DE2715222A1

DE2715222A1 - Gemischaufbereitung fuer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2715222A1
Application number: DE19772715222
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Muruoka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1976-04-06
Filing date: 1977-04-05
Publication date: 1977-10-27
Also published as: CA1103536A; US4280467A; GB1544149A; US4183337A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

I>*V -INO

% H. KINKiILDEY

2715222 W. STOCKMAlR

K. SCHUMANN

CH REH ISiAT OPU-PMYS

P. H. JAKOB

DtPl.. ING

G. BEZOLD

CR RtR MAT DiHL

8 MÜNCHEN

MAXIMILIAN3TR&SSE

5. April 1977

Nissan Motor Company, Limited

No. 2, Takara-machi, Kanagavia-ku, Yokohama City, Japan

Getnischaufbereitung für Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für die Gemischaufbereitung in einer Brennkraftmaschine und schafft insbesondere eine solche Anordnung zum Steuern des Luft-BrennstoffVerhältnisses durch elektrostatische Kräfte,

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TlUtFON (099) 9Q9Sea TELEX 0B-20 38O TEt-EQRAUME MONAPAT TELEKOPIERSS

Es wurden bereits verschiedene Anordnungen und Verfahren für die Verringerung des Schadstoffgehalts der Abgase von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen. Derartige Verfahren und Anordnungen erfordern jedoch erhebliche Veränderungen am Vergaser und/oder an den Brennkammern, so daß sie sehr aufwendig und teuer sind.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Anordnung für die wirksame Steuerung des Luft-Brannstoffverhältnisses in einer Brennkraftmaschine mittels elektrostatischer Kräfte.

Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Anordnung der genannten Art, welche es ermöglicht, ein fettes Luft-Brennstoffgemisch durch elektrostatische Kräfte im Bereich der Elektroden einer Zündkerze zu konzentriersn.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der genannten Art, welche es ermöglicht, das Luft-Brennstoffverhältnis eines den einzelnen Brennkammern einer Brennkraftmaschine zugeführten Gemische mittels elektrostatischer Kräfte zu steuern.

In einer erfindungsgemäßen Anordnung wird ein elektrostatisch aufgeladener flüssiger Brennstoff in einer Venturidüse zerstäubt und unter Einwirkung elektrostatischer Kräfte den Brennkammern einer Brennkraftmaschine zugeführt, so daß das in diese einströmende Luft-Brennstoffgemisch jederzeit ein möglichst günstiges Luft-Brennstoffverhältnis aufweist.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, in welcher einander entsprechende Teile durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und in der

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Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2a eine Längs schnitt ansicht eines in der Ausführung nach Fig. 1 verwendeten Teils,

Fig. 2b eine Stirnansicht des in Fig. 2a gezeigten Teils,

Fig. 3 den Einbau des in Fig. 2a gezeigten Teils in einen Zylinder,

Fig. 4 eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 5 eine schematisierte Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6a und 6b jeweils eine Längsschnittansicht von in der Ausführungsform nach Fig. 5 verwendeten Teilen,

Fig. 7 eine Abwandlung der in Fig. 5 gezeigten zweiten bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 8 eine Längsschnittansicht eines in der Ausführung nach Fig. 5 verwendeten Teils,

Fig. 9a eine Querschnittansicht eines in einer Ansaugleitung sitzenden, in der Anordnung nach Fig. 5» 6b und 7 verwendeten Teils,

Fig. 9b eine Längsschnittansicht des in Fig. 9a dargestellten Teils,

Fig. 10a eine Querschnittansicht eines in einer Ansaug-, leitung sitzenden, vorzugsweise in der Anordnung nach Fig. 5» 6b und 7 verwendeten Teils,

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4*

Fig. 10b eine Längsschnittansicht des in Fig. 10a dargestellten Teils,

Fig. 11a eine Abwandlung eines in der ersten und zweiten Ausführungsform verwendeten Teils,

Fig. 11b und 11c Ansichten im Schnitt entlang der Linie C-C bzw. D-D in Fig. 11a,

Fig. 12a und 12b den in Fig. 11b und 11c dargestellten entsprechende Schnittansichten einer Abwandlung des betreffenden Teils,

Fig. 13a eine Längsschnittansicht einer v/eiteren Abwandlung eines in der ersten und zweiten Ausführungsform verwendeten Teils,

Fig. 13b eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie E-E in Fig. 13a und

Fig. 14 eine schematisierte Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigen.

