DE4405769A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrei ben einer Brennkraftmaschine, bei dem angesaugte Luft zumin dest einem Verbrennungsraum zugeführt wird, die angesaugte Luft mit Kraftstoff zur Bildung eines Kraftstoff-/Luftgemi sches vermischt wird, die Antriebsenergie für das Betreiben der Brennkraftmaschine durch Verbrennen des Kraftstoff-/Luft gemisches in dem Verbrennungsraum mit einer vorgebbaren Takt frequenz erzeugt wird, das durch die Verbrennung gebildete Abgas ausgestoßen wird.The present invention relates to a method for operating ben an internal combustion engine, in the sucked air at least one combustion chamber is fed, the sucked Air with fuel to form a fuel / air mixture is mixed, the drive energy for operating the internal combustion engine by burning the fuel / air mixed in the combustion chamber with a predetermined clock frequency generated by the combustion Exhaust gas is expelled.
Bei Brennkraftmaschinen wird angestrebt, einerseits einen ge ringen Kraftstoffverbrauch zu verwirklichen und andererseits in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine einen mög lichst geringen Schadstoffausstoß zu gewährleisten. Gleichzei tig soll die Leistung der Brennkraftmaschine in jedem Be triebszustand noch ausreichend sein.In internal combustion engines is sought, on the one hand a ge struggling to realize fuel economy and on the other hand in any operating condition of the internal combustion engine a pos to ensure the lowest possible pollutant emissions. Gleichzei tig is the performance of the internal combustion engine in each Be still be sufficient.
Es sind sogenannte Additive bekannt, die dem Kraftstoff zuge setzt werden, um das Betreiben einer Brennkraftmaschine zu verbessern. Beispielhaft seien hier Antiklopfmittel, Anti preignitions-Additive oder Additive zur Vergaserreinigung ge nannt.There are known as additives which are added to the fuel be set to operate an internal combustion engine improve. Exemplary here are anti-knock agents, anti preignition additives or additives for carburetor cleaning ge Nannt.
In der US 5 234 474 ist beschrieben, dem Kraftstoff Fullerite oder eine Mischung aus Fulleriten zuzusetzen, wobei diese Fullerite in einer derartigen Menge zugesetzt werden, daß sie einen gewissen Schmiereffekt gewährleisten sollen. Dieser mit den Fulleriten vermischte Kraftstoff ist für den Einsatz in nerhalb einer Zwei-Takt-Brennkraftmaschine vorgesehen.In US 5,234,474 is described, the fuel Fullerite or to add a mixture of fullerites, these Fullerite be added in such an amount that they to ensure a certain lubricating effect. This one with The fullerites mixed fuel is for use in provided within a two-stroke internal combustion engine.
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem bzw. die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, das einen geringen Kraftstoffverbrauch und einen geringen Schad stoffausstoß bei Aufrechterhaltung einer möglichst hohen Leistung ermöglicht und gleichzeitig in konstruktiver Art und Weise einfach und wirtschaftlich verwirklicht werden kann.The present invention is the technical problem or the object of a method for operating a To specify internal combustion engine of the type mentioned, the low fuel consumption and low pollution substance output while maintaining the highest possible Performance is possible and at the same time in a constructive way and Way can be realized easily and economically.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des An spruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildung sind Gegenstand der Unteransprüche.The inventive method is characterized by the features of An Claim 1 given. Advantageous embodiments and further education are the subject of the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dementsprechend dadurch aus, daß der angesaugten Luft und/oder dem Kraft stoff-/Luftgemisch und/oder dem Abgas offene oder geschlosse ne Käfigmoleküle, bevorzugt Fullerene, Fullerenderivate, Ful lerite, Heterofullerene, Heterofullerenderivate, Fulleren fragment- und/oder Heterofullerenfragmentderivate zugeführt werden.The inventive method is characterized accordingly characterized in that the sucked air and / or the force substance / air mixture and / or the exhaust open or closed cage molecules, preferably fullerenes, fullerene derivatives, Ful lerites, heterofullerenes, heterofullerene derivatives, fullerenes fragment and / or Heterofullerenfragmentderivate supplied become.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Zuführung der Käfigmoleküle in Abhängigkeit der Betriebs kennwerte der Brennkraftmaschine, insbesondere Temperatur, Drehzahl, Drosselklappenstellung und/oder den Signalen einer im Abgasstrom vorhandenen Katalysatoreinrichtung, bevorzugt mit einer Lambda-Sonde, steuerbar/regelbar ist. Durch die Steuerung bzw. Regelung der Zuführung und Abhängigkeit der Betriebskennwerte der Brennkraftmaschine ist es beispielswei se möglich, bei betriebswarmem Motor und bei niederen Dreh zahlen keine Käfigmoleküle zuzuführen, während hingegen bei hohen Drehzahlen oder bei Vollast eine verstärkte Zuführung erfolgt. Darüberhinaus kann die dosierte Zuführung in der Kaltstartphase, die hinsichtlich des Schadstoffausstoßes am problematischsten ist, gezielt zugeführt werden, so daß sich eine Reduzierung der Schadstoffausstoßwerte erreichen läßt.A preferred embodiment is characterized in that the delivery of the cage molecules depending on the operation characteristic values of the internal combustion engine, in particular temperature, Speed, throttle position and / or the signals of a in the exhaust stream catalyst device present, preferred with a lambda probe, controllable / is controllable. By the Control or regulation of the supply and dependence of Operating characteristics of the internal combustion engine, it is beispielswei It is possible to do this when the engine is warm and at low speeds pay no cage molecules, while while at high speeds or at full load a reinforced feed he follows. In addition, the metered feed in the Cold start phase, which in terms of pollutant emissions at Most problematic is to be fed specifically, so that to achieve a reduction in pollutant emissions.
Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es, verbrennungsfördernde und/oder abgasmindernde Additive in Ab hängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu zu führen. Diese Additive können bevorzugt Käfigmoleküle der o.g. Art sein.An essential idea of the present invention is combustion-promoting and / or exhaust gas-reducing additives in Ab dependence on the operating state of the internal combustion engine to lead. These additives may preferably cage molecules of above-mentioned Be kind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Motorsteuergrößen (z. B. Kraftstoffmenge/Zündpunkt) gegenüber dem Stand der Technik besser auf die Zielgrößen "geringer Verbrauch" und "minimaler Schadstoffausstoßung" optimiert werden, weil eine zusätzliche Steuergröße zur Verfügung steht. Besonders vor teilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren für das Konzept des Magermotors einsetzen.Motor control variables can be used with the method according to the invention (eg fuel quantity / ignition point) compared to the state of Technology better on the targets "low consumption" and optimized "minimal pollutant emissions" because a additional control size is available. Especially before Partly the method according to the invention for the Insert concept of lean engine.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens zeichnet sich dadurch aus, daß die Temperatur der zuge führten Käfigmoleküle und/oder des zugeführten Kraftstoff- /Luftgemisches und/oder der angesaugten Luft in Abhängigkeit der Betriebskennwerte der Brennkraftmaschine steuerbar ist. Erfindungsgemäß kann bevorzugt in der Kaltstartphase die Tem peratur der zugeführten Käfigmoleküle erhöht werden, was zu günstigeren Eigenschaften und geringerem Schadstoffausstoß führt.A preferred embodiment of the method according to the invention rens is characterized by the fact that the temperature of the supplied led cage molecules and / or the supplied fuel / Air mixture and / or the intake air in dependence the operating characteristics of the internal combustion engine is controllable. According to the invention may preferably in the cold start phase, the Tem temperature of the supplied cage molecules are increased, resulting in more favorable properties and lower pollutant emissions leads.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemä ßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Käfigmole küle direkt dem zumindest einen Verbrennungsraum zugeführt werden. Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise mehrere Ver brennungsräume auf, die im wesentlichen jeweils durch einen Zylinder und einen in dem Zylinder verschiebbaren Kolben ge bildet werden. In diesem Falle erfolgt die Zugabe zylinderse lektiv. Dies hat zum Vorteil, daß jeder Zylinder einzeln auf den optimalen Betriebszustand eingestellt werden kann, wobei zur optimalen Regelung bzw. Steuerung der Einsatz entspre chender zylinderselektiver Sensoren vorteilhaft ist.A particularly advantageous embodiment of the invention The method is characterized in that the cage mole fed directly to the at least one combustion chamber become. Internal combustion engines usually have several Ver combustion chambers, which are essentially each by a Cylinder and a displaceable in the cylinder piston ge be formed. In this case, the addition is done cylindrically tively. This has the advantage that each cylinder individually the optimal operating condition can be adjusted, wherein for optimal regulation or control of the use entspre chender cylinder-selective sensors is advantageous.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Käfigmoleküle indirekt, d. h., bevorzugt über eine vorgeschaltete Vorkammer, dem zumindest einen Verbren nungsraum zugeführt werden. In der Vorkammer kann für eine intensive Mischung bzw. Verwirbelung der Käfigmoleküle mit dem Kraftstoff-/Luftgemisch verwirklicht werden, was eine verbrennungsfördernde Wirkung nach sich zieht.A further advantageous embodiment is characterized from that the cage molecules indirectly, d. h., preferably over an upstream antechamber, the at least one Burn be supplied. In the antechamber can for a intensive mixing or turbulence of the cage molecules with the fuel / air mixture are realized what a combustion-promoting effect.
