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Kalts-tart- und Warmlaufeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf
eine Kaltstart und lrarmlaufeinrichtung für fremdgezündete ]3rennkraftmaschinen
mit einer in einem Luftansaugkanal angeordneten Eaupt-Gemischbildungseinrichtung
und einer in einem die Baupt-Gemiscllbildursgseinrichtung umgehenden, abschaltbaren
Zweig-Ansaugkanal angeordneten Start-Gemisonbildungseinrichtung zur Zuführung und
Aufbereitung der dem Kaltstart und Tarmlauf zugeordneten hra.ftstoffnenge.
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Für einen erfolgreichen Kaltstart und anschließenden Uarmlauf einer
fremdgezündeten, gemischverdichtenden Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Otto-Iotors
für Kraftfahrzeuge, ist es erforderlich, daß bei der gerade vorhandenen Umgebungstemperatur
der zugeführte Kraftstoff in ausreichender Nenge verdampft und mit der angesaugten
Verbrennungsluft ein zündfähiges Gemisch bildet. Üblicherweise wird daher in diesen
Betriebszuständen das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch
stark mit Kraftstoff angereichert, weil nur die niedrig siedenden Kraftstoff-Anteile
zu einem zündfähigen und gut brenn baren Gemisch aufbereitet werden kö-.men, während
die übrigen Kraftstoff-Anteile nur teilweise oder gar nicht an den Verbrennungsvorgängen
teilnehmen. Dies führt jedoch zu erheblichem
Mehrausstoß an Abgasschadstoffen;
außerdem gestaltet sich der Startvorgang selbst sehr kritisch, weil ein großer Anteil
des schlecht aufbereiteten Kraftstoffes in flüssigem Zustand in die Zylinder gelangt
und dort zu nassen Zündkerzen führen kann.
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Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei der Verwendung von Kraftstoffen
mit niedrigem Dampfiruck, beispielsweise bei Alkoholen und insbesondere bei dem
in jüngerer Zeit bevorzugt als Alternativ-Kraftstoff herausgestellten Methanol,
da deren 1)ampfdruck und damit der Partialdruck in dem Kraftstoff-tuft-Gemisch auf
so niedriger Stufe liegt, daß bei tieferen Umgebungstemperaturen ein zündfähiges
Gemisch nicht nehr gebildet werden kann. So ist beispielsweise bei Verwendung von
Nethanol ein Kaltstart bei Temperaturen im bereich von + 100 C nicht mehr mit Sicherheit
zu gewährleisten.
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Um nun derartigen Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, ist es bereits
bekannt, in dem Ansaugkanal hinter der Gemischbildungseinrichtung eine Heieinrichtung
zur Vorwärmung des der Brennkraftmaschine zugefiilirten Gemisches vorzusehen. Wird
dabei die Reiz einrichtung durch einen abgasbeheizten Wärmetauscher gebildet, dann
kann diese Maßnahme für einen sicheren Kaltstart der Brennkraftmaschine noch nicht
ausreichen, da das zur Reizung benötigte Abgas selbst erst nach einigen Arbeitetakten
der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Wird dagegen zur Aufheizung des Gemisches
eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen, wie dies beispielsweise in der DT-OS
17 51 466 vorgeschlagen wird, dann ergeben sich insofern SchwierigMeiten, da für
die Aufwärmung des gesamten, durch den Ansaugkanal durchgesetzten Gemisches ein
erheblicher, praktisch nicht zur Verfügung 5 tehender."nergieafwand erforderlich
ist.
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Dabei muß auch berücksichtigt werden, daß die Batterie als einziges
Energiereservoir
an iord des Fahrzeuges bei niedrigen Außentemperaturen, also gerade dann, wenn ihr
Einsatz für die Gemischvorwärmung erforderlich ltzXre, in ihrer Leistung ohnehin
stark abfällt und bei zusätzlicher Heranziehung als Energiequelle für die Vorwärmung
des gesamten Gemisches völlig überlastet wr e.
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Die Erfindung geht nun aus von einer Brennkraftmaschine, wie sie durch
das deutsche Gebrauchsmuster 72 33 125 bekannt geworden ist, bei der in einem besonderen,
die llaupt-Gemischbildun,gseinrichtung umgehenden Zweig-Ansaugkanal eine Startgemischbildungseinrichtung
angeordnet ist, die eine nur dem Kaltstart und Warmlauf zugeordnete Kraftstoffmenge
zuführt.
