DE2939708A1

DE2939708A1 - Catalytic reactor for IC engine exhaust - has heated connecting section to engine inlet manifold preventing fuel condensing when cold

Info

Publication number: DE2939708A1
Application number: DE19792939708
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7146 Tamm Müller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-09-29
Filing date: 1979-09-29
Publication date: 1981-04-16
Also published as: JPS5654951A

Abstract

The exhaust manifold of an i.c. engine is connected to a catalytic reactor. A branch duct supplies hot exhaust gas to the heated connecting section which leads to the engine inlet manifold. The connecting section prevents fuel condensation during cold starting. Temperature sensors actuate controls which shut off the catalytic reactor by means of flap when necessary, so improving fuel consumption.

Description

Einrichtung zur Erwärmung eines Teils des Kraftstoff-Luft-Gemisches-Zuführsystems einer Brennkraftmaschine Stand der Technik nie Erfindung geht aus von einer Einrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Bei derartigen bekannten Einrichtungen wirc die Abgaswarne dazu benutzt, insbesondere in der Warmlaufphase der Erennkraftmaschine die Wände des oder der Saugrohre zu erwärmen, damit sich der Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Luftgemisch nicht an den kalten Saugrohrwänden niederschlägt und somIt das der Brennkraftmaschine zugeführte Gemisch abmagert. Der Kraftstoff, der sich bereIts an den noch kalten Wänden des Zuführsystems kondensiert hat, kann im Bereich des erwärmten Teils des Zuführsystems wieder verdampfen.Device for heating part of the fuel-air mixture feed system an internal combustion engine State of the art The invention is never based on a device according to the genre of the main claim. In such known devices wirc the exhaust gas warning is used, especially in the warm-up phase of the engine to heat the walls of the intake manifold (s) so that the fuel is removed from the The fuel-air mixture does not condense on the cold intake manifold walls and so the mixture supplied to the internal combustion engine is made lean. The fuel that is has already condensed on the still cold walls of the feed system, in the area evaporate the heated part of the feed system again.

Insgesamt wird auch das vorbeiströmende Kraftstoff-Luftgemisch erwärmt und somit besser für die nachfolgende Verbrennung aufbereitet.Overall, the fuel-air mixture flowing past is also heated and thus better prepared for the subsequent combustion.

Bei einer bekannten Einrichtung erfolgt die Erwärmung eines Teils des Gemischzuführsystems durch die Beaufschlagung dieses Wandteils mit den Abgasen der Brennkraftmaschine.In a known device, a part is heated of the mixture supply system by the application of the exhaust gases to this wall part the internal combustion engine.