In einer in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung ist eine Gleichstrom-Hochspannungsquelle 2 an ihrem negativen Anschluß 4 mit einer Nadelelektrode 8 verbunden, welche in ein Schwimmergehäuse 10 hineinragt, um einen darin enthaltenen flüssigen Brennstoff elektrostatisch aufzuladen. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 2. beträgt vorzugsweise einige Tausend bis einige Zehntausend Volt. Der aufgeladene Brennstoff gelangt über eine Hauptdüse 14 in einen Venturidurchlaß 12.und wird in diesem bekanntlich wirksamer zerstäubt als ein nicht aufgeladener Brennstoff. Nahe dem Auslaß der Hauptdüse ist vorzugsweise eine mit dem positiven Pol 6 der Spannungsquelle 2 verbundene weitere Elektrode 16 vorgesehen, welche

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dazu dient, die aufgeladenen Brennstofftropfch.eE zu beschleunigen. In Fig. 1 stellt die Elektrode 16 ein Teil der im übrigen aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff geformten Venturidüse 12 dar, sie kann jedoch auch getrennt von dieser ausgeführt sein. Der zerstäubte Brennstoff vermischt sich mit über ein (nicht gezeigtes) Luftfilter angesaugter Luft, und das entstehende Gemisch gelangt über eine Ansaugleitung 20 und einen Einlaß 22 in einen Zylinder 18. Die Mittelelektrode 24 einer Zündkerze 26 ist mit dem positiven Anschluß 6 der Spannungsquelle 2 verbunden, so daß sie die negativ geladenen Brennstofftröpfchen elektrostatisch anzieht, um im Bereich der Zündkerze ein fetteres, leicht zündfähiges Luft-Brennstoffgemisch zu konzentrieren. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht dadurch ein sicheres Zünden eines relativ mageren Gemischs und eignet sich daher für ein Verbrennungssystem mit Abgasrückführung oder ein zweistufiges Verbrennungssystem, bei welchem einigen Zylindern ein fettes und den übrigen Zylindern ein mageres Luft-Brennstoffgemisch zugeführt wird, um den Gehalt der Abgase an Stickoxiden zu vermindern.

Die Ansaugleitung 20 und die Zylinderwandung 19 sind vorzugsweise mit dem negativen Anschluß 4 der Spannungsquelle 2 verbunden, um das Anhaften der Brennstofftröpfchen an ihren Innenwandungen zu vermeiden. Die negative Aufladung der Zylinderwand 19 trägt auch dazu bei, die Brennstofftröpfchen im Bereich der positiv geladenen Elektrode 24 zu konzentrieren.

Die von der Spannungsquelle 2 an die Elektrode 24 gelegte Spannung ist auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, damit zwischen ihr und der anderen Elektrode 24' der Zündkerze oder der Zylinderwand 19 kein Überschlag stattfindet, durch welchen das Gemisch gezündet würde. Anstelle der beschriebenen Anordnung, in welcher die Mittelelektrode der Zündkerze mit der Spannungsquelle 2 verbunden ist,

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kann nahe der Zündkerze 26 eine weitere Elektrode 28 im Zylinderkopf angeordnet sein, welche über eine gestrichelt dargestellte Leitung 27 mit dem positiven Anschluß 6 der Spannungsquelle 2 verbunden ist. In diesem Falle kann an die zusätzliche Elektrode 28 eine höhere Spannung gelegt werden, ohne daß es zu einer vorzeitigen Zündung des Luft-Brennstofigemischs kommt.

In jedem Falle muß die an die Elektrode 24- oder 28 gelegte Spannung jedoch unterhalb eines Grenzwerts liegen, bei welchem eine vorzeitige Zündung eintritt. Zu diesem Zweck kann ein (nicht gezeigter) Spannungsteiler od. dergl. vorgesehen sein, über den die Elektrode 24- oder 28 mit einer angemessenen Spannung gespeist wird.

Sofern die Zündkerze 26 elektrisch gegenüber der Zylinderwand 19 isoliert ist, kann auch ihre Außenelektrode 24-' für die elektrostatische Aufladung herangezogen werden.

Die in der Anordnung nach Fig. 1 gezeigte Elektrode 28 ist im einzelnen in Fig. 2a und 2b dargestellt. Sie weist einen in einer Fassung sitzenden Isolierkörper 30» 34- auf, in welchen ein Anschlußteil 32 eingebettet ist. An einer Stirnseite stehen mehrere Elektrodennadeln 36 hervor, in deren Spitzenbereichen sich ein starkes elektrostatisches Feld aufbauen kann. Fig. 3 zeigt den Einbau der Elektrode 28 in einem Zylinder 19·

Die in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten durch eine zusätzliche Steuereinrichtung 38. Diese ist mit einem Steuersignal V1 gespeist, welches von wenigstens einem Betriebsparameter des Motors abhängig ist, beispielsweise der Drehzahl, der angesaugten Luftmenge, dem Unterdruck in der Ansaugleitung oder der Temperatur des Motors. In Abhängigkeit von dem Steuersignal V1 steuert die