Die Käfigmoleküle können in festem oder gasförmigen Zustand oder in einem Lösungsmittel in gelöster Form hin zugegeben werden. Insbesondere ist die Zugabe der Käfigmoleküle in Form eines Aerosols oder in Form einer Suspension möglich.The cage molecules can be in solid or gaseous state or added in a solvent in dissolved form become. In particular, the addition of the cage molecules is in the form an aerosol or in the form of a suspension possible.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens zeichnet sich dadurch aus, daß den Käfigmolekülen be kannte Kraftstoffadditive zugefügt sind, deren Anbindung an das Käfigmolekül bevorzugt durch Anlagerung und/oder Dotie rung und/oder Einlagerung und/oder Beimischung gegeben ist oder auf chemischem Weg erfolgt. Als Kraftstoffadditive kön nen hierbei bekannte Additive wie beispielsweise Bleialkyle, aromatische Amine oder sauerstoffhaltige Verbindungen, insbe sondere Methanol, Äthanol, Äther usw. gebildet werden. Darü berhinaus kommen als Additive Phosphor- oder Bor-Verbindungen in Betracht. Schließlich können noch Additive eingesetzt wer den, die O- und/oder OH-Radikale bilden oder abspalten, was sich besonders günstig hinsichtlich der Vermeidung der Bil dung von Rußpartikeln im Abgas auswirkt.A preferred embodiment of the method according to the invention rens is characterized by the fact that the cage molecules be knew fuel additives are added, their connection to the cage molecule preferably by attachment and / or doping tion and / or storage and / or admixture is given or chemically. As fuel additives Kings NEN known additives such as lead alkyls, aromatic amines or oxygen-containing compounds, esp especially methanol, ethanol, ether, etc. are formed. Darue In addition, phosphorus or boron compounds are used as additives into consideration. Finally, additives can still be used those that form or split off O and / or OH radicals particularly favorable in terms of avoiding the Bil tion of soot particles in the exhaust gas.
Um die Verbrennung im jeweiligen Verbrennungsraum optimal zu gestalten, ist es nach einer weiteren bevorzugten Ausgestal tung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die Käfigmole küle zusammen mit einem oder mehreren der genannten Additive zumindest während eines Verbrennungstaktes zeitgesteuert in einer vorgebbaren, variablen Gewichts- oder Volumenmenge zu zuführen. Eine besonders erfindungswesentliche Ausführungsva riante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der eine im Ab gasstrom der Brennkraftmaschine vorhandene Katalysatorein richtung eingesetzt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß das Abgas der Oberfläche der Katalysatoreinrichtung ausgesetzt wird, wobei die Katalysatoreinrichtung zumindest bereichswei se mit Käfigmolekülen versehen ist, die in der Lage sind, die Abgaskomponenten Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxi de und/oder Rußpartikel zu binden und/oder zu spalten und/oder zu oxidieren, vorzugsweise in Gegenwart eines Kata lysatormaterials.In order to optimize the combustion in the respective combustion chamber It is, according to another preferred Ausgestal tion of the method according to the invention possible, the cage mole together with one or more of the additives mentioned timed in at least during a combustion cycle a predetermined, variable weight or volume amount respectively. An especially essential to the invention Ausführungsva variant of the method according to the invention, in which a Ab in Gas flow of the internal combustion engine existing Katalysatorein direction is characterized by the fact that the Exhaust gas exposed to the surface of the catalyst device is, wherein the catalyst device at least teilswei is provided with cage molecules that are capable of, the Exhaust components carbon monoxide, hydrocarbons, nitrogen oxides de and / or soot particles to bind and / or split and / or to oxidize, preferably in the presence of a kata lysatormaterials.
Um das Verfahren hinsichtlich der Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine zu optimieren, hat es sich als günstig herausgestellt, eine Ionenmessung im Verbrennungsraum und/oder vor und/oder nach der Katalysatoreinrichtung im Ab gasstrom vorzunehmen, wobei deren Meßergebnisse zur Regelung der Zusammensetzung des Kraftstoff-/Luftgemischs und/oder der Dosierung der Käfigmoleküle eingesetzt werden.To the method with respect to the control of the To optimize internal combustion engine, it has proved favorable exposed, an ion measurement in the combustion chamber and / or before and / or after the catalyst device in the Ab gas flow, with their measurement results for control the composition of the fuel / air mixture and / or the Dosage of the cage molecules can be used.
Eine hinsichtlich eines optimalen Verbrennungsvorgangs beson ders günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens zeichnet sich dadurch aus, daß taktweise ein Lichtbogen außerhalb des zumindest einen Verbrennungsraumes erzeugt wird, der im wesentlichen quer zu seiner Längsrichtung durch eine Öffnung in den Verbrennungsraum hinein umgelenkt wird, wodurch im Verbrennungsraum ein flammenartiger Lichtbogenbe reich entsteht. Durch die Ausbildung dieses flammenartigen Lichtbogenbereiches werden optimale Zündbedingungen inner halb der Verbrennungskammer gewährleistet. Die Umlenkung des Lichtbogens kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß quer zum Lichtbogenverlauf ein Rohrteilstück einseitig vorhanden ist oder zusätzlich der Lichtbogen in einer bogenförmigen Führungsvorrichtung erzeugt wird, wobei die Öffnung bevorzugt im Scheitelpunkt des Bogens angeordnet ist.A special with regard to an optimal combustion process ders favorable embodiment of the method according to the invention Characterized by the fact that cyclically an arc generated outside the at least one combustion chamber is, which is substantially transverse to its longitudinal direction an opening is deflected into the combustion chamber, whereby in the combustion chamber a flame-like arc rich emerges. By training this flame-like Arc area will optimal ignition conditions inside ensured half of the combustion chamber. The diversion of the Arc can be done, for example, that transversely to the arc a pipe section on one side is or in addition the arc in an arcuate Guiding device is generated, wherein the opening is preferred is arranged at the apex of the arch.
Die bereichsweise Umlenkung des Lichtbogens kann auch mittels magnetischer oder elektrischer Kräfte erfolgen.The regional deflection of the arc can also by means of magnetic or electrical forces.
