DE3040720C2

DE3040720C2 - Heizvorrichtung zum Vorwärmen der Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3040720C2
Application number: DE19803040720
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. 7064 Remshalden Fränkle; Roland 7302 Ostfildern Klak; Dieter Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Woschee
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1984-05-17
Also published as: DE3040720A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung zum Vorwärmen der durch ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömenden Verbrennungsluft mit einem einen Brennraum bildenden topfähnlichen, durch eine Ausnehmung in das Saugrohr ragenden und über einen Halter an dem Saugrohr befestigten Gehäuse mit einer Auslaßöffnung für die Brenngase an einem Ende des Gehäuses und mit einer Einlaßöffnung für die Verbrennungsluft am anderen Ende im stromauf liegenden Wanclteil des Gehäuses, ferner mit einer Zumeßeinrichtung. mit in das Gehäuse hineinragender Zündeinrichtung und Kraftstoffeinspritzdüse sowie mit einem Leitblech zur Aufteilung des Luftstromes.

Heizvorrichtungen dienen insbesondere bei direkteinspritzenden Motoren zur Verbesserung des Kaltstartes sowie zum Erleichtern des Warmlaufens der Maschine. So ist eine Heizvorrichtung durch die DE-PS 49 ei5 bekannt, bei der die stromauf des topfähnli-

chen Gehäuses im Saugrohr abgefangene Luft weich in die Einlaßkammer einströmt, die durch die Anordnung des Durchlasses und des Düsencinsatzes zu einer drallartigen Strömung veranlaßt wird, um sich abschirmend zu der durch die Zündung geschaffenen Flamme zu bewegen, wobei das Abschirmblech für die Aufrechlerhaltung der Flamme dienen soll. Das topfähnliche Gehäuse weist eine Trennwand auf, durch das ein die Einlaßkammer aufnehmender Bypass gebildet ist, über den Verbrennungsluft mit Hilfe des in das Saugrohr hineinragenden Ablenkbleches bzw. Leitbleches in die der Einlaßkammer benachbarte Brennkammer gelangt.

Ferner ist aus der DE-PS 12 60 862 eine Heizvorrichtung bekannt, bei der die zum Saugrohr hin offene Brennkammer außen am Saugrohr angeordnet ist und bei der sich das mit Löchern versehene Ablenkblech bzw. Abschirmblech in Querrichtung in das Saugrohr hinein erstreckt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine herstellungsmäßig einfache und platzsparende flache Heizvorrichtung zu schaffen, die eine bessere Verbrennung mit höheren Temperaturen und damit einen störungsfreien Betrieb vom Startbeginn bis zu einer für den Arbeitsprozeß günstigen Kühlwassertemperatur gewährleistet

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Gehäuse und Halter zwei Gehäuseteile bilden, von denen das Gehäuse nahezu vollständig in das Saugrohr hineinragt, sich etwa bis zur Saugrohrmitte hin erstreckt und mit seiner Auslaßöffnung entgegen der Strömungsrichtung der Verbrennungsluft gerichtet und mit weiteren Öffnungen im stromauf liegenden Wandteil versehen ist, daß der die Zündeinrichtung, die Kraftstoffeinspritzdüse und die durch ein Absperrventil gebildete Zündeinrichtung tragende Halter einen Dekkel für das Gehäuse bildet und daß das Leitblech von der Einlaßöffnung in das Gehäuse so hineinragt, daß es den Brennraum von einem Düsenraum abtrennL

Durch die besondere Ausbildung des Gehäuses mit seinen öffrwngen ergibt sich eine solche Staukammer, daß eine Verbrennung mit höheren Temperaturen erreicht wird. Infolge der Trennung des Brennraumes von dem Düsenraum wird die Kraftstoffeinspritzdüse vor Rußablagerungen und zu großer Wärmestrahlung durch die Flamme geschützt. Außerdem ist durch das geringe A'ifheizen des Halters eine zusätzliche Wärmeisolation für das Absperrventil überflüssig. Die Anordnung des Absperrventiles an dem Halter hat den Vorteil, daß neben einer kompakten Bauweise auch ein geringes Kraftstoffvolumen zwischen der Kraftstoffeinspritzdüse und dem Absperrventil vorliegt, wodurch ein Nachtropfen des Kraftstoffes verhindert wird.