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Steuereinrichtung 38 die an die Elektrode 24 oder 23 gelegte Spannung. Dadurch sind die folgenden Vorteile erzielbar: Die Spannung, bei welcher ein Überschlag eine vorzeitige Zündung bewirken kann, ist bei Leerlaufdrehzahl niedriger als bei höheren Drehzahlen. Andererseits nüssen die negativ geladenen Brennstofftröpfchen bei höheren Drehzahlen in einer sehr viel kürzeren Zeitspanne um die Elektrode 24 oder 28 herum konzentriert werden. Wird also bei niedrigen Drehzahlen eine niedrigere und bei hohen Drehzahlen eine höhere Spannung an die Elektrode 24 bzw. 28 gelegt, so ist über den gesamten Drehzahlbereich eine ausreichende Konzentration der Brennstofftröpfchen im Bereich der Elektrode erzielbar. Vorzugsweise ist auch die Beschleunigungselektrode 16 an der Steuereinrichtung angeschlossen, so daß die an sie gelegte Spannung ebenfalls in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Maschine gesteuert ist.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen wird der Brennstoff zwar negativ aufgeladen, er kann jedoch auch positiv aufgeladen werden. In diesem Falle liegt dann eine negative Spannung an den Elektroden 16, 24 und 28. Bei der Spannungsquelle 2 braucht es sich auch nicht um eine Gleichspannungsquelle zu handeln, sondern es kann auch eine niederfrequente Wechselspannungsquelle verwendet werden. Ferner braucht zum Aufladen des Brennstoffs keine eigens dafür vorhandene Elektrode 8 verwendet zu werden, sondern das Schwimmergehäuse 10 und/oder die Hauptdüse 14 können elektrisch leitend und an der Spannungsquelle 2 angeschlossen sein.

Die beschriebene Ausführungsform ermöglicht ein sicheres Zünden eines mageren Luft-Brennstoffgemischs und eignet sich daher besonders für ein Verbrennungssysteta mit Abgasrückführung für die Verringerung des Gehalts an Stickoxiden in den Abgasen. Die durch Aufladung des Brennstoffs verbesserte Zerstäubung desselben im Venturidurchlaß

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gewährleistet ein äußerst gleichmäßig aufbereitetes Luft-Brennstoff gemisch.

Die in Fig. 5 bis 10 dargestellte zweite Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere für ein vorstehend erläutertes zweistufiges Verbrennungssystem bestimmt. Ein solches zweistufiges Verbrennungssystem ist weitgehend bekannt, es leidet jedoch unter gewissen Mangeln. Es sind dafür zwei Vergaser notwendig, was einen komplizierteren Aufbau ergibt. Dieser läßt sich zwar durch die Verwendung einer Brennstoff-Einspritzanlage vermeiden, wobei eine solche Anlage jedoch teuer und ebenfalls recht kompliziert ist. In dieser Hinsicht ermöglicht die zweite Ausführungsforn eine wesentliche Vereinfachung.

In Fig. 5 erkennt man vier Ansaugleitungen 52, 5^, 56, 58, in denen jeweils eine mit einer Steuereinrichtung 68 verbundene Elektrode 60, 62, 64 bzw. 66 angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 68 ihrerseits ist an einer Gleichstrom-Hochspannungsquelle 2 angeschlossen. In Abhängigkeit von ihr zugeführten Steuersignalen V3 und V4 verbindet die Steuereinrichtung 68 die einzelnen Elektroden 60 bis 66 mit der Spannungsquelle 2. Die Düse 14 ist hier mit dem positiven Anschluß 6 der Spannungsquelle 2 verbunden, so daß der vom Schwimmergehäuse 10 her zufließende Brennstoff beim Austritt aus der Düse 14 positiv aufgeladen wird. Das im Venturidurchlaß 12 gebildete Luft-Brennstoffgemisch gelangt zunächst in den gemeinsamen Einlaß 20 der Ansaugleitungen 52 bis 58. Soll nun beispielsweise der an der Saugleitung 52 angeschlossene Zylinder ein fetteres Gemisch ansaugen, so wird die zugeordnete Elektrode 60 über die Steuereinrichtung 68 mit negativer Spannung gespeist. Soll andersherum ein anderer Zylinder, beispielsweise der an der Ansaugleitung angeschlossene Zylinder, ein mageres Gemisch ansaugen, so wird die zugeordnete Elektrode 62, wie in Fig. 5 darge-

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tr

stellt, über die Steuereinrichtung 68 mit dem positiven Anschluß der Spannungsquelle verbunden. Das gleiche trifft auch für die beiden anderen Ansaugleitungen 56 bzw. 58 zu.

