DE2433125A1

DE2433125A1 - Spark-ignition engine with electrostatically charged droplets - preventing coagulation of droplets on impingement on wall of pipe

Info

Publication number: DE2433125A1
Application number: DE2433125A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Saeufferer; Karl Dr Willmann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-07-10
Filing date: 1974-07-10
Publication date: 1976-01-29

Abstract

Mixture-compressing combustion engine driven by atomised liquid fuel comprises means for electrostatically charging the fuel droplets, consisting of a nozzle connection around which the intake air circulates and which includes nozzles pointing in the direction of flow, made of electrically conductive material and connected to the carburettor housing, and a flow-permeable electrode which is insulated from the housing and mounted in the region of the venturi tube. Pipes which conduct the mixture from this assembly to the combustion chambers are made of material having high electrically insulating properties at least on their inner surfaces and at least in the region of the bends in the pipes.

Description

Gemischführung Die Erfindung betrifft eine mit vernebeltem flüssigen Kraftstoff betriebene gemischverdichtende Verbrennungskraftmaschine mit einer den Nebeltröpfchen eine elektrostatische Ladung erteilenden Einrichtung und mit zu den Arbeitsräumen der Verbrennungskraftmaschine führenden Gemischleitungen. Mixture management The invention relates to an atomized liquid Fuel-powered mixture-compressing internal combustion engine with a den Mist droplets give an electrostatic charge device and with to the Working spaces of the internal combustion engine leading mixture lines.

Aus der DT-OS 2 319 544 ist eine Einrichtung bekannt, mit der Kraftstoffnebeltröpfchen durch Anlegen eines der Oberflächenspannung der Tröpfchen entgegenwirkenden elektrostatischen Feldes im Strömungsweg der Tröpfchen in kleinere Tröpfchen zerteilt werden und so das Luft/Kraftstoff-Gemisch verbessert wird. Je kleiner die Nebeltröpfchen sind, um eo rascher und vollständiger verbrennen sie. Die Folge davon ist eine bessere Kraftstoffausnutzung und bessere Abgasqualität. Ein älterer Vorschlag der Anmelderin sieht eine elektrostatische Gemischerzeugung vor. Auch hierbei werden besonders kleine Nebeltröpfchen und eine gute Verbrennung erzielt. Eine solche Einrichtung vermittelt den Tröpfchen im übrigen eine elektrostatische Ladung von untereinander gleicher Polarität.From DT-OS 2 319 544 a device is known with which fuel mist droplets by applying an electrostatic counteracting the surface tension of the droplets Field in the flow path of the droplets are broken up into smaller droplets and so on the air / fuel mixture is improved. The smaller the mist droplets are, They burn up faster and more completely. The result is a better one Fuel economy and better exhaust quality. An older suggestion by the applicant provides for an electrostatic mixture generation. Here too, be special small mist droplets and good combustion achieved. Such a facility also gives the droplets an electrostatic charge from one another same polarity.

Von einer solchen zwar nicht vorbekannten aber Gegenstand einer älteren Anmeldung bildenden eingangs genannten Einrichtung geht die Erfindung aus.Of such a not previously known but the subject of an older one Registration forming the initially mentioned device is based on the invention.

Um nun die durch vermehrten Aufwand erzielte Tröpfchenverkleinerung nicht durch Koagulation der Tröpfchen bei WandT aufprall oder dergleichen auf dem Weg zum Arbeitsraum der Verbrennungskraftmaschine zunichte zu machen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Gemischleitungen wenigstens an ihrer inneren Oberfläche und wenigstens im Bereich von Strömungsumlenkungen aus elektrisch hoch isolierendem Werkstoff bestehen.Now about the droplet reduction achieved through increased effort not by coagulation of the droplets upon impact or the like on the wall Destroying the way to the working space of the internal combustion engine is the invention proposed that the mixture lines at least on their inner surface and at least in the area of flow deflections made of highly electrically insulating material Material.

