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Vorrichtung zur elektrischen Beeinflussung der Ladung im Arbeitszylinder
einer Brenn-kraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elektrischen
Beeinflussung der Ladung im Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine durch Anordnung
einer in den Brennraum der Maschine hineinragenden, zeitlich gesteuerten Elektrode
zur Erzeugung von Glimmentladungen.
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Die Brenngeschwindigkeit eines Gasgemisches hängt bekanntlich ab vom
1Iischungsverhältnis des Kraftstoffes zur Luft. Die Einregelung des Vergasers bestimmt
!das richtige Kraftstoff-Luft-Gemisch und damit also die Brenngeschwindigkeit des
Gemisches im Motor. Gerade durch diese festgelegte Brenngeschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches
treten oft bei Verwendung verschiedenartiger Brennstoffe Schwierigkeiten beim Anlassen
des kalten Motors ein, ja auch bei normaler Betriebstemperatur arbeitet der Motor
bei einmalig festgelegter Vergasereinstellung nicht gleichmäßig wirtschaftlich mit
verschiedenen Brennstoffen. Um nun die Zünd- und Brenngeschwindigkeit zu erleichtern
bzw. zu beschleunigen, wurde bereits bekannt, mit Hilfe von elektrischen Glimmentladungen
den Sauerstoff der Luftladung in Ozon zu verwandeln, und zwar während des Verdichtungshubes
vor
der Entzündung des Gasgemisches. Hierauf wurde auch die Kontakteinrichtung des Verteilers
eingestellt. Die erwähnte Regelung mit Hilfe der Kontakte bezieht sich nur auf die
-vechsel-N,.eise Umschaltung der Zündspule auf die Glimmentladungssonden oder die
Zündkerze, d. h. auf funkenlose oder Zündfunkenstromabgabe. Die Sonden liegen bei
diesen bekannten Anlagen unmittelbar über dem heißen Kolbenboden, also an der heißesten
Stelle des Motors. Da aber Ozon bekanntlich oberhalb 300° C sofort wieder in gewöhnlichen
zweiwertigen Sauerstoff zerfällt, so kann die Ausnutzung dieser Ozonwirkung nur
eine geringe und offenbar nur bei noch kaltem Motor vorhanden sein.
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich demgegenüber um die
Regelung der Abbrenngeschwindigkeit von Brennstoffen bei allen Arbeitsbedingungen,
d. b. der Abbrand wird je nach. Bedarf beschleunigt oder verzögert und nicht nur
beschleunigt. Das Hauptziel der Erfindung ist, das sogenannte Klopfen des Brennstoffes
zu beseitigen. Die Ursache des Klopfens besteht bekanntlich in dem plötzlichen ungeregelten
und bisher unbeherrschten Abbrennen der Ladung. Es ist nun -der Sinn der Erfindung
der, die bisher üblichen Antiklopfmittel, z. B: Benzol, Alkohol und Bleitetraäthyl,
durch ein neues Mittel, welches in unbegrenzter Menge stets erhältlich ist, nämlich
durch eine besondere Art der elektrischen Entladung zu ersetzen. Es wird dies ebenfalls
erreicht durch die Benutzung von Glimmentladungen, jedoch ihrem besonderen und regelbaren
Einsatz hinsichtlich Stärke, Polarität und Dauer. Die Erfindung besteht nunmehr
darin, daß die Anordnungen der eingangs erwähnten Art die von einerbesonderen Spannungsquelle
aus gespeiste Elektrode in der Nähe des Einlasses der eintretenden Frischladung
unmittelbar in deren Strom angeordnet ist.
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Um ein weitgehendes Arbeitsgebiet des Motors völlig beherrschen zu
können, wurde also bei der vorliegenden Erfindung die Anlage zur Erzeugung des Glimmentladungsstromes
von dem zur Erzeugung des Hochspannungszündstromes völlig getrennt. Der benutzte
Glimmentladungsstrom ist völlig gleichgerichtet, in der Stärke regelbar und daher
von erhöhter Wirksamkeit. Über einen Verteiler wird der Strom der zweckmäßig scharfkantigen
Sonde zugeleitet, welche sich unmittelbar im Strom der Frischladung in der Nähe
des Einlaßventils befindet, weil hier die Ladung energiereich ist und vor allem
am längsten `kühl bleibt.