Das eine der Steuereinrichtung 68 zugeführte Signal V3 wird beispielsweise vom Unterbrecher des (nicht gezeigten) Zündverteilers erzeugt und gibt somit den Zündzeitpunkt an. Das andere Signal V4- v/ird beispielsweise von einer in Wirkbeziehung zu einer vom Verteiler zu einer Zündkerze führungen Sekundärleitung angeordneten Spule erzeugt. Die mit den Signalen V3 und V4- gespeiste Steuereinrichtung 68 bestimmt; aufgrund der Signale, welcher Zylinder jeweils gerade ansaugt und stellt die entsprechende Verbindung zwischen der zugeordneten Elektrode 60, 62, oder 66 und der Spannungsquelle 2 her.

In den folgenden Tabellen 1 bis 3 sind die Zylinder 1, 2, 3» 4 in dieser Reihenfolge an den Ansaugleitungen 52, 54» 56, 58 angeschlossen.

In Pig. 1 ist dargestellt, wie die Steuereinrichtung 68 die Polarität der den Elektroden 60 bis 66 zugeführten Spannung steuert.

Tabelle Λ

Impulszahl d. Signals V3	60	1	2	3	4	5	6	7	8	...
Impulszahl d. Signals V4	62	1				2				...
Zündung Zylinder	54 ·	1	3	4	2	1	3		2	...
Ansaugen Zylinder	66	4	2	1	3	4	2	Λ	3	...
Gemisch fett oder mager	f	m	f	m	f	m	f	m
Polarität der Elektroden	+				+				• · ·
+	+	+	_	+	+	+	_	• · ·
+		+	+	+		+	+	• · ·
—		+	—	—	—	+	—	• · ·

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4?

Zeigen die der Steuereinrichtung 68 zugeleiteten Signale V3 und V4 beispielsweise an, daß der Zylinder Nr. 1 zündet, so bedeutet dies, das der Zylinder Nr. 4 gerade ansaugt. Legt die Steuereinrichtung 68 daraufhin eine negative Spannung an die Elektrode 66 und eine positive an die anderen Elektroden 60, 62 und 64, so erhält der an der Ansaugleitung 58 angeschlossene Zylinder ein fetteres Gemisch. Da die Zünd- und damit auch die Ansaugfolge für die Zylinder festliegt, läßt sich nach Tabelle bestimmen, ob die einzelnen Zylinder mit fetterem oder magerem Gemisch gespeist sind.

Da gewöhnlich eine gerade Anzahl von Zylindern vorhanden ist, sind in der durch die Tabelle 1 dargestellten Anordnung jeweils zwei Zylinder dauernd mit magerem und die beiden anderen Zylinder dauernd mit dem fetteren Gemisch gespeist. In der nachfolgend in Tabelle 2 dargestellten Anordnung sind die vier Zylinder demgegenüber abwechselnd mit magerem und fetterem Gemisch gespeist.

Tabelle 2

Impulszahl d. Signals V3	60	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	-	3·	11	12	13	14	15	16
Impulszahl d. Signals V4	62	1				2				3	2			4
Zündung Zylinder	64	1	3	4	2	1	3	4	2	1		4	2	1	3	4	2
Ansaugen"Zylinder	66	4	2	1	3	4	2	Λ	3	4	+	1	3	4	2	1	3
Gemisch fett oder mager	m	f	f	ra	f	ra	ra	f	m	-	f	m	f	m	m	t
Polarität der Elektroden	-	+	-	-	+	-	+	+	-	+	-	-	+	-	+	+
-	-	+	-	+	+	-	+	-	• +	+	-	+	+	-	+
-	+	+	+	+	-	-	—	-	+	+	+	-	-	-
+	+	+	-	-	-	-	+	+	+	-	-	-	-	+

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Wie man in Tabelle 2 erkennt, ist jeder einzelne Zylinder abwechselnd mit magerem und fetterem Genisch gespeist.

In der'- folgenden Tabelle 3 ist eine der in Tabelle 1 dargestellten entsprechende Anordnung der Steuereinrichtung 68 gezeigt, in welcher jedoch nur die beiden Elektroden und 66 vorhanden sind.

Tabelle 3

Impulszahl des Signals V3	60	1	2	3	2	5	6	7	8	...
Impulszahl des Signals V4	66	1			3	2
Zündung Zylinder Nr.	1	3	4-	m	1	3		2	• · ·
Ansaugen Zylinder Nr.	4-	P	1	-		2	1	3	• · ·
Gemisch fett oder mager	f	m	f	-	f	m	f	ra	• · ·
Polarität der Elektroden	+	-	-	+	-	-	-	• · ·
-	-		-	-	+	-	• · ·

Wie man in Tabelle 3 erkennt, ist die Elektrode 66 negativ geladen, wenn der Zylinder Nr. 4- ansaugt, so daß dieser mit einem fetten Gemisch gespeist wird. Saugt dann der Zylinder Nr. 2 an, so sind beide Elektroden 60 und negativ geladen und ziehen daher die positiv geladenen Brennstofftröpfchen an, so daß der Zylinder Nr. 2 ein mageres Gemisch erhält. Anschließend saugt der Zylinder Nr. 1 an, wobei die Elektroden 60 und 66 negativ bzw. positiv geladen sind, so daß der Zylinder Nr. 1 mit einem fetten Gemisch gespeist wird. Saugt dann schließlich der Zylinder Nr. 3 an, so sind beide Elektroden 60 und 66 wieder negativ geladen und ziehen die positiv geladenen Brennstofftröpfchen an, wodurch der Zylinder Nr. 3 ein mageres Gemisch erhält.

