DE2536196A1

DE2536196A1 - Ansaugleitung fuer eine gemischverdichtende fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2536196A1
Application number: DE19752536196
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl Ing Steinwart; Dieter Dipl Ing Dr Stock
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1975-08-13
Filing date: 1975-08-13
Publication date: 1977-03-03
Also published as: FR2321053A1; FR2321053B1; JPS5222624A; GB1543755A

Description

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AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/Württ.

Ansaugleitung für eine gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Ansaugleitung für eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr und einer Abgasleitung, wobei im Saugrohr ein als Luftmengenmesser dienen'des Meßorgan sowie in dem an das Saugrohr anschließenden Einlaßkanal der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffeinspritzdüse angeordnet sind.

Es ist bekannt, daß bei Ansaugleitungen der beschriebenen Art, die mit einer von einer Luftmengenmessung beeinflußten Saugrohreinspritzung versehen sind, eine verhältnismäßig genaue Anpassung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses erreicht werden kann. Durch die Bildung eines weitgehend optimalen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses können in fast allen Betriebszuständen die im Abgas befindlichen gesundheitsschädlichen Bestandteile herabgesetzt werden.

Nun hat sich aber bei niedrigen Temperaturen und in der Kaltlaufphase gezeigt, daß wegen der Kondensationsverluste, die am kalten Einlaßkanal im Bereich der Kraftstoffeinspritzdüse und im Brennraum entstehen, zum Ausgleich eine Gemischanreicherung notwendig ist. Eine derartige Gemischanreicherung hat aber zur Folge, daß in diesen Betriebszuständen solange unbefriedigende Abgaswerte auftreten, bis zumindest die Betriebs-

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temperatur erreicht 1st und die am Einlaßkanal entstandenen Kraftstoffablagerungen verdampft sind. Es wurde aber auch festgestellt, daß selbst dann, wenn die Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur erreicht hat, sich am Einlaßkanal immer noch geringfügige Kraftstoffablagerungen bilden können, die dann bei solchen Lastwechselvorgängen, die eine Erhöhung des Saugrohrunterdruckes mit sich bringen, ganz plötzlich abdampfen und mitgerissen werden und zu einer Gemischanreicherung mit den schon erwähnten nachteiligen Folgen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile der bekannten Einrichtung zu vermeiden, und eine Ansaugleitung für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der Kraftstoffablagerungen im Bereich des Einlaßkanales weitgehend vermieden werden und ohne Beeinflußung des KraftstoffrLuft-Verhältnisses eine gute Gemischaufbereitung gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das ausschließlich Luft führende Saugrohr in einen Teillast- und einen Vollastkanal aufgeteilt ist, und daß der Teillastkanal und die Abgasleitung eine gemeinsame wärmeübertragende Wand aufweisen, die in einem zwischen dem Meßorgan und dem Einlaßkanal liegenden Bereich des Teillastkanales angeordnet ist.

Es ist zwar bei Brennkraftmaschinen, bei denen im Gegensatz zu der Ausführung, auf die sich die Erfindung bezieht, eine Gemischaufbereitung in einem Vergaser erfolgt, bekannt, das Kraftstoff-Luft-Gemisch über einen getrennten Teil- und Volllastkanal zuzuführen. Bei diesen Brennkraftmaschinen ist eine Vorwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches deshalb vorgesehen, um ein Entmischen und Kondensieren innerhalb der Ansaugleitung

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zu verhindern. Die Vorwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann in diesem Fall aber auch nur innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches erfolgen, da eine stärkere Erwärmung die Konstanz des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses verändern und schließlich zu einem Füllungsverlust führen kann.

