DE3910951A1

DE3910951A1 - 2 und 4 takt brennkraftmaschine fuer kohlenwasserstoffe mit innerer gemischbildung und folgender laserzuendung, schadstoffrei

Info

Publication number: DE3910951A1
Application number: DE19893910951
Authority: DE
Inventors: Rolf Backhauss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-05
Filing date: 1989-04-05
Publication date: 1989-10-05

Description

Stand der Technik

1. Die äußere Kraftstoff-Luftgemischbildung mit Fremdzündung ist bekannt. Sie sollte immer im Verhältnis von 1 kg Benzin zu 14 kg Luft liegen.

Da dies technisch nicht machbar ist, denn unsere Motore ar beiten mit einem Kraftstoff-Luftgemisch von 1 : 3 beim Start bis 1 : 17 bei Teillast, so daß der Katalysator die heutige Antwort ist, Auspuffgase unschädlich zu machen.

2. Die innere Kraftstoff-Luftgemischbildung mit eingespritztem Dieselkraftstoff ist ebenfalls bekannt, und so dieser Motor nicht mit einem fetteren Gemisch als 1 : 15 arbeitet, ver brennt er fast rückstandslos und einwandfrei den Diesel.

3. Unbekannt ist hingegen ein Motor, dem z. B. Benzin in den Verbrennungsraum zum ermittelten Einspritzzeitpunkt einge spritzt wird, der eine Gemischbildung hat, die gezündet wer den muß.

Allgemeine Voraussetzungen

Ausgangspunkt ist unser Kraftstoff, als Kohlenwasserstoff bekannt als Diesel und Benzin im Handel erhältlich.

Zur vollständigen Vebrennung von Benzin und Diesel brauchen 1 kg Kraftstoff 14 kg Luft. Das ist ein Maß ohne Berücksichtigung von Höhenlagen und dem atmosphärischen Druck.

Die Verbrennung setzt die vollständige Vergasung voraus, die voll ständige Verbrennung ergibt Wasser und Kohlendioxyd.

Da unsere Otto-Motore mit einer äußeren Gemischaufbereitung über eine Drosselklappe mit einem Vergaser oder einer vorgelagerten Einspritzung im Ansaugrohr arbeiten, ist die Gemischaufbereitung meistens fetter als 1 : 14 und geht bis zu 1 : 3 bei Kaltstart im Winter rauf. Zudem entsteht hinter der Drosselklappe ein hoher Unterdruck. Der Katalysator bleibt für den Kaltstart wirkungslos, er fängt erst bei 300°C zu arbeiten an.

Unser bisheriger Otto-Motor kann die modernen Anforderungen an ungiftigen Abgasen also nicht erfüllen.

Zeichnung

Die Zeichnung stellt schematisch eine Brennkraftmaschine dar. Es sind ein Injektor und eine Laserzünd-Vorrichtung eingezeich net. Ventile sind nicht eingezeichnet. Dargestellt sind

1 Kolben mit Laufbuchse im O. T
2 Laserzünd-Vorrichung
3 Injektor gesamt
4 Negative Einspritzdüse
5 Rückschlagventil im Krafstoff-Zulauf
6 Kraftstoff-Rücklaufbohrung
7 Keilhebelregelung für die Menge und den Zeitpunkt
8 Ölschmiernut
9 Betätigungs-Nocken
10 Zulauf für Wasser
11 Zulauf für Kraftstoff

Das neue Brennverfahren für 2 Takt- und 4 Takt-Brennkraftmaschi nen, die keinen Katalysator brauchen.

Ansaugen

Angesaugt wird reine Luft. Der Ansaugkrümmer ist bis auf einen Hitzdraht-Luftmesser oder Kármán-Vortex-Durchflußmesser vollkom men glatt, und wird gegebenen Falls mit einer Schwingssaugrohr- oder Resonanz-Aufladung versehen sein. Sie wird nicht durch eine Drosselklappe reduziert, und ist nur abhängig von der Trägheit der Luftgeschwindigkeit bei steigender Drehzahl. Der entstehende Unterdruck ist geringer und gleichmäßiger, als bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen.

2 Takt Brennkraftmaschinen arbeiten mit einer Aufladung der Luft, die im unteren Totpunkt durch Schlitze in den Brennraum gelangt.

Verdichtung

Verdichtet wird die Luftmasse dem vorgesehenem Verdichtungsver hältnis für unterschiedliche Kraftstoffe entsprechend, so daß kei ne Selbstzündung des gewählten Kraftstoffes erfolgt.

Handelsübliches Benzin wird angenommen, Kerosin und andere Kraft stoffe sind möglich.

Der Kraftstoff wird ca. 30 bis 5° vor OT zum Verdichtungsende in den Brennraum eingespritzt, er verdampft und wird mit einem Laser strahl gezündet.

Da das Kraftstoff-Luftgemisch im Verbrennungsraum immer mit einem mageren Verhältnis von 1 : 15 bis theoretisch 1 : 1000 arbeitet, muß dies eine vollkommene Verbrennung zur Folge haben, denn der eingespritzte Kraftstoff-Strahl zerlegt sich und greift die vor handenen Luftteile, der Laserstrahl trifft immer dieses entstan dene Kraftstoff-Luftgemisch, das zündfähig ist unter der Voraus setzung, daß der Zündstrahl direkt am Düsenausgang oder direkt auf den Düsenmund gerichtet ist.

