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"Verfahren zur Gemischaufbereitung in einem Ottomotor
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und Ottomotor zur Durchführung des Verfahrens" Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Gemischaufbereitung in einem Ottomotor, bei welchem der mittels
einer Spritzdüse einer Mischkammer zugeführte Kraftstoff mit der vom Motor angesaugten
Luft vermischt wird.
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Weiterhin betrifft die Erfindung einen Ottomotor mit einer dem Verbrennungsraum
vorgeschalteten Mischkammer für die Vermischung des mittels einer Spritzdüse zugeführten
Kraftstoffes mit Luft.
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e Zur Gemischaufbereitung bei Ottomotoren sind Vergaser bekannt,
bei denen die vom Motor angesaugte Luft durch ein trichterförmiges Mischrohr geleitet
wird. Im engsten Querschnitt entsteht ein von der durchströmenden Luftmenge abhängiger
Unterdruck, welcher den Kraftstoff aus der Spritzdüse heraussaugt. Der am Austritt
der Spritzdüse zerstäubte
Kraftstoff wird von der durchströmenden
Luft mitgerissen, wobei ein mehr oder weniger großer Teil des Kraftstoffes je nach
Druck und Temperatur verdampft. Der flüssige Rest wird in Tröpfchenform entlang
der Saugrohrleitung mitgerissen und zu den Einlaßventilen der Verbrennungsräume
geführt.
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Bei Ottomotoren ist es außerdem bekannt, den Kraftstoff mit Hilfe
einer Einspritzpumpe in die Saugleitung des Motors zu spritzen.
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Sowohl Ottomotoren mit Vergasern als auch solche mit Einspritzpumpen
erzeugen Abgase, die bei vollständiger Verbrennung aus dem aus der Luft stammenden
Stickstoff und den Verbrennungsprodukten Kohlendioxid und Wasserdampf, bei unvollständiger
Verbrennung auch aus Kohlenoxid, Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und
Ruß bestehen. Die Zusammensetzung der Abgase wird im wesentlichen durch das Mischungsverhältnis
von Kraftstoff und Luft, den Betriebswerten und dem Betriebszustand des Motors bestimmt.
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Der Anteil an Kohlenoxid im Abgas hängt in erster Linie vor der Einstellung
des Vergasers bzw. der Einspritzanlage ab. Für den zulässigen Anteil des giftigen
Kohlenmonoxids (CO) gibt es nationale und internationale gesetzliche Vorschriften,
welche von den zuständigen Behörden regelmäßig überwacht werden. Insbesondere im
Ausland haben einige Staaten sehr strenge Anforderungen
an einen
geringen CO-Gehalt gestellt, so daß es der Automobilindustrie Schwierigkeiten bereitet,
diese Anforderungen mit angemessenen technischen Mitteln zu erfüllen. Bei den bekannten
Vergasermotoren betragen die typischen CO-Werte des Abgases etwa 1,5 bis 2,5% im
Leerlauf und etwa 5 bis 8% bei Last.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Gemischaufbereitung
sowie den Ottomotor so weiterzuentwickeln, daß eine Verringerung des CO-Gehaltes
im Abgas erreicht wird.
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Zur Lösung der Aufgabe kennzeichnet sich das gattungsgemäße Verfahren
dadurch, daß der Kraftstoff im Sprühbereich der Spritzdüse durch Erhitzen verdampft
wird. Zur weiteren Lösung ist der gattungsmäßige Ottomotor dadurch gekennzeichnet,
daß im Sprühbereich der Spritzdüse ein Heizelement angeordnet ist.
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Durch die Erhitzung des Kraft stoffes in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung
der Spritzdüse verdampft der zerstäubte Kraftstoff vollständig, so daß keine flüssigen
Kraftstoffteilchen in den Verbrennungsraum gelangen. Hierdurch wird der Verbrennungsvorgang
im Motor derart beeinflußt, daß sich gegenüber den bekannten Verfahren ein geringerer
CO-Gehalt im Abgas einstellt.
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Die Form des Heizelementes und dessen Abstand von der Austrittsöffnung
der Spritzdüse sind so gestaltet, daß der gesamte Zerstäubungskegel des Kraftstoffes
erfaßt wird, um auf diese Weise eine Verdampfung möglichst sämtlicher Kraftstoffteilchen
zu erreichen.
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Bei einem Motor mit Vergaser ist es zweckmäßig, das Heizelement in
der Mischkammer des Vergasers im Bereich der Austrittsöffnung des Mischrohres anzuordnen.
Bei einem Versuchsfahrzeug mit einem Vergaser gemäß dem Stand der Technik wurde
unter Last ein CO-Gehalt von etwa 5,8% ermittelt. Nach dem Einbau des Heizelementes
in den Vergaser und Aufheizung des Heizelementes auf eine Temperatur von etwa 750
0C wurde unter sonst gleichen Betriebsbedingungen im Lastbereich ein CO-Gehalt von
nur etwa 1,5% gemessen.
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Weiterhin wurde gegenüber dem Betrieb mit dem bekannten Vergaser nach
dessen Ausrüstung mit dem Heizelement ein weitgehend geruchfreies Abgas des Motors
festgestellt. Außerdem konnte bei dem erfindungsgemäßen Motor auf eine Starterklappe
im Vergaser.verzichtet werden, da durch das Heizelement die Anlaßprobleme und Kalt
laufeigenschaften günstig beeinflußt wurden.