Nach einem weiteren erfindungswesentlichen Merkmal der vor liegenden Erfindung wird ein Verfahren eingesetzt, bei dem auf den Einsatz einer üblichen Zündeinrichtung verzichtet wird und dem zumindest einen Verbrennungsraum taktweise ein chemisches Zündungsmittel zugeführt, bevorzugt eingespritzt, wird, dessen Zugabe-Menge/Volumen/Zeit bevorzugt in Abhängig keit der Betriebskennwerte der Brennkraftmaschine erfolgt. Dies hat die vorteilhafte Folge, daß die Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemisches nicht nur wie üblicherweise an der Zündeinrichtung ansetzt, sondern überall dort, wo das chemi sche Zündmittel eingespritzt wird, was bevorzugt über zumin dest eine Einspritzdüse erfolgen kann, so daß sich ein kegel förmiger Einspritzbereich ergibt. Besonders vorteilhaft wird die Einspritzung des chemischen Zündmittels so gestaltet, daß sich eine Art Kegelmantel ausbildet, so daß auch eine Zündung im Bereich des peripheren Ringspaltes des üblichen Verbren nungsraumes mit Zylinder und Kolben erfolgt, was sich beson ders günstig hinsichtlich des Schadstoffausstoßes auswirkt.According to another essential feature of the invention underlying invention, a method is used, in which dispensed with the use of a conventional ignition device is cyclically and at least one combustion chamber supplied with chemical ignition agent, preferably injected, whose addition amount / volume / time is preferably dependent Speed of the operating characteristics of the internal combustion engine takes place. This has the advantageous consequence that the combustion of Fuel / air mixture not only as usual at the Ignition device attaches, but wherever the chemi is injected igniter, which is preferred over at least one injector can be made so that a cone shaped injection area results. Is particularly advantageous the injection of the chemical ignition means designed so that Forms a kind of cone coat, so that an ignition in the region of the peripheral annular gap of the usual burn tion space with cylinder and piston takes place, which is special which has a favorable effect on pollutant emissions.
Die Zündung erfolgt bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren ähnlich wie bei einem Verfahren einer Diesel-Brennkraftma schine, wobei das Zündmittel in den Brennraum zum Zeitpunkt des oberen Totpunktes oder kurz vorher bevorzugt eingespritzt wird. Hierbei kann bevorzugt eine Hochdruckeinspritzeinrich tung eingesetzt werden, die eine geringe Einspritzmenge und einen konstruktiv einfachen Aufbau aufweist.The ignition takes place in this method according to the invention similar to a method of a diesel engine machine, with the ignition means in the combustion chamber at the time the top dead center or shortly before preferably injected becomes. In this case, preferably a Hochdruckeinspritzeinrich be used, which has a small injection quantity and has a structurally simple structure.
Als chemische Zündmittel kommen Oxidationsmittel in Betracht, die heftig mit Kohlenwasserstoff reagieren oder pyrotech nische Substanzen, die sich bei höheren Temperaturen und der Entspannung beim Einspritzen von selbst zerlegen.Suitable chemical detonants are oxidants, which react violently with hydrocarbon or pyrotech niche substances that are at higher temperatures and the Disassemble relaxation while injecting yourself.
Ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß auf den Einsatz ei ner elektrischen Zündeinrichtung verzichtet wird und die Ver brennung in dem zumindest einen Verbrennungsraum taktweise durch einen intensiven Laserimpuls eingeleitet wird, der in den Brennraum fokussiert wird. Die optische Energie des La serimpulses liegt vorzugsweise zwischen 0,1 Wattsekunden und einer Wattsekunde, die Dauer des Laserimpulses zwischen 5 und 50 Nanosekunden. Wird ein derartiger Laserimpuls in einem Brennpunkt von wenigen Mikrometer Durchmesser fokussiert, so erfolgt ein sogenannter optischer Durchschlag; d. h. das Gas wird in dem Bereich des Brennpunktes ionisiert und es ent steht ein kleiner Plasmaball. In einem Kraftstoff-Luftgemisch leitet dieser Durchschlag dann die Verbrennung des Kraft stoff-Luftgemisches ein. Zum Betrieb einer Brennkraftmaschine wird der Laserimpuls jeweils zum Ende des Ansaugtaktes bevor zugt kurz vor oder im oberen Totpunkt der Kolbenbewegung er zeugt.Another inventive feature of the present invention Invention is characterized by the fact that egg on the use ner electrical ignition device is omitted and the Ver combustion in the at least one combustion chamber intermittently is initiated by an intense laser pulse in the combustion chamber is focused. The optical energy of La serimpulses is preferably between 0.1 watt seconds and one watt second, the duration of the laser pulse between 5 and 50 nanoseconds. If such a laser pulse in a Focused focus of a few microns in diameter, so a so-called optical breakdown occurs; d. H. the gas is ionized in the region of the focal point and ent there is a small plasma ball. In a fuel-air mixture This breakdown then conducts the combustion of the force fabric-air mixture. For operation of an internal combustion engine the laser pulse is in each case before the end of the intake stroke zugt shortly before or at top dead center of the piston movement he testifies.
