Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Verbrennungs¬ prozesses von Brennstoffen mit Sauerstoff enthaltenden Gasen sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung

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Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorri tung zur Verbesserung des Verbrennungsprozesses von insbeson re feinteiligen Brennstoffen mit Sauerstoff enthaltenden Ga (nachfolgend als "Verbrennungsluft" bezeichnet) , insbesond bei der Verbrennung gasförmiger oder flüssiger Brennstof insbesondere in Brenπkraftmaschiπen von Fahrzeugen sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.

Vor allem auf dem Gebiet der Fahrzeugmotoren werden derz große Anstrengungen zur Optimierung des Verbrennungsprozes unternommen. Ziel dieser Bemühungen ist einerseits die Senk des Kraftstoff erbrauches und andererseits eine Verringer der Umweltbelastung, zum Beispiel durch Verwendung von weni Blei und weniger Benzol. Auch Leistuπgsverbesserungen s durchaus erwünscht. Zur Erreichung dieser Ziele gibt es mehr Lösungswege, die einander zum Teil überlappen. Wege zur L stungsverbesserung und/oder Verbrauchsverminderung bestehen ter anderem in der Optimierung der Verbrennungsluftzufuhr, i besondere mit Hilfe von Vier-Ventil-Motoren , Turbo-Ladern dergleichen. Wege zur SchadstoffVerminderung bestehen unter derem in der Verwendung von Katalysatoraπordnungen zum Nach handeln der Verbrenπungsabgase , Veränderungen der Kraftstoff sammensetzung oder dergleichen. Ein anderer Weg besteht in Abmagerung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Darüber hinaus auch bereits die Anwendung elektrischer Felder praktiziert w den; allerdings erwies sich die Wirkung solcher Anwendungen die Reaktionspartner am Verbrennuπgsort in praktischen Anw dungsfällen als zu gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verf ren sowie eine weitere Vorrichtung der eingangs genannten und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung reitzustellen, insbesondere den praktischen Nutzen der Einw kung elektrischer Felder auf die Reaktionspartner zu verb sern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird hinsichtlich eines Behandlu verfahrens die Vorgeheπsweise gemäß Anspruch 1 vorgeschla durch welche der Verbrennungsprozeß intensiviert wird, inde vollständiger und/oder schneller abläuft, was - behaπdlung dingt - durch eine Erhöhung der Reaktionsfähigkeit zumin eines Reaktioπspartners und/oder eine verbesserte Homogen der Mischung der Reaktionspartner und/oder des Reaktionsab fes erreicht wird. Hierdurch können insbesondere bei der er dungsgemäß bevorzugten Anwendung an Breπnkraftmaschiπen Fahrzeugen die Schadstoffe im Abgas und/oder der Brennsto f brauch vermindert ύπd/oder die Motorenleistuπg , insbesonder Teillastbereich., verbessert werden. - Hinsichtlich der Vorr tung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 7 löst, wobei die vorgenannten Vorteile sinngemäß erreicht den. Schließlich wird die Aufgabe hinsichtlich eines Hers lungsverfahrens für die Vorrichtung durch die Merkmale des spruchs 9 gelöst.

Im Sinne der Erfindung sind unter "Brennstoffen" alle, in sondere feinteiligen Brennstoffe, also auch feinteilige f Brennstoffe zu verstehen - vorzugsweise aber flüssige und förmige Brennstoffe. Die Erfindung ist mithin grundsätzlic allen Bereichen der Verbreπnungstechni , insbesondere fossi aber auch künstlich hergestellter Brennstoffe anwendbar, auch zum Beispiel im Bereich von Kraftwerksfeueruπgen und gleichen. Besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet sind 'Ir kraftmaschinen für den mobilen oder stationären Einsatz, in sondere aber von Fahrzeugmotoren jeder Art von Wasser-, L

und Luftfahrzeugen, also auch Düsen- oder Raketenantr ben .

