WO1995023283A1 - Method of operating an internal-combustion engine - Google Patents

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WO1995023283A1
WO1995023283A1 PCT/DE1995/000223 DE9500223W WO9523283A1 WO 1995023283 A1 WO1995023283 A1 WO 1995023283A1 DE 9500223 W DE9500223 W DE 9500223W WO 9523283 A1 WO9523283 A1 WO 9523283A1
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Till Keesmann
Hubert Grosse-Wilde
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Till Keesmann
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in which intake air is supplied to at least one combustion chamber, the intake air is mixed with fuel to form a fuel / air mixture, and the drive energy for operating the internal combustion engine Combustion of the fuel / air mixture is generated in the combustion chamber with a predeterminable clock frequency, the exhaust gas formed by the combustion is expelled.
  • the aim is on the one hand to achieve low fuel consumption and on the other hand to ensure that the emission of pollutants is as low as possible in every operating state of the internal combustion engine. At the same time, the performance of the internal combustion engine should still be sufficient in every operating state.
  • additives are known which are added to the fuel in order to improve the operation of an internal combustion engine.
  • Anti-knock agents, anti-pre-additive additives or carburetor cleaning additives may be mentioned here as examples.
  • the present invention is based on the technical problem or the task of specifying a method for operating an internal combustion engine of the type mentioned at the outset, which uses little fuel and has a low pollutant emission while maintaining the highest possible
  • the process of the invention is therefore distinguished by the fact that the sucked air and / or the force 'substance- / air mixture and / or the exhaust open or gezzie ⁇ ne cage molecules, preferably fullerenes, fullerene derivatives, Ful ⁇ lerite, heterofullerenes, hetero fullerene derivatives, fullerene - Fragment and / or heterofullerene fragment derivatives are supplied.
  • a preferred embodiment is characterized in that the supply of the cage molecules is controllable as a function of the operating parameters of the internal combustion engine, in particular temperature, speed, throttle valve position and / or the signals from a catalytic converter present in the exhaust gas stream, preferably with a lambda probe .
  • the supply of the cage molecules is controllable as a function of the operating parameters of the internal combustion engine, in particular temperature, speed, throttle valve position and / or the signals from a catalytic converter present in the exhaust gas stream, preferably with a lambda probe .
  • An essential idea of the present invention is to add additives which promote combustion and / or reduce emissions, depending on the operating state of the internal combustion engine.
  • These additives can preferably cage molecules of the above. Be kind.
  • engine control variables e.g. fuel quantity / ignition point
  • target variables low consumption and minimal pollutant emission
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously for the concept of the lean-burn engine.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the temperature of the supplied cage molecules and / or the supplied fuel / air mixture and / or the intake air can be controlled as a function of the operating parameters of the internal combustion engine.
  • the temperature of the cage molecules supplied can preferably be increased in the cold start phase, which leads to more favorable properties and lower pollutant emissions.
  • a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the cage molecules are fed directly to the at least one combustion chamber.
  • Internal combustion engines usually have a plurality of combustion chambers, each of which is essentially formed by a cylinder and a piston which is displaceable in the cylinder. In this case, cylinder- lective.
  • This has the advantage that each cylinder can be individually adjusted to the optimum 'operating state, in which is advantageous for optimum regulation or control, the use entspre ⁇ chender cylinder-selective sensors.
  • a further advantageous embodiment is characterized by this . from the fact that the cage molecules are fed to the at least one combustion chamber indirectly, ie, preferably via an upstream antechamber.
  • the antechamber can for; intensive mixing or swirling of the cage molecules with the fuel / air mixture can be achieved, which has a combustion-promoting effect.
  • the cage molecules can be added in solid or gaseous state or in a solvent in dissolved form.
  • the cage molecules can be added in the form of an aerosol or in the form of a suspension.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that known fuel additives are added to the cage molecules, the binding of which to the cage molecule is preferably provided by addition and / or doping and / or incorporation and / or admixture or by chemical means Way is done.
  • known additives such as lead alkyls, aromatic amines or oxygen-containing compounds, in particular methanol, ethanol, ether, etc., can be formed as fuel additives.
  • phosphorus or boron compounds can be used as additives.
  • additives which form or split off O and / or OH radicals which has a particularly favorable effect on preventing the formation of soot particles in the exhaust gas.
  • a particularly important embodiment variant of the method according to the invention in which a catalyst device present in the exhaust gas stream of the internal combustion engine is used, is characterized in that the exhaust gas is exposed to the surface of the catalyst device, the catalyst device being at least partially with cage molecules is provided, which are able to bind and / or split and / or oxidize the exhaust gas components carbon monoxide, hydrocarbons, nitrogen oxides and / or soot particles, preferably in the presence of a catalyst material.
  • An embodiment of the method according to the invention which is particularly favorable with regard to an optimal combustion process is characterized in that an arc is generated intermittently outside the at least one combustion chamber and is deflected essentially transversely to its longitudinal direction through an opening into the combustion chamber, as a result of which A flame-like arc area is created in the combustion chamber.
  • the formation of this flame-like arc region ensures optimal ignition conditions within the combustion chamber.
  • the deflection of the arc can take place, for example, in that a pipe section is present on one side transversely to the course of the arc, or in addition the arc is in an arcuate shape Guide device is generated, wherein the opening is preferably arranged at the apex of the arc.
  • the arc can also be deflected in certain areas by means of magnetic or electrical forces.