Der besondere Vorteil dieses Merkmals der Erfindung liegt darin, daß durch die optische Strahlführung der Focus an jede gewünschte Stelle des Brennraums gelegt werden kann, ohne daß metallische Elektroden in den Brennraum hineinragen, wie bei einer konventionellen Zündkerze. Weiterhin ist es leicht mög lich, mehrere Strahlen in den Brennraum zu fokussieren, so daß die Verbrennung im Zylinder gleichmäßig und vollständig verläuft. Die Zuführung des Strahls kann über Lichtleiter er folgen, so daß die Laserapparatur nicht unmittelbar am Zylin derkopf angebracht sein muß.The particular advantage of this feature of the invention is in that by the optical beam guidance the focus to each desired location of the combustion chamber can be placed without Metallic electrodes protrude into the combustion chamber, as in a conventional spark plug. Furthermore, it is easy to focus several beams into the combustion chamber, so that the combustion in the cylinder evenly and completely runs. The supply of the beam can via optical fibers he follow, so that the laser apparatus is not directly on Zylin derkopf must be appropriate.
Grundsätzlich sind alle Lasergeräte für die optische Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches geeignet, die Laserimpulse im obengenannten Energiebereich von etwa 0,1 Wattsekunden bis zu einer Wattsekunde und einer Zeitdauer von etwa 5 bis 50 Nano sekunden erzeugen. Bei dem heutigen Stand der Lasertechnik sind insbesondere Festkörperlaser mit Neodymatomen in einem Wirtsmaterial (zum Beispiel Yttrium-Aluminium Granat - YAG -, oder Glas oder Yttrium-Lithium-Fluorid - YLF -) geeignet, wo bei diese Laser bevorzugt mit einem Diodenlaser, der im nahen infraroten Spektralbereich um 800 Nanometer Wellenlänge strahlt, optisch gepumpt werden. Solche Systeme erreichen Wirkungsgrade in der Umwandlung von elektrischer Energie in optische Energie von über 10%, so daß sich beispielsweise für eine Viertakt-Verbrennungskraftmaschine bei 3600 Umdre hungen je Minute die folgende Energiebilanz für die Zündanla ge eines Zylinders ergibt:Basically, all laser devices for optical ignition the fuel-air mixture suitable, the laser pulses in above energy range of about 0.1 watt seconds up to one watt second and a period of about 5 to 50 nano generate seconds. In the current state of laser technology are in particular solid-state lasers with neodymium atoms in one Host material (for example yttrium-aluminum garnet - YAG -, or glass or yttrium lithium fluoride - YLF -) where in these lasers preferred with a diode laser in the near infrared spectral range around 800 nanometers wavelength radiates, be optically pumped. Achieve such systems Efficiencies in the conversion of electrical energy into optical energy of over 10%, so that, for example for a four-stroke internal combustion engine at 3600 revs per minute the following energy balance for the ignition system ge of a cylinder yields:
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise mitein ander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensicht lich gegenseitig ausschließen.Other embodiments and advantages of the invention will be apparent by the features further listed in the claims and by the embodiments given below. The features of the claims may be included in any manner as long as they are not obvious mutually exclusive.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Wei terbildungen derselben werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und er läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen den Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in be liebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:The invention as well as advantageous embodiments and Wei These will be described below with reference to the in Drawing illustrated examples described in more detail and he purifies. To be taken from the description and the drawing the characteristics can be individually for themselves or for several in be Any combination can be applied according to the invention. It demonstrate:
Fig. 1 bis 3 schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit unterschiedlicher Zuführung der Käfigmoleküle, Fig. 1 to 3 schematic representation of an internal combustion engine with a different supply of cage molecules,
Fig. 4 schematische Darstellung einer Lichtbogeneinrichtung mit bereichsweise in eine Verbrennungskammer umge lenkten Lichtbogen und Fig. 4 is a schematic representation of an arc device with partially in a combustion chamber deflected arc and
Fig. 5 und 6 schematische Darstellung zweier Umlenkungsvarianten des Lichtbogens. Fig. 5 and 6 are schematic representation of two deflection variants of the arc.
Einer schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 10 wird über Ansaugleitungen 12 ein Kraftstoff-/Luftgemisch zuge führt, das innerhalb der Brennkraftmaschinen jeweils in einem nicht näher dargestellten Verbrennungsraum gezündet wird, und dadurch einen innerhalb eines Zylinders verschiebbar vorhan denen Kolben nach unten verschiebt, wobei die Verschiebung des Kolbens über eine nicht dargestellte Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgesetzt wird. Das entstehende Abgas wird über Abgasleitungen 14 aus dem Verbrennungsraum heraus abgeführt.A schematically illustrated internal combustion engine 10 via intake 12, a fuel / air mixture leads supplied, which is ignited within the internal combustion engines in each case in a combustion chamber, not shown, and thereby displaceable within a cylinder IN ANY which piston downwards, wherein the displacement of the piston is converted by a crankshaft, not shown in a rotary motion. The resulting exhaust gas is discharged via exhaust pipes 14 out of the combustion chamber.