Bei der vorliegenden Erfindung wird dagegen anstelle eines Kraftstoff-Luft-Gemisches ausschließlich die Luftmenge aufgeheizt, die vom Meßorgan über das Saugrohr durch den Teillastkanal und über die wärmeübertragende Wand in den Einlaßkanal der Brennkraftmaschine strömt. Durch die von der wärmeübertragenden Wand verhältnismäßig stark aufheizbare, in den Einlaßkanal einströmende Luft kann sich der aus der Kraftstoff-Einspritzdüse in den Einlaßkanal geförderte Kraftstoff nicht an der ebenfalls vom Luftstrom aufgeheizten Wandung des Einlaßkanales ablagern, sondern kann unmittelbar im Luftstrom verdampft werden, so daß sich ein sehr homogenes und gut vorgewärmtes Kraftstoff-Luft-Gemisch bilden kann. Eine Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses kann trotz der starken Anwärmung des im Einlaßkanal gebildeten Kraftstoff-Luft-Gemisches nicht eintreten, da das Meßorgan, das eine der Luftmenge proportionale Kraftstoffmenge einstellt, in Strömungsrichtung vor dem Teillastkanal und vor der wärmeübertragenden Wand angeordnet ist und somit die Luftmengenmessung stets bei der am Meßorgan herrschenden Umgebungstemperatur erfolgt. Selbst bei einem gegebenenfalls im Teillastbereich auftretenden, von der Erwärmung verursachten Füllungενerlust bleibt das Kraftstoff-Luft-Verhältnis infolge der Zumessung der Luft bei Umgebungstemperatur erhalten. Ein Füllungsverlust, der sich durch eine Leistungsminderung der Maschine bemerkbar macht, läßt sich durch eine größere Drosselklappenöffnung ausgleichen, ohne daß dies jedoch einen Einfluß auf das Kraftstoff-Luft-Verhältnis hat. Durch diesen Gedanken kann, abgesehen von den ohnehin schon günstigen Verhältnissen bei einer derartigen Gemischbildung, besonders in

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den vorgenannten Betriebsbereichen, in denen die zur Verbrennung notwendige Luftmenge überwiegend durch den Teillastkanal geführt wird, eine gute Gemischaufbereitung erzielt werden, was zu einer Verminderung des Kraftstoffbedarfs führt, also keine Gemischanreicherung notwendig macht, und schließlich den Ausstoß von Schadstoffen im Abgas verringert.

Bei einem über den Teillastbereich, hinausgehenden, bis zur Vellast reichenden Betriebsbereich wird die im Teillastkanal erwärmte Luft entsprechend der Drosselklappenstellung des Vollastkanals mit der durch den Vollastkanal strömenden nicht erwärmten Luft am Einlaßkanal zusammengeführt. Da sich in diesem Betriebsbereich auch im Teillastkanal ein wesentlich beschleunigter Luftstrom einstellt, erfolgt die Wärmeübertragung - selbst bei einer von steigender Leistung verursachten Erhöhung der Erhitzung an der wärmeübertragenden Wand selbsttätig· mit geringerer Intensität, so daß keine Überhitzung der Luftmenge eintreten kann und auch in diesen Betriebsbereichen eine .geeignete Gemischaufbereitung ohne Füllungsverlust im Einlaßkanal möglich ist. Auf eine bei bekannten Brennkraftmaschinen mitunter vorgesehene Abschaltung einer Saugrohrbeheizung kann daher auch verzichtet werden.

Bei einer Brennkraftmaschine, deren Abgasleitung mit einem Reaktor in Verbindung steht, kann die Abgasleitung in einem nach dem Reaktor liegenden Bereich an die wärmeübertragende Wand angrenzen. Dadurch tritt eine Berührung der Abgase mit der wärmeübertragenden Wand erst dann ein, wenn die Reaktion der Abgase im Reaktor weitgehend abgeschlossen ist. Eine Störung des Reaktionsvorganges durch einen von einer Wärmeübertragung möglichen Entzug von Wärme kann dadurch vermieden werden. Da die Abgase auch nach Austritt aus dem Reaktor im allgemeinen eine sehr hohe Temperatur haben, ergibt sich für

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die Anordnung der wärmeübertragenden Wand immer noch eine so günstige Stelle, so daß das Maß der Wärmeübertragung auf den Teillastkanal nicht vermindert werden kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Ansaugleitung für eine Brennkraftmaschine mit LuftmengOTtessung und Saugrohreinspritzung mit einer an diese grenzende und als Reaktor ausgebildeten Abgasleitung gemäß Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Ansicht der Ansaugleitung mit Reaktor in Richtung des Pfeiles A aus Fig. 1, wobei die linke Hälfte gemäß Linie II-II in Fig. 1. geschnitten ist, und

Fig. 3 eine Draufsicht bzw. ein Schnitt der Ansaugleitung gemäß Linie III-III in Fig. 2.