Die Erfindung macht sich die elektrostatische Ladung der Tröpfchen zunutze. Durch die isolierende Ausbildung oder Auskleidung der Gemischleitung können deren innere Oberflächen ebenfalls Ladungsträger sein. Eine elektrostatische Aufladung erhalten die Oberflächenschichten durch Aufprall von geladenen Nebeltröpfchen. Dank der nichtleitenden Eigenschaft der Innenwandung bleibt das Wandpotential örtlich erhalten. Da die Ladung der Wand ihrer Polarität nach die gleiche ist,wie die der Nebeltröpfchen, kommt es ab einer bestimmten Ladungshöhe zu einer AbstQssung gleicher Ladungsträger. Die Tröpfchen werden daher nicht nur untereinander, sondern auch von den gleich geladenen Wänden abgestoßen. Durch Tröpfchenaufprall besonders gefährdete Stellen werden besonders stark aufgeladen und können daher eine dementsprechend starke abstoßende Kraft auf die Tröpfchen ausüben. Da aufgrund der elektrostatischen Vorbehandlung des Nebels die Tröpfchen und dem entsprechend deren Masse besonders klein sind, ist die Flugbahnbeeinflussung der sehr kleinen geladenen Masseteilchen durch gleichgeladene Wandflächen besonders gut möglich. Die elektrische Isolierung ist auch an Heißstellen der Gemischführung sinnvoll.The invention makes itself the electrostatic charge of the droplets advantage. Due to the insulating design or lining of the mixture line, you can whose inner surfaces are also charge carriers. An electrostatic charge the surface layers are maintained by the impact of charged mist droplets. thanks to Due to the non-conductive property of the inner wall, the wall potential remains local obtain. Since the polarity of the charge on the wall is the same as that of the Mist droplets, from a certain charge height onwards there is a repulsion of the same Charge carrier. The droplets are therefore not only among each other, but also repelled by the equally charged walls. Particularly at risk from the impact of droplets Places are particularly strongly charged and can therefore be one accordingly exert strong repulsive force on the droplets. Because due to the electrostatic Pre-treatment of the mist, especially the droplets and, accordingly, their mass are small, is the influence on the trajectory of the very small charged mass particles by equally charged wall surfaces are particularly possible. The electrical insulation is also useful at hot spots in the mixture flow.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im folgenden noch etwas erläutert; dabei zeigt die Figur den Arbeitsraum einer Verbrennungskraftmaschine und eine Gemischaufbereitungseinrichtung mit elektrostatischer Gemischverbesserung.The invention is based on an embodiment shown in the drawing explained in the following; the figure shows the working space of an internal combustion engine and a mixture preparation device with electrostatic mixture improvement.

Die dargestellte Verbrennungskraftmaschine weist einen die Zylinderlaufbahn 1 enthaltenden Motorblock 2 und einen Zylinderkopf 3 auf. In der Zylinderlaufbahn gleitet der Kolben 4. Der Verbrennungsraum ist - wie dargestellt -durch den Kolbenboden des in der oberen Totstellung befindlichen Kolbens, die Zylinderlaufbahn 1 und den Zylinderkopfboden begrenzt. Während des Saughubes des Kolbens gelangt Luft/Kraftstoffgemisch durch die Ansaugleitung 5 und das geöffnete Einlaßventil 6 in den sich erweiternden Arbeitsraum. An einer Stelle des Verbrennungsraumes ist die Zündeinrichtung, eine Zündkerze 7 angeordnet. Die Zündimpulse werden der Zündkerze über das Zündkabel 8 von der nicht dargestellten Zündanlage des Motors zugeführt.The internal combustion engine shown has a cylinder liner 1 containing engine block 2 and a cylinder head 3. In the cylinder liner the piston 4 slides. The combustion chamber is - as shown - through the piston crown of the piston located in the top dead position, the cylinder liner 1 and the Cylinder head base limited. During the suction stroke of the piston, the air / fuel mixture comes in through the suction line 5 and the open inlet valve 6 in the widening Working space. At one point of the combustion chamber is the ignition device, a Spark plug 7 arranged. The ignition pulses are sent to the spark plug via the ignition cable 8 supplied from the ignition system, not shown, of the engine.

