DE2925495A1

DE2925495A1 - Gemischaufbereiter fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2925495A1
Application number: DE19792925495
Authority: DE
Inventors: Anwar Dr Abidin; Valerio Dr Bianchi; Dieter Thoennessen
Original assignee: Bosch and Pierburg System OHG
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1979-06-23
Filing date: 1979-06-23
Publication date: 1981-01-22

Description

Die Erfindung betrifft einen Gemischaufbereiter für Brenn-
kraftmaschinen mit einem im Zuge eines Strömungshauptpfades zu einer Mischkammer führenden Luft-Einlaßkanal, mit einer Düsenanordnung zum Einleiten von Kraftstoff sowie Luft in die Mischkammer, mit einer im Strömungshauptpfad befindlichen Hauptdrossel und mit einer Abgaseinleitung in den Strömungshauptpfad.
Ein derartiger Aufbereiter ist aus der DE-AS 21 23 360 bekannt. Dabei ist eine Mischkammer zum Erzeugen eines Brennstoff-Luftgemisches in üblicher Weise stromab von einer klappenförmigen Hauptdrossel begrenzt. In das zur Brennkraftmaschine führende Ansaugrohr mündet stromab der Hauptdrosselklappe eine Abgasleitung eines Brenners, dessen heiße Abgase zunächst durch einen Wärmeausauscher zum Vorwärmen des Motorschmiermittels und dann in das Ansaugrohr strömen. Das unmittelbare Einleiten der heißen Abgase in das Brennstoff-Luftgemisch soll zu einer besseren Wärme ausnutzung und zu einer Verdampfung des Brennstoffs führen, um zu verhindern, daß sich Brennstoff in Tropfenform an den noch kalten Wandungen des Ansaugsystems niederschlägt. Gleichzeitig sollen sich bessere Kaltstartbebingungen und geringere Abgasverunreinigungen erzielen lassen. Diese nur für eine Einrichtung mit einem Zusatzbrenner zum Vorwärmen des Motorschmiermittels vorgesehenen Maßnahmen haben jedoch den wesentlichen Nachteil, daß bei der Brennstoffverdampfung gleichzeitig auch eine Aufwärmung der Ansaugluft erfolgt, was bekanntlich zu einem Vermindern des Füllungsgiades der Zylinder führt.
Ähnliche Probleme wie bei einer unmittelbaren Einführung von Abgas in das Brennstoff-Luftgemisch ergeben sich bei einer anderen bekannten Einrichtung mit einem Wärmeaustauscher, dem rückgeführtes heißes Abgas zugeleitet wird und der für ein Vorwärmen des Brennstoff-Luftgemisches in einer Mischkammer sorgt. Auch hier werden nicht nur der Brenn- bzw. Kraftstoff verdampft, sondern gleichzeitig auch die Ansaugluft in nachteiliger Weise erwärmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbereiter der eingangs genannten Art unter Vermeidung der geschilderten Nachteile so auszubilden, daß beim Einleiten von heißem Abgas dessen Wärme zum optimalen Verdampfen von Kraftstoff ausgenutzt wird, ohne daß ein maßgebliches Erwärmen der Ansaugluft stattfindet.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagenL daß eine Kraftstoff-Zerstäuberdüse mit Zerstäuberluftkanal in einen Abgasrückführungskanal stromab einer Abgasdrossel mündet, daß der Abgasrückführungskanal über einen Aufbereitungskanal mit endseitigen Austrittsdüsen in die Mischkammer mündet, und daß die Hauptdrossel in der Luft-EinlaBleitung angeordnet ist. Bei diesem Aufbereiter kommt die Ansaugluft erst dann mit dem Abgas in Berührung, wenn dessen überschüssige Wärmeenergie praktisch vollständig zum Verdampfen des Kraftstoffs aufgebraucht worden ist. Dieser Verdampfungsvorgang erfolgt nicht wie üblich im Strömungshauptpfad, sondern in dem dem Abgasrückführungskanal nachgeschalteten. Aufbereitungskanal. Zunächst wird der Kraftstoff mit Hilfe von Zerstäuberluft in der Zerstäuberdüse optimal zerstäubt, um danri mit dem heißen Abgas in den Aufbereitungskanal einzutreten, wo der Verdampfungsvorgang stattfindet; Die Menge des vom Ausgang der Brennkraftmaschine rückgeführten Abgases und damit auch die Wärmeenergiemenge können durch die Abgasdrossel eingestellt und an die jeweiligen Betriebsverhältnisse angepaßt werden. Nach dem Verdampfungsvorgang tritt das aus Kraftstoff, Luft und Abgas bestehende Gasgemisch mit einer etwa der Temperatur der Ansaugluft entsprechenden Temperatur in die Mischkammer ein, wo ein reiner Gasmischvorgang stattfindet. Dieses Gasgemisch strömt anschließend in die Brennkraftmaschine, wo ein optimaler Füllungsgrad der Zylinder erzielt werden kann, da die Ansaugluft nicht vorgewärmt wurde.