Es sei zunächst auf Fig.. 1 Bezug genommen, in der als wesentliche Bestandteile die Ansaugleitung und die Abgasleitung einer teilweise angedeuteten Brennkraftmaschine 1 mit Luftmengenmessung und Saugrohreinspritzung gezeigt sind. Die .Ansaugleitung der Brennkraftmaschine 1 weist einen Saugrohrabschnitt 2 auf, der in Pfeilrichtung von Verbrennungsluft durchströmt wird. An der Eintrittsöffnung 3 des Saugrohrabschnittes 2 ist eirf Meßorgan 4 angeordnet, das sich in annähernd linearer Funktion der durch den Saugrohrabschnitt 2 strömenden Luft-menge bewegt und bei mit nicht dargestellten Mitteln zusammenwirkt, die in Abhängigkeit von der Stellung des Meßorgans 4 eine der durchströmenden Luftmenge proportionale Kraftstoff-

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menge einstellt. An den Saugrohrabschnitt 2 schließt sich in Strömungsrichtung ein zweiter Saugrohrabschnitt 5 an, der in einen Teillastkanal 6 und einen Vollastkanal ¹J mit je einer Drosselklapppe 8 und 9 aufgeteilt ist. Nach dem Passieren des senkrecht verlaufenden Teillastkanales 6 bzw. des Vollastkanales 7 wird die Verbrennungsluft über einen dritten Saugrohrabschnitt 10, der mittels Plansche 26 an der Brennkraftmaschine 1 befestigt ist, zu den Einlaßkanälen 11 der Brennkraftmaschine 1 geführt. In jedem Einlaßkanal 11 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 12 angeordnet, das die für die Bildung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches erforderliche, entsprechend der.Stellung des Meßorganes 4 eingestellte Kraftstoffmenge'.liefert. Für den Ausschub der verbrannten Gase aus der Brennkraftmaschine ist eine Abgasleitung vorgesehen, die von einem Auslaßkanal 31 gebildet wird, der bei diesem Ausführungsbeispiel in einen Reaktor 13 mündet, welcher aus einer von einem Mantel 14 umgebenen Reaktorkammer 15 besteht. Der Reaktor 13 ist unmittelbar an der Brennkraftmaschine 1 angeordnet und mittels Plansche 29 befestigt. Zur Aufheizung der Verbrennungsluft weist ein Teil des Saugrohrabschnittes 10 und ein sich an die Reaktorkammer 15 anschließender, das heiße Abgas führende Abgasleitung in Form eines Abgaskanals 16 des Reaktors 13 eine gemeinsame wärmeübertragende Wand 17 auf, die von den Abgasen aufgeheizt werden kann. Die wärmeübertragende Wand 17 ist Bestandteil des Saugrohrabschnittes 10 und begrenzt gleichzeitig die Oberseite des Abgaskanales 16 der Abgasleitung des Reaktors 13» der an dieser Stelle an den Saugrohrabschnitt 10 angeflanscht ist.

Bei Betrieb der Brennkraftmaschine 1 erfolgt die Aufheizung der wärmeübertragenden Wand 17 bei diesem Ausführungsbeispiel auf solche Weise, daß das Abgas in Pfeilrichtung aus der Brennkraftmaschine 1 durch den Auslaßkanal 31 über einen tangentia-

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len, in die Reaktorkammer 15 mündenden Abgasstutzen l8 zunächst unmittelbar in die Reaktorkammer 15 eintritt. In der Reaktorkammer 15 wird das Abgas von einem Leitblech 19 zur Nachverbrennung von schädlichen Bestandteilen im Abgas auf bekannte Weise an die Wandung der Reaktorkammer 15 geführt und gleichzeitig in eine Wirbelbewegung versetzt. Erst dann, wenn die Reaktion der Abgase wätgehend abgeschlossen ist und somit keine wesentliche Störung des Nachverbrennungsvorganges möglich ist, strömt das heiße Abgas über einen Rohrstutzen 20 in die Abgasleitung bzw. den Abgaskanal 16 ein und trifft in diesem, bevor es durch den Auslaßkanal 21 abströmt, auf die wärmeübertragende Wand 17 und heizt diese auf, wobei zur Vergrößerung der Heizfläche in Strömungsrichtung angeordnete Rippen 32 vorgesehen sind. Durch die Aufheizung der wärmeübertragenden Wand 17 wird die durch den Saugrohrabschnitt 10 in die Brennkraftmaschine 1 einströmende Verbrennungsluft stark erwärmt, so daß sich der aus der Einspritzdüse 12 in den Einlaßkanal 11 geförderte Kraftstoff nicht ablagern kann und somit mit dem Ergebnis einer besseren Gemischaufbereitung verdampft.

Die Versorgung der Brennkraftmaschine mit Verbrennungsluft geht bei der Aufteilung der Ansaugleitung bzw. des Saugrohres in einem Teillastkanal 6 und einem Vollastkanal 7 so vor sich, daß mit zunehmendem öffnen des Durchströmquerschnittes zunächst die Drosselklappe 8 geöffnet und erst nach deren vollständigen Öffnung das öffnen der Drosselklappe 9 eingeleitet wird. Das bedeutet, daß nach einem Kaltstart bzw. in der Warmlaufphase sowie im Leerlauf, wenn also der Bedarf an Verbrennungsluft verhältnismäßig gering ist, die Verbrennungsluft entsprechend der Stellung der Drosselklappe 8 durch den Teillastkanal 6 geführt wird. Bei einem über dem Teillastgebiet hinausgehenden Betriebsbereich strömt die Verbrennungsluft dann zusätzlich durch den Vollastkanal 7 zur Brennkraftmaschine.

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Um die Zufuhr von aufgeheizter Verbrennungsluft bei Vollast zu verringern, ist eine andere Art der Betätigung der Drosselklappen möglich, nach welcher bei vollständiger Öffnung der Drosselklappe 9 für den Vollastkanal ¹J die Drosselklappe 8 des Teillastkanals 6 weitgehend geschlossen ist.

Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, gelangt die durch den Teillastkanal 6 in Pfeilrichtung strömende Verbrennungsluft aus dem Saugrohrabschnitt 5 über einen Raum 22 in den Saugrohrabschnitt 10, wobei sich der Raum 22 etwa bis auf die Breite des unterhalb des Saugrohrabschnittes 10 angrenzenden Abgaskanales 16 der Abgasleitung erweitert. Im Saugrohrabschnitt 10 wird die Verbrennungsluft um etwa l80° um eine Zwischenwand 23 herumgeführt, so daß die Verbrennungsluft über die gesamte Breite und Länge auf die den Saugrohrabschnitt 10 begrenzende wärmeübertragende Wand I7 treffen kann. Durch diese Führung der Verbrennungsluft, sowie dadurch, daß der Teillastkanal 6 im Bereich der Drosselklappe 8 näher zur Brennkraftmaschine angeordnet ist als der Vollastkanal, wird eine verhältnismäßig lange Heizstrecke erreicht. Im Bereich der wärmeübertragenden Wand I7 wird die Verbrennungsluft dadurch intensiv aufgeheizt und gelangt dann durch den Einlaßkanal 11 in die Brennkraftmaschine 1. Zwischen den beiden Saugrohrabschnitten 5 und 10 ist eine wärmeisolierende Dichtung 35 angeordnet, um zu vermeiden, daß sich die Aufheizung des die wärmeübertragende Wand 17 enthaltenden Saugrohrabschnittes 10 auf den Vollastkanal 7 überträgt bzw. ein Verziehen der Drosselklappen 8 und 9 verursachen kann.

Aus¹ Fig. 3j"in welcher der Saugrohrabschnitt 2 nicht gezeigt ist, geht hervor, daß zwischen der wärmeübertragenden Wand und der Zwischenwand 23 mehrere Führungsstege 24 angeordnet sind, welche die aus dem Teillastkanal 6 bzw. den Raum 22

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einströmende Verbrennungsluft über einen Querkanal 30 in Richtung auf die Öffnungen 25 der Flansche 26 des Saugrohrabschnittes 10 lenken und verteilen. Die Führungsstege 24· und die zusätzlichen, von der Zwischenwand 23 in den Teillastkanal 6 hineinragenden Rippen 33 haben außerdem den Zweck, die mit der wärmeübertragenden Wand 17 verbundene Oberfläche des Teillastkanales 6 zu vergrößern und somit eine schnelle Übertragung der Wärme auf die vorbeiströmende Verbrennungsluft zu erreichen.

Um den Weg der Verbrennungsluft nach dem Öffnen des Vollastkanales 7 verfolgen zu können, müssen die Fig. 1, 2 und 3 gemeinsam betrachtet werden. In diesem Fall strömt die Verbrennungsluft in gestrichelter Pfeilrichtung an der Drosselklappe 9 vorbei in einem Dämpfungsraum 27, der im Saugrohrabschnitt 5 angeordnet ist und gegenläufige DruckSchwankungen und Pulsationen ausgleicht, die sich ansonsten nachteilig auf die Funktion des Meßorga,nes 4 auswirken würden. Von diesem Dämpfungsraum 27 gelangt die Verbrennungsluft in Kanäle 28, die beidseitig des Saugrohrabschnittes 5 und des Saugrohrabschnittes 10 mit einem Zwischenraum 3^ ^an dem Bereich der wärmeübertragenden Wand 17 vorbeigeführt werden und daher nicht aufgeheizt werden können. Die mit relativ niödriger Temperatur aus dem Vollastkanal 7 über die Kanäle 28 und die aus dem Teillastkanal 6 einströmende aufgeheizte Verbrennungsluft wird im Bereich des Querkanales 30 miteinander vermischt, bevor diese über die Öffnungen 25 in die Einlaßkanäle 11 der Brennkraftmaschine 1 eintritt. Durch diese Vermischung wird insbesondere bei" Vollast eins Überhitzung der Verbrennungsluft vermieden, so daß eine gute Gemischaufbereitung im Einlaßkanal" 11 erreicht wird, aber kein Füllungsverlust eintreten kann.

Durch die Vorwärmung nur der durch den Teillastkanal 6 strömenden Verbrennungsluft wird das Betriebsverhalten in diesem Be-

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reich verbessert, da durch die Vorwärmung eine Kondensationsbildung vermieden wird. Dadurch, daß die durch den Vollastkanal 7 zugeführte Verbrennungsluft nicht vorgewärmt wird, tritt keine Verschlechterung der Füllung bei Vollast ein. Eine Vorwärmung ist in diesem Bereich auch nicht erforderlich, da die Brennkraftmaschine dann bereits warm ist, während durch die Vermischung die für die Gemischaufbereitung richtige Temperatur eingestellt wird.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

1| Ansaugleitung für eine gemischverdichtende, fremdgezündete J Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr und einer Abgasleitung, wobei im Saugrohr ein als Luftmengenmesser dienendes Meßorgan sowie in dem an das Saugrohr anschließenden Einlaßkanal der Brennkraftmaschine eine Kraftstoff-Einspritzdüse angeordnet sind, dadurch .gekennzeichnet, daß das ausschließlich Luft führende Saugrohr (5> 10) in einen Teillast- (6) und einen Vollastkanal (7) aufgeteilt ist, und daß der Teillastkanal (6) und die Abgasleitung (16) eine gemeinsame wärmeübertragende Wand (17) aufweisen, die in einem zwischen dem Meßorgan (4) und dem Einlaßkanal (11) liegenden Bereich des Teillastkanals (6) angeordnet ist.

2. Ansaugleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teillastkanal (6) eine größere Länge aufweist als der Vollastkanal (7) und durch eine parallel zur wärmeübertragenden Wand (17) verlaufende Zwischenwand (23) um etwa l80° umgelenkt ist, wobei die Zwischenwand (23) und die wärmeübertragende Wand (17) durch Führungsstege (24) verbunden ist.

3. Ansaugleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (23) und die wärmeübertragende Wand (I7) an den voneinander abgewandten Seiten mit in dem Teillastkanal (6) bzw. in die Abgasleitung (l6) hineinragenden Rippen (32, 33) versehen sind.

4. Ansaugleitung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teillast- (6) und der Vollastkanal (7) auf bekannte

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Weise je eine Drosselklappe (8, 9)enthalten und in diesem Bereich zur Längsachse der Brennkraftmaschine (1) etwa senkrecht verlaufen, wobei der Teillastkanal (6) näher zur Längsachse der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist als der Volllas tkanal (7), daß zwischen der Wand des Vollastkanals (7) und der Wand des Teillastkanals (6) im Bereich der wärmeübertragenden Wand (17) ein Zwischenraum (34) vorgesehen ist, und daß der Vollastkanal (7) und der Teillastkanal (6) in einem nach der wärmeübertragenden Wand (17) liegenden Bereich des Saugrohres (10) gemeinsam in einen Querkanal (30) münden, welcher mit den Einlaßkanälen (H) der Brennkraftmaschine (1) in Verbindung steht.

5. Ansaugleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr in einen die Drosselklappen (8, 9) enthaltenden Saugrohrabschnitt (5) und in einen die wärmeübertragende Wand (17) aufweisenden Saugr.ohrabschnitt (10) getrennt ist, und daß zwischen diesen Saugrohrabschnitten eine wärmeisolierende Dichtung (35) angeordnet ist.

6. Ansaugleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollastkanal (7) in .einem zwischen der Drosselklappe (9) und dem Einlaßkanal (H) liegenden Bereich zu einem Dämpfungsraum (27) mit einem größeren Querschnitt erweitert ist.

7. Ansaugleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappen (8, 9) derart betätigbar sind, daß die Drosselklappe (9) des Vollastkanales (7) erst nach; vollständiger Öffnung der Drosselklappe (8) des Teillastkanals (6) öffnet, und nach vollständiger Öffnung der Drosselklappe (9) des Vollastkanales (7) die Drosselklappe (8) des Teillastkanales (6) weitgehend geschlossen ist.

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8. Ansaugleitung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, für eine Brennkraftmaschine, deren Abgasleitung einen Reaktor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragende Wand (17) in einem nach dem Reaktor (I3) liegenden Bereich der Abgasleitung (16) angeordnet ist.

12. 8. 1975
N/RRX Co/tk

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