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J«

In Fig. 6a und 6b sind zwei Abwandlungen der zweiten Ausführungsform dargestellt. In diesen sind die vier Ansaugleitungen jeweils in zwei Gruppen 72, 74 und 70, 76 aufgegliedert. In der Anordnung nach Fig. 6a sind zwei plattenförmige Elektroden 78, 80 an der Zuströmseite der Ansaugleitungen angeordnet, während in der Ausführung nach Fig. 6b zwei ringförmige Elektroden 82, 84 anstelle der plattenförmigen Elektroden 78, 80 vorhanden sind.

In der folgenden Tabelle 4 sind die Steuervorgänge für die Ausführungen nach Fig. 6a und 6b dargestellt, wobei die Zylinder 1, 2, 3, 4 in dieser Reihenfolge an den Ansaugleitungen 70, 72, 74, 76 angeschlossen sind.

Tabelle 4

Inpulszahl des Signals V3	?8 bzw. 82	1	2	3	4	5	6	4	8	...
Impulszahl des Signals V4	80 bzw. 84	1				2		1
Zündung Zylinder Nr.	1	3	4	2	1	VJJ	f	2
Ansaugen Zylinder Nr.	4	2	1	VJJ	4	2		3	...
Gemisch fett oder mager	f	m	f	m	f	m	+	m	• · ·
Polarität der Elektroden								...
+	+		+	+	+	+

Gemäß der Anordnung nach Tabelle 4 sind also die Elektroden 78 bzw. 82 und 80 bzw. 84 immer negativ bzw. positiv geladeD, so daß die Zylinder Nr. 1 und 4 immer mit dem fetten und die Zylinder 2 und 3 immer mit dem mageren Gemisch gespeist sind. Für diese Betriebsweise ist die Steuereinrichtung.68 daher nicht notwendig. Ebenso ist es jedoch auch möglich, abwechselnd eine positive und eine negative Spannung an die Elektroden 78, 82 und 80, 84 zu legen, so daß die einzelnen Zylinder, wie vorstehend

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anhand der Tabelle 2 erläutert, abwechselnd mit mageren und fetterem Gemisch gespeist werden.

In der Ausfuhrungsform nach Fig. 5 wird die an die Elektroden 60 bis 66 gelegte Spannung hinsichtlich ihrer Polarität durch die Steuereinrichtung 68 gesteuert, während an der als Elektrode ausgebildeten Düse 14 immer eine positive Spannung liegt. Diese Anordnung kann jedoch auch dahingehend abgeändert werden, daß die an der Düse 14 liegende Spannung periodisch umgepolt wird, während sich die Polarität der an die Elektroden 60 bis 66 liegenden Spannung nicht ändert. In diesem Falle wird die an die Beschleunigungselektrode 16 gelegte Spannung vorzugsweise entgegengesetzt der an der Düse 14- liegenden periodisch umgepolt.

In den Ausführungsformen nach Fig. 5, 6a und 6b ist es also möglich, durch Umpolen der an den Elektroden 60 bis und/oder an der Düse 14 liegenden Spannung die Zufuhr des mageren und des fetteren Gemische entsprechend zu steuern. Wird dagegen an die Elektroden 60 bis 66 und die Düse 14 keine Spannung gelegt, so arbeitet die Brennkraftmaschine in der herkömmlichen Weise. Wird nun die an die Elektroden 60 bis 66 und/oder die Düse 14 gelegte Spannung mittels der Steuereinrichtung 68 in Abhängigkeit von gewissen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, beispielsweise von der Drehzahl oder der öffnung der Drosselklappe, gesteuert, so sind ein sicherer Betrieb der Maschine und ein wirtschaftlicher Brennstoffverbrauch etwa dadurch erzielbar, daß die Spannungszufuhr zu den Elektroden 60 bis 66 und der Düse 14 beim Beschleunigen und bei hohen Drehzahlen unterbrochen wird.

In Pig. 7 ist eine Abwandlung der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform dargestellt, in welcher die Steuereinrichtung 68 durch eine andere Steuereinrichtung 68' ersetzt ist.