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Um eine gute Gemischaufbereitung zu erzielen, soll dort die Kraftstoffmenge
möglichst feinzerstäubt zugeführt werden.
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Diese Maßnahme reicht zumindest dann nicht für einen sicheren Kaltstart
der Brennkraftmaschine aus, wenn als Kraftstoff ein solcher mit niedrigem Dampfdruck
verwendet wird und die Außentemperaturen relativ niedrig sind.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ausgehend
von dieser bekannten Kaltstart- und Warmlaufeinrichtung diese so weiter zu bilden,
daß jederzeit, d.h.
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selbst bei Verwendung niedrig siedender Kraftstoffe und bei tiefen
Außentemperaturen, ein sicherer Kaltstart und Warmlauf der 3rennkraftmaschine mit
niedrigen Schadstoffemissionen möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß in dem Zweig-Ansaugkanal
eine elektrisch betiiebene Heizvorrichtung vorgesehen ist. Die Anordnung einer solchen
elektrisch betriebenen
Heizvorrichtung nur in dem das Kaltstart
und Warmlauf-Gemisch führenden Zweig-Ansaugkanal stellt nun eine frühe und sichere
Gemischaufbereiteng von solcher Güte sicher, daß selbst bei diesen Betriebszuständen
der Brennkraffmaschine nur noch relativ geringe Schadstoffemissionen zu verzeichnen
sind. Andererseits wird dadurch, daß die Heizeinrichtung nur während des Kaltstart
und Warmlaufs der Brennkraftmaschine zur Wirkung kommt, erreicht, daß die sich bei
höheren Leistungen der Brennkraftmaschine, durch die Gemischaufheizung nachteilig
bemerkbar machende Verschlechterung des FEllungsgrades vermieden wird. Die Anordnung
der Heizvorrichtung in dem Zweig-Ansaugkanal bewirkt schließlich, daß nur eine relativ
geringe Gemischmenge aufgewärmt zu werden braucht und daß die dafür benötigte Energie
ohne Schwierigkeiten der Bordbatterie des Fahrzeuges entnommen werden kann. Gemaß
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollen die Heizwiderstände der elektrischen
Heizvorrichtung durch selbstregelnde Ealbleiterelemente, beispielsweise durch sogenannte
Kaltleiter, gebildet sein. Die Verwendung derartiger Halbleiterelemente stellt eine
Aufheizung des an ihnen vorbeiströmenden Gemisches auf eine nahezu konstante, für
eine günstige Gemischaufbereitung ausreichend hohe Endtemperatur sicher. Um dabei
möglichst geringe Xrårmeverluste zu haben, kann der Zweig-Ansaugkanal eine Wärmeisolierung
aufweisen.
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Um die Aufbereitung des Gemisches möglichst weit zu treiben, können
zusätzlich zu der elektrischen Heizvorrichtung Mittel zur Zerstäubung des Kraftstoffes
bei der Zufiihrung in den Zweig-Ansaugkanal vorgesehen sein. So kann beispielsweise
die Start-Gemischbildungseinrichtung etwa nach dem Vorbild des oben bereits erwähnten
deutschen Gebrauchsmusters 72 33 125 in Form eines
äußerst feinzerstäubenden
Vergasers oder aber auch als Einspritzvorrichtung ausgeführt sein, bei der z.B.
eine elektrisch über einen mechanisch oder elektronisch gesteuerten Summer angetriebene.
Menbranpumpe den Kraftstoff zu einer diesen zerstäubenden Düse transportiert. Die
Zer-Stäubung dieses Kraftstoffes kann auch in an sich bekannter Weise mittels eines
Ultraschallschwingers vorgenommen werden.
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Damit diese besondere Gemischaufbereitung nur während der Zeit des
Kaltstart und Warmlaufs der Brennkraffmaschine erfolgt, soll die elektrische Heizvorrichtung
zusammen mit dem Zweig-Ansaugkanal in Abhängigkeit von einer charakteristischen
Temperatur der Brennkraftmaschine derart steuerbar sein, daß sie unterhalb einer
vorgebenen Temperatur abgeschaltet werden.
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Bei Verwendung der besonders kritischen, niedrig siedenden Kraftstoffe
kann weiter vorgesehen sein, daß in dem Zweig-Ansaugkanal auch die Leerlauf-Kraftstoffmenge
zugeführt und aufbereitet wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt,
das im folgenden näher erläutert wird.