  • a method is used in which the use of a conventional ignition device is dispensed with and to which at least one combustion chamber is fed, preferably injected, a chemical ignition agent, the addition amount / volume / time of which is preferred depending on the operating parameters of the internal combustion engine.
  • the injection of the chemical ignition agent is particularly advantageously designed in such a way that a type of conical jacket is formed, so that ignition also takes place in the area of the peripheral annular gap of the usual combustion chamber with cylinder and piston, which has a particularly favorable effect in terms of pollutant emissions.
  • Ignition takes place in this method according to the invention similarly to a method of a diesel internal combustion engine, the ignition means being preferably injected into the combustion chamber at the time of top dead center or shortly before.
  • a high-pressure injection device can preferably be used, which has a small injection quantity and a structurally simple structure.
  • Another feature of the present invention which is essential to the invention is characterized in that the use of an electrical ignition device is dispensed with and the combustion in the at least one combustion chamber is initiated intermittently by an intense laser pulse which is focused into the combustion chamber.
  • the optical energy of the laser pulse is preferably between 0.1 watt seconds and one watt second, the duration of the laser pulse between 5 and 50 nanoseconds.
  • the laser pulse is generated at the end of the intake stroke, preferably shortly before or at the top dead center of the piston movement.
  • the particular advantage of this feature of the invention is that the focus can be placed at any desired location in the combustion chamber by means of the optical beam guidance, without metallic electrodes protruding into the combustion chamber, as in a conventional spark plug. Furthermore, it is easily possible to focus several beams in the combustion chamber so that the combustion in the cylinder is even and complete.
  • the beam can be supplied via light guides, so that the laser apparatus need not be attached directly to the cylinder head.
  • all laser devices are suitable for the optical ignition of the fuel-air mixture, which generate laser pulses in the above-mentioned energy range from approximately 0.1 watt seconds to one watt second and a time period of approximately 5 to 50 nanoseconds.
  • a host material for example, yttrium-aluminum garnet - YAG -, or glass, or yttrium lithium fluoride - YLF -
  • these laser preferably with a diode laser to 800 nanometer wavelength radiates, can be pumped optically.
  • Such systems achieve efficiencies in the conversion of electrical energy into optical energy of more than 10%, so that, for example for a four-stroke internal combustion engine at 3600 revolutions per minute, the following energy balance results for the ignition system of a cylinder:
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an arc device with arcs deflected in regions into a combustion chamber
  • a fuel / air mixture is supplied to a schematically illustrated internal combustion engine 10 via intake lines 12, which is ignited within the internal combustion engines in each case in a combustion chamber (not shown in more detail), and ' thereby displaces a piston which is displaceable within a cylinder downwards, the Displacement of the piston is converted into a rotary movement via a crankshaft, not shown.
  • the resulting exhaust gas is discharged from the combustion chamber via exhaust pipes 14.
  • a fuel / air mixture is fed to the intake lines 12 via a schematically illustrated mixture preparation device (carburetor) 16.
  • a catalytic converter device 18 is arranged in the collective exhaust gas line 14.1, which reduces the pollutants present in the exhaust gas.
  • a measurement line 20.1, 20.2 is present upstream and downstream of the catalyst device 18, which conducts measurement signals with regard to the exhaust gas composition to a schematically illustrated control device 22.
  • the control device 22 regulates the fuel preparation in the carburetor 16 via the line 24, by correspondingly controlling various manipulated variables.
  • the supply of fuel or air to the carburetor 16 is not shown in FIGS. 1 to 3.
  • the preparation and supply of the fuel / air mixture can alternatively take place cylinder-specifically via the intake lines 28 ' .
  • the intake lines 28 ' there are four cylinders, ie four combustion chambers.
  • 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 cage molecules to the respective combustion chambers via the lines 32.
  • the cage molecule addition device 30 is also shown schematically via a Line 34 shown signals supplied which characterize the operating parameters of the internal combustion engine 10. These parameters are evaluated and the addition time, the addition quantity and the addition volume of the cage molecules are determined as a function thereof. In the present case, this is done cylinder-specifically.
  • the internal combustion engine 10 shown in FIGS. 2 and 3 essentially differs in the line routing relating to the cage molecule addition device 30.
  • the same components have the same reference numerals and will not be explained again.
  • control device 22 emits a signal via the control line 32 to the cage molecule addition device 30, which delivers the cage molecules to the mixture preparation system 16 via a line 38 as a function of the operating characteristics of the fuel machine 10.
  • Corresponding signals for the operating parameters of the internal combustion engine are likewise applied to the control device 22 via the measuring line 34.1.
  • the internal combustion engine 10 shown in FIG. 3 is similar to that shown in FIG. 1.
  • the cage molecules here do not become direct via the cage molecule supply device 30
  • FIG. 4 schematically shows the upper area of a cylinder 50 of an internal combustion engine, in which a piston 52 is slidably mounted.
  • the inner area between the cylinder wall and the top of the piston forms the combustion chamber
  • an arc 64 arises. Due to the integrally formed tube section 58 in the central area of the tube area 60, turbulence or deflection forces arise which cause the arc 64 to be deflected in this area and down through the tube section 48 into the combustion chamber.
  • this flame-shaped area 66 favors the combustion in the combustion space 54 as a result of the enlarged surface of the arc, which increases in terms of fuel consumption.
  • FIG. 1 Another variant of the arc guidance is shown in FIG.
  • the arc 70 generated between the electrodes 62 is guided in an arc from the start, 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' .