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Diese ist mit einem Steuersignal V5 gespeist, welches von wenigstens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abhängig ist, beispielsweise von der Drehzahl, der Ansaugluftmenge, dem Unterdruck in einer Ansaugleitung, der Betriebstemperatur oder der Konzentration wenigstens eines Bestandteils in den Abgasen. In Abhängigkeit vom Steuersignal V5 steuert die Steuereinrichtung 68' die an die Elektroden 60 bis 66 gelegte Spannung und/oder deren Polarität, so daß die Zylinder der Maschine über einen breiten Betriebsbereich ein Gemisch mit dem jeweils günstigsten Luft-Brennstoffverhältnis erhalten. Sind beispielsweise an den Auslassen der Zylinder Abgas-Sensoren eingebaut, welche jeweils ein der Konzentration eines Bestandteils der Abgase entsprechendes Signal erzeugen und dieses der Steuereinrichtung 68' zuführen, so steuert diese dann aufgrund der ihr zugeführten Signale die an die Elektroden 60 bis 66 gelegte Spannung und deren Polarität zur Erzielung des jeweils günstigsten Luft-Brennstoff Verhältnisses .

In Fig. 8 sind die Düse 14 und die Beschleunigungselektrode 16 im einzelnen dargestellt. Die Düse 14 hat ein elektrisch leitendes Teil 14a und ein isolierendes Teil 14b. Das leitende Teil 14a ist mit der Spannungsquelle verbunden. Die Beschleunigungselektrode 16 ist teilweise von dem Isoliermaterial 86 der Venturidüse 12 umgeben und an der Spannungsquelle 2 angeschlossen. Sie stellt ein Teil der Venturidüse 12 dar.und ist vorzugsweise unmittelbar unterhalb der Düse 14 angeordnet. Anderenfalls kann die Beschleunigungselektrode 16 jedoch auch getrennt von der Venturidüse 12 ausgeführt sein.

In Fig. 9a bis 10b sind zwei Ausführungsformen der Elektroden 82 oder 84 der Anordnung nach Fig. 6b dargestellt. In Fig. 9a und 9b hat die Elektrode die Form einer zylindrischen Muffe 90 aus leitendem Werkstoff, welche von einem

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satt in die Ansaugleitung 52 eingepaßten Isoliermantel 88 umgeben ist.

Fig. 10a und 10b zeigen eine andere Ausführungsform 91 der Elektroden 60 bis 66 oder 82, 84 der Anordnungen nach Fig. 5* 6b und 7· Die Elektrode hat hier die Fora eines Gitters 9^ aus einem elektrisch leitenden Material, welches in einem satt in die Ansaugleitung 52 eingepaßten Ring 92 aus einen isolierenden Material festgehalten ist.

In Fig. 11a bis 11c ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung zum Aufladen des flüssigen Brennstoffs dargestellt, welche für alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendbar ist. Die dargestellte Elektrodenanordnung 100 weist drei Teile 102, 104 und 106 auf, von denen das eine Teil 102 gegenüber den beiden anderen Teilen 104 und 106 elektrisch isoliert ist. Die beiden letzteren Teile 104 und 106 sind einstückig ausgeführt und stellen zusammen eine Elektrode dar. Der von dem (nicht gezeigten) Schwimmergehäuse zufließende Brennstoff wird durch zwischen dem Teil 102 und den beiden anderen Teilen 104 und 106 stattfindende Koronaentladung aufgeladen.

Fig. 12a und 12b zeigen eine mit 108 bezeichnete Abwandlung der Elektrodenanordnung 100. Diese weist dem Teil in Fig. 11b entsprechende Teile 102' und den Teilen 104 und 106 entsprechende Teile 104' auf. Die abgewandelte Ausführungsform 108 vermag den Brennstoff noch wirksamer aufzuladen als die Elektrodenanordnung 100.

Fig. 13a und 13b zeigen noch eine weitere Ausführungsform einer Elektrodenanordnung zum wirksamen Aufladen des flüssigen Brennstoffs. Die dargestellte Elektrodenanordnung ist ebenfalls für alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendbar. Sie weist zwei gegeneinander elektrisch

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isolierte Teile 112, 11A- auf, welche in einer vom Schwimmerg3häuse zur Düse führenden Leitung 111 angeordnet sind. Der die Leitung vom Schwimnergehäuse her durchströmende Brennstoff wird durch eine zwischen den Teilen 112 und 114-stattfindende Koronaentladung aufgeladen.

Die in Fig. 1A- gezeigte Ausfuhrungsform stellt eine Kombination der in Fig. 1 und 5 dargestellten Ausführungsforrnen dar. Diese Ausführungsform weist einen einfachen Aufbau auf und ermöglicht ein sicheres Zünden von sehr magerem Luft-Brennstoffgemisch.