Zu dem Motor gehört noch die aus Luftfilter 14, Venturi-Vergaser 15 und elektrostatischem Gemischverbesserer 16/19,20 bestehende Gemischaufbereitungseinrichtung. Dem Venturi-Vergaser wird der Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 17 über die Kraftstoff-Förderpumpe 18 zugeleitet. Im Innern des elektrostatischen Venturi-Vergasers 15 ist ein von der Ansaugluft zu umströmender Düsenstock 19 mit mehreren fingerartig in Strömungsrichtung weisenden Düsen 20 angeordnet, die aus elektrisch leitendem Material bestehen und elektrisch leitend mit dem Gehäuse des Vergasers verbunden sind, also auf dem elektrischen Potential Null liegen. Die Düsenöffnungen haben untereinander die gleiche Entfernung zu der noch zu erwähnenden Elektrode und sie ragen gegenüber angrenzenden elektrisch leitend verbundenen Bauteilen um wenigstens einige Millimeter in Richtung auf die Elektrode vor und sind hinsichtlich der der Elektrode zugekehrten elektrisch leitenden Fläche möglichst klein gehalten. Aufgrund dieser Ausbildung kommt es im Bereich der einzelnen Düsen zu einer Feldlinieneinschnürung, also zu einer Feldverdichtung im Bereich der Tröpfchenentstehung, die eine elektrostatische Tröpfchenbildung wesentlich begünstigt. Die in Richtung auf die Elektrode aufgrund der Feld-Inhomogenität nachlassende Feldstärke verhindert eine allzu große elektrostatische Teilchenbeschleunigung und wirkt der Entstehung von Korona-Entladungen entgegen.The engine from air filter 14, venturi carburetor 15 also belongs to the engine and an electrostatic mixture improver 16/19, 20 existing mixture preparation device. The fuel is fed to the Venturi carburetor from the reservoir 17 via the fuel feed pump 18 forwarded. Inside the electrostatic venturi carburetor 15 is one of the intake air to be flown around nozzle assembly 19 with several fingers in Direction of flow-pointing nozzles 20 are arranged, which are made of electrically conductive material exist and are electrically connected to the housing of the carburetor, so are at zero electrical potential. The nozzle openings have one below the other the same distance to the electrode to be mentioned and they protrude opposite adjacent electrically conductively connected components by at least a few millimeters facing towards the electrode and facing towards the electrode electrically conductive area kept as small as possible. Because of this training a field line constriction occurs in the area of the individual nozzles a field compression in the area of the droplet formation, which is an electrostatic Droplet formation is significantly favored. Which is due towards the electrode the field inhomogeneity decreasing field strength prevents an excessively large electrostatic Particle acceleration and counteracts the formation of corona discharges.

Im Bereich der Venturi-Düse ist - gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert - eine bereits erwähnte strömungsdurchlässige Elektrode f angebracht, die über einen nach außen geführten Anschluß 21 an ein hohes elektrisches Potential gelegt werden kann. Dessen Polarität ist für die Funktion des Vergasers unbeachtlich. Als Spannung quelle dient der elektrisch parallel zur Funkenstrecke der Zündkerze liegende durch die Zündspannung stoßweise aufgeladene bzw. geladen gehaltene Kondensator 22 hoher Kapazität und hoher Durchschlagspannung. Die Masse- und Gehäuseteile des Motors sind über Masseleitungen 23 untereinander und mit dem Rahmen und der Karosserie des nicht dargestellten zugehörigen Fahrzeuges auf gleiches Potential Null gelegt. Elektrisch parallel zum Kondensator 22 ist ein Potentiometer 24 gelegt, dessen eines Ende ebenfalls auf Potential Null gelegt ist. Dadurch können an dem Potentiometer unterschiedliche Potentiale abgegriffen werden (Schleifkontakt 25). Der Schleifkontakt 25 ist über einen strombegrenzenden Hochohmwiderstand 27 (z.B.In the area of the Venturi nozzle - opposite to the housing is electrical insulated - an already mentioned flow-permeable electrode f attached, the Via a terminal 21 led to the outside to a high electrical potential can be laid. Its polarity is irrelevant for the function of the carburetor. The voltage source is the one that is electrically parallel to the spark plug's spark gap Lying capacitor charged in bursts or kept charged by the ignition voltage 22 high capacity and high breakdown voltage. The mass and housing parts of the Motors are connected to each other and to the frame and the body via ground lines 23 the not associated vehicle shown to the same potential Set zero. A potentiometer 24 is placed electrically in parallel with the capacitor 22, one end of which is also set to zero potential. This allows the Potentiometer different potentials can be tapped (sliding contact 25). The sliding contact 25 is connected via a current-limiting high-value resistor 27 (e.g.