  • FIG. 6 shows schematically that the deflection of the arc 64 generated between the electrodes 6 ' 2 can also be generated by a magnetic force M.
  • the method according to the invention ensures low fuel consumption and at the same time compliance with reduced pollutant values in the exhaust gas.
  • the method according to the invention is not restricted to the addition of Kägig molecules. Rather, the method according to the invention can be used anywhere in which combustion-promoting and / or exhaust-gas-reducing additives are fed in depending on the operating state of the internal combustion engine.
  • Adequate performance can also be maintained in any partial load range.
  • FIG. 7 schematically shows an optical laser ignition system with an optical fiber and focusing optics for a cylinder of an internal combustion engine.
  • the laser device 80 consists of an Nd.YAG laser 82 with an optical switch 84 for generating the giant pulses of 5 to 50 nanoseconds in duration, a diode laser 86 for optically pumping the Nd.YAG laser and a power supply and control unit 88 , which are connected to the diode laser 86 and to the optical switch 84 via the electrical lines 90, 92.
  • the control unit is integrated in the conventional engine control in order 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 a continuous wave or pulsed with a pulse duration that can be a hundred to ten thousand times longer than the optical laser pulses.
  • the combustion chamber of the internal combustion engine is ü_ -; a focusing device 96 and an optical fiber 94 are connected to the laser device.
  • the focusing device 96 can be screwed into the cylinder housing 50 like a conventional spark plug. It also contains optics for adapting the focusing lens 98 to the light guide. In addition, an aperture 102 is required to prevent the optics from becoming dirty.
  • the focusing lens focuses the laser beam 104 into the focal point 106, in which the ignition plasma is generated.

Abstract

In the method described, aspirated air is fed into at least one combustion chamber and the air is mixed with fuel to form a fuel/air mixture, the energy necessary to operate the engine being produced by burning the fuel/air mixture in the combustion chamber at predetermined intervals and the gases produced by the combustion being exhausted from the combustion chamber. The method is characterized in that compounds with an open or closed clathrate structure, preferably fullerenes, fullerene derivatives, fullerites, heterofullerenes, heterofullerene derivatives, fullerene fragments and/or heterofullerene fragments, are added to the aspirated air and/or fuel/air mixture and/or exhaust gas. A method of this kind gives a low fuel comsumption and reduces pollutant emission.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER BRENNKRAFTMASCHINEMETHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
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 Kraftstof -/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 an internal combustion engine, in which intake air is supplied to at least one combustion chamber, the intake air is mixed with fuel to form a fuel / air mixture, and the drive energy for operating the internal combustion engine Combustion of the fuel / air mixture is generated in the combustion chamber with a predeterminable clock frequency, the exhaust gas formed by the combustion is expelled.
Bei Brennkraftmaschinen wird angestrebt, einerseits einen ge¬ ringen Kraftstoffverbrauch zu verwirklichen und andererseits in jedem Betriebzustand der Brennkraftmaschine einen mög¬ lichst geringen Schadstoffausstoß zu gewährleisten.Gleichzei- tig soll die Leistung der Brennkraftmaschine in jedem Be¬ triebszustand noch ausreichend sein.In the case of internal combustion engines, the aim is on the one hand to achieve low fuel consumption and on the other hand to ensure that the emission of pollutants is as low as possible in every operating state of the internal combustion engine. At the same time, the performance of the internal combustion engine should still be sufficient in every operating state.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
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.So-called additives are known which are added to the fuel in order to improve the operation of an internal combustion engine. Anti-knock agents, anti-pre-additive additives or carburetor cleaning additives may be mentioned here as examples.
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.US Pat. No. 5,234,474 describes adding fullerite or a mixture of fullerites to the fuel, these fullerites being added in such an amount that they should ensure a certain lubricating effect. This one with Fuel mixed with the fullerite is intended for use within a two-stroke internal combustion engine.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
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 Kraftstoff erbrauch und einen geringen Schad- Stoffausstoß bei Aufrechterhaltung einer möglichst hohenThe present invention is based on the technical problem or the task of specifying a method for operating an internal combustion engine of the type mentioned at the outset, which uses little fuel and has a low pollutant emission while maintaining the highest possible
Leistung ermöglicht und gleichzeitig in konstruktiver Art und Weis-e-einfach und wirtschaftlich verwirklicht werden kann.Performance enables and at the same time can be realized in a constructive manner-e-simply and economically.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des An- Spruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter¬ bildung sind Gegenstand der Unteransprüche.The method according to the invention is given by the features of claim 1. Advantageous refinements and training 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 process of the invention is therefore distinguished by the fact that the sucked air and / or the force 'substance- / air mixture and / or the exhaust open or geschlosse¬ ne cage molecules, preferably fullerenes, fullerene derivatives, Ful¬ lerite, heterofullerenes, hetero fullerene derivatives, fullerene - Fragment and / or heterofullerene fragment derivatives are supplied.
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 Schadstoff usstoßwerte erreichen läßt.A preferred embodiment is characterized in that the supply of the cage molecules is controllable as a function of the operating parameters of the internal combustion engine, in particular temperature, speed, throttle valve position and / or the signals from a catalytic converter present in the exhaust gas stream, preferably with a lambda probe . By controlling or regulating the supply and the dependency of the operating parameters of the internal combustion engine, it is possible, for example, not to supply cage molecules when the engine is warm and at low engine speeds, whereas an increased supply is carried out at high engine speeds or at full load he follows. In addition, the metered supply in the cold start phase, which is the most problematic in terms of pollutant emissions, can be specifically supplied so that a reduction in pollutant emission values can be achieved.
Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es, verbrennungsfördernde und/oder abgasmindernde Additive in Ab¬ hängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine zuzu¬ führen. Diese Additive können bevorzugt Käfigmoleküle der o.g. Art sein.An essential idea of the present invention is to add additives which promote combustion and / or reduce emissions, depending on the operating state of the internal combustion engine. These additives can preferably cage molecules of the above. 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.With the method according to the invention, engine control variables (e.g. fuel quantity / ignition point) can be optimized better than the prior art for the target variables "low consumption" and "minimal pollutant emission" because an additional control variable is available. The method according to the invention can be used particularly advantageously for the concept of the lean-burn 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 is characterized in that the temperature of the supplied cage molecules and / or the supplied fuel / air mixture and / or the intake air can be controlled as a function of the operating parameters of the internal combustion engine. According to the invention, the temperature of the cage molecules supplied can preferably be increased in the cold start phase, which leads to more favorable properties and lower pollutant emissions.
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 method according to the invention is characterized in that the cage molecules are fed directly to the at least one combustion chamber. Internal combustion engines usually have a plurality of combustion chambers, each of which is essentially formed by a cylinder and a piston which is displaceable in the cylinder. In this case, cylinder- lective. This has the advantage that each cylinder can be individually adjusted to the optimum 'operating state, in which is advantageous for optimum regulation or control, the use entspre¬ chender cylinder-selective sensors.
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 by this . from the fact that the cage molecules are fed to the at least one combustion chamber indirectly, ie, preferably via an upstream antechamber. In the antechamber can for; intensive mixing or swirling of the cage molecules with the fuel / air mixture can be achieved, which has a combustion-promoting effect.
Die Käfigmoleküle können in festem oder gasförmigen Zustand oder in einem Lösungsmittel in gelöster Form hinzugegeben werden. Insbesondere ist die Zugabe der Käfigmoleküle in Form eines Aerosols oder in Form einer Suspension möglich.The cage molecules can be added in solid or gaseous state or in a solvent in dissolved form. In particular, the cage molecules can be added in the form of an aerosol or in the form of a suspension.
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 is characterized in that known fuel additives are added to the cage molecules, the binding of which to the cage molecule is preferably provided by addition and / or doping and / or incorporation and / or admixture or by chemical means Way is done. Known additives such as lead alkyls, aromatic amines or oxygen-containing compounds, in particular methanol, ethanol, ether, etc., can be formed as fuel additives. In addition, phosphorus or boron compounds can be used as additives. Finally, it is also possible to use additives which form or split off O and / or OH radicals, which has a particularly favorable effect on preventing the formation of soot particles in the exhaust gas.
Um die Verbrennung im jeweiligen Verbrennungsräum 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 Kohlenmomoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickcxi- de und/oder Rußpartikel zu binden und/oder zu spalten und/oder zu oxidieren, vorzugsweise in Gegenwart eines Kata- lysatormaterials .In order to optimally design the combustion in the respective combustion chamber, it is possible according to a further preferred embodiment of the method according to the invention to cooler together with one or more of the additives mentioned at least during a combustion cycle in a predeterminable, variable amount by weight or volume. A particularly important embodiment variant of the method according to the invention, in which a catalyst device present in the exhaust gas stream of the internal combustion engine is used, is characterized in that the exhaust gas is exposed to the surface of the catalyst device, the catalyst device being at least partially with cage molecules is provided, which are able to bind and / or split and / or oxidize the exhaust gas components carbon monoxide, hydrocarbons, nitrogen oxides and / or soot particles, preferably in the presence of a catalyst material.
Um das Verfahren hinsichtlich der Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine zu optimieren, hat es sich als günstig herausgestellt, eine Ionenmessung im Verbrennungsräum 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.In order to optimize the method with regard to the control or regulation of the internal combustion engine, it has proven to be advantageous to carry out an ion measurement in the combustion chamber and / or before and / or after the catalyst device in the exhaust gas stream, the measurement results of which regulate the composition of the fuel - / Air mixture and / or the dosage of the cage molecules are 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 innner- 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.An embodiment of the method according to the invention which is particularly favorable with regard to an optimal combustion process is characterized in that an arc is generated intermittently outside the at least one combustion chamber and is deflected essentially transversely to its longitudinal direction through an opening into the combustion chamber, as a result of which A flame-like arc area is created in the combustion chamber. The formation of this flame-like arc region ensures optimal ignition conditions within the combustion chamber. The deflection of the arc can take place, for example, in that a pipe section is present on one side transversely to the course of the arc, or in addition the arc is in an arcuate shape Guide device is generated, wherein the opening is preferably arranged at the apex of the arc.
Die bereichsweise Umlenkung des Lichtbogens kann auch mittels magnetischer oder elektrischer Kräfte erfolgen.The arc can also be deflected in certain areas 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 Verbrennungsräum 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 a further feature of the present invention, which is essential to the invention, a method is used in which the use of a conventional ignition device is dispensed with and to which at least one combustion chamber is fed, preferably injected, a chemical ignition agent, the addition amount / volume / time of which is preferred depending on the operating parameters of the internal combustion engine. This has the advantageous consequence that the combustion of the fuel / air mixture not only starts at the ignition device as is customary, but everywhere where the chemical ignition agent is injected, which can preferably take place via at least one injection nozzle, so that a conical injection area results. The injection of the chemical ignition agent is particularly advantageously designed in such a way that a type of conical jacket is formed, so that ignition also takes place in the area of the peripheral annular gap of the usual combustion chamber with cylinder and piston, which has a particularly favorable effect in terms of 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.Ignition takes place in this method according to the invention similarly to a method of a diesel internal combustion engine, the ignition means being preferably injected into the combustion chamber at the time of top dead center or shortly before. In this case, a high-pressure injection device can preferably be used, which has a small injection quantity and 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. Ein weiteres erfindungswesentliches Merkma 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 Verbrennungsräum 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.Oxidizing agents that react violently with hydrocarbons or pyrotechnical substances that disintegrate by themselves at higher temperatures and when the injection relaxes come into consideration as chemical ignition agents. Another feature of the present invention which is essential to the invention is characterized in that the use of an electrical ignition device is dispensed with and the combustion in the at least one combustion chamber is initiated intermittently by an intense laser pulse which is focused into the combustion chamber. The optical energy of the laser pulse 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 is focused in a focal point of a few micrometers in diameter, a so-called optical breakdown occurs; ie the gas is ionized in the area of the focal point and a small plasma ball is formed. In a fuel-air mixture, this breakdown then initiates the combustion of the fuel-air mixture. To operate an internal combustion engine, the laser pulse is generated at the end of the intake stroke, preferably shortly before or at the top dead center of the piston movement.
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- lieh, 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 that the focus can be placed at any desired location in the combustion chamber by means of the optical beam guidance, without metallic electrodes protruding into the combustion chamber, as in a conventional spark plug. Furthermore, it is easily possible to focus several beams in the combustion chamber so that the combustion in the cylinder is even and complete. The beam can be supplied via light guides, so that the laser apparatus need not be attached directly to the cylinder head.
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 are suitable for the optical ignition of the fuel-air mixture, which generate laser pulses in the above-mentioned energy range from approximately 0.1 watt seconds to one watt second and a time period of approximately 5 to 50 nanoseconds. At the current state of laser technology In particular 'solid state laser with Neodymatomen in a host material (for example, yttrium-aluminum garnet - YAG -, or glass, or yttrium lithium fluoride - YLF -) capable of in the near infrared spectral range, it being possible for these laser preferably with a diode laser to 800 nanometer wavelength radiates, can be pumped optically. Such systems achieve efficiencies in the conversion of electrical energy into optical energy of more than 10%, so that, for example for a four-stroke internal combustion engine at 3600 revolutions per minute, the following energy balance results for the ignition system of a cylinder:
Zündenergie je Zündung 0,3 Wattsekunden (Ws)Ignition energy per ignition 0.3 watt seconds (Ws)
Drehzahl 3600 Umdrehungen/Minute Anzahl der Zündungen je Minute 1800 Zündungen/Minute Anzahl der Zündungen je Sekunde 30 Zündungen/Sekunde Mittlere optische Leistung des Lasers 0,3 Ws x 30/s = 9 Watt Wirkungsgrad 10 Prozent erforderliche elektrische Leistung 90 WattSpeed 3600 revolutions / minute Number of firings per minute 1800 firings / minute Number of firings per second 30 firings / second Average optical power of the laser 0.3 Ws x 30 / s = 9 watts efficiency 10 percent required electrical power 90 watts
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.Further embodiments and advantages of the invention result from the features further specified in the claims and from the exemplary embodiments specified below. The features of the claims can be combined with one another in any way insofar as they are not obviously mutually exclusive.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
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: Fig. 1 bis 3 schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit unterschiedlicher Zuführung der Käfigmoleküle,The invention and advantageous embodiments and developments thereof are described and explained in more detail below with reference to the examples shown in the drawing. The features which can be gathered from the description and the drawing can be used according to the invention individually or in any combination in any combination. Show it: 1 to 3 schematic representation of an internal combustion engine with different supply of the cage molecules,
Fig. 4 schematische Darstellung einer Lichtbogeneinrichtung mit bereichsweise in eine Verbrennungskammer umge¬ lenkten Lichtbogen und4 shows a schematic representation of an arc device with arcs deflected in regions into a combustion chamber and
Fig. 5 und 6 schematische Darstellung zweier Umlenkungsvarianten des Lichtbogens .5 and 6 schematic representation of two deflection variants of the arc.
WEGE ZUM AUSFUHREN DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION
Einer schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 10 wird über Ansaugleitungen 12 ein Kraftstoff-/Luftgemisch zuge¬ führt, das innerhalb der Brennkraftmaschinen jeweils in einem nicht näher dargestellten Verbrennungsräum 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 Verbrennungsräum heraus abgeführt .A fuel / air mixture is supplied to a schematically illustrated internal combustion engine 10 via intake lines 12, which is ignited within the internal combustion engines in each case in a combustion chamber (not shown in more detail), and ' thereby displaces a piston which is displaceable within a cylinder downwards, the Displacement of the piston is converted into a rotary movement via a crankshaft, not shown. The resulting exhaust gas is discharged from the combustion chamber via exhaust pipes 14.