Als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Öffnung des Abschirmbleches rechteckförmig ausgebildet ist, deren sich in Querrichtung in dem Saugrohr erstreckende Oberkante mit der Innenkontur des Saugrohres fluchtet, und daß die Seitenkanten der Öffnung Schlitze aufweisen, in denen der untere Blechteil des stufig ausgebildeten Abschirmbleches fixiert und so plaziert ist, daß sich eine obenliegende Einlaßöffnung für den Düsenraum und eine untenliegende Einlaßöffnung für den Brennraum ergeben.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der obere Blechteil des Abschirmbleches lediglich ein für den Sprühkegel der Kraftstoffeinspritzdüse vorgesehenes Loch auiweisen, wobei zwischen der Kraftstoffeinspritzdüse und dem oberen Blechteil des Abschirmbleches ein Spalt gebildet ist.

Die Kraftstoffeinspritzdüse verrußt nicht und wird auch nicht zu warm, da sie durch einströmende Luft ausreichend belüftet wird.

Um im stromauf liegenden vorderen Teil der Brcnn-¹I kammer ein Abkühlen der Brennkammerwand auszuschließen, weist die Zylinderwand des Gehäuses zwischen dem unteren Blechteil des Abschirmbleches und dem Boden des Gehäuses eine kreisbogenförmige Eindrückung auf. Durch diese Formgebung wird erreicht, to daß mit steigender Motordrehzahl in diesem Bereich die Temperatur rasch auf über 500⁰C ansteigt Die Freibrenngrenze für Ruß liegt bei ca. 500° C.

Als weiteres Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung kann der Boden des Gehäuses von der Mitte ausgehend eine stromauf verlaufende zunehmende Vertiefung aufweisen, durch die zwischen der unteren Kante der Eindrückung und der vorderen Kante des Bodens eine schlitzförmige Öffnung gebildet ist, wobei die vordere Kante der Form der Eindrückung angepaßt ist Die schlitzförmige Öffnung dient bei geringem Staudruck zur Frischluftzufuhr und bei erhöhtet! Staudruck — etwa bei mittlerer Motorendrehzahl — entweicht auch aus dieser Öffnung die Flamme und beheizt intensiv den Boden der Brennkammer. Rußpartikel, die sich bei Betrieb im niedrigen Drehzahlbereich des Motors in der Brennl^mmer angesammelt haben, brennen dadurch immer wieder ab.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, links und rechts der Eindrückung kiemenartige Öffnungen symmetrisch anzuordnen, die sich annähernd über die ge- __ samte Länge des Gehäuses bis kurz vor dem Gehäuseboden hin erstrecken. Die Öffnungen sind durch eingedrückte rechteckförmige Leitbleche gebildet, von denen jede untenliegende Schnittkante in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft und jede sich daran anschließende Schnittkante parallel zur Längsachse des Gehäuses verläuft und diese Schnittkanten in einer durch die Längsachse des Gehäuses verlaufenden Ebene liegen.

Durch die Anordnung der seitlichen Öffnungen wird die Flamme in der Brennkammer um 180° umgelenkt und ein Teil der Flamme beheizt die Brennkammer von hinten. Durch die auf der Unterseite der Brennkammer eingeschnittenen Leitbleche wird bei niedriger Motorendrehzahl ein gewisser Wärmestau erreicht. Bei erhöhtem Staudruck kann die Flamme besser aus diesen Öffnungen entweichen.

In den Unteransprüchen sind für die Aufgabenlösung noch weitere vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Heizvorrichtung im Saugrohr einer Brennki'aftmaschine teilweise geschnitten,
F i g. 2 lediglich die Heizvorrichtung in Vorderansicht, F i g. 3 eine Draufsicht auf das Brennkammergehäuse mit perforiertem Abschirmblech,

F i g. 4 das Brennkammergehäuse im Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig 2,

F i g. 5 ein kiemenartiges Leitblech mit abgerundeter Ecke in der Zylinderwand des geschnitten und teilweise dargestellten Gehäuses,

F i g. 6 die Lage der Glühkerze und Kraftstoffeinspritzdüse sowie eine zweistufige Ausbildung des Abschirmbleches, das r.irht perforiert ist und