Wegen der jeweils stromauf der Zerstäuberdüse im Abgasrückftthrungskanal und stromauf der Austrittsdüsen im Luft-Einlaßkanal befindlichen Drosseln liegen beide Düsen im Teillast- und im Leerlaufbetrieb im Unterdruckbereich, so daß keine gesonderte Pumpen für den Kraftstoff und/oder die Zerstäubungsluft erforderlich sind. Diese Notwendigkeit entfällt auch.beim Vollastbetrieb mit offenen Drosseln, da der in die Mischkammer mündende Aufbereitungskanal zu einer Querschnittsverminderung des Strömungshauptpfades und somit zu einer venturiartigen Unterdruckverstärkung führt.
Vorzugsweise besitzt die Kraftstoff-Zerstäuberdüse in an sich bekannter Weise.einen zentralen Kraftstoffkanal und einen diesen konzentrisch umgebenden. ringförmigen Zerstäuberluftkanal, der unmittelbar stromab der Mündung des Kraftstoffkanals durch eine Einschnürung gedrosselt ist. Eine derartige Kraftstoff-Zerstäuberdüse ist hinsichtlich der Feinzerstäubung von Kraftstoff besonders wirksam. Diese wiederum ist wichtig für einen optimalen Kraftstoff-Verdampfungsvorgang in einem nicht zu langen Aufbereitungskanal. Durch eine vorherige Zerstäubung des Kraftstoffs läßt sich eine derart optimale Verdampfung erzielen, daß nach Verzehr der überschüssigen Wärmeenergie des Abgases in der Mischkammer nur gasförmige Bestandteile gemischt werden.
Vorzugsweise ist der rohrförmige Aufbereitungskanal unter Bildung eines ringförmigen isolierenden Luftspalts von einem Mantelrohr umgeben. Durch diese Maßnahme wird ein Verdampfungswärmeverlust praktisch vollständig vermieden und unterbleibt ein Vorwärmen der Ansaugluft durch den in den Luft-Einlaßkanal einmündenden Aufbereitungskanal. Eine solche Wärmeisolerung ist wichtig, da der Wärmeenergie-bzw. Temperaturabbau des heißen Abgases über die Länge des Aufbereitungskanals allmählich erfolgt.
Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn der Aufbereitungskanal in einem hohlen Austrittsdüsenkegel mit dessen Kegelmantel durchsetzenden Austrittsdüsen endet. Hierdurch kann in der Mischkammer ein wirksames Vermischen der Gasbestandteile erfolgen, um ein einwandfreies Verbrennungsgemisch für die Brennkraftmaschine zu erhalten.
Bei einer sehr zweckmäßigen praktischen Ausführungsform besitzen ein den Luft-Einlaßkanal begrenzendes Lufteinlaßrohr sowie ein den Abgasrückführungskanal begrenzendes Abgasrückführungsrohr etwa um 900 umgebogene Austrittsenden, während der Aufbereitungskanal gerade und zentral zu einem die Mischkammer begrenzenden Mischkammergehäuse verläuft und den gebogenen Teil des Lufteinlaßrohrs durchsetzt. Hierbei können die Kraftstoff-Zerstäuberdüse, der Aufbereitungskanal und der Austrittsdüsenkegel konzentrisch zur Längsachse der Mischkammer angeordnet sein. Hierdurch gestalten sich Ein'oauabmessungen und Zugänglichkeit der Anschlüsse besonders günstig.
