DE2650245C2 - Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Vorwärmung der Verbrennungsluft mittels Abgaswärme - Google Patents

Description

50

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Vorwärmung der Verbrennungsluft mittels Abgaswärme gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Vorwärmung der Verbrennungsluft ist besonders beim Kaltstart notwendig, um ein schnelles Hochlaufen der Maschine zu erwirken und zugleich die Zeit bis zum Erreichen der Betriebstemperatur abzukürzen.

Es ist eine Luftvorwärmeinrichtung für eine gemischbildende Brennkraftmaschine bekannt (US-PS 00 015), bei der in einem Wärmetauscher der aus drei koaxial angeordneten Rohren besteht, die Verbrennungsluft vor Eintritt in einen Vergaser vorgewärmt wird. Dabei durchströmt die Ansaugluft nacheinander den äußeren und inneren Raum der drei Räume, die von den koaxial angeordneten Rohren gebildet werden, während der mittlere Raum mit den einzelnen Auspuffkanälen der Brennkraftmaschine verbunden ist und stirnseitig aus dem Rohrpaket in einen Ausgangsstutzen ausmündet

Dieser Wärmetauscher ist ein einteilig hergestelltes kompliziertes Teil, bei dem die Ansaugluft einen weiten Weg mit Mehrfachumlenkungen zurücklegen muß, wobei sich durch die unerwünschten Strömungsverluste ein schlechter Füllungsgrad für die Zylinder ergibt Auch die Auspuffrohre werden in dem mittleren Raum mehrfach umgelenkt, wobei sich ebenfalls Strömungsverluste und Rußablagerungen ergeben. Die Auspuffwege sind von außen weder sichtbar noch zugänglich, so daß sie bei Verrußung nicht zu reinigen sind. Bei der gegebenen Länge über mehrere Zylinder ergeben sich durch die Ineinanderanordnung von heißen und kalten Rohren starke Wärmedehnungen der Wandungen, die erfahrungsgemäß zu Spannungsrissen führen. Solche möglichen Risse im Innern werden aber bei einer solchen kompakt bauenden Anlage kaum bemerkt, so daß ein längerer Betrieb mit inneren Undichtigkeiten möglich ist, bevor sie erkannt werden.

Es ist ferner bekannt (FR-PS 10 89 156), in einem kastenförmigen aus zwei U-Eisen und zwei Stirndeckeln zusammengeschweißten Auspuffrohr ein einstückiges Gemischsaugrohr anzuordnen, dessen Verbindungsleitungen zu den einzelnen Maschinenzylindei η und dessen Zuführungsleitung in zwei benachbarten Seitenwänden des Auspuffrohres enden und mit diesem unlösbar verbunden sind. Damit wird die Seitenfläche des Auspuffrohres über die ganze Länge Flanschfläche zum Anbau an die einzelnen Zylinderkopfflansche. Mit der Anordnung des Gemischsaugrohres innerhalb des Auspuffrohres soll Petroleum als schwer entzündbarer Kraftstoff durch hohe Vorwärmung zündfähig aufbereitet werden. Die mit dieser Anordnung erzielte hohe Aufheizung des Gemisches bedeutet bei Luftvorwärmung eine zu starke Erwärmung mit entsprechend schlechtem Füllungsgrad. Da die Auspuffleitung Temperaturen von 550-600° C annehmen kann, ist eine solche Anordnung für die Luftvorwärmung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine nicht geeignet. Die Schrauben zur Befestigung des Auspuffrohres durchsetzen den Innenraum ohne die sonst üblichen Schraubenpfeifen als Abstützung zu benutzen, damit ergibt sich für die Schrauben eine gefährlich hohe Temperatur. Auf Schraubenpfeifen wurde verzichtet, weil das Auspuffrohr aus zwei zusammengeschweißten U-förmigen Trägern so formsteif ist, daß selbst bei Anordnung der Schrauben nahe der Mitte die Kastenform nicht zusammengedrückt wird. Mit dieser Schraubenverbindung wird nur das Auspuffrohr befestigt, in dem das Gemischsaugrohr unlösbar befestigt ist. Die Verbundkonstruktion eines verhältnismäßig kühlen Gemischsaugrohres mit dem heißen Auspuffrohr ergibt an den Verbindungsstellen infolge ungleicher Wärmedehnungen Spannungen, die vorzeitig zur Zerstörung der Verbundstellen durch Risse führen.