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Der Einsatz des Glimmentladungsstromes erfolgt sowohl nach Zeitpunkt
als auch nach Dauer vorteilhaft durch eine von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine
aus betätigte Kontaktvorrichtung.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß
der Erfindung dargestellt. Mit b ist der Arbeitszylinder und mit
a das Einlaßventil bezeichnet. S ist die Glimmentladungselektrode.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Der im Zylinder abwärts
gleitende Kolben saugt während des Ansaughubes die frische Ladung in heftigem Strom
durch das. geöffnete EinluSventil an. Unmittelbar in diesem kalten Strom liegt nun
in der Nähe -des Einlaßventils die Glimmentladungselektrode. Diese vorteilhafte
Lage der Elektrode wurde durch Versuche herausgefunden. Es ergab sich nämlich, daß
bei heißem Motor, -wenn die Elektrode über dem heißen Kolben angebracht -wurde,
die Glimmelektrode keine Wirkung mehr hervorrief: Die Erklärung hierfür ist folgende:
An heißester Stelle des Motors ist die Luft am dünnsten und das Vorhandensein von
uriverbrannten Brennstoffteilchen auf ein Minimum gesunken. Je wärmer aber der Motor
wird, um so vollständiger wird auch die Verbrennung und um so geringer dadurch die
Anzahl der elektrischen Anlagerungskerne. Die Grenze der Möglichkeit der Entstehung
eines Spitzenwindes an der Elektrode war also erreicht. Ganz anders liegt nun der
Fall, wenn die Glimmelektrode an einer Stelle angeordnet ist, wo kalte Luft reichlich
vorhanden - ist. Selbst hei heißem Motor ließ die Wirkung der Glimmentladung zur
Regelung der Abbrenngeschwindigkeit das Gastgemisches nicht mach. Die Glimmentliadung
Ikann-sich 1cräftig genug ausbilden, da noch reichlich Anlagerungskerne (Rußteilchen)
vor der Elektrode aus dem Brennstoff ausfallen, so daß ein starker frischer Luftzug
mit elektrisch erregtem Gemisch von der Elektrode weg in den Zylinder geblasen wird,
der je nach Einsatzpunkt und Dauer der Verbrennungsgeschwindigkeit des Gasgemisches
sich der Kolbengeschwindigkeit des Motors anpaßt und damit das Klopfen beseitigt.
Denn ein Motor klopft bekanntlich nur dann, wenn die Brenngeschwindigkeit des Gasgemisches
in ein kritisches Verhältnis zur Kolbengeschwindigkeit kommt. Bei hoher Drehzahl
klopft der Motor nie, weil die Kolbengeschwindigkeit größer ist als die Brenngeschwindigkeit
des Gemisches. Gibt man jedoch zu viel Frühzündung, so kann es vorkommen, @daß die
Brenngeschwindigkeit die Kolbengeschwindigkeit überholt, d. h. der Explosionsdruck
schon einsetzt, bevor der Kolben über den oberen Totpunkt gelangt ist, und- das
Klopfen setzt nun dennoch ein. Bei niedriger Drehzahl und hoher Belastung, d. h.
bei geringer Kolbengeschwindigkeit, ist daher die Möglichkeit, daß die Brenngeschwindigkeit
die Kolbengeschwindigkeit erreicht oder sogar überholt, sehr leicht gegeben. Nur
durch Einstellung auf Spätzündung hat man es noch in der Hand, das Klopfen beseitigen
zu können. Dies bedingt jedoch Leistungsabfall,. Erhöhung des Brennstoffverbrauches,
Heißwerden des Motors und damit wieder Steigerung der Möglichkeit dies Klopfens.
Die bisherigen Antiklop.fmittel müssen nun je nach Verdichtungsgrad oder Zylindergröße
des Motors prozentual verschieden stark dem Brennstoff zugesetzt werden, so daß
auch ein solches Gemisch keinen genormten Einheitsbrennstoff ergibt.
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Ganz abgesehen davon können solche Antiklopfmittel auch einer Verknappung
unterliegen. Diese Nachteile werden durch die vorliegende Vorrichtung vermieden.
Bei bisherigem Fahren mit Spätzündung erschien es nicht mehr möglich, den
Leistungsabfall
und die Erhöhung des Brennstoffverbrauches wieder während der weiteren Arbeitsweise
des Motors aufholen zu können. Der einmal durch die Einstellung auf Spätzündung
festgelegte Ablauf der Verbrennungsgeschwindigkeit bewirkte dies.
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Gemäß der Erfindung besteht jedoch die Möglichkeit, durch, den zusätzlichen
Einsatz von Glimmentladungen zur rechten Zeit diese Nachteile zu beseitigen. Die
Einstellung auf Spätzündung und ihre Folgeerscheinungen werden dadurch aufgehoben,
daß, sobald der Kolben über dem oberen Totpunkt hinweg ist, die über den Verteiler
auf Zeitpunkt und jeweilige Dauer von hier ab einsetzende Glimmentladung,den Ausgleich
und sogar eine Mehrleistung schafft. Der Brennstoff wird noch besser ausgenutzt,
und der Lauf des Motors wird weich und elastisch. Die Brenngeschwindigkeit wird
durch obige Feineinstellungsmöglichkeit von Zeit und Dauer der Kolbengeschwindig
geit des Motors angepaßt und damit das Klopfen des Motors beseitigt. Auch beim Anlassen
eines kalten Motors besitzt man nun die Möglichkeit, durch entsprechende elektrische
Vorerregung, d. h. durch elektrische Aufladung der gerade dann sehr reichlich vorhandenen,
ausgefallenen Rußteilchen des Brennstoffes eine sichere Zündung und einwandfreie
Verbrennung zu erzielen.