten Brennstoffkonzentration aufweist.

Die vorliegende Erfindung wird jetzt beispielhaft in der Zeichnung noch näher erläutert; dort ist eine Zündkerzenanordnung

409881/0832

schematisch dargestellt, die eine TreibstoffVersorgung vnd eine Zündkerze aufweist; das Unterteil der Zündkerze ist in Schnitt gezeigt, das Oberteil ist weggelassen.

Die Zündkerze weist in üblicher ""eise eine Iiittelelektrode I auf, die eine Isoliernanschette 2 umgibt. Die Isolier/ anschette 2 ist mit ihrem unteren Ende in einem elektrisch leitfähigen Sockel· 3 befestigt, z.B. eingekittet. Dessen -unteres Ende v/eist eine#ho_lalen Stutzen 5 auf, der die Kittelelektrode 1 umgibt und von den eine übliche Seitenelektrode 4 hervorragt. Im Sockel 3 ist ein ringförmiger Kanal 6 symmetrisch zur Längsachse der Zündkerze angeordnet. Eine eng bemessene, bzw. kleinkalibrige Leitung 7 führt vom'Kanal 6 durch den Sockel 3 zu einem hieran angeordneten Auslass, der über eine Einheit 10 und ein Absperr-, RuckscH!a.g- oder Regelventil9mit einem Behälter verbunden ist; in der Zeichnung stellt dieser Auslass in der Zündkerzenanordnung die Betriebsstoffversorgung dar. Eine Kapillar leitung 11 führt vom Kanal 6 durch den Sockel 3 zu einer Öffnung an der Innenwand des Stutzens 5. Natürlich können zwei oder mehrere dieser Kapillarleitungen 11 vorgesehen werden.

Wenn ein Verbrennungsmotor mit einer geeigneten Zahl von Zündkerzen betrieben wird, wie sie gerade beschrieben worden sind, dann verursacht während eines Ansaugtaktes der verringerte Druck in dem Stutzen 5, dass das Steuerventil 9 öffnet und dass Treibstoff aus der Kapillarleitung 11 inden Raum hinein austritt, der vom Stutzenö abgeschlossen wird; somit wird diec_as. Atmosphäre rund um die Elektroden 1, 4 angereichert. 'Venn :in üblicher Weise ein 409881/0832

Zündfunken zwischen diesen Elektroden 1, 4 überspringt, d«r>n wird die angereicherte ,Itnosph'-'r--; unverzüglich gezündet;

_v zündfähig/ ,,magere/ sie ist n'-'mlioh leichter^ al s da s/ßre xr-2 s t of f -Luf t-C-em s ch, mit dessen Brennstoff der Ilotor hau./.sachlich versorgt v/ird. Semit wird die Zündung des mageren Luft-3rennstoff-Gemisches veranlasst, das axe hauptsächliche Brennstoff-Füllung des Zyünders darstellt.

natürlich können an der obenbeschriebenen Zündkerze vielerlei 7,1 odifizierungen vorgenommen v/erden, beispielsweise um deren Herstellung zu vereinfachen. Auch die Art, wie die Leitung 7 an einer oder jeder Zündkerze mit Treibstoff oder mit Luft-Treibstoff-Gemisch versorgt wird, kann variiert werden.

Vorteilhaftervreise kann für einen mehrzylindrigen Hotor eine gewöhnliche Treibstoffeinspeisung vorgesehen werden, die in zweckmässiger Yfeise eine Einlass-Verteilerleitung aufweist, die ihrerseits zum Steuerventil 9 in der TreibstoffVersorgung einer jeden Kerze führt. Die obenbeschriebene Zündkerze kann nach Abtrennen der Einheit 10 in üblicher Weise aus dem Motor ausgebaut werden.Die Einheit 10 stellt eine Verbindungseinheit (z.B. auch eine Verbindungsleitung) dar.