Aus der AT-PS 1 65 473 ist eine Vorwärmeinrichtung für das Gemischsaugrohr einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine bekannt, bei der das Saugrohr innerhalb eines groß dimensionierten Auspuffrohres angeordnet ist und von den Auspuffgasen allseitig beheizt wird. Mit der sich ergebenden starken Anheizung sollen zündunwillige Kraftstoffe durch höhere Aufheizung für die Verbrennung aufbcrcilei werden. Die Stutzen des Saugrohres zu den einzelnen Zylindern durchdringen die Wand des umgebenden

Auspuffrohres und sind mit diesem zu einer nicht demontierbaren einstöckigen Einheit verbunden. Da es sich um eine einstückige Blechkonstruktion handelt, entspricht die Befestigung des äußeren Auspuffrohres an den Zylinderköpfen der Maschine der allgemein bekannten Befestigungsart Als nachteilig hat sich die Verbundkonstruktion von relativ kalten und heißen Rohren dieser Art erwiesen, weil das kältere Rohr das heißere Rohr an der Wärmeausdehnung hindert, so daß es nach einiger Zeit zu Rissen in Schweißnähten und überbeanspruchten Wandteilen kommt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Luftvorwärmung durch Abgas einen raumsparenden und leicht herstellbaren Wärmetauscher zu schaffen, der zur besseren Wärmeausnutzung unmittelbar an den Zylinderkopf anschließt und leicht an- und abgebaut und zerlegt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst Die Anordnung des Luftsaugrohres schließt unmittelbar an die Zylinderköpfe an, so daß sich fast keine Wärmeverluste ergeben und zugleich eine raumsparende Anordnung ergibt. Die bekannten Auspuffrohr-Abzweigungen mit ihren Krümmern, die für andere Bauteile keinen Platz zulassen, liegen mit ihrer großen Oberfläche im Luftsaugrohr und bewirken einen guten Wärmeübergang. Eine solche aus Einzelteilen zusammengesetzte Rohrkonstruktion ergibt eine besonders einfache Herstellmöglichkeit sowie einfache Montage- und Demontagebedingungen.

Bei der Anordnung von Wellrohrabschnitten im L>;ftsaugrohr und/oder im Auspuffsammeirohr werden in günstiger Weise Spannungen, die sich bei ungleicher Längendehnung von Auspuff- und Luftsaugrohr ergeben, ausgeglichen. Ferner wird die Verwendung von handelsüblichen Serienteilen ermöglicht, die neben dem günstigen Längenausgleich beider Rohre zugleich eine große Oberfläche zur besseren Wärmeübertragung bieten.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

A b b. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Luftsaugrohr mit innen liegendem Auspuffrohr im zusammengebauten Zustand.

A b b. 2 und 3 zeigen ein Luftsaugrohr in Längsansicht und im Querschnitt.

A b b. 4 und 5 zeigen ein Auspuffsammeirohr in Längsansicht und im Querschnitt.

A b b. 6 und 7 zeigen einen Zwischenflansch in Ansicht auf die Flanschfläche und im Längsschnitt.

In Abb. 1 ist ein Luftsaugrohr 1 mit einem innen liegenden koaxial angeordneten Auspuffsammeirohr 2 im Querschnitt dargestellt. Das Auspuffrohr zeigt in der Schnittebene einen Abzweig 3, der sich dichtend an die Innenwand des Luftsaugrohres 1 anlegt und eine öffnung 4 in der Wand des Luftsaugrohres 1 umschließt. Die öffnung 4 in der Wand des Luftsaugrohres 1 wird an der Außenseite des Luftsaugrohres 1 von einem Zwischenflansch 5 mit zylinderförmig und hohlgekrümmter Dichtfläche umschlossen. Die gegenüberliegende flache Dichtfläche des Zwischenflansches 5 stellt die Verbindung zum nicht näher dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine her.

Bei der Befestigung des Luftsaugrohres 1 wird dieses zwischen dem Zwischenflansch 5 und dem Auspuffrohr 2 mittels der Schrauben 6 verspannt. Hierzu sind in der Wand des Luftsaugrohres 1 Stützpfeifen 7 befestigt, die von der Auflagefläche 8 des Auspuffsammeirohres 2 bis knapp über die Außenwand des Luftsaugrohres 1 reichen. Durch diese Befestigungsart ergibt sich eine sehr einfach herzustellende Kombination von Luftsaugrohr 1 und Auspuffsammeirohr 2, die durch die gute Zugänglichkeit der Schrauben 6 leicht an- und abgebaut werden kann. Ein weiterer Vorteil für den Wärmeübergang bieten die Stützpfeifen im Luftsaugrohr, die im Luftstrom Wirbel erzeugen und damit den Wärmeübergang verbessern.