Den Ansaugleitungen 12 wird über eine schematisch dargestell te Gemischaufbereitungsvorrichtung (Vergaser) 16 ein Kraft stoff-/Luftgemisch zugeführt. In der Sammelabgasleitung 14.1 ist eine Katalysatoreinrichtung 18 angeordnet, die eine Redu zierung der in dem Abgas vorhandenen Schadstoffe bewirkt. Vor und nach der Katalysatoreinrichtung 18 ist eine Meßleitung 20.1, 20.2 vorhanden, die Meßsignale hinsichtlich der Ab gaszusammensetzung zu einer schematisch dargestellten Rege lungseinrichtung 22 leitet. In Abhängigkeit der empfangenen Signale regelt die Regelungseinrichtung 22 die Kraftstoffauf bereitung in dem Vergaser 16 über die Leitung 24, durch ent sprechende Ansteuerung verschiedener Stellgrößen.The intake pipes 12 is supplied via a schematically dargestell te mixture treatment device (carburetor) 16, a fuel / air mixture. In the collective exhaust pipe 14.1 , a catalyst device 18 is arranged, which causes a Redu cation of the pollutants present in the exhaust gas. Before and after the catalyst device 18 , a measuring line 20.1 , 20.2 is provided, the measuring signals with respect to the gas composition from a control device to a schematically illustrated Rege 22 passes. In response to the received signals, the control device 22 regulates the Kraftstoffauf preparation in the carburetor 16 via the line 24 , by ent speaking driving various variables.
Die Zuführung von Kraftstoff bzw. Luft zu dem Vergaser 16 ist in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt.The supply of fuel or air to the gasifier 16 is not shown in Figs. 1 to 3.
Die Aufbereitung und Zuführung des Kraftstoff-/Luftgemisches kann auch alternativ über die Ansaugleitungen 28 zylinderspe zifisch erfolgen. Im vorliegenden Fall sind vier Zylinder, d. h. vier Verbrennungsräume, vorhanden.The preparation and supply of the fuel / air mixture can also be done alternatively cylindrically via the suction lines 28 . In the present case there are four cylinders, ie four combustion chambers.
Die Regelungseinrichtung 22 gibt ihre Werte auch an eine Kä figmolekül-Zugabeeinrichtung 30 über eine Leitung 32 ab, die gemäß Fig. 1 zylinderspezifisch über die Leitungen 32 Käfig moleküle den jeweiligen Verbrennungsräumen zuführt. Der Kä figmolekül-Zugabeeinrichtung 30 werden darüberhinaus über eine schematisch dargestellte Leitung 34 Signale zugeführt, die die Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine 10 charak terisieren. Diese Kenngrößen werden ausgewertet und davon ab hängig wird die Zugabezeit, die Zugabemenge bzw. das Zugabe volumen der Käfigmoleküle bestimmt. Dies erfolgt im vorlie genden Fall zylinderspezifisch.The control device 22 also outputs its values to a cage molecule addition device 30 via a line 32 , which, according to FIG. 1, supplies molecules to the respective combustion chambers via the lines 32 of cage molecules. The cage molecule addition device 30 is also supplied with signals via a schematically represented line 34 , which characterize the operating characteristics of the internal combustion engine 10 . These parameters are evaluated and dependent on the addition time, the addition amount or the addition volume of the cage molecules is determined. This is done cylinder-specific in the present case.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Brennkraftmaschine 10 unterscheidet sich im wesentlichen in der Leitungsführung be treffend die Käfigmolekül-Zugabeinrichtung 30. Gleiche Bau teile tragen das gleiche Bezugszeichen und werden nicht noch mals erläutert.The internal combustion engine 10 shown in FIGS . 2 and 3 differs substantially in the wiring be aptly the cage molecule-adding device 30th Same construction parts bear the same reference numerals and will not be explained again.
Gemäß Fig. 2 gibt die Regelungseinrichtung 22 ein Signal über die Steuerleitung 32 an die Käfigmolekül-Zugabeinrich tung 30 ab, welche über eine Leitung 38 die Käfigmoleküle an die Gemischaufbereitungsanlage 16 in Abhängigkeit der Be triebskennwerte der Brennstoffmaschine 10 abgibt. Referring to FIG. 2, the controller 22 outputs a signal via the control line 32 to the cage molecule Zugabeinrich tung 30, which the cage molecules as a function of loading operating characteristic values via a line 38 to the mixture preparation system 16 of the fuel engine 10 emits.
Über die Meßleitung 34.1 wird ebenfalls die Regelungseinrich tung 22 mit entsprechenden Signalen für die Betriebskenngrö ßen der Brennkraftmaschine beaufschlagt.About the measuring line 34.1 is also the Regelseinrich device 22 with appropriate signals for the Betriebsskenngrö sizes of the engine applied.