Die Erfindung bezieht sich neben einem Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, sowie neben einer Zündkerze, die allgemein zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist, auch insbesondere und ausdrücklich

409881AO832

auf die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform einer derartinen Zündkerze, sov/ie der zugehörigen Vorrichtungen 3, 9 und"IC zur Versorgung mit Brennstoff oder 3rennstoff-Luft-Gerais eh.

V."eiterMn bezieht sich die. Erfindung auf die Verv/endung eines erfindungsremUsnen Verfahrens sowie der Vorrichtung zu dessen Durchführung in einer· Brennkraftmaschine; eine derartige Brennkraftmaschine ist insbesondere ein Hub- oder Rotationskolbenmotor. Die ''Trfindung ist aber in modifizierter Weise auch für jede andere Brennkraftmaschine der eingangs genannten Gattung , wie beispielsweise Gasturbinen, a'-nvendbar.

409881/0 832

Claims (9)

1. Anspruch θ

   λ Verfahren zum Betreiben einer freir.dgezündeten Brennkraftmaschine,

   dadurch gekennzeichnet, dass der Brennkraftmaschine als deren Hauptaufladung mageres Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt v/ird, und dass der Brennkraftmaschine nahe der die Fremdzündung darstellenden Funkenstrecke(n) einer oder mehrerer Zündkerzen hierzu zusätzlicher Brennstoff zum Srleichtern der Zündung des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches zugeführt v^t*-!, wobei der Zusatzbrennstoff insbesondere durch eine oder mehrere Durchführungen (7, 6, 11) in der Zündkerze oder in den Zündkerzen zugeführt v/ird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Brennstoff in gasförmigem oder verdampftem Zustand zugeführt v/ird.·
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbrennstoff von einem unter Druck gesetzten Behälter (8) voll verflüssigtem Erdölgas oder Erdgas zugeführt wird.·
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Zusätzbrennstoff vom unter Druck gesetzten Behälter (8) zu jedem Zylinder der Brennkraftmaschine von einem Rückschlag-, Absperr- oder Steuerventi3(9>controlliert v/ird, das während des Ansaughuoes des Kolbens in jedem Zylinder öffnet.

   409881/0 83? i
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine.Zündkerze aufweist, die innerhalb ihres Sockels .{-3} eine Leitung (7, 6, 11) aufweist^ die in Betriebsstellung der Zündkerze

   an einem Zylinder der Brennkraftmai^chine einen Durchlass von der Aussenseite der Kerze zur' Innenseite des Zylinders herstellt, wobei die Leitung (7, 6, 11) in der Nähe der Funkenstrecke "zv/isehen den Elektroden (1, 4) der Zündkerze endet,
   bzw. mündet.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
   derDurchlass an der Innenwand des Stutzenteiles (5) der
   Zündkerze endet, bzw. mündet, das bei der herkömmlichen Form einer Zündkerze deren Mi tire !elektrode (1) umgibt und von dem aus die Seitenelektrode (4) einen Vorsprung gegen die Mittelelektrode (1) hin zur Festlegung der Funkenstrecke bildet.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze einen ringförmigen Kanal (6) aufweist, der
   symmetrisch zur Längsachse der Kerze angeordnet ist, dass sie eine kleinkalibrige Leitung (7) aufweist, die vom ringförmigen Kanal (6) zu einer Einlassöffnung an der Wandung des Sockels(3) der Zündkerze führt, und dass eine oder mehrere Kapillar leitungen oder -bohrungen (11) vom ringförmigen Kanal (6) zu einer oder mehreren Auslassöffnungen führen, die nahe der Funkenstrecke zwischen den Elektroden (1, 4) angeordnet sind.

   40988 1/0832
8. 8. Vorrichtung n^ch einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ausrüstung (3, 9. und IO) zur Versorgung dei- Leitungen 7) einer oder jeder Zündkerze mit Brennstoff oder mit _ einem Brennstoff-Luft-Genisch gcvrünschter Brennstoffkonzentration aufweist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 Ms 8, gekennzeichnet durch ihre Verwendung an einer Verbrennungskraftmaschine·

   A 09881/0832