Fig. 7 eine Draufsicht des Abschirmbleches nach Fig. 6.
In das Saugrohr 1 einer direkteinsoritzenden Brenn-

kraftmaschine ragt gemäß F i g. 1 ein etwa bis zur Saugrohrmitte sich erstreckendes aus Blech geformtes, topfähnliches Gehäuse 2 mit eingebautem Abschirmblech 3. Das Gehäuse 2 ist an seiner obenliegenden offenen Seite durch einen Halter 4 abgedeckt, der eine als Stabglühkerze ausgebildete Zündeinrichtung 5, eine als Druckzerstäuberdüse ausgebildete Kraftstoffeinspritzdüse 6 und ein mit dieser verbundenes Absperrventil 7 aufweist.

Der Halter 4 und die Teile 5, 6 und 7 sind zu einer Baueinheit zusammengefaßt, wobei der Halter 4 über einen Flansch 8 des Gehäuses 2 mit dem Saugrohr 1 verschraubt ist.

Die Stabglühkerze 5 befindet sich stromab hinter der Druckzerstäuberdüse 6 und ragt derart schräg in das Gehäuse 2 hinein, daß sich die Längsachse »a« der Stabglühkerze 5 und die Längsachse »b« des topfähnlichen Gehäuses 2 innerhalb dieses Gehäuses 2 schneiden. Dabei endet die Kerze 5 kurz über dem Gehäuseboden 9.

Das Abschirmblech 3 ist mehrfach geknickt ausgebildet, wobei der horizontal verlaufende untere Blechteil mit 10, der sich anschließende und schräg nach oben verlaufende mittlere Blechteil, der perforiert ausgebildet ist, mit 11, der ebenfalls horizontal verlaufende obere Blechteil mit 12 und der zu diesem in einem rechten Winkel stehende Abschlußblechteil mit 13 bezeichnet ist. Der Abschlußblechteil 13 liegt an dem Halter 4 an.

Gegenüber der Düse 6 ist ein Loch 14 in dem oberen Blechteil 12 angeordnet, das etwas größer ist als der an dieser Stelle vorliegende Durchmesser des Sprühkegels »d«. Zwischen dem Blechteil 12 und der Düse 6 ist nur ein kleiner Spalt 15.

Die Zylinderwand 16 des Gehäuses 2 weist stromauf eine sich in Querrichtung in dem Saugrohr erstreckende rechteckförmige öffnung 17 auf, deren obenliegende Kante 18 mit der Innenkontur 19 des Saugrohres 1 fluchtet. Ab der untenliegenden Kante 20 erstreckt sich eine kreisbogenförmige Eindrückung 21 bis zum Boden 9 des Gehäuses 2. Der Radius und die Tiefe der Wölbung der Eindrückung 21 sind so gewählt, daß die seitlichen Begrenzungen 22 und 23 der Eindrückung 21 als Abreißkante für die Luftströmung wirken.

Die Öffnung 17 weist beidseitig Schlitze 24,25 auf, in denen der untere Blechteil 10 des Abschirmbleches 3 steckt. Durch die Befestigung des Abschirmbleches 3 ergeben sich zwei Öffnungen (F i g. 1. 2), deren obenliegende Einlaßöffnung 26 für den Düsenraum 27 und deren untenliegende öffnung 28 für den Brennraum 29 bestimmt sind. Düsenraum 27 und Brennraum 29 sind somit voneinander getrennt.

Der Boden 9 des Gehäuses 2 ist ausgehend von der Bodenmitte bis zur Eindrückung 21 mit einer zunehmenden Vertiefung 30 versehen, durch die eine schlitzförmige öffnung 31 an der unteren Kante der Eindrükkung21 entsteht (F ig. 1.2).

Wie aus F i g. 2 zu entnehmen ist, befinden sich links und rechts der Eindrückung 21 zwei eingedrückte flache Leitbleche 32, 33, deren vertikal verlaufende Schnittkanten 34, 35 in einer durch die Längsachse »b« des Gehäuses gehenden Ebene »c« liegen (F i g. 4). Die kurz über dem Boden 9 verlaufenden waagerechten Schnittkanten 36,37 sind durch bogenförmige Schnittkanten 38 mit den Schnittkanten 34,35 verbunden (Fig. 5).