Außerdem ergeben sich durch die gerade Ausbildung des Aufbereitungskanals optimale Verdampfungsverhältnisse.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der Zeichnung im Querschnitt dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In einem um 900 abgebogenen Luft-Einlaßkanal 1 befindet sich eingangsseitig eine Hauptdrossel 2 in Form einer um eine zentrale Achse schwenkbaren Drosselklappe. Der Luft-Einlaßkanal 1 führt ausgangsseitig in eine Mischkammer 3, in die eine zentral angeordnete Dilsenanordnung 4 ragt.
Eine Kraftstoff-Zerstäuberdüse 5 besitzt einen zentralen Kraftstoffkanal 6 und einen diesen Eonzentrisch umgebenden, ringförmigen Zerstäuberluftkanai 7, der mit einem seitlichen Lufteingang 8 verbunden ist. Der Zerstäuberkanal 7 ist unmittelbar stromab der Mündung des Kraftstoffkanals 6 mit einer drosselnden Einschnürung 9 versehen. Eine derartige Kraftstoff-Zerstäuberdüse 5 ist an sich bekannt und-ermöglicht eine optimale Kraftstoffzerstäubung.
Die Kraftstoff-Zerstäuberdüse 5 ragt in einen um 90° abgebogenen Abgasrückführungskanal 10 und mündet etwa zentrisch an dessen Ausgang. Am Eingang des Abgasrückführungskanals 10 befindet sich eine Abgasdrossel 11 in Form einer um eine mittige Achse schwenkbaren Drosselklappe.
Ausgangsseitig geht der Abgasrückführungskanal 10 in einen geraden Aufbereitungskanal 12 über, der von einem konzentrischen, ringförmigen Luftspalt 13 umgeben ist, welcher von einem Mantelrohr 14 begrenzt ist. Der Luftspalt 13 dient als Wärmeisolierung für den Aufbereitungskanal 12; der mit dem Mantelrohr 14 die Wandung des Luft-Einlaßkanals 1 durchsetzt und zu der Mischkammer 3 führt, in der der Aufbereitungskanal 12 in einen hohlen Austrittsdüsenkegel 15 endet. Die Wandung des Kegels 15 ist von mehreren Austrittsdüsen 16 durchsetzt, die den Aufbereitungskanal 12 mit der Mischkammer 3 verbinden.
Damit wird der Querschnitt des Luft-Einlaßkanals 1 am ausgangsseitigen Ende 17 durch das Ummantelunsrohr 14 des Aufbereitungskanals 12 verengt, was zu einem Venturieffekt und somit zu einer Unterdruckverstärkung im Teillast- und Vollastbetrieb im Bereich der Düsenanordnung 4 führt.
Der Luft-Einlaßkanal 1 ist von einem umgebogenen Lufteinlaßrohr 18 begrenzt, welches mit einem Mischkammergehäuse 19 über einen am Lufteinlaßrohr 18 angeschweißten Flansch 20 sowie über Bohrungen 21 und nicht dargestellte Verschraubungen zu verbinden ist. Der Abgasrückführungskanal 10 ist von einem gebogenen Abgasrückführungsrohr 22 begrenzt, das ausgangsseitig mit einem querschnittsvermindernden Anschlußstück des rohrförmigen Aufbereitungskanals 12 verschweißt ist. Das Mantelrohr 14 istuf Absätzen einerseits des Anschlußstücks und andererseits des Austrittsdüsenkegels 15 gehalten und mit diesen Teilen sowie mit dem Lufteinlaßrohr 18 vorzugsweise durch Schweißen verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich die Kraftstoff-Zerstäuberdüse 5, der Aufbereitungskanal 12 und der Austrittsdüsenkegel 15 entlang der Längsachse 23 der Mischkammer 3. Die Eingänge des Luft-Einlaßkanals 1 und des Abgasrückführungskanals 10 befinden sich auf verschiedenen Höhen und weisen in entgegengesetzte Richtungen. Diese Bauform ergibt günstige Abmessungs- und Zugänglichkeitsverhältnisse in Verbindung mit einem optimalen Verdampfungsvorgang in dem geraden Aufbereitungskanal 12. Die Hauptdrossel 2 und/oder die Abgasdrossel 11 können beispielsweise auch in Form von einstellbaren Schiebern, Ventilen od.dgl. ausgebildet werden.
