DE3844740C2 - Vorrichtung zum Verbessern der Durchbrenngeschwindigkeit eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eingeschlossenen Kraftstoff-Luft-Gemischs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbessern der Durchbrenngeschwindigkeit eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eingeschlossenen Kraftstoff/Luft-Ge­ mischs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 28 44 135 ist ein Verfahren bekannt, mit dessen Hilfe die Verbrennung eines in einem Brennraum ein­ geschlossenen Kraftstoff/Luft-Gemischs beeinflußt wird. Hierzu wird im Brennraum zwischen einer gegenüber den an­ deren Bauteilen isolierten Elektrode einerseits und der Brennraumwand bzw. dem Kolben der Brennkraftmaschine an­ dererseits ein elektrisches Feld hoher Intensität erzeugt. Im Kraftstoff/Luft-Gemisch, vor allem an der Flammenfront, vorhandene Zonen erfahren in diesem Feld eine Kraft, wo­ durch die Ausbreitung der Flammenfront nach der Zündung des Gemischs gefördert wird. Die Stärke des elektrischen Feldes soll einerseits so hoch sein, daß eine Beeinflus­ sung der Verbrennung möglich ist, andererseits soll eine direkte Entladung von der Elektrode zum Kolben bzw. zur benachbarten Brennkammerwand jedoch vermieden werden. Auf diese Weise kann die Flammenfront in Ausbreitungsrichtung durch Krafteinwirkung auf die Ionen beschleunigt werden. Es ist jedoch nicht möglich, die Verbrennung selbst zu beschleunigen, d. h. die pro Zeiteinheit umgesetzte Energie zu erhöhen.

Die DE-OS 26 21 533 zeigt einen Verbrennungsmotor mit meh­ reren in einem Verbrennungsraum angeordneten Zündkerzen. Durch eine Vielfach-Funkenzündung soll dabei gewährleistet werden, daß auch bei einem hohen Abgasrückführverhältnis eine sichere Zündung des gesamten im Brennraum vorhandenen Gemischs und eine vollständige Verbrennung durch Verkür­ zung der Verbrennungszeit desselben erfolgt. Dies wird durch eine entsprechende Anordnung einer Mehrzahl von Zünd­ kerzen im Brennraum erreicht, die zum gleichen Zeitpunkt gezündet werden. Gemäß der DE-OS kann die Zünddauer bzw. der Zündzeitpunkt der Zündkerzen aber auch ein wenig von­ einander verschieden sein, um eine eventuell unsymmetri­ sche Anordnung der Mehrzahl von Zündkerzen im Brennraum auszugleichen. Auf diese Weise sollen die NO_x-Emissionen der Brennkraftmaschine verringert werden. Die DE-OS zeigt somit eine Möglichkeit zur räumlichen Verkürzung der Flammwege im Brennraum und auf diese Weise zur Erhöhung der Durchbrenngeschwindigkeit. Es ist dabei jedoch eine Vielzahl von Zündkerzen erforderlich, die alle mit der zur Gemischzündung erforderlichen hohen Spannung beaufschlagt werden müssen. Eine gezielte Verbrennungssteuerung durch zu definierten Zeitpunkten stattfindende Einflußnahme auf die Verbrennung ist mit der Vorrichtung nach der DE-OS nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch Vergrößerung der Ober­ fläche der Flammenfront den Verbrennungsablauf örtlich und zeitlich zu optimieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale ge­ löst. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Bei einer Brennkraftmaschine wird das im Brennraum einge­ schlossene Kraftstoff/Luft-Gemisch durch einen Turbulenz­ erzeuger, der vor und/oder nach jedem Zündbeginn, der im Falle einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine durch eine eigene Zündkerze initiiert wird, eingeschaltet wird, örtlich und zeitlich optimal und stark verwirbelt. Folge dieser Verwirbelung ist ein Aufreißen der Flammenfront nach der Zündung und damit eine Vergrößerung ihrer Ober­ fläche, wodurch der Verbrennungsvorgang schneller ablaufen kann. Die Turbulenz wird dabei durch eine elektrische Ent­ ladung im Brennraum erzeugt. Für die Wirkungsweise selbst ist es dabei von untergeordneter Bedeutung, ob die Turbu­ lenz vor oder nach erfolgter Zündung des Gemischs erzeugt wird, d. h. ob das Gemisch verwirbelt wird oder die Flam­ menfront. Entscheidend ist, daß Turbulenzen im Brennraum derart zeitlich und örtlich erzeugt werden, daß die Ver­ brennung in weiten Grenzen gesteuert und/oder geregelt werden kann.