Die Leitbleche 32, 33 sind in die Brennkammer so eingedrückt daß sie zueinander parallel verlaufen (F i g. 4). Die Leitbleche sind flach, jedoch im oberen Bereich bis zur Außenkontur der Zylinderwand bogenförmig ausgebildet (F i g. 2). Die sich aus den in die Brennkammer 29 eingedrückten Leitbleche 32,33 ergebenden kiemenartigen öffnungen sind mit 39 und 40 bezeichnet.
Anstelle des in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Abschirmbleches 3 kann auch ein Abdeckteil 41 gemäß F i g. 6 und 7 verwendet werden, dessen oberes Blechteil 42 stromab bis zur Innenkontur der Zylinderwand 16 reicht. Neben dem Loch 14 für die Düse 6 befindet sich noch ein weiteres Loch 43 für die Stabglühkerze 5. Die

ίο Größe des Loches 43 ist so bemessen, daß nur ein kleiner Ringspalt 44 zwischen dem die Stabglühkerze 5 umgebenden perforierten Schirm 45 und dem Lochrand entsteht.

Die Funktion der Heizvorrichtung ist folgende:

Vom Kraftstoffsystem wird Brennstoff entnommen und von der Druckzerstäuberdüse 6 zerstäubt. Teile des Kraftstoffes benetzen den perforierten Schirm 45 der Kerze 5, auf dem der Kraftstoff verdampft. Mit der umgebenden Luft bildet sich in dem Raum zwischen dem Stab 46 der Kerze 5 und dem perforierten Schirm 45 ein zündfähiges Gemisch, das von dem glühenden Stab 46 entzündet wird und das seinerseits das Gemisch in der Brennkammer entzündet.

Ein geringer Teil der angesaugten Verbrennungsluft wird verbrannt. Da der Dieselmotor ohnehin mit Luftüberschuß arbeitet, wird der motorische Betrieb dadurch nicht gestört.

Die Ausführung der Düse 6 ermöglicht es, daß einerseits mit dem vorhandenen Kraftstoffdruck eine optimale Zerstäubung erreicht wird und andererseits der Sprühkegel »d« eine große Fläche in der Brennkammer abdeckt.

Auf den heißen Zonen der Brennkammer 29 verdampft der Kraftstoff und entzieht dem Material Wär-

me, wodurch eine Überhitzung und Schädigung des Werkstoffes verhindert wird.

Die Heizvorrichtung ermöglicht ein Absenken der Startgrenztemperaturen bis —40⁰C bei erheblich verkürzter Anlaßzeit, raschem Rundlauf und sofortiger Gasannahme und ferner eine bedeutende Verminderung der Weiß- und Blaurauchentwicklung bei Weiterbrennen nach dem Start bis zu einer für den Arbeitsprozeß günstigen Kühlwassertemperatur.
Gegebenenfalls kann die Stabglühkerze ersetzt wer-

den durch eine Zündkerze, mit der ebenfalls ein störungsfreier und rußfreier Betrieb durch die besondere Ausgestaltung des Gehäuses 2 erzielbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Heizvorrichtung zum Vorwärmen der durch ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine strömenden Verbrennungsluft mit einem einen Brennraum bildenden topfähnlichen, durch eine Ausnehmung in das Saugrohr ragenden und über einen Halter an dem Saugrohr befestigten Gehäuse mit einer Auslaßöffnung für die Brenngase an einem Ende des Gehäuses und mit einer Einlaßöffnung für die Verbrennungsluft am anderen Ende im stromauf liegenden Wandteil des Gehäuses, ferner mit einer Zumeßeinrichtung, mit in das Gehäuse hineinragender Zündeinrichtung und Kraftstoffeinspritzdüse sowie mit einem Leitblech zur Aufteilung des Luftstromes, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse(2) und Halter (4) zwei Gehäuseteile bilden, von denen das Gehäuse (2) nahezu vollständig in das Saugrohr (1) hineinragt, sich etwa bis zur Saugrohrmitte hin erstreckt und mil seiner AuslsScffnung (31) entgegen der Strömungsrichtung der Verbrennungsluft gerichtet und mit weiteren Öffnungen im stromauf liegenden Wandteil versehen ist, daß der die Zündeinrichtung (5), die Krafistoffeinspritzdüse (6) und die durch ein Absperrventil gebildete Zumeßeinrichtung (7) tragende Haltej (4) einen Deckel für das Gehäuse (2) bildet und daß das Leitblech (3) von der Einlaßöffnung (17) in das Gehäuse (2) so hineinragt, daß es den Brennraum (29) von einem Düsenraum (27) abtrennt

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (17) rechteckförmig ausgebildet ist, deren sich in Querrichtung in dem Saugrohr erstreckende Oberkante (18) mit der Innenkontur (19) des Saugrohres (1) fluchtet, und daß die Seitenkanten der Öffnung Schlitze (24, 25) aufweisen, in denen der untere Blechteil (10) des stufig ausgebildeten Abschirmbleches (3) fixiert und so plaziert ist, daß sich eine obenliegende Einlaßöffnung (26) für den Düsenraum (27) und eine untenliegende Einlaßöffnung (28) für den Brennraum {T9) ergeben.

3. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Blechteii (12) des Abschirmbleches (3) ein für den Sprühkegel (d) der Kraftstoffeinspritzdüse (6) vorgesehenes Loch (14) aufweist und daß zwischen der Kraftstoffeinspritzdüse (6) und dem oberen Blechteil des Abschirmbleches ein Spalt (15) gebildet ist.

4. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwand (16) des Gehäuses (2) zwischen dem unteren Blechteil (10) des Abschirmbleches (3) und dem Boden (9) des Gehäuses (2) eine kreisbogenförmige Eindrückung (21) aufweist.

5. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (9) des Gehäuses (2) von der Mitte ausgehend eine stromauf verlaufende zunehmende Vertiefung (30) aufweist, durch die zwischen der unteren Kante der Eindrükkung (21) und der vorderen Kante des Bodens (9) eine schlitzförmige Öffnung (31) gebildet ist. wobei die vordere Kante der Form der Eindrückung (21) angepaßt ist. M

6. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß links und rechts der Eindrückung (21) kiemenartige Öffnungen (39, 40) symmetrisch angeordnet sind, die sich annähernd über die gesamte Länge des Gehäuses bis kurz vor dem Gehäuseboden hin erstrecken.

7. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (39,40) durch eingedrückte rechteckförmige Leitbleche (32, 33) gebildet sind, von denen jede untenliegende Schnittkante (36,37) in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft und jede Schnittkante (34,35) parallel zur Längsachse des Gehäuses (2) verläuft und daß diese Schnittkanten (34,35) in einer durch die Längsachse des Gehäuses (2) verlaufenden Ebene liegen.

8. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schnittkanten des jeweiligen Leitbleches (32,33) durch eine bogenförmig verlaufende Schnittkante (38) miteinander verbunden sind und daß der oberste Teil jedes Leitbleches (32, 33) einen Bogen aufweist, der in die Außenkontur des Gehäuses (2) übergeht

9. Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (5) aus einer stromab hinter der Kraftstoffeinspritzdüse (6) liegenden Glühkerze besteht, deren Längsachse und die Längsachse des Gehäuses (2) sich innerhalb des Gehäuses (2) im Bereich des Zündstrahles bzw. Sprühkegels (d) schneiden.

10. Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von dem unteren Blechteil (10) des Abschirmbleches (3, 41) der mittlere Blechteil (11) schräg nach oben zum oberen Blechteil (12, 42) dieses Abschirmbleches (3,41) verläuft.

11. Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Blechteil (42) des Abschirmbleches (41) die Brennkammer (29) abdeckt und ein für die Glühkerze (5) vorgesehenes weiteres Loch (43) aufweist, durch dessen Lochrand und der Glühkerze ein kleiner Ringspalt (44) gebildet is«.

12. Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Blechteil (11) des Abschirmbleches (3) perforiert ausgebildet ist und daß der obere Blechteil (12) dieses Abschirmbleches (3) kurz hinter der Kraftstoffeinspritzdüse (6) rechtwinklig nach oben bis zum Halter (4) gebogen ist.