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Gemischverdichtende, fremdgezündete
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Mehrzylinder-Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine
gemischverdichtende, fremdgezündete Mehrzylinder-Brennkraftmaschine für Fahrzeuge,
insbesondere Personenkraftfahrzeuge, mit einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung zur
Zuführung des Kraftstoffs in die Ansaugleitung.
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Bei herkömmlichen gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
(Otto-Motoren) mit Niederdruckeinspritzung münden die Kraftstoff-Einspritzdüsen
im allgemeinen unmittelbar vor den Einlaßventilen in die den einzelnen Zylindern
zugeordneten Saugrohre. Eine wesentlich weniger aufwendige zentrale Einspritzung
in die allen Zylindern gemeinsame Ansaugleitung vor dem Ansaugverteiler würde dagegen
die Gefahr einer ungleichmäßigen Aufteilung des Kraftstoffes auf die einzelnen Zylinder
der Brennkraftmaschine hervorrufen, da auch bei noch so feiner Zerstäubung des Kraftstoffes
eine ungleichmäßige Verteilung des in Form von mehr oder weniger großen Tröpfchen
vorliegenden flüssigen Kraftstoffes in der angesaugteri Luft kaum zu verhindern
ist,
insbesondere wenn die Strömungsrichtung des Gemisch auf dem
Weg in die Zylinder der Brennkraftmaschine mehrfach verändert wird.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher
darin, ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine in der eingangs
genannten Art zu schaffen, das trotz einfachem Aufbau mit zentraler Einspritzung
eine gute Aufbereitung und gleichmäßige Aufteilung des Kraftstoffes auf die einzelnen-Zylinder
der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine beheizbare, den eingespritzten Kraftstoff
durch die zugeführte Wärme wenigstens teilweise verdampfende Verdampfungskammer
nachgeschaltet ist. Dabei kann die Verdampfungskammer wenigstens eine allen Zylindern
der Brennkraftmaschine gemeinsame, in Luftströmungsrichtung vor der Drosselklappe
in die Ansaugleitung einmündende Austrittsöffnung aufweisen. Eine Verbesserung kann
dabei noch dadurch erreicht werden, wenn die Verdampfungskammer eine Einlaßöffnung
zur Zumischung von Frischluft aufweist.
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Zwar ist es bereits bekannt, die Aufbereitung des der Ansaugleitung
zugeführten Kraftstoffes durch Beheizung der angesaugten Luft oder des erzeugten
Gemisches zu verbessern. Da jedoch dazu eine Aufwärmung des gesamten, durch die
Ansaugleitung geförderten Luft- beziehungsweise Gemischvolumens erforderlich ist,
wird der Heizungsaufwand recht groß. Zudem ergibt sich bei der Erwärmung des gesamten
angesaugten Gasvolumens eine Volumenvergrößerung, die im Volllastzustand der Brennkraftmaschine
eine Leistungsverringerung durch Ladungsverluste zur Polge hat. Schließlich wird
durch die Temperaturerhöhung des Gemisches auch die Endtemperatur des Verbrennungsprozesses
angehoben, wodurch die Bildung von Stickoxyden gefördert wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung umgeht diese Nachteile dadurch, daß nur
der zuzuführende Kraftstoff und darüberhinaus die nur einen kleinen
Teil
des angesaugten Luftvolumens bildende, in der Verdampfungskammer zugemischte Luftmenge
erwärmt wird, wobei der Kraftstoff wenigstens zu einem der Leerlaufmenge entsprechenden
Teil verdampft wird. Der verdampfte Kraftstoff wird dann noch vor der Drosselklappe
der Ansaugleitung zugemischt, wobei infolge des dampfförmigen Zustands des Kraftstoffes
und der im Bereich der Drosselklappe auftretenden innige Verwirbelung eine gute
und gleichmäßige Vermischung des Kraft stoffes mit der angesaugten Luft erzielt
wird. Die auf diese Weise erreichte günstige Kraftstoffaufbereitung sichert eine
gute Verbrennung des Gemisches in den Zylinder der Brennkraftmaschine mit relativ
geringer Schadstoffbildung.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Verdampfungskammer
über eine die Leerlaufgemischmenge aufnehmende Leitung mit einer Stelle der Ansaugleitung
stromabwärts der Drosselklappe verbunden sein, so daß die in der Verdampfungskammer
aufbereitete Leerlaufgemischmenge unter Umgehung der im Leerlauf völlig geschlossen
Drosselkiappe der Saugleitung der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Dabei können
an sidibekannte Steuervorrichtungen zur Einregulierung der Leerlaufgemischmenge
vorgesehen sein.
