DE2262770B2

DE2262770B2 - Ansaugsystem fuer eine gemischverdichtende brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2262770B2
Application number: DE19722262770
Authority: DE
Inventors: Yoshishige Hitachi Oyama (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1977-06-30
Also published as: US3892211A; JPS4868920A; DE2262770C3; DE2262770A1; JPS5025090B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit den Gattungsmerkmalen des Hauptanspruches.

Bei einem bekannten Ansaugsystem dieser Art (CH-PS 96 367) wird erwärmter, d. h. verdampfter Brennstoff vor und während des Mischvorganges mit der Verbrennungsluft durch ein Medium, z. B. Luft, Wasser o. dgl., gekühlt, um eine homogenere Gemischzusammensetzung zu erreichen. Dabei strömen der vorgewärmte bzw. verdampfte Brennstoff und die Verbrennungsluft durch getrennte Kanäle in die Mischkammer oder unmittelbar in die Zylinder. Die gesonderte Kühlung des erwärmten bzw. verdampften Brennstoffes vor dem Mischen mit der sekundären Verbrennungsluft kann jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu einer Kondensation des Brennstoffes an den Leitungswänden führen, wodurch sich die Zusammensetzung des Gemisches in weiten Grenzen ändert.

Zum Erwärmen eines Brennstoff-Luft-Gemisches im Saugkanal vor seinem Eintritt in die Zylinder ist ferner eine Einrichtung bekannt (FR-PS 1110 524), bei welcher ein vom Brennstoff-Luft-Gemisch durchströmender Hohlkörper durch Heißwasser oder Abgas aufgeheizt wird. Zur Erzielung einer vergleichmäßigten Zusammensetzung und Strömung des Brennstoff-Luft-Gemisches sind in dem Hohlkörper eine Vielzahl von sinusförmigen Metallwänden angeordnet Eine nachfolgende Kühlung des Gemisches aus verdampftem Brennstoff und Luft erfolgt nicht

Eine andere bekannte Vorrichtung zum Verdampfen von Kohlenwasserstoff mit schwerflüchtigen Bestandteilen (FR-PS 5 79 537) enthält eine Düse, einen venturiartigen Diffusor, innere Heizkörper und eine Sekundärmischkammer, die durch ein an ihrer Außenseite strömendes Wärmetauscherfluid erwärmt oder gekühlt werden kann. Das zündfähige Brenngas entsteht durch Aufsprühen des Luft-Brennstoff-Gemisches gegen Heizflächen, die vom Diffusor und einem Zwischengehäuse gebildet werden und s'js einem labyrinthförmigen Ringkanal bestehen. Zwar ist es mit dieser Vorrichtung möglich, die Kohlenwasserstoffe mit Hilfe der Abgase zu verdampfen und sie anschließend wieder herunterzukühlen; ein teilweises Auskondensieren der Kohlenwasserstoffe an der Innenwand eines gekühlten Gehäuseteiles kann jedoch nicht verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ansaugsystem für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem die Vorteile einer Gemischvorwärmung, insbesondere die gleichmäßigere Vermischung der einzelnen Komponenten, erreicht werden, ohne daß die funktioneilen Nachteile, insbesondere eine Leistungsabnahme durch schlechteren Füllungsgrad der Maschinenzylinder, auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Erfindungsgemäß bündeln die venturiartigen Leitelemente die Gemischströmung derart, daß die schwerflüchtigen Bestandteile sich im Bereich der Strömungsachse konzentrieren und die leichter flüchtigen Bestandteile im radial äußeren Bereich des Strömungskanals, d. h. in der Nähe der Innenwand der Kühlstrecke, strömen. Durch eine derartige Ausrichtung der Strömung wird verhindert, daß sich die schwerer flüchtigen Gemischbestandteile, die bereits bei höheren Temperaturen kondensieren, am Innenmantel der Kühlstrecke in flüssiger Form abscheiden. Durch die nachgeschaltete Gemischkühlzone wird eine Steigerung seines spezifischen Gewichtes und damit ein verbesserter Füllungsgrad der einzelnen Zylinder bewirkt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung unter Schutz gestellt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungen des Ansaugsystems im schematischen Vertikalschnitt;

F i g. 3 ein Diagramm der Maschinenleistung und der Schadstoffe bei verschiedenen Gemischzusammensetzungen.