Erfindungsgemäß können sowohl die Reaktionspartner gemeins das heißt vor, während und/oder nach deren Mischung behand werden. Vorzugsweise werden die Reaktionspartner bzw. Grup von Reaktionspartnern getrennt und in der Regel auch unt schiedlich, vorzugsweise mit entgegengesetzter elektrischer larität behandelt. Besonders bevorzugt wird der Brennstoff, seinerseits ein Gemisch mehrerer Stoffe, insbesondere mehre Brennstoffe sein kann, getrennt von der Verbrennungsluft, der es sich auch um ein Gasgemisch handeln kann, behande Grundsätzlich reicht es aber bereits aus, lediglich einen Reaktionspartner, insbesondere eine Gruppe von Reaktionspa nern wie das Brennstoffgemisch einerseits oder die V brennungsluft andererseits erfiπdungsgemäß zu behandeln.

Als "Oberfläche", mit der der zumindest eine Reaktionspart erfindungsgemäß in Kontakt gebracht wird kommen grundsätzl alle Oberflächenbereiche der Verbrennungsanlage in Betrac die von dem mindestens einen Reaktionspartner unmittelbar der Verbrennung passiert werden und zwar grundsätzlich auch Oberfläche von Vorratsbehältern des mindestens einen Reaktio partπers. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Oberfläc um die Wandungen der von dem zumindest einen Reaktionspart zu passierenden Transportwege in den Verbrennungsraum. Gru sätzlich kann der Verbrennungsraum davon mit umfaßt sein. Gr zen werden lediglich dadurch gesetzt, daß die erfindungsge hergestellte oder behandelte Oberfläche durch äußere Einw kung, wie etwa zu hohe Temperaturen oder dergleichen nicht schädigt wird, das heißt, daß die Wirkungen der Oberfläche den mindestens einen Reaktionspartner auch erhalten bleiben nicht oder nur möglichst selten nachgebessert werden müss Ein "In-Kontakt-Bringeπ" des mindestens einen Reaktionspartn mit der erfindungsgemäßen Oberfläche beinhaltet demnach,

die einzelnen Moleküle oder zumindest ein Teil der Moleküle d mindestens einen Reaktioπspartners mit der Oberfläche entwed in Berührungskontakt gelangen oder in nicht zu großem Absta an der Oberfläche vorbeigeführt werden, weil mit zunehmend Abstand von der erfindungsgemäßen Oberfläche die Wirkung a den Reaktionspartπer nachläßt. Es hat sich zum Beispiel bei d Anwendung an einem Einspritzmotor für eine Fahrzeugmaschine a völlig ausreichend erwiesen, wenn die Oberflächen oder Tei der Oberflächen in den Transportkanälen für den zumindest ein Reaktionspartner, die in den Verbrennungsraum führen, erfolg wie zum Beispiel die Herstellung erfindungsgemäßer Oberfläch im Bereich der Verbreπnungsluftwege.

Bei dem erfindungsgemäß zu verwendenden "Stoff", mit dem d erfindungsgemäße Oberfläche behandelt wird, oder aus der die Oberfläche bzw. das ganze diese Oberfläche tragende" Baute hergestellt wird, handelt es sich um einen solchen Stoff, d zunächst in feinteiliger wie pulverisierter, gasförmiger u insbesondere flüssiger Form vorliegt und der sich unter Bildu eines mehr oder weniger elastischen oder auch eines relat harten Materialstücks erhärten kann, zum Beispiel durch Abkü lung oder durch chemische Reaktion. Ein solcher Stoff muß finduπgsgemäß elektrisch polarisierbar und/oder durch Reib oder dergleichen elektrostatisch aufladbar sein. Elektrisch larisierbar im Sinne der Erfindung heißt, daß zum Beispiel e Laduπgsverschiebung oder Ladungsorientierung in den Atomen, lekülen oder Molekülgruppen des Stoffes möglich ist, was a eine Orientierung ganzer Moleküle, insbesondere in einem el trischen Gleichspannungsfeld beinhaltet. Als derartige Sto kommen insbesondere die im Patentanspruch 5 aufgeführten Sto bzw. Gruppe von Stoffen in Frage.