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Die von der Erfindung vorgeschlagene Verdampfungskammer kann nun direkt
oder indirekt durch die Abgase der Brennkraftmaschine oder aber auch durch das Kühlwasser
der Brennkraftmaschine beheizbar sein. Zusätzlich kann in der Verdampfungskammer
auch eine elektrische Heizvorrichtung vorgesehen sein, die zweckmäßigerweise nur
während des Kaltstarts in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine zugeschaltet
ist. Diese elektrische Heizvorrichtung kann in an sich bekannter Weise durch eine
Glühwendel, einen Glühstift oder einen selbstregelnden PTC-Widerstand gebildet sein.
Die elektrische Heizvorrichtung soll die Verdampfung des Kraftstoffes,insbesondere
während des Kaltstarts und in der Warmlaufphase, wenn die Beheizung durch die Abgase
oder das Kühlwasser der Brennkraftmaschine noch nicht ausreichend ist, die gewünschte
Verdampfung des/der Verdampfungskammer zugeführten Kraftstoffes bewirken. Auch hierbei
wird der
Vorteil erreicht, daß im wesentlichen nur der Kraftstoff
und ein Teil der durch die Ansaugleitung angesaugten Luftmenge erwärmt wird, wozu
nur eine verhältnismäßig geringe Energiemenge erforderlich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll die Lufteintrittsöffnung
der Verdampfungskammer in Strömungsrichtung vor einem die Luftaustrittsöffnung aufweisenden
Lufttrichter der Ansaugleitung angeordnet sein. Dadurch ergibt sich zwischen der
Lufteintritts- und der Luftaustrittsöffnung eine Druckdifferenz, die den Transport
der Luft durch die Verdampfungskammer besorgt.
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Falls eine derartige Anordnung nicht möglich sein sollte, kann die
Lufteintrittsöffnung in der Verdampfungskammer auch mit der DruckseLte eines luitansaugenden
Verdichters oder Gebläses verbunden sein, so daß die Förderung der zugemischten
Luft durch die Verdampfungskammer von einem solchen Verdichter oder Gebläse besorgt
wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
eines schematischen Längsschnittes durch eine Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei ist in der Zeichnung mit
1 die Ansaugleitung und mit 2 eine darin zur Leistungssteuerung angeordnete Drosselklappe
bezeichnet. Mit 3 ist insgesamt ein Kraftstoffzuführungssystem bezeichnet, das aus
einer Kraftstoff in eine Verdampfungskammer 4 einspritzenden Einspritzvorrichtung
6 besteht. Dabei ist die Verdampfungskammer 4 über eine Lufteintrittsöffnung 7 sowie
mehrere stromabwärts der Lufteintrittsöffnung im Bereich eines im Querschnitt verengten
Lufttrichters 22 angeordneten Austrittsöffnungen 8 mit der Ansaugleitung 1 verbunden.
Diese Austrittsöffnungen 8 befinden sich in Luftströmungsrichtung vor der Drosselklappe
2, während eine Austrittsöffnung 19 eines zusätzlich noch vorhandenen Bypaßkanals
9 stromabwärts der Drosselklappe 2 in die Ansaugleitung 1 mündet. In dieser Bypaßleitung
9 ist eine Regulierschraube 20 mit einer gegenüber einem kegeligen Sitz 18 verstellbaren
Kegelspitze 21 zur Einregulierung der diese Leitung durchsetzenden Gemischmenge
vorgesehen.
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Die Verdampfungskammer 4 wird bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführung
durch ein Gehäuse 5 gebildet, das von einem zweiten Gehäuse 10 mit Abstand umgeben
ist. Der zwischen den beiden Gehäusen 5 und 10 gebildete Raum 11 wird über Anschlußleitungen
13 und 14 mit einem Wärmetransportmittel beaufschlagt, das beispielsweise aus dem
Kühlwasser der Brennkraftmaschine, aus den Abgasen der Brennkraftmaschine oder aus
von diesen Abgasen erwärmtem Wasser oder sonstigen Medien bestehen kann. In der
Verdampfungskammer 4 sind noch eine Vielzahl von quer zur Einspritzrichtung des
Kraftstoffes verlaufenden und mit dem Raum 11 verbundenen Rohren 12 vorgesehen,
die eine wesentliche Vergrößerung der Heizfläche bewirken.
