DE2507977A1 - Ansaugkopf bzw. -kruemmer fuer brennkraftmaschinen mit einem integrierten verdampfungsbereich sowie verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

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Ansaugkopf bzw -krümmer für Brennkraftmaschinen mit einem integrierten Verdampfungsbereich sowie Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ansaugkopf bzw krümmer für Brennkraftmaschinen, mit einem integrierten Verdampfungsbereich, der etwa senkrecht zu dem vom Vergaser kommenden Ansaugkanal liegt und über einen Auspuffquer Verbindungskanal beheizt ist und wobei der Ansaugkopf bzw -krümmer mit dem Auspuff quer Verbindungskanal in einem Stück aus geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisendem Gußeisen besteht.

Es sind bereits Ausführungen von Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen im Ansaugkopf bzw - krümmer ein integrierter Verdampfungsbereich angeordnet ist, der etwa senkrecht zu dem vom Vergaser kommenden Ansaugkanal liegt und über einen benachbart oder unmittelbar im Ansaugkopf geführten Auspuffquerverbindung skanal beheizt ist. Dieser beheizte Verdampfungsbereich hat die Aufgabe, Treibstoff und Treib stoff tröpfchen, die insbesondere bei kaltem Wetter den vom Vergaser meist vertikal nach unten führenden Ansaugkanalabschnitt hinablaufen, möglichst vollständig zu verdampfen, um einen sicheren

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Sitz de' Gesellschaft: Köln ■ Registergerecht Köln, HRB 84 ■ Vorsitzender des Aufsichtsrates : Hans Schaberger

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Kaltstart zu ermöglichen und die erforderliche Anreicherung des Startgemisches gering halten zu können.

Bei einer V-8 Brennkraftmaschine wurde normalerweise der Auspuff quer verbindungskanal innerhalb des die Ansaugkanäle für die beiden Zylinder reihen enthaltenden Ansaugkkopfes geführt, wie es z. B. aus Fig. 2 der US-PS 1 998 636 zu entnehmen ist.

Da der Ansaugkopf normalerweise aus geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisendem Gußeisen besteht, war ein Wärmeübergang von der Wandung des Auspuffquerverbindungskanales zum benachbarten Abschnitt des Ansaugkanales verhältnismäßig langsam. Dementsprechend mußte die Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart über eine längere Zeitspanne mit einem verhältnismäßig stark angereicherten Treib stoff-Luft-Gemisch betrieben werden, was sowohl aus Gründen der Wirtschaftlichkeit als auch der Abgasemission unerwünscht war. Versuche, diese Nachteile durch die benachbarte Führung größerer Abschnitte des Auspuffquerverbindungskanales mit entsprechenden Abschnitten des Ansaugkanales zu vermeiden, schlugen fehl, da sich hierdurch beim Abstellen der Brennkraftmaschine infolge der langsamen Wärmeabfuhr ein unerwünschtes Nachdieseln der Brennkraftmaschine ergab.

Es wurden bereits Versuche unternommen, die benachbarten Ansaugkanäle und Auspuffquerverbindungskanäle aus dünnen Blechteilen herzustellen. Diese Versuche wurden jedoch kaum veröffentlicht, da sie verhältnismäßig erfolglos waren. Bei einigen Ausführungen waren die Herstellungskosten sehr hoch, bei anderen Ausführungen war die Abdichtung der Kanäle untereinander nicht gewährleistet und bei wieder anderen Ausführungen wurden Treibstofftröpfchen nicht ausreichend lange, nämlich bis zum Verdampfen, festgehalten.

Bei diesen Versuchen hat sich jedoch herausgestellt, daß es für die Einhaltung US-644/21. Februar 1975 -3-

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von gesetzlichen Vorschriften bezüglich der Abgasemission wichtig ist, wenn sich der Verdampfungsbereich im Ansaugkanal des Ansaugkkopfes bzw-krüm-

o mers mit einer Geschwindigkeit von etwa 5, 5 C pro Sekunde erwärmt. Die Temperatur des Verdampfungsbereichessoll hierbei e'n a Endfcemperatur von etwa 204 C erreichen, um auch die schwer flücl kömmlichen Treibstoffes verdampfen zu können.

etwa 204 C erreichen, um auch die schwer flüchtigen Bestandteile des her-

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ansaugkopf bzw -krümmer der eingangs genannten Art in seinem Verdampfungsbereich derart zu verbessern, daß für einen schnelleren Wärmeübergang von den Auspuffgasen zum Verdampfungsbereich und ebenso für eine schnellere Wärmeabfuhr vom Verdampfungsbereich gesorgt wird, wobei die oben genannten Nachteile wie schwierige und teure Herstellung, ungenügende Abdichtung und nicht zufriedenstellende Auffangwirkung vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Ansaugkopf bzw -krümmer der eingangs genannten Art die in den Patentansprüchen aufgezeigten Merkmale aufweist.

Ein Ansaugkopf bzw -krümmer mit einem erfindungsgemäß verbesserten Verdampfung sber eich weist den Vorteil auf, daß eine bisher für einen Kaltstart erforderliche Anreicherung des Treibstoff-Luft-Gemisches nahezu entbehrlich wird, da sich der Verdampfungsbereich innerhalb von Sekunden auf die erforderl iche Temperatur zum Verdampfen von Treibstofftröpfchen erwärmt, wodurch die Brennkraftmaschine auch ohne zusätzliche Treib stoffzufuhr stets ein brennbares Gemisch erhält.

Ein weiterer Vorteil des verbesserten Verdampfungsbereiches besteht darin, daß er sich beim Abstellen der Brennkraftmaschine auch wieder verhältnismäßig schnell abkühlt und dadurch ein übermäßiges Verdampfen von Treibstoff verhindert, was entweder zu einem unerwünschten Nachdieseln der Brennkraftmaschine oder bei einem Warmstart zu Startschwierigkeiten führen kann. US-644 / 21. Februar 1975 - 4 -

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Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine in Strich-Punkt-Linien angedeutete perspektivische Ansicht eines Formkernes für die Ansaugkanäle eines Ansaugkkopfes bzw -krümmers mit in vollen Linien gezeichneten verbessertem Verdampfungsbereich.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ansaugkopfes bzw -krümmers mit einem erfindungsgemäß verbesserten Verdampfungsbereich.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Ansaugkkopf bzw -krümmer nach Fig. 2.

Fig. 4 zeigt einen vertikalen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3, wobei ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß verbesserten Verdampfungsbereiches gezeigt ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich sowohl auf einen Ansaugkopf bzw -krümmer für Brennkraftmaschinen mit einem integrierten, verbesserten Verdampfung sber eich als auch auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Die Abgasemission einer Brennkraftmaschine innerhalb der ersten zwei Minuten liefert 37 % der Kohlenwasserstoffmenge und 76 % der Kohlenmonoxydmenge, die bei einem in den Vereinigten Staaten für 197 5 vorgeschriebenen Emissionstest in Gramm/Mile festgehalten wird.

Diese Tatsache ergibt sich daraus, daß in den ersten Minuten des Betriebes einer Brennkraftmaschine die vorgesehenen katalytischen Kanverter noch nicht heiß und demnach noch nicht wirksam sind. Der in den Vereinigten Staaten für 1975 vorgesehene Emissionstest schreibt eine Leerlaufphase von 20 Sekunden

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vor dem Losfahren vor. Es ist daher äußerst wünschens^.wert daß man innerhalb der 20 Sekunden von dem für den Kaltstart angereicherten Gemisch auf ein normales magereres Gemisch zurückgehen kann. Dies war mit bisher üblichen Ansaugköpfen bzw -krümmern und herkömmlichen Treibstoffen nicht möglich.

Obwohl über Auspuffgase beheizte Verdämpfungsbdreiche in Ansaugkköpfen bzw -krümmern seit vielen Jahren verwendet wurden, wurden die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben nicht gelöst, Die hierbei durch die Auspuffgase erwärmten Massen wa-en zu groß, um innerhalb der gewünschten kurzen Zeitspanne die erforderliche Temperatur zum Verdampfen von Treibstofftröpfchen zu erreichen.

Erst durch den erfindungsgemäß verbesserten Verdampfungsbereich in Form eines dünnen Blecheinsatzes konnte die Geschwindigkeit der Erwärmung des Verdampfungsbereiches soweit erhöht werden, daß bei einer Umgebungstemperatur von 21 C der Verdampfungsbereich des Ansaugkkopfes bzw -krümmers bereits nach 20 Sekunden eine Temperatur von 132 C erreicht hatte, wodurch man die Anreicherung des Startgemisches fortschreitend verringern konnte. Dieses Ziel konnte nur mit einer Geschwindigkeit der Erwärmung von zumindest 5, 5 C pro Sekunde erreicht werden.

Die Erwärmung des gesamten Treibstoff-Luft-Gemisches im Ansaugkanal ist unerwünscht, da sie den Auspuffgasen zuviel Wärme entziehen würde, wodurch dann zu wenig Wärme für die Aktivierung des Abgaskatalysators verbleiben würde. Es ist daher wichtig, daß der Verdampfungsbereich so im Ansaugkanal des Ansaugkopfes bzw -krümmere angeordnet ist, daß insbesondere Treibstofftröpfchen mit ihm in Berührung kommen, festgehalten und verdampft werden. Dementsprechend muß der Verdampfungsbereich eine sich etwa senkrecht zu dem vom Vergaser kommenden Ansaugkanalabschnitt liegenden

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Flächenbereich aufweisen, der darüber hinaus noch Maßnahmen zum Festhalten von Treibstofftröpfchen aufweisen kann.

Da die Anwendung von dünnen Blecheinsätzen, wie eingangs erwähnt, zu Schwierigkeiten in der Herstellung und Montage geführt haben, wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Verdampfungsbereiches beschrieben, das verhältnismäiig einfach ist und bei dem die bekannten Schwierigkeiten vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird der dünne Blecheinsatz bereits bei der Herstellung des Formkernes an diesem in Form eines ihiteilweise umgebenden Mantels festgelegt, Durch am Umfang des dünnen Blecheinsatzes angeordnete Verankerungszungen wird eine sichere Verbindung des dünnen Blecheinsatzes während, des Gießvorganges des Ansaugkopfes bzw -krümmers erreicht.

Im einzelnen umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ansaugkopfes bzw -krümmers mit einem integrierten, verbesserten Verdampfungsbereich folgende Verfahrensschritte:

a) Herstellen eines Kernkastens (nicht gezeigt) mit einem der endgültigen inneren Form der Ansaugkanäle entsprechenden Hohlraum.

b) Einsetzen eines dünnen Blecheinsatzes nach außen abgebogenen Verankerung szungen in einem Abschnitt dieses Hohlraumes, der eine entsprechende Aufnahme für die Außenkontur und die Verankerungszungen des Blecheinsatzes aufweist.

c) Einbringen einer Sand-Harz-Mischung in den Hohlraum des Kernkastens, Bilden eines Formkernes und Aushärten desselben unter Wärmeeinwirkung.

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d) Entnehmen des standfesten Formkernes mit dem daran festgelegten dünnen Blecheinsatz und Einsetzen des Kernes in eine Gießform mit einem der endgültigen, äußeren Form des Ansaugkopfes bzw -krümmers entsprechenden Hohlraum.

e) Schließen der Gießform und Eingießen von flüssigem Metall, wobei eine dichte und feste Verankerung der Ränder und der Verankerungszungen des dünnen Blecheinsatzes imGußmaterial erfolgt.

f) Entfernen des Ansaugkopfes aus der Gießform und Entfernen des Formkernes aus den Ansaugkanälen.

Ein in den beiliegenden Zeichnungen gezeigter Ansaugkopf bzw -krümmer weist zwei vertikale Ansaugkanäle 30 auf, die an ihren oberen Enden mit den Ansaugkanälen eines Vergasers (nicht gezeigt) in Verbindung stehen. Das Treibstoff-Luft-Gemisch gelangt vom Vergaser über die vertikalen Ansaugkanäle 30 in sich hierzu etwa senkrecht erstreckende Ansaugkanäle 31 und 32, die das Treibstoff-Luft-Gemisch über Ansaugkanalarme 33 und 35 zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine führen. Die horizontalen Ansaugkanäle 31 und 32 bewirken somit eine Ablenkung des Treib stoff-Luft-Gemisches um 90 und verteilen es z. B. auf die beiden Zylinder reihen einer V-Brennkraftmaschine.

Ein Auspuffquerverbindungskanal 36 ist einstückig im Ansaugkopf bzw -krümmer angeordnet und verläuft unterhalb der horizontalen Ansaugkknäle 31 und Der Auspuffquerverbindungskanal 36 steht hierbei an einem Ende über eine Öffnung 36 a und am anderen Ende über eine Öffnung 36 b (siehe Fig. 2) mit den Auspuffleitung en der Brennkraftmaschine in Verbindung. Der Auspuffquer verbindung skanal 36 und die horizontalen Ansaugkanäle 31 und 32 sind hierbei durch die eingegossenen dünnen Blecheinsätze 11 voneinander getrennt. Die an den Rändern der dünnen Blecheinsätze 11 nach außen abgebogenen Veran-

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kerungszungen 15, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen um den Umfang des dünnen Blecheinsatzes 11 verlaufenden Strang 24 aus einemdem Gußeisen ähnlichen Materual aufnehmen, sind hierbei im eingegossenen Zustand mit dem sie umgebenden Guömaterial metallisch verschmolzen und verbunden. Der amUmfang des dünnen Blecheinsatzes 11 verlaufende Strang 24 wirkt hierbei in etwa wie ein Schweißdraht sobald das flüssige Gußeisen den Umfang des dünnen Blecheinsatzes 11 berührt. Auf diese Weise wird eine sichere, dauerhafte Verbindung zwischen dem Gußteil des Ansaugkopfes bzw - krümmers und dem dünnen Metalleinsatz des Verdampfungsbereiches erzielt.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erreicht der Verdampfungsbereich nach mindestens 20 Sekunden Leerlauf eine Temperatur von 132 C. Der Verdampfungsbereich erreicht jedoch keine Temperatur über 204 c, ehe das herkömmliche Abschaltventil öffnet. Normalerweise wird der Ver dämpfung sbereich bei geöffnetem Abschaltventil bei einer Temperatur zwischen 115 C und 204 C arbeiten. Die Führung der Auspuffgase unterhalb der dünnen Blecheinsätze 11 ist so gewählt, daß eine bestimmte erwünschte Turbulenz eintritt.

Obwohl die zum Auspuffgas liegende Oberfläche des Bodens 39 des dünnen Blecheinsatzes 11 glatt ist, ist die zum Ansaugkanal hin liegende Oberfläche des dünnen Blecheinsatzes 11 in einem Bereich 13 durch schmale Nuten 14 mit einer waffeiförmigen Struktur versehen. Dieser Bereich 13 mit waffeiförmiger Struktur verhindert,daß Treibstofftröpfchen durch die Strömung im Ansaugkanal aus dem Verdampfungsbereich weggeführt werden. Ebenso wichtig ist der Abstand des Bodens 39 von den unteren Enden der vertikalen Ansaugkanäle 30, da hierdurch das Maß einer Aufprall wirkung des einströmenden Treib stoff-Luft-Gemisch es bestimmt werden kann.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ansaugkkopfes bzw -krümmers mit einem integrierten, verbesserten Verdampfungsbereich gezeigt.

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Der dünne Blecheinsatz 51 ist hierbei in Form einer ebenen Platte ausgebildet, deren Ränder über einen durch Verankerungszungen 56 festgehaltenen am Umfang verlaufenden Draht 55 (Gußeisen) in den Gußwandungen 52 und 53 des Ansaugkopfes bzw -krümmers verankert sind. Der vertikale Ansaugkanal 57 geht hierbei in einen horizontalen Ansaugkanal 58 über, von dem Ansaugkanalarme 59 und 60 bzw 69 zu den Einlaßventilen der verschiedenen Zylinder führen. Ein Auspuffquerverbindungskanal 61 und 62 weist hierbei eine Auspuff gasrückführbohrung 63 auf, die Auspuffgase in bestimmter geringer Menge in den Verdampfungsbereich führt.

Selbstverständlich kann ein integrierter_s verwässerter Verdampfungsbereich in Form eines dünnen, in den Ansaugkopf bzw -krümmer eingegossenen Blecheinsatzes die verschiedenstens vom Aufbau der Brennkraftmaschine abhängigen Ausführungsformen aufweisen.

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Claims (7)

1. Ansaugkopf bzw -krümmer für Brennkraftmaschinen mit einem integrierten Verdampfungsbereich, der etwa senkrecht zu dem vorn Vergaser kommenden Ansaugkanal liegt und über einen Auspuffquerverbindungskanal beheizt ist und wobei der Ansaugkopf bzw -krümmer mit dem Auspuffquerverbindungskanal in einem Stück aus geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisendem Gußeisen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungsbereich im horizontalen Ansaugkaiaal (31, 32) nur durch einen dünnen, an seinen Rändern (16, 17, 18, 19, 20, 22 und. 23) mit dem Material des Ansaugkopfes bzw -krümmers durch Eingießen fest verbundenen Blecheinsatz (11) von-dem benachbarten Auspuffquerverbindungskanal (36) getrennt ist.

2. An saugkkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Blecheinsatz (H) einen U-förmigen Querschnitt aufweist und somit den Boden (39) und die Seiten wände des mittleren, horizontalen An saug kanales (31, 32) bildet, die von den Auspuffgasen im Auspuffquerverbindungskanal (36) bestrichen werden.

3. Ansaugkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Blecheinsatz (11) an seinen Rändern (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und 23) mit nach außen abgebogenen Verankerungszungen (15) versehen ist.

4. Ansaugkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen abgebogenen Verankerungszungen (15) einen um den Umfang des dünnen Blecheinsatzes (11) verlaufenden Strang (24) aus einem dem Gußeisen ähnlichen Material aufnehmen.

5. Ansaugkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Strang (24) aus einem Schweißdraht aus Gußeisen und der dünne Blecheinsatz (11) aus unlegiertem Stahl besteht.

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6. Ansaugkopf nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der horizontale Boden (39) des dünnen Blecheinsatzes (11) mit einer waffeiförmigen Struktur (Bereich 13) versehen ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Ansaugkopfes nach den Ansprüchen 1 bis · 6, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Herstellen eines Kernkastens mit einem der endgültigen inneren Form der Ansaugkanäle entsprechenden Hohlraum.

b) Einsetzen eines dünnen B elchein satz es mit nach außen abgebogenen Verankerungszungen in einem Abschnitt dieses Hohlraumes, der entsprechende Aufnahmen für die Außenkontur und die Verankerungszungen des Blecheinsatzes aufweist.

c) Einbringen einer Sand-Harz-Mischung in den Hohlraum des Kernkastens, Bilden eines Formkernes und Aushärten desselben unter Wärmeeinwirkung.

d) Entnehmen des standfesten Formkernes mit dem daran festgelegten dünnen Blecheinsatz und Einsetzen des Kernes in eine Gießform mit einem der endgültigen äußeren Form des Ansaugkopfes entsprechenden Hohlraum.

e) Schließender Gießform und Eingießen von flüssigem Metall, wobei eine dichte und feste Verankerung der Ränder und der Verankerungszungen des dünnen Blecheinsatzes im Gußmaterial erfolgt.

f) Entfernen des Ansaugkopfes aus der Gießform und Entfernen des Formkernes aus den Ansaugkanälen.

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