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 Kraf stoffauf- bereitung in dem Vergaser 16 über die Leitung 24, durch ent¬ sprechende Ansteuerung verschiedener Stellgrößen. Die Zuführung von Kraftstoff bzw. Luft zu dem Vergaser 16 ist in den Figuren 1 bis 3 nicht dargestellt.A fuel / air mixture is fed to the intake lines 12 via a schematically illustrated mixture preparation device (carburetor) 16. A catalytic converter device 18 is arranged in the collective exhaust gas line 14.1, which reduces the pollutants present in the exhaust gas. A measurement line 20.1, 20.2 is present upstream and downstream of the catalyst device 18, which conducts measurement signals with regard to the exhaust gas composition to a schematically illustrated control device 22. Depending on the signals received, the control device 22 regulates the fuel preparation in the carburetor 16 via the line 24, by correspondingly controlling various manipulated variables. The supply of fuel or air to the carburetor 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 alternatively take place cylinder-specifically via the intake 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 Figur 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 cage molecules to the respective combustion chambers via the lines 32. The cage molecule addition device 30 is also shown schematically via a Line 34 shown signals supplied which characterize the operating parameters of the internal combustion engine 10. These parameters are evaluated and the addition time, the addition quantity and the addition volume of the cage molecules are determined as a function thereof. In the present case, this is done cylinder-specifically.
Die in den Figuren 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 essentially differs in the line routing relating to the cage molecule addition device 30. The same components have the same reference numerals and will not be explained again.
Gemäß Figur 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.According to FIG. 2, the control device 22 emits a signal via the control line 32 to the cage molecule addition device 30, which delivers the cage molecules to the mixture preparation system 16 via a line 38 as a function of the operating characteristics of the fuel machine 10.
Über die Meßleitung 34.1 wird ebenfalls die Regelungseinrich¬ tung 22 mit entsprechenden Signalen für die Betriebskenngrö- ßen der Brennkraftmaschine beaufschlagt. Die in Figur 3 dargestellte Brennkraftmaschine 10 ähnelt der in Figur 1 dargestellten. Im Unterschied zu der Brennkraftma¬ schine 10 gemäß Figur 1 werden jedoch hier die Käfigmoleküle über die Käfigmolekül-Zuführungseinrichtung 30 nicht direktCorresponding signals for the operating parameters of the internal combustion engine are likewise applied to the control device 22 via the measuring line 34.1. The internal combustion engine 10 shown in FIG. 3 is similar to that shown in FIG. 1. In contrast to the internal combustion engine 10 according to FIG. 1, however, the cage molecules here do not become direct via the cage molecule supply device 30
05 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.05 added to the combustion chamber, but in special antechambers 40, in which intensive mixing or swirling takes place with the supplied fuel / air mixture. Only then does the fuel / air mixture mixed with the cage molecules reach the actual combustion chamber.
1010
In Figur 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 VerbrennungsraumFIG. 4 schematically shows the upper area of a cylinder 50 of an internal combustion engine, in which a piston 52 is slidably mounted. The inner area between the cylinder wall and the top of the piston forms the combustion chamber
15 54. Im oberen Scheitelbereich des Verbrennungsraumen 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 Elektroden15 54. In the upper apex area of the combustion space 54 there is an opening 56 to which a pipe section 58 connects. The pipe section 58 opens into a pipe region 60 arranged at right angles thereto, at the front ends of which an electrode 62 is present. The electrodes
20 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 Elektroden20 62 are controlled via an RC element. The voltage supply is not explicitly shown. At the same time there is a switching unit 68 which opens and closes in a predeterminable cycle sequence, in the closed state as a result of the discharge of the capacitor C between the electrodes
25 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-25 62 an arc 64 arises. Due to the integrally formed tube section 58 in the central area of the tube area 60, turbulence or deflection forces arise which cause the arc 64 to be deflected in this area and down through the tube section 48 into the combustion chamber.
30 nungsraum 54 ausschlägt, wobei er ein mehr oder minder fla - 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-30 opening space 54, taking on a more or less flame-like appearance. The formation of this flame-shaped area 66 favors the combustion in the combustion space 54 as a result of the enlarged surface of the arc, which increases in terms of fuel consumption.
35 ches und der entstehenden Schadstoffe günstig auswirkt. In Figur 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 Verbrennungsräum'bewegt wird.35 ches and the resulting pollutants has a beneficial effect. Another variant of the arc guidance is shown in FIG. Here, the arc 70 generated between the electrodes 62 is guided in an arc from the start, 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 Figur 6 ist schematisch dargestellt, daß die Umlenkung des zwischen den Elektroden 6'2 erzeugten Lichtbogens 64 auch durch eine Magnetkraft M erzeugt werden kann.FIG. 6 shows schematically that the deflection of the arc 64 generated between the electrodes 6 ' 2 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 Kägigmolekülen beschränkt. Viel¬ mehr kann das erfindungsgemäße Verfahren überall dort einge¬ setzt werden, in dem verbrennungsfördernde und/oder abgasmin¬ dernde Additive in Abhänigkeit vom Betriebszustand der Brenn- kraftmaschine zugeführt werden.The method according to the invention ensures low fuel consumption and at the same time compliance with reduced pollutant values in the exhaust gas. The method according to the invention is not restricted to the addition of Kägig molecules. Rather, the method according to the invention can be used anywhere in which combustion-promoting and / or exhaust-gas-reducing additives are fed in depending on the operating state of the internal combustion engine.
Darüberhinaus kann eine ausreichende Leistung in jedem Teil- lastbereich aufrechterhalten werden.Adequate performance can also be maintained in any partial load range.
In Figur 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 an optical fiber and focusing optics for a cylinder of an internal combustion engine. The laser device 80 consists of an Nd.YAG laser 82 with an optical switch 84 for generating the giant pulses of 5 to 50 nanoseconds in duration, a diode laser 86 for optically pumping the Nd.YAG laser and a power supply and control unit 88 , which are connected to the diode laser 86 and to the optical switch 84 via the electrical lines 90, 92. The control unit is integrated in the conventional engine control in order 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 a continuous wave or pulsed with a pulse duration that can be a hundred to ten thousand times longer than the optical laser pulses.
Der Brennraum der Brennkraftmaschine ist ü_ --; eine Fokussier- einrichtung 96 und einen Lichtleiter 94 mi'_ 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 mech' nische Arbeit an die - hier nicht weiter dargestellte - Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgeben. The combustion chamber of the internal combustion engine is ü_ -; a focusing device 96 and an optical fiber 94 are connected to the laser device. The focusing device 96 can be screwed into the cylinder housing 50 like a conventional spark plug. It also contains optics for adapting the focusing lens 98 to the light guide. In addition, an aperture 102 is required to prevent the optics from becoming dirty. The focusing lens focuses the laser beam 104 into the focal point 106, in which the ignition plasma is generated. By thus initiated combustion of the fuel-air mixture the piston 52 is moved downward and can mech 'African work on the - proposed for the internal combustion engine crankshaft - not shown further here.

Claims

ANSPRÜCHEEXPECTATIONS
01)Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem angesaugte Luft zumindest einem Verbrennungsraum zugeführt wird,- 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der angesaugten Luft und/oder dem Kraftstoff-/Luftgemisch und/oder dem Abgas offene oder geschlossene Käfigmole¬ küle, bevorzugt Fullerene, Fullerenderivate, Fullerite, Heterofullerene, Heterofullerenderivate, Fullerenfragment- und/oder Heterofullerenfragmentderivate zugeführt werden.01) Method for operating an internal combustion engine, in which intake air is supplied to at least one combustion chamber, - the intake air is mixed with fuel to form a fuel / air mixture, the drive energy for operating the internal combustion engine by burning the fuel / air mixture is generated in the combustion chamber with a predeterminable 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 have open or closed cage molecules, preferably fullerenes, fullerene derivatives, fullerites, heterofullerenes, heterofullerene derivatives, fullerene fragment and / or heterofullerene fragment derivatives.
02) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zuführung der Käfigmoleküle in Abhängigkeit der Betriebskennwerte der Brennkraftmaschine, insbesondere02) Method according to claim 1, which also means that the supply of the cage molecules as a function of the operating parameters of the internal combustion engine, in particular
Temperatur, Drehzahl, Drosselklappenstellung und/oder den Signalen einer im Abgasstrom vorhandenen Katalysatorein¬ richtung, bevorzugt mit einer Lambda-Sonde, steuerbar/ regelbar ist .Temperature, speed, throttle valve position and / or the signals from a catalyst device present in the exhaust gas stream, preferably with a lambda probe, can be controlled / regulated.
03) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Temperatur der zugeführten Käfigmoleküle und/oder des zugeführten Kraftstoff-/Luftgemisches und/oder der angesaugten Luft in Abhängigkeit der Betriebskennwerte der Brennkraftmaschine steuerbar ist . 04) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Käfigmoleküle direkt dem zumindest einen Verbrennungsraum zugeführt werden.03) Method according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature of the supplied cage molecules and / or the supplied fuel / air mixture and / or the intake air can be controlled depending on the operating parameters of the internal combustion engine. 04) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cage molecules are fed directly to the at least one combustion chamber.
05) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Käfigmoleküle indirekt, d. h. bevorzugt über eine vorgeschaltete Vorkammer, dem zumindest einen Verbrennungsraum zugeführt werden.05) Method according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the cage molecules indirectly, d. H. preferably via an upstream antechamber to which at least one combustion chamber is supplied.
06) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Käfigmoleküle in festem oder gasförmigem Zustand oder in einem Lösungsmittel in gelöster Form zugegeben werden.06) Method according to one or more of the preceding claims, that the cage molecules are added in solid or gaseous state or in a solvent in dissolved form.
07) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Käfigmoleküle in Form eines Aerosols oder einer Suspension zugegebene werden.07) Method according to one or more of the preceding claims, that the cage molecules are added in the form of an aerosol or a suspension.
08) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden08) Method according to one or more of the above
Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß den Käfigmolekülen bekannte Kraftstoffadditive zugefügt sind, deren Anbindung an das Käfigmolekül bevorzugt durchClaims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that known fuel additives are added to the cage molecules, the binding to the cage molecule preferably by
Anlagerung und/oder Dotierung und/oder Einlagerung und/oder Beimischung gegeben ist oder auf chemischem Weg erfolgt . 09) Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Additive zumindest durch Bleialkyle, bevorzugt Tetra- äthylenblei (TEL) und/oder Tetramethylblei (TML) insbe- "" '"Sondere in Vermischung mit organischen Halogeniden, und/oder aromatische Amine und/oder sauerstoffhaltige Verbindungen, insbesondere Methanol, Äthanol, Isopropyl- alkohol, Äther oder Ketone, oder Methyl-tert-butyläther (2-Methyl-2-methoxypropan) gebildet werden.Accumulation and / or doping and / or embedding and / or admixture is given or takes place chemically. 09) The method according to claim 8, characterized in that said additives at least by lead alkyls, preferably tetra- äthylenblei (TEL) and / or tetramethyl lead (TML) and in particular ""',"Separate in admixture with organic halides, and / or aromatic amines, and / or oxygen-containing compounds, in particular methanol, ethanol, isopropyl alcohol, ether or ketones, or methyl tert-butyl ether (2-methyl-2-methoxypropane) are formed.
10) Verfahren na-ch einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche," d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Additive zumindest durch organische Phosphor- oder Bor-Verbindungen gebildet werden.10) Method according to one or more of the preceding claims, " characterized in that the additives are formed at least by organic phosphorus or boron compounds.
11) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Additive zumindest durch Schmierölkomponenten gebildet werden.11) Method according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the additives are formed at least by lubricating oil components.
12) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Additive O- und/oder OH-Radikale bilden oder abspalten.12) Method according to one or more of the preceding claims, that the additives form or split off O and / or OH radicals.
13) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Käfigmoleküle zusammen mit einem oder mehreren der genannten Additive zumindest während eines Verbrennungs- taktes zeitgesteuert in einer vorgebbaren, variablen Gewichts- oder Volumenmenge zuführbar sind. 14) Verfahre, nach einem oder mehreren der vorstehenden Anspruch d a d u h g e k e n n z e i c h n e t , daß die KäfI .leküle zusammen mit einem oder mehreren der genannten Additive dem Zündbereich innerhalb des Verbrennungsraumes zugeführt werden.13) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cage molecules together with one or more of the additives mentioned can be supplied in a predetermined, variable weight or volume quantity at least during a combustion cycle. 14) Procedure, according to one or more of the preceding claims, characterized in that the KäfI .leküle together with one or more of the additives mentioned are supplied to the ignition area within the combustion chamber.
15) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die angesaugte Luft und/oder die Käfigmoleküle vor und/oder während ihrer Zuführung und/oder das Abgas einer Koronaentladung ausgesetzt wird.15) Method according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n e e c h n e t that the sucked air and / or the cage molecules before and / or during their supply and / or the exhaust gas is exposed to a corona discharge.
16) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, mit zumindest einer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine vorhandenen Katalysatoreinrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die dem Abgas ausgesetzte Oberfläche der Katalysatorein- richtung zumindest bereichsweise mit Käfigmolekülen ver¬ sehen ist, die in der Lage sind, die Abgaskomponenten Kohlenmonoxid (CO) , Kohlenwasserstoffe, Stickoxide (NOx) und/oder Rußpartikel zu binden und/oder zu spalten und/oder zu oxidieren, vorzugsweise in Gegenwart eines Katalysatormaterials.16) Method according to one or more of the preceding claims, with at least one catalyst device present in the exhaust gas flow of the internal combustion engine, characterized in that the surface of the catalyst device exposed to the exhaust gas is at least partially provided with cage molecules which are capable of containing the exhaust gas components To bind and / or split and / or oxidize carbon monoxide (CO), hydrocarbons, nitrogen oxides (NOx) and / or soot particles, preferably in the presence of a catalyst material.
17) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Ionenmessung im Verbrennungsraum und/oder vor und/oder nach der Katalysatoreinrichtung im Abgasstrom vorgenommen wird, deren Meßergebnisse zur Regelung der Zusammensetzung des Kraftstoff-/Luftgemisches eingesetzt werden. 18) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Sensormessung, bevorzugt zylinderspezifisch hin- sichtlich der Abgaskomponenten gemäß Anspruch 17 durchge¬ führt wird, deren Ausgangssignale die Zuführung der Käfig¬ molekühle beeinflussen.17) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that an ion measurement is carried out in the combustion chamber and / or before and / or after the catalyst device in the exhaust gas flow, the measurement results of which are used to regulate the composition of the fuel / air mixture. 18) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a sensor measurement, preferably cylinder-specific with regard to the exhaust gas components according to claim 17, is carried out, the output signals of which influence the supply of the cage molecules.
19) Verfahren, insbesondere nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein taktweiser Lichtbogen außerhalb des zumindest einen Verbrennungsraumes erzeugt wird, der bereichsweise im we¬ sentlichen quer zu seiner Längsrichtung durch eine Öff- nung in den Verbrennungsräum umgelenkt wird, wodurch im Verbrennungsräum ein flammenartiger Lichtbogen bereichsweise entsteht.19) Method, in particular according to one or more of the preceding claims, characterized in that a cyclical arc is generated outside the at least one combustion chamber, which is deflected in some areas essentially transversely to its longitudinal direction through an opening into the combustion chamber, so that in the A flame-like arc arises in certain areas in the combustion chamber.
20) Verfahren nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umlenkung durch magnetische Kräfte erfolgt.20) Method according to claim 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the deflection takes place by magnetic forces.
21) Verfahren, insbesondere nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf den Einsatz einer üblichen Zündeinrichtung verzichtet wird und zumindest einem Verbrennungsräum taktweise ein chemisches Zündungsmittel zugeführt wird, dessen Zugabemenge/Volumen/Zeit bevorzugt in Abhängigkeit der Betriebskennwerte der Brennkraftmaschine erfolgt.21) Method, in particular according to one or more of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the use of a conventional ignition device is dispensed with and at least one combustion chamber is periodically supplied with a chemical ignition agent, the addition quantity / volume / time of which is preferably dependent on the operating parameters of the internal combustion engine.
22) Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf den Einsatz einer üblichen Zündeinrichtung verzichtet wird und zumindest einem Verbrennungsraum taktweise ein Laserimpulε zugeführt wird, dessen Spitzenleistung einen optischen Durchschlag erzeugt und die Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches einleitet . 22) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the use of a conventional ignition device is dispensed with is and at least one laser pulse is supplied to at least one combustion chamber, the peak power of which produces an optical breakdown and initiates the combustion of the fuel-air mixture.
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