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Im Bereich des abströmseitigen Endes der Verdampfungskammer 4 ist
eine beispielsweise durch eine Heizwendel 15 gebildete elektrische Heizvorrichtung
angedeutet, die über eine mittels einer Isolierung 1 durch die Wand der Ansaugleitung
1 gefahren Stromzuführungsleitung 16 mit Heizstrom beaufschlagbar ist Anstelle der
Glühwendel könnte hier auch ein Glühstift oder ein ebenfalls ansich bekannter selbststeuernder
PTC-Widerstand vorgesehen sein, wobei letzterer den Vorteil beinhaltet, mit steigender
Umgebungstemperatur selbsttätigrdie Stromzufuhr zu verringern. Da es nämlich zweckmäßig
ist, diese elektrische Heizvorrichtung nur während des Kaltstarts und in der Warmlaufphase
der Brennkraftmaschine eingeschaltet zu lassen, müßte bei einem Glühstift oder einer
Heizwendel noch eine zusätzliche thermische Regeleinrichtung zur Abschaltung der
Strombeaufschlagung bei Überschreitung einer vorgegebenen Gemischtemperatur vorgesehen
sein.
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Bei dem in der Zeichnung gezeigten erfindungsgemäßen Kraftstoffaufbereitungssystem
wird also der Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 6 nicht unmittelbar
in die Ansaugleitung 1 sondern zunächst in die der Eraftstoffeing ritzeinrichtung
nachgeschaltete Verdampfungskammer 4 eingespritzt, in der durch eine intensive Aufwärmung
mittels Kühlwasser, Abgas oder sonstige Wärmeträger der Kraftstoff zu einem wesentlichen
Teil verdampft wird.
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Erst der auf diese Weise aufbereitete KraftstoffdamS wird dann der
in der Ansaugleitung-strömenden Luft zugemischt, wobei aufgrund des gleichartigen
Aggregatzustandes der beiden Mischungskomponenten die Voraussetzungen für eine gute
und gleichmäßige Vermischung gegeben sind. Diese Mischung wird noch dadurch verbessert,
daß der Verdampfungskammer über die LuSteintrittsöffnung 7 ein kleiner Teil der
Ansaugluft zugemischt wird, so daß aus der Verdampfungskammer bereits ein stark
mit Kraftstoff angereichertes, im wesentlichen gasförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch
austritt. Diese zuvor beschriebenen günstigen Mischungsvoraussetzungen eröffnen
nun auch die Möglichkeit, den Kraftstoff zentral, das heißt gemeinsam für alle Zylinder
der Brennkraftmaschine der Ansaugleitung zuzuführen, was zweckmäßigerweise vor der
Drosselklappe erfolgen sollte, da die im Bereich der Drosselklappe auftretende Wirbelbildung
dann noch zu einer Verbesserung der Gemischbildung herangezogen werden kann. Da
wahrend des lCaltstarts und in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine das Abgas
und erst recht das Kühlwasser noch nicht warm genug sind, um eine ausreichende Aufwärmung
und Verdampfung des zuzuführenden Kraftstoffes zu bewirken, ist zusätzlich noch
die elektrische Heizvorrichtung 15 vorgesehen, die in diesen Betriebszuständen zur
Unterstützung zugeschaltet wird.
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Die- Verdampfungskammer 4 des erfindungsgemäßen Kraftstoffaufbereitungssystems
3 ist nun zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß bei niedrigen Lasten, das heißt bei
Leerlauf und Teillast, der Kraftstoff nahezu vollständig verdampft wird, während
bei höheren Lasten und im Vollastzustand der Brennkraftmaschine nur ein Teil des
eingespritzten Kraftstoffes verdampft wird. Eine vollständige Verdampfung des Kraftstoffes
bei Vollast ist ohnehin nicht unbedingt erwünscht, da der Kraftstoffdampf dann einen
größeren Volumenanteil der Zylinderladung einnehmen und so ebenfalls durch Verringerung
des Ladungsverhältnisses zu einer Leistungeinbuße führen würde.
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Während in den normalen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine der
dampfförmige Kraftstoff noch vor der Drosselklappe zugeführt
wird,
wird im Leerlauf das in der Verdampfungskammer 4 gebildete Gemisch über die Bypaßleitung
9 zu der stromabwärts der dann geschlossenen Drosselklappe liegenden Auslaßöffnung
19 geführt.
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Dabei kann die Leerlaufgeniischmenge in an sich bekannter Weise durch
eine Regulierschraube 20 eingestellt werden, ebenso wie die in diesem Betriebszustand
von der Einspritzvorrichtung 6 eingespritzte Kraftstoffmenge regulierbar sein sollte.
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Abweichend von der in der Zeichnung gezeigten Ausführung könnten die
Gemischaustrittsöffnungen 8 auch hinter der Drosselklappe 2 liegen, wobei die Lufteintrittsöffnung
7 dann selbstverständlich vor der Drosselklappe angeordnet ist. Damit würde man
allerdings auf die im Bereich der Drosselklappe auftretende besonders gute Vermischung
verzichten.