Die Erwärmung der Abgase erfolgt im allgemeinen jedoch sehr langsam, so daß auch cei einer solchen Einrichtung eine geraume Zeit vergeht, bis das Zuführsystem sich so erwärmt hat, daß keine nennenswerte Kondensation mehr auftritt.The heating of the exhaust gases is generally very slow, so that even with such a device it takes a considerable time before the feed system has warmed up to such an extent that no more significant condensation occurs.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Erwärmung wesentlich schneller erfolgt. Durch den Einsatz eines Katalysators wird der höhere Energiegehalt der Abgase während der Warmlaufphase ausgenützt, derart, daß die noch nicht verbrannten Bestandteile des Abgases umgesetzt werden und sich das Abgas auf diese Weise stärker erwärmt. Durch die direkte Beimischung dieses stärker erwrmten Abgases, das als Inertgas zu betrachten ist, zur. Kraftstcff/ Luftgemisch erfolgt eine intensive Erwärmung des Gemisches auf zwei Arten. Zum einen wird die Wandung des Saugrohrs Im Zuführungsbereich auf herkärmliche Weise beheizt. Zum anderen wird das stärker erwärmte Abgas durch die Kraftstoffsamnebehälter geführt, so daß im Saugrohr auskondensierter und im Sammelbehälter aufgefangener Kraftstoff schnell wieder verdampft.Advantages of the invention The device according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that the heating is significant done faster. The use of a catalyst increases the energy content the exhaust gases are exploited during the warm-up phase in such a way that they have not yet been burned Components of the exhaust gas are converted and the exhaust gas becomes stronger in this way warmed up. Through the direct admixture of this more heated exhaust gas, which is known as Inert gas is to be considered for. The fuel / air mixture is intensive Warming the mixture in two ways. On the one hand, the wall of the suction pipe Heated in a horrific way in the feed area. On the other hand, it gets stronger heated exhaust gas passed through the fuel tank so that it condensed out in the intake manifold and the fuel collected in the collecting tank quickly evaporates again.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein Detail des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 in einem Kraftstoff-Sammelbehälter, Fig. 3 das Temperaturverhalten des Abgases und der Wärmeübertragungswand und Fig. 4 eine Ausführungsform der Betätigung einer Absperrklappe, in der zum Gemischzuführsystem führenden Abgaszweigleitung.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. Show it 1 shows the exemplary embodiment in a schematic representation, FIG. 2 shows a detail of the Embodiment according to Fig. 1 in a fuel collection container, Fig. 3 the Temperature behavior of the exhaust gas and the heat transfer wall and FIG. 4 shows an embodiment the actuation of a shut-off valve in the exhaust branch pipe leading to the mixture feed system.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Fig. 1 wird ein Teil des Kraftstoff-Luftgemischzuführsystems 1 einer Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Ferner ist ein Teil des Abgassammelsystems, eine Abgassammelleitung 3 der Brenniaftmaschine, dargestellt. Das Gemischzuführsystem weist eingangs einen Vergaser 5, durch den im Hinblick auf die Zusammensetzung und Menge ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugemessen wird, das über das Gemischzuführsystem 1 in die Brennräume der Brennkraftmaschine geleitet wird. Bekannterweise kommt es bei kalter Brennkraftmaschine in diesem Gemischzuführsystem zu einer Kondensierung des Kraftstoffs aus dem Kraftstoff-Luftgemisch an den kalten Wänden. In einem kritischen Bereich, vcrzugsweise einem Krümmungsbereich des Gemischzuführsystems, wo ein Auskondensieren des Kraftstoffs entweder aufgrund der ausgesetzten Lage des Zuführsystems oder aufgrund einer änderung der Strömungsrichtung des Kraftstoff Luft Gemisches verstärkt auftreten würde, ist eine spezielle Wärmeübertragungswand 6 vorgesehen. Dieser Wandteil ist sehr dün ausgeführt und zeichnet sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit aus. An der Außenseite der Wärmeübertragungswand 6 wird über eine erste Zweigleitung 7 warmes, aus der Abgassammelleitung 3 entnemmenes Abgas vorbeigeführt und in die Abgassammelleitung 3 wieder zurückgeleitet.Description of the exemplary embodiment In FIG. 1, part of the Fuel-air mixture feed system 1 of an internal combustion engine 2 is shown. Further is part of the exhaust gas collection system, an exhaust manifold 3 of the Brenniaft machine, shown. The mixture feed system initially has a carburetor 5 through which with regard to the composition and quantity, a fuel-air mixture is metered is, which is via the mixture supply system 1 in the combustion chambers of the internal combustion engine is directed. It is known that this mixture feed system occurs when the internal combustion engine is cold condensation of the fuel from the fuel-air mixture on the cold one Walls. In a critical area, preferably a curved area of the mixture feed system, where a condensation of the fuel either due to the exposed location of the Feed system or due to a change in the direction of flow of the fuel Air mixture would occur more intensely, is a special heat transfer wall 6 provided. This wall part is made very thin and is characterized by high Thermal conductivity off. On the outside of the heat transfer wall 6 is over a first branch line 7 warm exhaust gas removed from the exhaust gas manifold 3 passed and fed back into the exhaust manifold 3.