Günstige Aufbereitungsverhältnisse ergeben sich dann, wenn eine Abgasmenge von jeweils etwa 10% der Ansaugluftmenge zugeführt wird. Der erfindungsgemäße Aufbereiter sorgt für eine wesentliche Verbesserung der Kraftstoff-Luft-Gemischaufbereitung durch die Abgasrückführung und deren Wärme aus nutzung zur Kraftstoffverdampfung.
Da keine durch Vorwärmen der Ansaugluft erfolgende Verminderung des Füllungsgrades auftritt, wird mit der Erfindung zudem eine optimale Einrichtung zum Erfüllen der immer strenger werdenden Abgasvorschriften geschaffen, indem ein Betrieb mit magererem Gemisch ermöglicht wird. Wenn es erwünscht ist, kann die der Kraftstoff-Zerstäuberdüse zugeleitete Kraftstoffmenge zusätzlich durch bekannte Vorrichtungen in Abhängigkeit von Betriebsparametern zugemessen werden.
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Claims

"Gemischaufbereiter für Brennkraftmaschinen" Patentansprüche: Gemischaufbereiter für Brennkraftmaschinen mit einem im Zuge eines Strömungshauptpfades zu einer Mischkammer führenden Luft-Einlaßkanal, mit einer Dusenanordnung zum Einleiten von Kraftstoff sowie Luft in die Mischkammer, mit einer im Strömungshauptpfad befindlichen Hauptdrossel und mit einer Abgaseinleitung in den Strömungshauptpfad, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß eine Kraftstoff-Zerstäuberdüse (5) mit Zerstäuberluftkanal (7) in einen Abgasrückführungskanal (10) stromab einer Abgasdrossel (11) mündet, daß der Abgasrückführungskanal (io) über einen Aufbereitungskanal (12) mit endseitigen Austrittsdüsen (16) in die Mischkammer (3) mündet, und daß die Hauptdrossel (2) in der Luft-Einlaßleitung (1) angeordnet ist.
2. Gemischaufbereiter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Kraftstoff-Zerstäuberdüse (5) einen zentralen Kraftstoffkanal (6) und einen diesen konzentrisch umgebenden ringförmigen Zerstäuberluftkanal (7) aufweist, der unmittelbar stromab der Mündung des Kraftstoffkanals (6) durch eine Einschnürung (9) gedrosselt ist.
3. Gemischaufbereiter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der rohrförmige Aufbereitungskanal (12) unter Bildung eines ringförmigen, isolierenden Luftspalts (13) -w-on einem Mantelrohr (16) umgeben ist.
4. Gemischaufbereiter nach Anspruch 3, d-a d u r c h g e -k e n n z e i c h ne t , daß der Aufbereitungskanal (12) in einem hohlen Austrittsdüsenkegel (15) mit dessen Kegelmantel durchsetzenden Austrittsdüsen (16) endet.
5. Gemischaufbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein den Luft-Einlaßkanal (1) begrenzendes Lufteinlaßrohr (18) sowie ein den Abgasrückführungskanal (10) begrenzendes Abgasrückführungsrohr (22) etwa um 900 umgebogene Austrittsenden besitzen, während der Aufbereitungskanal (12) gerade und zentral zu einem die Mischkammer (3) begrenzenden Mischkammergehäuse (19) verläuft und den gebogenen Teil des Lufteinlaßrohrs (18) durchsetzt,
6. Gemischaufbereiter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kraftstoff-Zerstäuberdüse (5), der Aufbereitungskanal (12) und der Austrittsdüsenkegel (15) konzentrisch zur Längsachse (23) der Mischkammer (3) angeordnet sind.
7. Gemischaufbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Hauptdrossel (2) und/oder die Abgasdrossel (11) als einstellbare Drosselklappen ausgebildet sind.