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Die Zeichnung stellt ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen
Kaltstart und Warmlaufeinrichtung dar, bei der mit 1 ein Eaupt-BuStansauglranal,
mit 2 eine darin angeordnete Haupt-Gemischbildungseinrichtung und mit 3 eine nachgeschaltete
Haupt-Drosselklappe bezeichnet sind. 4 stellt einen von dem Haupt-Ansaugkanal 1
abzweigenden ITebenkanal dar, in z.B.
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den eine/als 3rosselklappe 5 ausgebildete Absperrvorrichtung und eine
über eine Kraftstoffpumpe 7 aus dem Kraftstofftank 8 mit Kraftstoff versorgte Einspritzdüse
6 angeordnet sind. In
Strömungsrichtung hinter der Einspritzdüse
6 ist in dem Zweig-Ansaugkanal 4 eine elektrisch betriebene Heisvorrichtung 10 eingeschaltet,
die aus der mit 9 bezeichneten Bordbatterie gespeist wird. Um Wärmeverluste weitgehend
auszuschalten, ist der Zweig-Ansaugkanal 4 zumindest im-Bereich der Heizvorrichtung
10 mit einer Wärmeisolierung 11 versehen.
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Während im warmen Betriebs%ustand der Brennkraftmaschine der für deren
Betrieb erforderliche Kraftstoff durch die Haupt-Gemischbildungseinrichtung 2 in
den Haupt-Luftansaugkanal 1 eingeführt wird und dort für die Verbrennung in den
hier nicht gezeigten Arbeitsräumen der Brennkraftmaschine aufbereitet wird, erfolgt
die Zufuhr und Aufbereitung einer für den Kaltstart und Warmlauf vorgesehenen, zusätzlichen
Kraftstoffmenge in dem Zweig-Ansaugkanal 4. Zu diesem Zweck wird die in dem Zweig-Ansaugkanal
4 angeordnete Absperrvorrichtung 5 durch eine Steuervorrichtung 12, beispielsweise
in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine, geöffnet. Gleichzeitig
erfolgt die Einsritzung der dem Kaltstart und Warmlauf zugeordneten Kraftstoffmenge
über die Einspritzdüse 6, wobei zur Verbesserung der Aufbereitung eine möglichst
gute Zerstäubung des Kraft stoffes angestrebt wird.
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Zu diesem Zweck könnte beispielsweise ein Ultraschallschwinger eingesetzt
werden, der den zugeführten Kraftstoff optimal zerstäubt und verteilt, Anstelle
einer Einspritzvorrichtung kann aber auch ein zweiter Vergaser vorgesehen sein.
Hinter der Start-Gemischbildungseinrichtung ist dann die erfndungsgemäße elektrische
Heizvorrichtung 10 angeordnet, die ebenfalls während des Kaltstarts und Warmlaufs
in Betrieb ist und durch Vorwärmung des Gemisches dessen Aufbereitung und damit
die Voraussetzung für eine vollständige und gute Verbrennung in den Brennräumen
der Brennkraftmaschine auch bei Verwendung schwierig aufzubereitendar Kraftstoffe
sicherstellt. ia der Zweigkanal
4 nur für den Durchsatz einer relativ
kleinen Buft-bzw. Gemischmenge bemessen ist, benötigt diese elektrische Heizvorrichtung
10 relativ wenig Energie, zumal wenn der Zweigkanal gut wärmeisoliert ist. Diese
Energie kann dann ohne weiteres der vorhandenen Fahrzeugbatterie entnommen werden.
Als Heizwiderstände sind zweckmäßigerweise selbstregelnde Ealbleiterelemente, beispielsweise
sog. Kaltleiter, vorgesehen, die sich selbsttätig auf eine konstante Temperatur
einregeln, so daß unabhängig von dem Zustand der angesaugten Luft die Gemischaufheizung
immer etwa auf eine konstante Endtemperatur vorgenommen wird. Diese Temperatur muß
dabei so hoch liegen, daß auch bei der Verwendung von Kraftstoffen mit niedrigem
Dampfdruck, wie beispielsweise des als Alternativ-Kraftstoff bevorzugten Methanols,
eine so weitgehende Vorwärmung des Gemisches erreicht wird, daß eine einwandfreie
Zündung und schadstoffarme Verbrennung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine
stattfindet. Bei Verwendung derartiger Brennstoffe kann diese Kaltstart und Warmlaufeinrichtung
auch zur Aufbereitung der dem Leerlauf zugeordneten Kraftstoffmenge durch entsprechende
Steuerung der Hauptdresselklappe 3 und der Nebendrosselklappe 5 herangezogen werden.