20 M ) mit dem Anschluß 21 der Elektrode 16 des Vergasers verbunden. Dieser Widerstand dient dazu, Funkenüberschläge im elektrostatischen Vergaser zu verhindern.20 M) connected to the terminal 21 of the electrode 16 of the carburetor. This resistor is used to prevent arcing in the electrostatic carburetor impede.

Xe innere Oberfläche der Gemischführung im elektrostatischen Gemischerzeuger und in der Gemischleitung 5 ist mit einer elektrischen Isolierschicht 9 bzw. to versehen, die gegen sehr hohe Spannungen isoliert und so gut wie keine Oberflächenkriechströme zuläßt. Auch die Innenseite des Ansaugkrümmers 12 im Zylinderkopf 3 ist mit einer elektrisch isolierenden Schicht 11 versehen, wie durch die strichlierte Linie angedeutet ist.Xe inner surface of the mixture guide in the electrostatic mixture generator and in the mixture line 5 is provided with an electrical insulating layer 9 or to that insulates against very high voltages and almost no surface leakage currents allows. The inside of the intake manifold 12 in the cylinder head 3 is also provided with a electrically insulating layer 11 provided, as indicated by the dashed line is.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist nun kurz folgende: Beim Entstehen der im Vergaser 15 erzeugten Nebeltröpfchen werden aufgrund der Unter stützung durch das elektrostatische Feld nicht nur extrem kleine Nebeltröpfchen erzeugt, sondern sie erhalten auch eine dem Vorzeichen nach durch die Polarität der Elektrode 16 bestimmte, nämlich ihr gegenüber gegenpolige elektrostatische Ladung.The mode of operation of the arrangement described is now briefly as follows: When the mist droplets generated in the carburetor 15 are due to the sub support from the electrostatic field is not limited to extremely small mist droplets generated, but they also receive a sign according to the polarity the electrode 16 determined, namely opposite to it opposite-polar electrostatic charge.

Die Tröpfchen werden zu Ladungsträgern. Diese Ladung behalten die Tröpfchen bei ihrem Weiterflug durch die Gemischleitung 5 bis in den Verbrennungsraum bei. Damit diese Ladung nicht durch Wandaufprall verlorengeht, sind die Wandoberflächen nichtleitend gemacht. Im Gegenteil, durch den Wand aufprall von Nebeltröpfchen bei Betriebsbeginn können Oberflächenpartien eine elektrostatische Ladung annehmen; ein Abfluß der Ladung in Oberflächenrichtung oder durch die Isolierschicht hindurch ist aufgrund der guten Isoliereigenschaft verhindert. Dank der hinsichtlich der Polarität gleichen elektrostatischen Aufladung von aufprallgefährdeten Wandungspartien wird elektrostatisch eine abstoßende Kraft auf die anfliegenden Nebeltröpfchen ausgeübt, so daß diese weitgehend berührungsfrei bis in den Verbrennungsraum gelangen. Wegen der gleichgepolten Ladung der Tröpfchen untereinander stoßen diese sich auch gegenseitig ab und eine Koagulation während des Fluges wird ebenso verhindert. Durch die erfindungsgemäße Innenauskleidung wird also die Gemischqualität bis in den Verbrennungsraum hinein aufrechterhalten.The droplets become charge carriers. They keep this charge Droplets as they continue to fly through the mixture line 5 into the combustion chamber at. So that this charge is not lost due to wall impact, the wall surfaces are made non-conductive. On the contrary, through hit the wall by Mist droplets at the start of operation can have an electrostatic surface area Accept charge; a drainage of the charge in the surface direction or through the insulating layer through is prevented due to the good insulating properties. Thanks to the terms the polarity is the same as electrostatic charge from wall parts at risk of impact a repulsive force is exerted electrostatically on the approaching mist droplets, so that they reach the combustion chamber largely without contact. Because Due to the charge of the same polarity between the droplets, they also collide with one another and coagulation during the flight is also prevented. By the invention The inner lining is the mixture quality right into the combustion chamber maintain.

Claims

claim

Mixture compressing fuel operated with atomized liquid fuel Internal combustion engine with one of the mist droplets an electrostatic charge issuing facility and with to the work rooms of the internal combustion engine leading mixture lines, d a - that the Mixture lines (5, 12) at least on their inner surface and at least in the Area of flow deflections made of electrically highly insulating material (9, io, 11) exist.

L e r s e i t e