Erfiπduπgsgemäß muß entweder dafür S-^rge getragen werden, während der Erhärtung des erfindungsgjmäßen Stoffes dieser b seine entsprechend geeigneten Komponenten im elektrisch pola

sierten Zustand verbleibt/ erbleiben bzw. zumindest unmitte vor seinem Erhärten elektrisch polarisiert worden ist/s Hierzu kann es ausreichen, den Stoff im noch nicht erhärt Zustand elektrisch zu polarisieren und zwar entweder bevor auf die erfindungsgemäße Oberfläche aufgetragen ist, und/o während bzw. nachdem er auf die erfinduπgsgemäße Oberflä aufgetragen worden ist bzw. diese Oberfläche aus diesem St durch Herstellen des Bauteils erzeugt worden ist. Danach k der Stoff während des Erhärtens grundsätzlich sich selber üb lassen bleiben. In der Regel ist es aber erforderlich, du geeignete Maßnahmen auch während der Erhärtung den elektrisc Polarisationszustaπd des Stoffes aufrechtzuerhalten. In al Fällen ist für die Herstellung und Aufrechterhaltung des el trisch polarisierten Zustandes des erfinduπgsgemäßen Sto vor und während dessen Erhärten die Anwendung eines elekt schen Gleichspanπungsfeldes besonders geeignet. Ein solc Gleichspannuπgsfeld kann auf im Grunde beliebige Weise erz und angewendet werden, zum Beispiel kann das Oberflächen zu handelnde Bauteil elektrisch positiv oder elektrisch nega aufgeladen und, insbesondere, dieser Aufladungszustand bis Erhärten des Stoffes aufrechterhalten werden. Grundsätzlich es aber ausreichend, wenn das elektrische Gleichspanhungs so ausgebildet ist, daß der zu erhärtende Stoff während der härtung elektrisch polarisiert wird und bleibt. Elektris Gleichspannungsfelder von wenigen, zum Beispiel 1 bis 10 können bereits ausreichen, doch können auch elektrische Fe von mehreren 100 kV im einzelnen Anwendungsfall sinnvoll s - Alternativ zu diesem Weg kann erfindungsgemäß auf das Pola sieren und/oder das Aufrechterhalten des polarisierten Zust des des Stoffes dann verzichtet werden, wenn der erhärt Stoff durch Reibung, wie zum Beispiel vorzugsweise durch vorbeiströmenden Verbrennungsluftstrom oder dergleichen e trisch aufladbar ist. Auch in diesem Fall sollte ein elek sches Gleichspannungsfeld während der Erhärtung oder aber mindest unmittelbar vor dem Erhärten des Stoffes auf die wirken .

Die Schichtdicke des Stoffes auf der Oberfläche kann relat dünn sein, insbesondere eine Stärke von 0,01 bis 100 μm au weisen, wobei die Schichtdicke weder konstant sein muß, no die Oberfläche ununterbrochen beschichtet sein 'muß. Die Anf derungen an die Dicke, Gleichmäßigkeit und Vollständigkeit Stoffauftrages auf die Oberfläche hängen von den Umständen einzelnen Prozesses ab. In der Regel werden die Anforderun um so geringer sein, je intensiver der Kontakt zwischen Oberfläche und dem mindestens einen Reaktioπspartner sein ka

Besonders intensive Berührungen treten zum Beispiel in Luftf tern, an Ventilen und/oder Einspritzdüsen und ähnlichen a tauschreichen Koπtaktflächen stromauf oder unmittelbar am o im Verbrennungsraum, insbesondere von Brennkraftmaschinen au