Bei denn in F i g. 1 dargestellten Ansaugsystem ist an einem Vergaser 1 über einen Isolierring 6A ein aus einem doppeiwandigen Rohrabschnitt gebildeter Wärmetauscher 2 mit einem darin angeordneten Drahtnetz angeschlossen, an dem sich ein Wärmedämmrohr 3, das durch eine eingebaute Venturidüse 12 als Beschleunigungsabschnitt wirkt, unter Zwischenschaltung eines lsolierrin{;es 6fl anschließt. Über einen weiteren Isolierrinj: 6C ist das Wärmedämmrohr 3 mit einer rohrförmigen Kühlstrecke 4 verbunden, die in ein zum

Zylinder 7 über ein Ventil 8 führendes Saugrohr 5 mündet.

Der Zwischenraum 2' des doppelwandigen Wärmetauschers 2 ist mit einem im Auspuffrohr 11 angeordneten weiteren Wärmetauscher 9 verbunden, der von einem flüssigen Wärmtaustauschmedium durchströmt wird. Der von einem Kühlmedium durchströmte Innenraum 4' der Kühlstrecke 4 bildet zusammen mit einem zumindest teilweise im Vergaser angeordneten Kondenpationsrohr 10 ein Kühlsystem, das ein Kühlmittel, z. B. Alkohol, von niedrigerem Siedepunkt als Wasser enthält.

Bei laufender Brennkraftmaschine erwärmt sich die im Wärmetauscher 9 enthaltene Flüssigkeit, z. B. Wasser, durch das Auspuffgas und strömt ggf. dampfförmig zum Wärmetauscher 2, in dem der niedrigsiedende, noch unverdampfte Brennstoffanteil durch die übertragene Wärme vollständig verdampft wird. Beim Durchströmen des Drahtgeflechtes vermischt sich der verdampfte Brennstoff innig mit der Verbrennungsluft. Damit sich die niedrigsiedenden Brennstoffbestandteile nicht an den Wänden der Kühlstrecke 4 und des Saugrohres 5 niederschlagen, ist eine Beschleunigungsstrecke in Form des Wärmedämmrohres 3 und der Venturidüse 12 nachgeschaltet. Durch die Wirkung dieser Venturidüse werden die schwereren niedrigsiedenden Brennstoffbestandteile in einer zentralen Zone der Kühlstrecke 4 konzentriert, wobei die höhersiedenden Bestandteile und die Verbrennungsluft an die Wände der Kühlstrecke abgedrängt werden.

Aufgrund dieser durch die Venturidüse 12 erfolgten Trennung werden die in der zentralen Zone der Wand gekühlten Kühlstrecke 4 strömenden niedrigsiedenden Bestandteile nicht kondensiert, selbst wenn das Brennstoff-Luft-Gemisch bis auf 20⁰C heruntergekühlt wird. Das in der Kühlstrecke 4 zumindest teilweise verdampfte Kühlmedium wird in dem im Vergaser 1 angeordneten Kondensationsrohr 10 verflüssigt. Die Anordnung dieses Kondensationsrohres ist insofern ^₀ zweckmäßig, weil die Temperatur im Vergaser aufgrund der herrschenden Strömungsverhältnisse und des verdampfenden Brennstoffes gering ist. Zur Förderung des Kühlmediums kann eine Pumpe eingesetzt werden. Der das Gemisch aufheizende Wärmetauscher 2 kann auch direkt mit heißem Abgas beaufschlagt werden.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ansaugsystem ist an dem Vergaser 1 ein Verteilerrohr 5 angeschlossen, das in ein als Wärmetauscher 13 wirkendes einseitig geschlossenes Rohrstück mündet. Dieses Rohrstück 13 taucht in ein Auspuffrohr 11 ein und umschließt unter Ausbildung eines Ringkanals ein Kühlrohr 14, das an seinem unteren Ende den als Venturidüse 15 ausgebildeten Beschleunigungsabschnitt aufweist und mit äußeren Kühlrippen 17 versehen ist. Am Boden des Heizrohres 13 ist ein Leitkegel 18 zum Ausrichten der am Boden umgelenkten Gemischströmung in Richtung auf die Venturidüse 15 vorgesehen. Ein schaufeiförmiges Leitelement 16 befindet sich im Krünimungsbereich der rohrförmigen Kühlstrecke 14.

Das im Vergaser 1 gebildete Brennstoff-Luft-Gemisch wird beim Durchströmen des vom Rohrstück 13 und von der rohrförmigen Kühlstrecke 14 begrenzten Ringkanals sowie während seiner Umlenkung im unteren Teil des als Wärmetauschers wirkenden Rohrstückes 13 so weit erwärmt, daß auch die hochsiedenden Brennstoffbestandteile verdampfen. Beim Durchströmen der als Venturidüse ausgebildeten Beschleunigungsstrecke 15 werden auch bei dieser Ausführung die niedriger siedenden Bestandteile aufgrund ihres größeren spezifischen Gewichtes in einem zentralen Bereich der anschließenden Kühlstrecke 14 konzentriert.

Die zur Erzielung eines ausreichenden Füllungsgrades des Zylinders 7 erforderliche Abkühlung des Gemisches erfolgt in der Kühlstrecke 14, wobei die abgegebene Wärme von dem dem äußeren Ringkanal zuströmenden neuen Gemisch aufgenommen wird. Das schaufeiförmige Leitelement 16 verhindert die Ausbildung von Gemischwirbeln im bogenförmigen Teil der Kühlstrecke 16, so daß die niedrigsiedenden Gemischbestandteile im zentralen Bereich der Kühlstrecke 14 konzentriert bleiben.

Die Wärmebehandlung des Brennstoff-Luft-Gemisches in den beschriebenen Ansaugsystemen ermöglicht eine Abmagerung des Gemisches ohne Leistungsverlust der Brennkraftmaschine und eine damit verbundene Verringerung der Schadstoffanteile in den Auspuffgasen. In Fig. 3 sind diese Beziehungen zwischen dem Luft-Brennstoff-Verhältnis als Abszisse und der Ausgangsleistung bzw. der Stickoxydkonzentration dargestellt. Die vollausgezogenen Linien A geben die Werte einer mit dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem versehenen Brennkraftmaschine und die gestrichelten Linien B eine Brennkraftmaschine mit Gemischaufheizurig ohne Nachkühlung an. Neben den geringeren maximalen Stickoxydmengen wurde in Versuchen auch eine Verminderung von Kohlenmonoxydanteilen im Abgas festgestellt. Trotz des abgemagerten Gemisches und des damit verbundenen geringeren Brennstoffverbrauches zeigten die mit dem erfindungsgemäßen Ansaugsystem ausgestatteten Brennkraftmaschinen ein äußerst geschmeidiges Beschleunigungsverhalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ansaugsystem für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit einem Vergaser und einer diesem nachgeschalteten Kühlstrecke zur Abführung der den Ansaugmedien zugeführten Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme dem im Vergaser (1) aufbereiteten Brennstoff-Luft-Gemisch in einem von einem Wärme abgebenden Medium umströmten Wärmetauscher (2; 13) zügeführt wird, und daß das erwärmte Brennstoff-Luft-Gemisch vor Eintritt in die Kühlstrecke (4; 14, 17) einen Beschleunigungsabschnitt (3; 15) im Ansaugsystem durchströmt

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsabschnitt (3) von einer in einem Wärmedämmrohr angeordneten Venturidüse (12) gebildet ist

3. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) von einem doppeiwandigen Rohrabschnitt gebildet ist, bei dem der Zwichenraum (2') zwischen beiden Wandungen von dem Wärme abgebenden Medium durchströmt ist, das mittels der Auspuffgase in einem im Auspuffrohr (11) angeordneten weiteren Wärmetauscher (9) erwärmt ist

4. Ansaugsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Gemisch-Strömungskanal des Rohrabschnittes (2) ein Drahtnetz angeordnet ist

5. \nsaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke (14) und der Wärmetauscher (13,17) zur Heizung des Brennstoff-Luft-Gemisches zu einer von einem doppeiwandigen Strömungskanal gebildeten Baueinheit zusammengefaßt sind, durch dessen außenliegenden Ringkanal das vom Vergaser (1) gelieferte Brennstoff-Luft-Gemisch zu dem in das Auspuffrohr (11) eintauchenden Wärmetauscher (13) strömt und in diesem umgelenkt (18) über den Beschleunigungsabschnitt (15) in die von dem im Vergaser erzeugten Gemisch umströmte Kühlstrecke (14,17) eintritt.