Abweichend von der zeichnerischen Darstellung können die Stützpfeifen 7 auch wegfallen, so daß kürzere Befestigungsschrauben mit dem Schraubenkopf direkt auf der Auflagefläche 8 aufliegen. In diesem Falle muß im Luftsaugrohr 1 an der Stelle, wo die Stützpfeife 7 die Wand durchdringt, eine Öffnung für einen Steckschlüssel vorgesehen werden. Nach der Montage muß diese öffnung mit einem Blechdeckel, Stopfen oder Blindflansch verschlossen werden. Eine solche Lösung bringt weniger Spannungen in die sich verschieden ausdehnenden Rohre.

In A b b. 2 und 3 ist das Luftsaugrohr t mit eingeschweißten Stützpfeifen 7 dargestellt. Zum Ausgleich von Längenänderungen bei starker Wärmedehnung ist das Luftsaugrohr 1 jeweils zwischen zwei Zylinderkopfanschlössen mit einem Wellrohrabschnitt ausgestattet. Die Öffnung 4 in der Wand des Luftsaugrohres 1 stellt die Verbindung zwischen dem Auspuffsammeirohr 2 und dem Zwischenflansch 5 her (A b b. 6 und 7).

In Abb. 4 und 5 ist das Auspuffsammeirohr 2 mit einem Flansch 9 mit einer gewölbten Flanschfläche am jeweiligen Abzweig für einen Zylinderkopf dargestellt. Zum Ausgleich von Wärmedehnungen ist das Auspuffsammeirohr 2 zwischen jeweils zwei Abzweigen 3 als Wellrohrabschnitt ausgebildet. Die kreisrund gewölbte Fläche des Flansches 9 legt sich bei der Montage dichtend an die Innenwand des Luftsaugrohres 1 an.

In A b b. 6 und 7 ist der Zwischenflansch 5, der das zu einem Wärmetauscher kombinierte Luftsaugrohr 1 und Auspuffsammeirohr 2 mit dem nicht dargestellten Zylinderkopf verbindet, dargestellt. Die hohle zylindrische Flanschfläche wird bei der Montage gegen die kreisrunde Außenwand des Luftsaugrohres 1 gedrückt, während die gegenüberliegende ebene Flanschfläche die Verbindung mit dem Zylinderkopf herstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Vorwärmung der Verbrennungsluft mittels Abgaswärme, bei der das Auspuffsammeirohr (2) entlang der Zylinderreihe geführt ist und von einem Luftsaugrohr (1) umgeben ist, wobei innerhalb des Luftsaugrohres (1) koaxial das Auspuffsammeirohr (2) angeordnet ist und vom Auspuffsammeirohr (2) Abzweigungen für die einzelnen Zylinderköpfe ausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftsaugrohr (1) kreisrunden Querschnitt besitzt, daß an den dem Zylinderkopf-Auspuff-Flansch zugewandten Wandöffnungen (4) des Luftsaugrohres (1) von der Innenwand desselben her die Flansche (9) der Auspuffsammelrohr-Abzweigungenß) und von der Außenwand desselben her an den Zylinderkopf-Auspuff-Flanschen befestigbare Zwischenflansche (5) dichtend anschließen, wobei das Luftsaugrohr (1), der Flansch (9) der Auspuff-Rohr-Abzweigung (3) und der Zwischenflansch (5) an den Zylinderkopf-Auspuff-Flansch mittels jeweils alle diese Teile durchdringende Schrauben (6) verbindbar sind, wobei die Schrauben (6) quer im Luftsaugrohr (1) liegen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (6) in Stützpfeifen (7) geführt sind, deren eines Ende sich auf den Flanschen (9) der Auspuffsammelrohr-Abzweigungen (3) abstützt und deren anderes Ende mit der Wand des Luftsaugrohres (1) in Verbindung steht.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (6) bis zum Flansch (9) des Auspuffsammelrohr-Abzweiges (3) reichen und daß den Schraubenköpfen ihnen gegenüberliegende, dichtend verschließbare Öffnungen in der Wand des Luftsaugrohres (1) zugeordnet sind.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftsaugrohr (1) zwischen den Öffnungen (4) Wellrohrabschnitte aufweist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche ! bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspuffsammeirohr (2) in Längsrichtung aus Wellrohrabschnitten und Formstücken mit Abzweigungen (3) zusammengesetzt ist, die fest miteinander verbunden sind (A bb. 4).