Dies ist eine gesteuerte innere Gemischbildung mit einer Laser zündung versehen. Von Bedeutung wäre hierfür, eine starke Verwir belung der angesaugten Luft, die im Verdichtungstakt zu einer besseren Gemischbildung führen würde.

Kraftstoffeinspritzung

Die zu einer Baueinheit zusammengesetzte Einspritzpumpe und Düse wird Injektor genannt (siehe Patentanmeldung P 38 04 368.8). Um leichtflüchtiges Benzin in den Verbrennungsraum einspritzen zu können, wird der Injektor permanent, bis auf den Einspritzvor gang selbst, von Kraftstoff durchflossen. Weiterhin steht der Kraftstoff unter einem Druck von etwa 3 bar. Zusätzlich ist eine Kühlung mit Kühlmittel vorgesehen, die sowohl die Düse als auch die Pumpe durchspült.

Der Injektor arbeitet mit einer Hubbegrenzung zur Regelung der erforderlichen Kraftstoffmenge, mit einem vollen Kolben, einem Rückschlagventil und einer Rücklaufbohrung. Dazu kommt dann noch die Einspritzdüse, die einen negativen Winkel der Düsennadel zum Verbrennungsraum hat, einen Abspritzdruck von ca. 5 bis 10 bar. Der Injektor läßt sich zum Einspritzzeitpunkt vor und nachver stellen, wenn gewünscht.

Zur Sicherstellung, daß der Kolben des Injektors sich nicht durch das trockene Benzin festsetzt, kann die Buchse des Kolbens mit einem Ölschmiernut versehen werden.

Hubbegrenzung und Einspritzzeitpunkt werden über 2 Stellmotore geregelt, die ihre Information von einem Steuergerät erhalten.

Laserzündung

Die Laserzündung ist ein hochintensiver Lichtstrahl, der weit über 1000°C Wärme kurzzeitig abgibt. Der Laserstrahl ist un ter den Patenten P 22 07 392.3-13, P 28 49 458.1-13, P 34 19 047 und P 36 00 255 von den Patentschreibern angemeldet. Zeitliche Steuerung zum veränderbaren Zündzeitpunkt ist möglich, und er folgt über das Steuergerät.

Steuergerät

Das Steuergerät erhält folgende Eingaben:

1. Einen Luftmassenmesser.
2. Eine Lambda-Sonde.
3. Einen Drehzahlmesser.
4. Eine Motor-Temperaturmessung.
5. Eine Kraftstoff-Temperaturmessung.
6. Einen Beschleunigungsgeber.

Das Steuergerät ermittelt folgende Werte.

1. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge.
2. Den zu ermittelnden Einspritz-Zeitpunkt.
3. Den zu ermittelnden Zündzeitpunkt.

Verbrennung

Voraussetzung für eine einwandfreie Verbrennung ist eine hohe Turbulenz der angesaugten Luft im Verbrennungsraum. Dazu kommt der Zeitpunkt, zu dem Kraftstoff eingespritzt wird, der ja immer einen Zeitraum zur Vergasung braucht und der Zündzeitpunkt der Laserzündung, wobei die Laserzündung mit ihrem Strahl alle Kraft stoffteilchen um sich herum erfaßt, und so den Zündverzug wesent lich verringert.

Diese Brennkraftmaschine arbeitet also mit einer wesentlich ge ringeren Vorzündung und immer zum optimalen Zeitpunkt, so daß die perfekte Verbrennung das Ergebnis ist.

Ausstoßen

Ausgestoßen wird vollkommen verbrannter Kohlenwasserstoff, bei 4- Takt-Motore über das Auslaßventil, wie auch bei 2 Takt-Motoren. Wird Benzin als Treibstoff verwand, so ist dem Auslaß eine Lambda sonde zugeordnet, die über die Genauigkeit des Kraftstoff-Luftge misches Auskunft gibt, als Sicherheit für eine Verbrennung mit ei nem bestimmten Sauerstoffrest in den Auspuffgasen.

Claims

Es wird Patentanspruch für eine Brennkraftmaschine erhoben, de ren Besonderheiten wie folgt gekennzeichnet sind.
Die Besonderheiten gelten für 4 Takt und 2 Takt Brennverfahren, so der 2 Takt-Motor mit einer Aufladung durch ein Spülgebläse im unteren Totpunkt mit Schlitzsteuerung und Auslaßventilen aus gerüstet ist.
Gekennzeichnet ist die Brennkraftmaschine
- 1. mit dem Anspruch der vollkommenen Verbrennung von Kohlenwas serstoffen, die im verbrannten Zustand nur Wasser und Kohlen dioxyd dem Auslaß zuleiten.
- 2. mit einer direkt einspritzenden Vorrichtung, genannt Injektor, und in meiner Patentanmeldung uner P 38 04 368.8 angemeldet ist.
- 3. mit einer Laserstrahlzündung, wie unter den Patentanmeldungen P 22 07 392.3-13, P 28 49 458.8-13, P 34 00 034.8, P 34 19 047 und P 36 00 255 angemeldet sind, gezündet wird.
Gekennzeichnete Punkte 1-3 gehen davon aus, daß alle Kohlenwas serstoffe rein dargestellt sind, Abweichungen jedoch möglich sind, wie bei unserem heutigen Benzin und Diesel.