In jedem Falle ist es von Vorteil, wenn die Behaπdlungsste des mindestens einen Reaktionsp ^" artners, das heißt, die erf duπgsge äße Oberfläche möglichst nahe dem Verbreππungsraum legen ist, das heißt, daß die bis zum Verbreπnungsraum noch rückzulegenden Wege möglichst kurz sind und/oder die dafür nötigte Zeitdauer möglichst kurz ist und/oder daß auf die Wege zum Beispiel elektrisch nicht leitende Wandungen vor sehen sind.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegeπstandes, insbesondere eine sehr schnelle und vollständige, insbesond spontane Verbrennung gewährleisten, sind in weiteren Ansprüc enthalten.

Die vorgenannten, erfinduπgsgemäß zu verwendenden Bauteile b Verfahrensschritte unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltu Materialauswahl und technischen Konzeption bzw. den Verfahre bedingungen kerxten besonderen Ausnahmebedinguπgen, so daß in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriter uneingeschränkt Anwendung finden können.

Ausführungsbeispiele:

Bei einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge mit Kraftstoffei spritzung wurde der Luftansaugweg, insbesondere der Verbre nungsluftfilter bei laufender Maschine in folgender Weise b handelt: Ein (Poly)dimethylsiloxan als schnell vulkanisieren Einkomponenten-Lösung , die mit einem Lösungsmittel aus Tr chloräthylen verdünnt war, wurde über eine mit 28 kV elektris positiv aufgeladene Kupferplatte einer Größe von 0,2 x 0,3 m etwa tangentialer Richtung mit Druckluft als Treibgas dera gesprüht, daß es nach Passieren der Kupferplatte in d Luftansaugweg der Brennkraftmaschine gelangte. Aufgrund d sehr schnellen Erhärtens des im elektrischen Feld versprüht Stoffes konnte die Brennkraftmaschine unmittelbar danach g startet werden. Die durch die erfindungsgemäße Maßnahme e zielte Kraftstoffersparnis betrug mehr als 20 %. Außerdem wu den Beschleunigungsverbesserungen im Teillastbereich erziel Ergänzende Versuche deuten darauf hin, daß die ergänzende B handlung der den Kraftstoff führenden Leituπgswege mit d gleichen Polydimethylsiloxaπ zu weiterer Kraftstoffersparn führen. Die ergänzenden Versuche wurden mit der gleichen Ve suchsanordnung und den gleichen Versuchsbedingungen durchg führt, wobei die Kupferplatte allerdings elektrisch negat aufgeladen wurde. Überraschenderweise wurde sogar dann ei Kraftstoffersparnis festgestellt, wenn der Kraftstoff kein unmittelbaren Kontakt mit der erfindungsgemäß behandelten Obe fläche, sondern nur einen mittelbaren Kontakt hatte, in dem d äußere Oberfläche der Kraftstoff führenden Leitungen behande wurde. Der Kontakt mit der erfindungsgemäß behandelten Oberfl che und einem Reaktionspartner muß also nicht zwingender Wei unmittelbar sein, sondern es reicht aus, wenn der Abstand zw schen der erfindungsgemäß behandelten Oberfläche und den vo beistreichenden Reaktionspartner relativ gering, etwa in d Größenordnung von wenigen Millimetern, ist. Natürlich ist d

Wirkung um so besser, je geringer die Abstände zu der Oberf che sind und je unmittelbarer und intensiver der Kontakt ist.

Der gleiche Versuch wurd'e mit einem anderen, von Hause elektrisch gut isolierenden Stoff wiederholt. Bei dem St handelte es sich um eine Mischung aus 2% Vol - % Dimeth siloxan und 98% Vol. - % Parafinen, welche Mischung vor Erhärten in in Tetra—chlorkohleπstoff gelöster Form 89,7% Vol. - % Feststoffanteil vorlag. Die damit erzielten folge waren ähnlich gut wie im erstgenannten Versuch.