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Claims

Patentansprüche

^j/ Anordnung für die Gemischaufbereitung und -zufuhr in einer Brennkraftmaschins, gekennzeichnet durch eine elektrostatische Aufladeeinrichtung (2), durch eine Einrichtung (12) zum Erzeugen eines brennbaren Luft-Brennstoffgemischs, durch eine mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbundene erste Elektrode (8) zum Aufladen eines der Einrichtung zum Erzeugen des Gemischs zugeführten flüssigen Brennstoffs mit einer ersten Ladung, durch eine Anzahl von Verbrennungskammern (18) und durch eine Anzahl von in den einzelnen Verbrennungskammern angeordneten zweiten Elektroden (24-, 2V oder 28), welche an der elektrostatischen Aufladeeinrichtung angeschlossen und von dieser mit einer zweiten Ladung zum Anreichern des Luft-Brennstoffgemischs in ihrem Bereich gespeist sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden die Mittelelektroden von Zündkerzen (26) sind.

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3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden jeweils eine der beiden Elektroden (24-, 2V) einer gegenüber der Verbrennungskammer (18) elektrisch isolierten Zündkerze (26) sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (28) jeweils in der Nähe einer Zündkerze (26) angeordnet sind.
5- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Luft-Brennstoffgemischs eine Venturidüse (12) aufweist und daß in der Nähe der Venturidüse eine dritte Elektrode (16) angeordnet ist, welche mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung (2) verbunden und von dieser mit der zweiten Ladung gespeist ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Luft-Brennstoffgemischs eine Venturidüse (12) aufweist und daß eine dritte Elektrode (16) einstückig mit der Venturidüse verbunden, von dieser jedoch elektrisch isoliert angeordnet, mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung (2) verbunden und von dieser mit der zweiten Ladung gespeist ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (19) der Verbrennungskammern sowie zu diesen führende Ansaugleitungen (20) elektrisch mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbunden und von dieser mit der ersten Ladung gespeist sind, um das Anhaften des zerstäubten Brennstoffs daran zu verhindern.

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8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der den zweiten Elektroden (24, 28) zugeführten Ladung in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
9- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der den zweiten Elektroden (24, 28) zugeführten zweiten Ladung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
10, Anordnung nach Anspruch "1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode eine in eine Venturidüse (12) hineinragende Brennstoffdüse (14) ist.
11. Anordnung für die Gemischaufbereitung und -zufuhr in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12) zum Erzeugen eines brennbaren Luft-Brennstoffgemische, Durch eine elektrostatische Aufladeeinrichtung (2) zum Erzeugen von ersten und zweiten Ladungen einander entgegengesetzter Polarität, durch, eine mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbundene erste Elektrode (14) zum Aufladen eines flüssigen Brennstoffs mit der ersten Ladung und zum Erzeugen von geladenen Brennstofftröpfchen in der Einrichtung zum Erzeugen des Brennstoff- Luftgemischs, durch eine Anzahl von Verbrennungskammern (18), durch eine mehrere Ansaugleitungen aufweisende Verbindung zwischen der Einrichtung zum Erzeugen des Luft-Brennstoffgemischs und den Verbrennungskammern, und durch eine Anzahl von in der Verbindung angeordneten zweiten Elektroden (60 bis 66), welche mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbunden und von dieser mit der ersten und/oder der zweiten Ladung gespeist sind, so daß das Luft-Brennstoffverhältnis durch Steuerung der Menge der den einzelnen Verbrennungskammern zugeführten geladenen Brennstofftröpfchen durch elektrostatische

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Kräfte steuerbar ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode eine in die Venturidüse (12) hineinragende Brennstoffdüse (14) ist.
13· Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zweiten Elektroden (60.bis 66) gleich der der Verbrennungskammern ist, und daß jede der zweiten Elektroden in einer Ansaugleitung angeordnet ist, um das Luft-Brennstoffverhältnis des sie durchströmenden Gemischs wirksam zu steuern.
14. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zweiten Elektroden (60 bis 66) gleich der der Verbrennungskammern ist und daß jede zweite Elektrode nahe einem divergierenden Teil der einzelnen Ansaugleitungen angeordnet ist.
15- Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der zweiten Elektroden (60 bis 66) immer mit der ersten und die übrigen zweiten Elektroden immer mit der zweiten Ladung gespeist sind.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der den zweiten Elektroden (60 bis 66) zugeführten ersten und zweiten Ladungen in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
17. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch, gekennzeichnet, daß wenigstens eine der zweiten Elektroden (60 bis 66) in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine wahlweise mit der ersten oder der zweiten Ladung gespeist ist und daß die übrigen zweiten

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Elektroden zur Steuerung des Luft-BrennstoffVerhältnisses in deri Verbrennungskammern mit der jeweils anderen Ladung gespeist sind.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der den zweiten Elektroden erteilten ersten und zweiten Ladungen in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparaaeter der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
19· Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der zweiten Elektroden (60 bis 66) in Abhängigkeit von Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine abwechselnd mit der ersten und der zweiten Ladung gespeist ist und daß die übrigen zweiten Elektroden mit
der jeweils anderen Ladung gespeist sind.
20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der den zweiten Elektroden erteilten ersten und zweiten Ladungen in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
21. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (60 bis 66)
zylindrische Form haben.
22. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden als Gitterelektroden (9^) ausgebildet sind.
23· Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zweiten Elektroden
(78, 80; 82, 84) kleiner ist als die der Verbrennungskammern, und daß die zweiten Elektroden in einem Verzweigungsbereich der Ansaugleitungen (70 bis 76) angeordnet sind.