Die in Fig. 3 dargestellte Brennkraftmaschine 10 ähnelt der in Fig. 1 dargestellten. Im Unterschied zu der Brennkraftma schine 10 gemäß Fig. 1 werden jedoch hier die Käfigmoleküle aber die Käfigmolekül-Zuführungseinrichtung 30 nicht direkt in den Verbrennungsraum zugegeben, sondern in spezielle Vor kammern 40, in denen eine intensive Vermischung bzw. Verwir belung mit dem zugeführten Kraftstoff-/Luftgemisch erfolgt. Erst danach gelangt das mit den Käfigmolekülen vermischte Kraftstoff-/Luftgemisch in den eigentlichen Verbrennungsraum.The internal combustion engine 10 shown in FIG. 3 is similar to that shown in FIG . In contrast to the internal combustion engine 10 according to FIG. 1, however, here the cage molecules but the cage molecule supply means 30 are not added directly into the combustion chamber, but in special chambers before 40 , in which intensive mixing or Verwir belung with the supplied fuel / Air mixture takes place. Only then does the fuel / air mixture mixed with the cage molecules reach the actual combustion chamber.
In Fig. 4 ist schematisch der obere Bereich eines Zylinders 50 einer Brennkraftmaschine dargestellt, in dem ein Kolben 52 verschiebbar gelagert ist. Der Innenbereich zwischen Zylin derwandung und Kolbenoberseite bildet den Verbrennungsraum 54. Im oberen Scheitelbereich des Verbrennungsraumes 54 ist eine Öffnung 56 vorhanden, an die ein Rohrabschnitt 58 an schließt. Der Rohrabschnitt 58 mündet in einen rechtwinklig dazu angeordneten Rohrbereich 60, an dessen stirnseitigen En den jeweils eine Elektrode 62 vorhanden ist. Die Elektroden 62 werden über ein RC-Glied angesteuert. Die Spannungsversor gung ist nicht explizit dargestellt. Gleichzeitig ist eine Schalteinheit 68 vorhanden, die in einer vorgebbaren Taktfol ge öffnet und schließt, wobei in geschlossenem Zustand infol ge der Entladung des Kondensators C zwischen den Elektroden 62 ein Lichtbogen 64 entsteht. Bedingt durch den angeformten Rohrabschnitt 58 im mittleren Bereich des Rohrbereiches 60 entstehen Turbulenzen bzw. Ablenkkräfte, die bewirken, daß der Lichtbogen 64 in diesem Bereich abgelenkt wird und nach unten durch den Rohrabschnitt 48 hindurch in den Verbren nungsraum 54 ausschlägt, wobei er ein mehr oder minder flam menförmiges Aussehen einnimmt. Durch das Ausbilden dieses flammenförmigen Bereiches 66 wird die Verbrennung in dem Ver brennungsraum 54 infolge der vergrößerten Lichtbogenoberflä che begünstigt, was sich hinsichtlich des Kraftstoffverbrau ches und der entstehenden Schadstoffe günstig auswirkt.In Fig. 4, the upper portion of a cylinder 50 of an internal combustion engine is schematically shown, in which a piston 52 is slidably mounted. The interior between Zylin derwandung and piston top forms the combustion chamber 54th In the upper apex region of the combustion chamber 54 , an opening 56 is present, to which a pipe section 58 connects. The pipe section 58 terminates in a right angle thereto arranged pipe portion 60 , at the front end of which in each case an electrode 62 is present. The electrodes 62 are driven via an RC element. The voltage supply is not shown explicitly. At the same time, a switching unit 68 is present, which opens ge in a predeterminable Taktfol and closes, wherein in the closed state infol the discharge of the capacitor C between the electrodes 62, an arc 64 is formed. Due to the molded pipe section 58 in the central region of the pipe portion 60 turbulence or deflection forces that cause the arc 64 is deflected in this area and down through the pipe section 48 through the combustion chamber 54 rebuffs, where it is a more or less flam like appearance. By forming this flame-shaped portion 66 , combustion in the combustion chamber 54 is promoted as a result of the increased surface area of the arc, which has a favorable effect on the fuel consumption and resulting pollutants.
In Fig. 5 ist eine weitere Variante der Lichtbogenführung dargestellt. Hier wird der zwischen den Elektroden 62 erzeug te Lichtbogen 70 von vornherein bogenförmig geführt, wobei der öffnende Rohrabschnitt 72 im Bereich des Scheitels des Lichtbogens 70 vorhanden ist und der Lichtbogen durch das Magnetfeld seines eigenen Stromes in die gewünschte Richtung zum Verbrennungsraum bewegt wird.In Fig. 5, a further variant of the arc guide is shown. Here the arc 70 produced between the electrodes 62 is arcuately guided from the outset, the opening tube section 72 being present in the region of the apex of the arc 70 and the arc being moved in the desired direction to the combustion chamber by the magnetic field of its own current.
In Fig. 6 ist schematisch dargestellt, daß die Umlenkung des zwischen den Elektroden 62 erzeugten Lichtbogens 64 auch durch eine Magnetkraft M erzeugt werden kann.In Fig. 6 is shown schematically that the deflection of the arc 64 generated between the electrodes 62 can also be generated by a magnetic force M.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet einen geringen Kraftstoffverbrauch und gleichzeitig die Einhaltung reduzier ter Schadstoffwerte im Abgas. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Zugabe von Käfigmolekülen beschränkt. Viel mehr kann das erfindungsgemäße Verfahren überall dort einge setzt werden, in dem verbrennungsfördernde und/oder abgasmin dernde Additive in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brenn kraftmaschine zugeführt werden.The inventive method ensures a low Fuel consumption while reducing compliance the pollutant values in the exhaust gas. The inventive method is not limited to the addition of cage molecules. much more, the inventive method can be anywhere be set in the combustion-promoting and / or abgasmin depending additives depending on the operating condition of the Brenn be supplied to the engine.