Die Erfindung sei nachstehend anhand der Zeichnung be­ schrieben. In der einzigen Figur ist schematisch ein Brenn­ raum 1 einer Brennkraftmaschine 2 zu sehen. In der Brenn­ raumwand 3 ist ein elektrischer Turbulenzerzeuger angeord­ net, der über ein Steuergerät 5 angesteuert wird. Als Tur­ bulenzerzeuger kann z. B. eine Gleitkerze 4 benutzt werden, die vom Steuergerät 5 vor und/oder nach jeder Zündung im Brennraum 1 eingeschaltet wird. Die durch die elektrische Entladung an der Gleitkerze 4 entstehende Stoßwelle 6 brei­ tet sich von der Gleitkerze 4 ausgehend in den Brennraum 1 aus. Erfolgt die elektrische Entladung nach der Zündung des im Brennraum 1 eingeschlossenen Gemischs, so wird durch die Stoßwelle 6 die schematisch eingezeichnete Flam­ menfront 7 aufgerissen, so daß sich ihre Oberfläche stark vergrößert. Durch diese Oberflächenvergrößerung kann die Verbrennung optimal ablaufen. Der gleiche Effekt kann er­ zielt werden, wenn die Entladung bereits vor der Gemisch­ zündung erfolgt, so daß die Flammenfront 7 schon eine tur­ bulente Strömung im Brennraum 1 vorfindet, während sie sich ausbreitet. Auch in diesem Falle wird die Flammen­ front 7 aufgerissen und damit die reagierende Oberfläche vergrößert. Dabei ist es grundsätzlich ohne Bedeutung, ob die Stoßwelle 6 entgegen der Ausbreitungsrichtung der Flammenfront 7 oder in Richtung derselben gerichtet ist. Wesentlich ist nur die Erzeugung einer Turbulenz, die die Reaktionsoberfläche der Flammenfront 7 vergrößert. Es ist jedoch denkbar, durch entsprechende Anordnung der Gleit­ kerze 4 der Flammenfront 7 eine bevorzugte Ausbreitungs­ richtung zu geben, die den speziellen Anforderungen unterschiedlicher Brennraumgeometrien gerecht wird und somit die Flammenfront 7 örtlich zu optimieren. Desweite­ ren kann eine Verbrennung gezielt dadurch gesteuert wer­ den, daß nicht nur - wie bisher beschrieben - eine einzel­ ne Turbulenz in Form einer einzelnen Stoßwelle 6 erzeugt wird, sondern mehrere Stoßwellen zeitlich hintereinander während des Verbrennungsablaufes. Dadurch kann die Verbren­ nung auch in ihrem zeitlichen Ablauf optimiert werden.

Die Erfindung ist keinesfalls auf eine spezielle Art von Brennkraftmaschinen beschränkt und läßt sich sowohl bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen, als auch bei luftverdichtenden Brennkraftmaschinen einsetzen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Verbessern der Durchbrenngeschwindig­ keit eines in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eingeschlossenen Kraftstoff-Luft-Gemischs mit Hilfe von mit einer Spannungsquelle verbundenen im Brennraum ange­ ordneten voneinander isolierten Elektroden, die zu defi­ nierten Zeiten mit der von der Spannungsquelle bereitge­ stellten Spannung beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden vor und/oder nach jedem Zündbeginn eine elektrische Entladung hervorgerufen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Entladung durch eine elektrische Gleit(funken)kerze (4) hervorgerufen wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkerze (4) von einem Steuergerät (5) steuerbar ist.