Die erste Zweigleitung ist im Bereich der Wärmeübertragungsw@nd 6 im Durchmesser erweitert und der Wärmeübertragungsfläche größenmä@ig angepaßt, wobei die Zweigleitung und das @@führsystem die Wärme@bertragungswand als gemeinsame Wand naben Es ist welierhin eine zweite Zweigleitung 8 vorgesehen, die stromabwärts der Abzweigung der ersten Zweigleitung von der Abgassammelleitung 3 abgeht. Diese Zweigleitung mündet in einen Sammelraum c, von dem mehrere Kanäle 10 abführen und durch die Wärmeübertragungswand 6 hindurch in das Gemischzuführsystem 1 münden. In dem Sammelraum ist ein katalytisch wirksamer Reaktor 12 angeordnet, mit dessen Hilfe die noch nicht verbrannten Bestandteile des Abgases unter Wärmegewinn umgesetzt werden. Der katalytische Reaktor ist durch eine Isolierung 11 gegen Auskühlung nach Außen geschützt.The first branch line is in the area of the heat transfer wall 6 expanded in diameter and adapted in size to the heat transfer surface, whereby the branch line and the conduction system the heat transfer wall as a common wall hubs A second branch line 8 is also provided, downstream of the Branch of the first branch line from the exhaust manifold 3 goes off. This branch line opens into a collecting space c, from which several channels 10 lead away and through the heat transfer wall 6 open through into the mixture feed system 1. In the collecting space there is a catalytic arranged effective reactor 12, with the help of which the not yet burned components of the exhaust gas with heat gain implemented. The catalytic one The reactor is protected against external cooling by an insulation 11.

Stromaufwärts des Reaktors 12 befindet sich in der zweiten Zweigleitung 8 eine Absperrklappe 14, die durch eine Betätigungseinrichtung 15 in Abhängigkeit vom Steuersignal einer Steuereinrichtung 16 betätigbar ist. Die Steuereinrichtung 16 verarbeitet dabei die Signale von einem ersten Temperaturfühler 17, der im Bereich der Abzweigung der ersten Zweigleitung 7 die Temperatur des Abgases mißt und von einem zweiten Temperaturfühler 18, der die Temperatur der Wärmeübertragungswand 6 mißt.Upstream of the reactor 12 is in the second branch line 8 a shut-off valve 14, which by an actuating device 15 as a function can be actuated by the control signal of a control device 16. The control device 16 processes the signals from a first temperature sensor 17, which is in the area the branch of the first branch line 7 measures the temperature of the exhaust gas and from a second temperature sensor 18 which measures the temperature of the heat transfer wall 6 measures.

In Fig. 2 ist die Einmündungsstelle einer der Kanäle 10 größer dargestellt. Man sieht, daß die Einmündungsstelle als Kraftstoff-Sammelbehälter 20 ausgebildet ist, der etwa die Form einer Napfkuchenform aufweist, deren Ränder fest mit der Wärmeübertragungswand 6 verbunden sind, was z. B. durch Einbördelung geschehen kann. Durch die Mitte des Bodens des Kraftstoff-Sammelbehälters 20 ragt der Kanal 10 herein und mündet noch innerhalb des Kraftstoff-Sammelbehälters derart, daß um den Kanal 10 ein Ringraum 21 gebildet wird, in dem sich Kraftstoff sammeln kann, der über die Innenseite der Wärmeübertragungswand 6 in den Kraftstoff-Sammelbehälter läuft. Das Ende des Kanals 10 kann dabei ebenfalls mit dem Kraftstoff-Sammelbehälter durch Bördelung verbunden seun.In Fig. 2, the junction of one of the channels 10 is shown larger. It can be seen that the junction is designed as a fuel collecting container 20 is, which has approximately the shape of a cup cake shape, the edges of which firmly with the Heat transfer wall 6 are connected what, for. B. can be done by crimping. The channel 10 protrudes through the middle of the bottom of the fuel collecting container 20 and still opens inside the fuel sump in such a way that around the channel 10, an annular space 21 is formed in which fuel can collect, which over the inside of the heat transfer wall 6 runs into the fuel sump. The end of the channel 10 can also pass through with the fuel collection container Flanging connected seun.

Die Außenwände 22 des Kraftstoff-Sammelbehälters sind wellig geformt, so daß Längenander@nge@ des @anals 1@ in dess@n axialer Richtung aufgenomme. Werden @@@ren und somit die in Fig. 2 gezeigte Einrichtung @@@ch Wärmedehnungen nicht zerstört wird. Insbesondere werden auch @ärmedehnungen unterschi@dlicher Art zwischen A@gassammel@eitung @nd Gemischzuführsystem ausgeglichen.The outer walls 22 of the fuel collection container are shaped like a wave, so that length changes @ nge @ of @anal 1 @ recorded in the @ n axial direction. Will @@@ ren and thus the device shown in Fig. 2 @@@ ch thermal expansion is not destroyed will. In particular, there are also different types of thermal expansion between gas collection lines @nd mixture feed system balanced.

Die Absperrklappe 14 wird durch die Steuereinrichuung 16 derart gesteuert, daß sie bei einer Mindestabgastemperatur des Abgases in der Abgassammelleitung 3 geöffnet wird und beim Erreichen einer maximalen Temperatur der Wärmeübertragungswand 6 wieder geschlossen wird. Fig. 3 zeigt die Temperaturverläufe an den beiden Meßstellen aufgetragen über die Zeit. Die Kurve 24 stellt den Temperaturverlauf des Abgases und die Kurve 25 den Temperaturverlauf der Wärmeübertragungswand 6 dar.The shut-off valve 14 is controlled by the control device 16 in such a way that that they are at a minimum exhaust gas temperature of the exhaust gas in the exhaust manifold 3 is opened and when it is reached a maximum temperature of the Heat transfer wall 6 is closed again. Fig. 3 shows the temperature curves plotted against time at the two measuring points. The curve 24 represents the temperature profile of the exhaust gas and the curve 25 represents the temperature profile of the heat transfer wall 6.

Ab dem Temperaturwert T wird die Absperrklappe 14 geöffnet und bei Erreichen des Temperaturwerts T2 wird die Klappe wieder geschlossen. Damit wird gewährleistet, daß die zugeführten abgase warm genug sind und daß der thermisch wirksame Reaktor 12 auch arbeiten kann und ferner die Wärmeübertragungswand 6 nicht erhitzt wird.From the temperature value T, the shut-off valve 14 is opened and at When the temperature value T2 is reached, the flap is closed again. So that will ensures that the supplied exhaust gases are warm enough and that the thermal effective reactor 12 can also work and furthermore the heat transfer wall 6 cannot is heated.

Nit der beschriebenen Einrichtung ist die Möglichkeit gegeben, das Genischzuführsystem frühzeitig mit dem sich erwärmenden Abgas aufzuwärmen, so daß bereits kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine ein Kondensieren des Kraftstoffs aus dem zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht mehr stattfinden kann. Die Wirksamkeit wird dadurch erhöht, daß das Abgas aus dem relativ fetten Warmlauf-Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Reaktor 12 vollständig umgesetzt wird und in einem dadurch erheblich erwärmten Zustand in das Kraftstoff-Luft-Gemisch geleitet wird. Dieses inerte hocherwärmte Abgas trägt erheblich dazu bei, daß das angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch im gut aufbereiteten homogenen Zustand in die Brennräume der Brennkraftmaschine gelangt. Der in stromaufwärts liegenden Teilen des Gemischzuführsystems kondensierte Kraftstoff wird bald in sehr vorteilhafter Weise in den Kraftstoff-Sammelbehälter aufgefangen und dort durch intensiven Kontakt mit den stark erhitzten, vom Katalysator 12 kommenden Abgas schnell verdampft.With the device described, it is possible to do this Genischzuführsystem warm up early with the warming exhaust gas, so that a condensation of the fuel shortly after starting the internal combustion engine can no longer take place from the supplied fuel-air mixture. The effectiveness is increased by the fact that the exhaust gas from the relatively rich warm-up fuel-air mixture is fully implemented in the reactor 12 and is thereby considerably heated State is passed into the fuel-air mixture. This inert, highly heated Exhaust gas contributes significantly to the fact that the sucked-in fuel-air mixture is good processed homogeneous state enters the combustion chambers of the internal combustion engine. The fuel condensed in upstream parts of the mixture delivery system will soon be collected in a very advantageous manner in the fuel collection container and there through intensive contact with the strongly heated ones coming from the catalyst 12 Exhaust gas evaporates quickly.

Durch die beschriebene Steuereinrichtung wird dafür gesorgt, daß eine überhitzung vermieden wird und daß im normalen Betriebsbereich bei betriebswarmer Brennkraftmaschine kein dem oben geschilderten Zwecke dienendes Abgas zurückgeführt wird.The control device described ensures that a overheating is avoided and that in the normal operating range at operating temperature Internal combustion engine no exhaust gas for the purposes outlined above is recirculated will.

Sollte der Sauerstoffanteil in den Abgasen für eine Umsetzung der nichtverbrannten Bestandteile des Abgases nicht ausreichen, so kann in zusätzlicher Ausgestaltung ein Sekundärluftventil 26 vorgesehen werden, das stromaufwärts der Abzweigung der zweiten Zweigleitung 8 in die Abgassamelleitng 3 mündet.Should the oxygen content in the exhaust gases be necessary for an implementation of the unburnt components of the exhaust gas are not sufficient, so can In an additional embodiment, a secondary air valve 26 can be provided, the upstream the branch of the second branch line 8 opens into the exhaust manifold 3.

Das Ventil wird dabei während der Kraftstoffanreicherungsphase beim Warmlaufbetrieb der Brennkraftmaschine geöffnet.The valve is activated during the fuel enrichment phase Warm-up mode of the internal combustion engine is open.

Als Steuereinrichtung 16 kann eine elektronische Schaltung verwendet werden, bei der die Temperatursteuerwerte der Temperaturfühler 17 und 18 logisch verknüpft werden.An electronic circuit can be used as the control device 16 at which the temperature control values of the temperature sensors 17 and 18 are logical linked.

Es ist ferner möglich, statt der in Fig. 1 gezeigten Anordnung zur Steuerung der Absperrklappe 14 Temperatur fühler zu verwenden, die als Dampfdruckthermometer ausgebildet sind.It is also possible instead of the arrangement shown in FIG Control of the butterfly valve 14 temperature sensor to use as a steam pressure thermometer are trained.

Diese weisen je einen Arbeitsraum 28 bzw. 29 auf, dessen Wände elastisch nachgiebig sind bzw. die Form eines Faltbalgs haben.These each have a work space 28 and 29, the walls of which are elastic are flexible or have the shape of a bellows.

Die beiden Arbeitsräume 28 und 29 sind durch eine Stellmembran 30 getrennt, die der Ausdehnungsbewegung der Faitbalgwände 31 der Arbeitsräume 28 und 29 folgen kann. Die Stellmembran 30 stellt sich somit, wie das den einzelnen Phasen a bis d von Fig. 4 entnehmbar ist, entsprechend dem Differenzdruck in den Arbeitsräumen 28 und 29 ein. Bei Fig. 4b ist z. B. der Druck im Arbeitsraum 28 größer als der Druck im Arbeitsraum 29, so daß die Stellmembran 30 nach unten verschoben wird. An der Stellmembran 30 ist ein Betätigungsstift 31 verbunden, der in der Mittelstellung der Stellmembran 30, d. h. bei gleichgroßen Drücken in den Arbeitsrä.unen 28 und 29 an einem Kupplungsstift 32 anliegt. Dieser ist mit einem auf die Absperrklappe 14 wirkenden Betätigungsarm fest verbunden. Die Absperrklappe 14 wird ferner durch eine Spiralfeder 34 im Schließsinne beaufschlagt.The two working spaces 28 and 29 are surrounded by an operating diaphragm 30 separated, the expansion movement of the bellows walls 31 of the working spaces 28 and 29 can follow. The operating diaphragm 30 is thus, like the individual phases a to d can be seen in FIG. 4, corresponding to the differential pressure in the working spaces 28 and 29 a. In Fig. 4b, for. B. the pressure in the working space 28 is greater than that Pressure in the working chamber 29, so that the operating diaphragm 30 is shifted downwards. An actuating pin 31, which is in the middle position, is connected to the operating diaphragm 30 the operating diaphragm 30, d. H. at the same pressure in the working areas 28 and 29 rests against a coupling pin 32. This is with one on the butterfly valve 14 acting actuating arm firmly connected. The butterfly valve 14 is also by a coil spring 34 is applied in the closing direction.

Wird nun der Gasdruck im Arbeitsraum 28 aufgrund der steigenden Abgastemperatur in der Abgassammelleitung vergrößert, so bewegt sich, wie Fig. 4b entnehmbar ist, die Stellmembran 30 nach unten und bewirkt über den Stift 31 entgegen der Kraft der Spiralfeder 34 ein Öffnen der Absperrklappe 14.If the gas pressure in the working chamber 28 is now due to the rising exhaust gas temperature enlarged in the exhaust manifold, so moves, as can be seen in Fig. 4b, the operating diaphragm 30 downwards and acts via the pin 31 against the force of the spiral spring 34 an opening of the butterfly valve 14.

Ist umgekehrt der Druck im Arbeitsraum 29 bei Überschreiten der Temperatur T2 größer als der Druck im Arbeitsraum 28> so verliert der Betätigungsstift 31 den Kontakt mit dem Kupplungsstift 32, so daß die Absperrklappe 14 von der Spiralfeder 34 in Schließstellung gehalten wird. Auf diese Weise läßt sich in einfacher und wenig störanfälliger Art die gewünschte Steuerung der Absperrklappe durchführen.Conversely, if the pressure in the working space 29 is exceeded when the temperature is exceeded T2 is greater than the pressure in the working space 28> so the actuating pin 31 loses the contact with the coupling pin 32, so that the butterfly valve 14 from the coil spring 34 is held in the closed position. This can be done in a simpler and easier way Carry out the desired control of the shut-off valve in a manner that is less prone to failure.

Claims

Device for heating part of the fuel-air mixture feed system an internal combustion engine Arspruane 1. Device for heating part of the Fuel-air mixture supply system of an internal combustion engine with a one part the wall of the supply system forming the heat transfer wall, the outside of the exhaust gas is exposed by means of a first branch conduit on the heat transfer wall is passed, characterized in that from an exhaust manifold (3) a second branch line (8) branches off, in which a catalytic effective reactor (12) is arranged and which over several dur-, the heat transfer wall (6) leading channels (10) it is connected to the mixture feed system (1), the Entry point of the channels (10) is designed as a fuel tank (20).

2. Device according to claim 1, characterized in that in the second branch line (8) upstream of the reactor (12) one depending on the temperature of the exhaust gas in the exhaust manifold (3) and the temperature of the Heat transfer wall (6) controllable butterfly valve (14) is provided.

3. Device according to claim 2, characterized in that a first Temperature sensor (17) in the exhaust manifold and a second temperature sensor (18) on the heat transfer wall (6) are provided that the temperature sensor are connected to a control device (15, 16) through which the butterfly valve (14) when a minimum exhaust temperature of the exhaust gases is exceeded via the exhaust manifold is opened and when a maximum temperature of the heat transfer wall is exceeded is closed.

4. Device according to claim ffl, characterized in that as Temperature sensors Steam pressure thermometers each have a working space (28, 29), which are separated from one another by an actuating diaphragm (30), the actuating diaphragm with a flap adjusting device (31, 32, 33) in the opening direction of the flap frictionally g can be connected and the butterfly valve in closing ricntun by a Return spring C3) is acted upon