Darüberhinaus kann eine ausreichende Leistung in jedem Teil lastbereich aufrechterhalten werden.In addition, there can be sufficient performance in every part Last range be maintained.
In Fig. 7 ist schematisch eine optische Laserzündanlage mit einem Lichtleiter und einer Fokussieroptik für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine dargestellt. Das Lasergerät 80 be steht aus einem Nd:YAG-Laser 82 mit einem optischen Schalter 84 zur Erzeugung der Riesenimpulse von 5 bis 50 Nanosekunden Dauer, einem Diodenlaser 86 zum optischen Pumpen des Nd:YAG- Lasers und einer Stromversorgungs- und Steuereinheit 88, die über die elektrischen Leitungen 90, 92 mit dem Diodenlaser 86 und mit dem optischen Schalter 84 verbunden sind. Die Steuer einheit ist in die konventionelle Motorsteuerung eingebunden, um den Zündzeitpunkt und gegebenenfalls auch die Zündenergie vorzugeben, was hier nicht dargestellt ist. Der Diodenlaser pumpt den Nd:YAG-Laser im Dauerstrich oder gepulst mit Puls dauern, die hundert- bis zehntausendmal länger sein können als die optischen Laserimpulse. FIG. 7 schematically shows an optical laser ignition system with a light guide and a focusing optics for a cylinder of an internal combustion engine. The laser device 80 consists of an Nd: YAG laser 82 having an optical switch 84 for generating the giant pulses of 5 to 50 nanoseconds duration, a diode laser 86 for optically pumping the Nd: YAG laser and a power supply and control unit 88 , the are connected via the electrical lines 90 , 92 to the diode laser 86 and to the optical switch 84 . The control unit is involved in the conventional engine control to specify the ignition timing and possibly also the ignition energy, which is not shown here. The diode laser pumps the Nd: YAG laser in continuous wave or pulsed with pulse, which can be one hundred to ten thousand times longer than the optical laser pulses.
Der Brennraum der Brennkraftmaschine ist über eine Fokussier einrichtung 96 und einen Lichtleiter 94 mit dem Lasergerät verbunden. Die Fokussiereinrichtung 96 kann wie eine herkömm liche Zündkerze in das Zylindergehäuse 50 eingeschraubt wer den. Sie enthält außerdem eine Optik zum Anpassen der Fokus sierlinse 98 an den Lichtleiter. Zusätzlich ist eine Blende 102 erforderlich, um Verschmutzungen der Optik zu verhindern. Die Fokussierlinse fokussiert den Laserstrahl 104 in den Brennpunkt 106, in dem das Zündplasma entsteht. Durch die hierdurch eingeleitete Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemi sches wird der Kolben 52 abwärts bewegt und kann mechanische Arbeit an die - hier nicht weiter dargestellte - Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgeben.The combustion chamber of the internal combustion engine is connected via a focusing device 96 and a light guide 94 connected to the laser device. The focusing device 96 can be screwed into the cylinder housing 50 like a conventional spark plug who the. It also includes optics for adjusting focus lens 98 to the light guide. In addition, a shutter 102 is required to prevent soiling of the optics. The focusing lens focuses the laser beam 104 into the focal point 106 , in which the ignition plasma is formed. As a result of the thus initiated combustion of the fuel-Luftgemi cal the piston 52 is moved downward and can give mechanical work to the - not shown here - crankshaft of the internal combustion engine.
Claims (22)
die angesaugte Luft mit Kraftstoff zur Bildung eines Kraftstoff-/Luftgemisches vermischt wird,
die Antriebsenergie für das Betreiben der Brennkraftma schine durch Verbrennen des Kraftstoff-/Luftgemisches in dem Verbrennungsraum mit einer vorgebbaren Taktfrequenz erzeugt wird,
das durch die Verbrennung gebildete Abgas ausgestoßen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der angesaugten Luft und/oder dem Kraftstoff-/Luftgemisch und/oder dem Abgas offene oder geschlossene Käfigmole küle, bevorzugt Fullerene, Fullerenderivate, Fullerite, Heterofullerene, Heterofullerenderivate, Fullerenfrag ment- und/oder Heterofullerenfragmentderivate zugeführt werden.1. A method for operating an internal combustion engine, wherein the intake air is supplied to at least one combustion chamber,
the aspirated air is mixed with fuel to form a fuel / air mixture,
the drive energy for the operation of the internal combustion engine is generated by burning the fuel / air mixture in the combustion chamber with a predetermined clock frequency,
the exhaust gas formed by the combustion is expelled,
characterized in that the intake air and / or the fuel / air mixture and / or the exhaust gas molecules open or closed Käfigmole, preferably fullerenes, fullerene derivatives, fullerites, heterofullerenes, Heterofullerenderivate, Fullerenfrag ment and / or Heterofullerenfragmentderivate be supplied.
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Date | Code | Title | Description |
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8122 | Nonbinding interest in granting licences declared | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |