DE2522671A1

DE2522671A1 - Vorrichtung zur vorwaermung des kraftstoff-luft-gemisches durch die abgase

Info

Publication number: DE2522671A1
Application number: DE19752522671
Authority: DE
Inventors: Max Ruf; Johannes Dipl Ing Steinwart
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1975-05-22
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1976-12-09
Also published as: JPS51144822A; US4009701A

Description

AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/Württ.

Vorrichtung zur Vorwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Abgase

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Abgase bei einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und einer Abgasleitung, wobei ein Teil des Saugrohres und ein Teil der Abgasleitung eine gemeinsame wärmeübertragende Wand aufweisen.

Es sind verschiedene Ausführungen von Vorrichtungen der beschriebenen Art bekannt, die den Zweck haben, durch Vorwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches die im flüssigen Zustand in das Saugrohr gelangenden Kraftstoffteile zu verdampfen und somit eine bessere Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erreichen, wodurch die im Abgas befindlichen gesundheitsschädlichen Bestandteile herabgesetzt werden können. Eine derartige Vorwärmung ist besonders bei niedriger Last von Vorteil, .da verhindert wird, daß sich in diesem Betriebszustand der vergaste Kraftstoff wieder kondensiert und hierdurch ein weniger fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Verbrennung kommt, das den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine herabsetzt. Bei Vollast und heißer Brennkraftmaschine ist eine Vorwärmung dagegen nicht erwünscht, da hierbei Füllungsverluste eintreten. Um eine regelbare Vorwärmung zu erhalten, die je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine mehr oder weniger

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wirksam ist, wurden Steuerklappen vorgeschlagen, die entweder im Saugrohr und/oder in der Abgasleitung angeordnet sind und das einströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder den Abgasstrom von der wärmeübertragenden Wand um- oder abzulenken. Derartige Steuerungsklappen haben jedoch den Nachteil, daß sie die Strömungsrichtung des einströmenden Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine Umlenkung oder eine teilweise Verengung und Verlagerung des Einströmquerschnittes erheblich stören und zu einer Entmischung führen können, während in der Abgasleitung ein Widerstand entsteht, der den Gegendruck in unerwünschter Weise erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einer schnellen Aufheizung des Saugrohres eine über einen bestimmten Wert hinausgehende Überhitzung vermeidet, dabei aber keine störende Wirkung auf die Strömungsrichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bzw. des Abgasstromes hat.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die wärmeübertragende Wand eine Anzahl von durchgehenden Kühlmittelkanälen aufweist, die bei Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur an eine Kühlmittelquelle anschließbar sind.

Die Übertragung der Abgaswärme von der Abgasleitung auf das Saugrohr zur Aufheizung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt bei dieser Anordnung vorwiegend über die von den Kühlmittelkanälen gebildeten Stege der wärmeübertragenden Wand. Bei einer über einen bestimmten Wert hinausgehenden Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine kann durch die Kühlmittelkanäle die wärmeübertragende Wand gekühlt und eine unerwünschte starke Übertragung der Abgaswärme auf das Saugrohr

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verhindert werden. Als Kühlmedium, das von der Kühlmittelquelle in die Kühlmittelkanäle gefördert wird, kann Kühlluft oder auch ein flüssiges Kühlmittel Verwendung finden.

Die Kühlmittelquelle kann von einem eigenen Gebläse gebildet werden, das in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine steuerbar ist. Mit diesem Gebläse kann die wärmeübertragende Wand entsprechend gekühlt werden, so daß je nach Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine ein mehr oder weniger großer Teilbetrag der von der Abgasleitung in Richtung auf das Saugrohr zu übertragende Wärme abgeführt wird und sich die für das Saugrohr richtige Erwärmung einstellen kann. Die Betätigung des Gebläses kann beispielsweise von einem auf die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine ansprechenden Temperaturfühler gesteuert werden.

Bei einer flüssigkeitsgekuhlten Brennkraftmaschine mit einem Flüssigkeitskühler und einem im Bereich des Flüssigkeitskühlers angeordneten Kühlgebläse kann die Kühlmittelquelle von dem Kühlgebläse gebildet werden und in der Leitung von dem Kühlgebläse zu den Kühlmittelkanälen in der wärmeübertragende Wand eine in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine steuerbare Klappe angeordnet sein. Bei dieser Lösung kann die Kühlluft verwendet werden, die ohnehin ständig vom Kühlgebläse gefördert wird. Die Menge der in die Kanäle der wärmeübertragenden Wand einströmenden Kühlluft kann bei dieser Ausführung von der in der Leitung angeordneten Klappe geregelt werden, so daß auch in diesem Falle die an der wärmeübertragenden Wand auf das Saugrohr wirkende Wärme auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann. Die Klappe^ die den öffnungsquerschnitt der Leitung verändert, kann bei- dieser Anordnung beispielsweise von einem Dehnstoffelement bzw. von einem temperaturabhängigen Dehnungsglied beeinfluß werden.

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An die Kühlmittelkanäle in der wärmeübertragenden Wand kann sich eine Leitung .anschließen, die mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine verbunden ist. Auf diese Weise kann die aus den Kühlmittelkanälen ausströmende und dort erwärmte Luft anschließend der Brennkraftmaschine zugeführt werden, was sich insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen vorteilhaft auf die Gemischbildung auswirkt.

Bei einer Brennkraftmaschine, deren Abgase in eine von einem Mantel umgebenen Reaktorkammer münden, kann die wärmeübertragende Wand einen Teil des Mantels der Reaktorkammer bilden und in der Wand der Reaktorkammer an der der wärmeübertragenden Wand gegenüberliegenden Stelle eine öffnung vorgesehen sein. Diese Lösung hat den Vorteil einer kompakten Bauweise des Saugrohres mit der Abgasanlage, welche sowohl einen günstigen und kurzen Weg der Abgase zur Reaktorkammer als auch gleichzeitig die Anwendung einer Vorrichtung zur Erwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ermöglicht. Die öffnung in der Wand der Reaktorkammer gestattet, daß das heiße Abgas unmittelbar auf die wärmeübertragende Wand treffen und diese aufheizen kann.

Um eine Störung des Reaktionsvorgangs der Abgase in der Reaktorkammer durch den von der Wärmeübertragung verursachten Entzug von Wärme aus der Reaktorkammer zu vermeiden, ist vorgesehen, daß in der Reaktorkammer Leitbleche angeordnet . sind, die den Abgasstrom erst nach Durchströmen eines wesentlichen Teiles der Reaktorkammer an die der wärmeübertragenden Wand gegenüberliegenden Stelle der Wand der Reaktorkammer führen. Dadurch tritt eine Berührung der Abgase an der wärmeübertragenden Wand erst:.dann ein·, wenn die Abgase innerhalb der Reaktorkammer einen längeren Weg zurückgelegt haben und die Reaktion der Abgase weitgehend abgeschlossen

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Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung kann bei niedriger Last eine große Wärmemenge an das Saugrohr abgegeben werden, während bei heißer Brennkraftmaschine und bei voller Last durch die Kühlung der wärmeübertragenden Wand eine Verminderung der Heizwirkung erzielt werden kann, wodurch sich., für jeden Betriebszustand die für die Gemischzusammensetzung richtige Erwärmung einstellt und somit der Ausstoß von Schadstoffen im Abgas verringert sowie ein Leistungsverlust vermieden wird. Außerdem hat diese Lösung den Vorteil, daß sowohl das Kraftstoff-Luft-Gemisch als auch der Abgasstrom seine Strömungsrichtung unverändert beibehält.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung einer Vorrichtung zur Erwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Saugrohr und eine an dieses grenzende und als Reaktor ausgebildete Abgasleitung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zwischen dem Saugrohr und der Abgasleitung angeordneten wärmeübertragenden Wand mit einem Gebläse, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer wärmeübertragenden Wand mit einem Kühlgebläse in einer weiteren Ausführungsform.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Saugrohr 1 für die Zufuhr von Kraftstoff-Luft-Gemisch dargestellt ist, das einerseits über einen Plansch 2 mit beispielsweise einem nicht gezeigten Vergaser und andererseits über einen Flansch

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mit einer teilweise angedeuteten Brennkraftmaschine 4 in Verbindung steht. Für den Ausschub der verbrannten Gase aus der Brennkraftmaschine 4 ist eine Abgasleitung vorgesehen, die bei diesem AusfUhrungsbeispiel als ein Reaktor 5 ausgebildet ist, welcher aus einer von einem Mantel 6 umgebenen Reaktorkammer 7 besteht. Zur Vorwärmung und besseren Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches weist ein Teil des Saugrohres 1 und ein Teil des Reaktors 5 eine gemeinsame wärmeübertragende Wand 8 auf, welche von den Abgasen aufgeheizt werden kann. Die wärmeübertragende Wand 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil des Saugrohres 1, während der Mantel 6 des Reaktors 5 unmittelbar an die wärmeübertragende Wand 8 angeflanscht ist und im Bereich der wärmeübertragenden Wand 8 eine Öffnung 9 aufweist, so daß die wärmeübertragende Wand 8 an dieser Stelle einen Teil des Mantels 6 des Reaktors 5 bildet.

Bei Betrieb der Brennkraftmaschine tritt das Abgas aus der Brennkraftmaschine 4 über einen tangential in die Reaktorkammer 7 mündenden Abgasstutzen 10 unmittelbar in-..die Reaktorkammer 7 ein, wobei das Abgas von Leitblechen 11 zunächst zur Nachverbrennung von schädlichen Bestandteilen im Abgas auf bekannte Weise an die Wandung der Reaktorkammer 7 geführt und gleichzeitig in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Erst dann, wenn die Reaktion des Abgases weitgehend fortgeschritten ist und somit keine wesentliche Störung des Nachverbrennungsvorganges möglich ist, trifft das heiße Abgas, bevor es durch einen Auslaßstutzen 12 abströmt, auf die wärmeübertragende Wand 8 und heizt diese auf. Zu diesem Zweck, also zur direkten Beaufschlagung des Abgases auf die wärmeübertragende Wand 8, ist in der Re^ktorkammer 7 ^a^ der der wärmeübertragenden Wand 8 gegenüberliegenden Stelle eine öffnung 13 vorgesehen. Durch die Aufheizung der wärmeübertragenden W^nd 8 wird das durch das Saugrohr 1 in die Brennkraftmaschine 4 einfließende Kraftstoff-Luft-Gemisch aufgewärmt und somit besser aufbereitet. Die Wärmeübertragung innerhalb der wärmeübertragenden Wand 8 erfolgt dabei über Stege 14, die

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von einer Anzahl von durchgehenden Kühlmittelkanälen 15 gebildet werden.

Um nun zu vermeiden, daß bei Vollast und bei heißer Maschine keine zu starke Wärmeübertragung eintreten kann, die Füllungsverluste zur Folge haben kann, können die Kühlmittelkanäle 15 bei Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur an eine Kühlmittelquelle angeschlossen werden und die wärmeübertragende Wand 8 entsprechend kühlen.

Wie in Fig. 2 in der schematischen Anordnung gezeigt, ist für die Kühlung der nach einem Vergaser J>0 angeordneten wärmeübertragenden Wand 8 beispielsweise eine■Kühlmittelquelle in Form eines Gebläses 16 vorgesehen, das über eine Leitung 17 mit den Kühlmittelkanälen 15 in Verbindung steht. Das Gebläse ist über ein Thermoelement 18, das an der Brennkraftmaschine 4 angeordnet ist, an eine Stromquelle 19 angeschlossen und kann somit in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine 4 gesteuert werden und Kühlluft durch die Kanäle der wärmeübertragenden Wand 8 fördern. Das bedeutet, daß bei kühler Brennkraftmaschine 4 und niedriger Last, also in Betriebsbereichen, bei denen die Übertragung einer größeren Wärmemenge an das Saugrohr 1 erfolgen soll, kein Kühlluft vom Gebläse 16 gefördert wird. Erst bei Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 4, wenn also die Gefahr eines Füllungsverlustes eintreten kann, wird das Gebläse 16 zur Kühlung der wärmeübertragenden Wand 8 eingeschaltet. Dabei kann das Gebläse 16 von dem Thermoelement l8 derart gesteuert werden, daß sich mit weiter zunehmender Temperatur der Brennkraftmaschine 4 die Fördermenge des Gebläses 16 und damit die Kühlleistung erhöht, wodurch eine weitgehend gleichmäßige Wärmeübertragung an der wärmeübertragende Wand 8 und die für die Gemischzusammensetzung richtige Erwärmung sichergestellt werden kann.

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In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches dargestellt, bei dem auf ein besonderes Gebläse verzichtet wird. Die Versorgung der wärmeübertragenden Wand 8 mit Kühlluft erfolgt bei dieser Lösung durch eine Kühlmittelquelle in Form eines Kühlgebläses 20, das bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine 4 überlicherweise im Bereich des Flüssigkeitskühlers 21 angeordnet ist. Der zur Führung der Kühlluft allgemein vorgesehene Luftführungstrichter 22 weist zu diesem Zweck radial vom Kühlgebläse 20 einen Ringraum 2~$ auf, der über eine Leitung 24 mit den Kühlmittelkanälen 15 der wärmeübertragenden Wand 8 verbunden ist. In der Leitung 24 ist eine Klappe 25 angeordnet, die von beispielsweise einem Bimetallelement 26, das an der Brennkraftmaschine 4 angeordnet ist, in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 4 über ein Gestänge 27 steuerbar und betätigbar ist. Da bei Betrieb der Brennkraftmaschine 4 das Kühlgebläse 20 ständig Kühlluft fördert, bleibt die Klappe 125 bei kalter Brennkraftmaschine oder bei niedriger Last, wenn also die Abgabe einer größeren Wärmemenge von der Abgasanlage an das Saugrohr 1 erwünscht ist, geschlossen. Eine Kühlung der wärmeübertragenden Wand 8 erfolgt in diesem Falle nicht. Nach Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur wird die Klappe 25 unter dem Einfluß der Erwärmung der Brennkraftmaschine 4 allmählich geöffnet, so daß eine bestimmte Menge an Kühlluft in die Kühlmittelkanäle 15 der wärmeübertragenden Wand 8 gefördert wird. Bei Vollast und hoher Temperatur der Brennkraftmaschine öffnet die Klappe 25 schließlich vollständig, wodurch die wärmeübertragende Wand 8 soweit gekühlt werden kann, daß keine Füllungsverluste bei der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Versorgung im Saugrohr 1 eintreten können. Durch diese stufenlose-. Regelung der Kühlluft-Zufuhr kann somit stets eine den Erfordernissen entsprechende Erwärmung bzw. Kühlung des Saugrohres erreicht werden.

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Wie in Fig. 3 ferner gezeigt, kann sich an die Kühlmittelkanäle 15 der wärmeübertragenden Wand 8 eine Leitung 28 anschließen, die über einen Luftfilter 29 und einen Vergaser 30 mit dem Saugrohr 1 verbunden ist. Hierdurch kann - insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen - die sich in den Kühlmittelkanälen 15 erwärmte Luft zur zusätzlichen Verbesserung der Gemischbildung der Brennkraftmaschine 4 zugeführt werden. Die Leitung 28 kann so ausgebildet sein, daß sie bei Bedarf abgenommen werden kann.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Vorwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Abgase bei einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und einer Abgasleitung, wobei ein Teil des Saugrohres und ein Teil der Abgasleitung eine gemeinsame wärmeübertragende Wand aufweisen, da durch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragende Wand (8) eine Anzahl von durchgehenden Kühlmittelkanälen (15) aufweist, die bei Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur an eine Kühlmittelquelle anschließbar sind.

?*. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelquelle von einem eigenen Gebläse (l6) gebildet ist, das in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine (4) steuerbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 für eine flussigkeitsgekuhlte Brennkraftmaschine mit einem Flüssigkeitskühler und einem im Bereich des Flüssigkeitskühlers angeordneten Kühlgebläse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelquelle von dem Kühlgebläse (20) gebildet ist und daß in der Leitung (24) von dem Kühlgebläse (20) zu den Kühlmittelkanälen (I5) in der wärmeübertragenden Wand (8) eine in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine (4) steuerbare Klappe (25) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichenet, daß sich an die Kühlmittelkanäle (15) in der wärmeübertragenden Wand (8) eine Leitung (28) anschließt, die mit dem Saugrohr (1) der Brennkraftmaschine (4) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bei einer Brennkraftmaschine, deren Abgase in eine von einem Mantel umgebene Reaktorkammer münden, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragende Wand (8) einen Teil des Mantels (6) der Reaktorkammer (7)

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bildet und daß in der Wand (7a) der Reaktorkammer (7) an der der wärmeübertragenden Wand (8) gegenüberliegenden Stelle eine Öffnung (13) vorgesehen ist.

Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktorkammer (7) Leitbleche (11) angeordnet sind, die den Abgasstrom erst nach Durchströmen eines wesentlichen Teiles der Reaktorkammer (7) an die der wärmeübertragenden Wand (8) gegenüberliegenden Stelle der Wand (7a) der Reaktorkammer (7) führen.

21. 5. 1975
Co/tk, N/RRX

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