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24. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugleitungen in zwei Zweige und diese wiederum in zu den einzelnen Verbrennungskammern führende Zweigleitungen (70 bis 76) aufgeteilt sind, daß die Anzahl der zweiten Elektroden (78, 80; 82, 84) zwei beträgt und daß die zweiten Elektroden im Bereich der Aufteilung der Ansaugleitungen in zwei Zweige angeordnet sind.
25· Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden zweiten Elektroden (78, 80; 82, 84) immer mit der ersten und die andere zweite Elektrode immer mit der zweiten Ladung gespeist ist.
26. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden zweiten Elektroden (78, 80; 82, 84) in Abhängigkeit von einem auf den Ansaugvorgang der Verbrennungskammern bezogenen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wahlweise mit der ersten oder der zweiten Ladung und die andere zweite Elektrode mit der jeweils anderen Ladung gespeist ist.
27· Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der den zweiten Elektroden erteilten ersten und zweiten Ladungen in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
28. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbrennungskammern jeweils ein Abgasaualaß angeschlossen ist, daß in den Abgasauslässen jeweils ein Abgassensor zum Erzeugen eines Signals in Abhängigkeit von der Konzentration eines Bestandteils der Abgase angeordnet ist, und daß die Größe und/oder Polarität einer an die zweiten Elektroden gelegten Spannung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Abgassensoren steuerbar sind.

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29- Anordnung nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des brennbaren Luft-Brennstoffgemischs eine Venturidüse (12) aufweist, und daß die im Bereich der Venturidüse angeordnete dritte Elektrode (16) mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbunden und von dieser mit der zweiten Ladung gespeist ist.
30. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des brennbaren Luft-Brennstoffgemischs eine Venturidüse (12) aufweist, und daß die dritte Elektrode (16) einstückig mit der Venturidüse ausgebildet, von den übrigen Teilen derselben jedoch elektrisch isoliert, mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbunden und von dieser mit der zweiten Ladung gespeist ist.
31. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der ersten Elektrode (102) eine mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbundene und von dieser mit der zweiten Ladung gespeiste vierte Elektrode (104, 106) angeordnet ist, zwischen welcher und der ersten Elektrode eine Koronaentladung erzeugbar ist.
32. Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oder die vierte Elektrode (102 bzw. 104) wenigstens einen schrafen Rand und die andere Elektrode wenigstens einen Schlitz aufweist.
33· Anordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die vierte Elektrode (102 bzw. 104) in einem in eine Venturidüse (12) hineinragenden Brennstoffauslaß (14) angeordnet sind.
34. Anordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die vierte Elektrode (112 bzw. 114) in einem von einem Schwimmergehäuse (10)

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zu einea in eine Venturidüse (12) hineinragenden Brennstoffauslaß (14-) führenden Durchlaß (111) angeordnet sind.

35- Anordnung für die Gemischaufbereitung und -zufuhr in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12) zum Erzeugen eines brennbaren Luft-Brennstoffgenischs, durch eine elektrostatische Aufladeeinrichtung (2) zum Erzeugen von ersten und zweiten Ladungen mit einander entgegengesetzter Polarität, durch eine mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbundene und von ihr mit der ersten Ladung gespeiste erste Elektrode (14) zum Erzeugen von geladenen Brennstofftröpfchen in der Einrichtung zum Erzeugen des brennbaren Luft-Brennstoffgemischs, durch eine Anzahl von Verbrennungskammern (18), durch eine zwischen der Einrichtung zum Erzeugen des brennbaren Luft-Brennstoffgemischs und den Verbrennungskammern angeordnete, eine Anzahl von Ansaugleitungen aufweisende Verbindungsexnrichtung, durch eine Anzahl von in der Verbindungseinrichtung angeordneten, mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbundenen und von dieser mit der ersten und/oder zweiten Ladung gespeisten zweiten Elektroden (60 bis 66) zum Steuern des Luft-Brennstoffverhältnisses des Gemischs durch Steuerung der Menge der den einzelnen Verbrennungskammern zugeführten geladenen Brennstofftröpfchen mittels elektrostatischer Kräfte, und durch eine Anzahl von in den einzelnen Verbrennungskammern angeordneten, mit der elektrostatischen Aufladeeinrichtung verbundenen und von dieser mit der zweiten Ladung gespeisten dritten Elektroden (24-, 24' oder 28) zum Anreichern des Luft-Brennstoffgemischs in ihrem jeweiligen Bereich.

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