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In einer einfachen Ausführungsform des Motors ist es möglich, das
Heizelement als elektrische Stabglühkerze auszubilden. Das Heizelement derartiger
Stabglühkerzen ist einem stabförmigen Rohrheizkörper vergleichbar, in welchem eine
Heiz- und Regelspirale angeordnet sind. Die Selbstregelung der beiden miteinander
verschweißten Spiralen ermöglicht ein schnelles Aufheizen auf eine Temperatur bis
zu etwa 8500C mit hoher Stromstärke ohne Durchbrennen der Heizspirale. Derartige
Stabglühkerzen sind als handelsübliche Teile für Dieselmotoren erhältlich.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Heizelement etwa kugelförmig ausgebildet
ist. Der innere Aufbau eines derartigen Heizelementes kann
im wesentlichen
der bekannten Stabglühkerze entsprechen. Durch die Kugelform des Heizelementes kann
gegenüber der Stabglühkerze jedoch ein größerer Bereich des Sprühkegels vor der
Spritzdüse ausgefüllt und somit eine günstigere Verdampfung des Kraft stoffes erreicht
werden. Ebenso wie die bekannte Stabglühkerze kann auch das kugelförmige Heizelement
beispielsweise über ein Relais an das elektrische Bordnetz eines Kraftfahrzeuges
angeschlossen werden. Unabhängig von der Form des Heizelementes ist also keine zusätzliche
elektrische Energieversorgungseinrichtung erforderlich.
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Bei einem Motor mit Einspritzpumpe ist es zweckmäßig, wenn das Heizelement
vor der mit der Einspritzpumpe verbundenen Spritzdüse angeordnet ist. Hierbei befindet
sich das Heizelement im Sprühbereich der Einspritzdüse, so daß ebenso wie beim Vergasermotor
durch Aufheizung des Heizelementes eine bessere Verdampfung des Kraftstoffes und
somit ein geringerer CO-Gehalt erreicht werden.
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Beim Motor mit Einspritzpumpe ergibt sich eine günstige Ausführungsform,
wenn das Heizelement nach Art eines Gitters ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich
bei gleichmäßiger Aufheizung und Verdampfung des Kraft stoffes eine geringe Beeinflussung
der Strömungsverhältnisse im Ansaugrohr. Das Gitter kann beispielsweise stabartig
oder maschenförmig gestaltet sein.
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Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele nachstehend näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch den Vergaser des erfindungsgemäßen
Ottomotors, Fig. 2 eine.teilweise Schnittdarstellung durch den Zylinderkopf eines
Motors mit Einspritzpumpe und Fig. 3 eine teilweise Schnittdarstellung durch den
Zylinderkopf und den oberen Teil des Zylinders eines Motors mit Einspritzpumpe.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Vergaser wird der Kraftstoff aus der
Schwimmerkammer 1 über eine Zuflußleitung mit einer Hauptdüse einer Spritzdüse 2
zugeführt. Die nach unten gerichtete Austrittsöffnung der Spritzdüse 2 befindet
sich innerhalb eines Mischrohres 3, welches seinerseits im Bereich unterhalb der
Austrittsöffnung der Spritzdüse 2 eine Mischkammer 4 begrenzt. Im unteren Bereich
des Saugraumes 5 ist eine Drosselklappe 6 vorgesehen, welche in Abhängigkeit von
ihrer Winkelstellung die Dosierung und Zuführung des Kraft stoff-Luft-Gemisches-
in Richtung des Pfeiles 7 zum Verbrennungsraum des Motors ermöglicht. Im o-beren
Bereich des Saugraumes 5 ist der Vergaser mit einer Starterklappe 8 ausgerüstet,
durch welche ebenfalls in Abhängigkeit von der Winkelstellung die Luftzufuhr in
Richtung des Pfeiles 9 geregelt werden kann.
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Im Bereich der unteren Austrittsöffnung des Mischrohres 3 ist im Sprühbereich
der Spritzdüse 2 ein kugelförmiges Heizelement 10 angeordnet. Das Heizelement 10
ist durch den Kopfteil einer
in die Wandung des Vergasers eingeschraubten
Glühkerze 11 gebildet. Die Glühkerze 11 ist mit einem elektrischen Anschluß 12 ausgerüstet,
welcher einerseits mit einer im Heizelement 10 angeordneten Heizwendel und andererseits
mit dem Pluspol einer nicht dargestellten Batterie über ein Relais verbunden ist.
Das Gehäuse des Vergasers steht mit dem Minuspol der Batterie in Verbindung so daß
nach dem Schließen des Relais das Heizelement 10 auf eine Temperatur bis zu etwa
8500C aufgeheizt werden kann, wie dies auch bei handelsüblichen Stabglühkerzen möglich
ist. Die übrigen Teile des Motors sind nicht dargestellt, da es sich hierbei um
bekannte Anordnungen handelt. Da die übrigen Teile des Verglasers ? wie beispielsweise
die Start-,Leerlauf- und Beschleunigungseinrichtung, ebenfalls dem Stand der Technik
entsprechen, wird auch hierauf nicht näher eingegangen.
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Durch die Kugelform des Heizelementes 10 erstreckt sich dieses über
den gesamten Querschnitt des kegelförmigen Sprühbereiches.
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Somit werden sämtliche aus der Spritzdüse 2 austretenden und zerstaubten
Kraftstoffteilchen durch Erhitzen verdampft, so daß das derart aufbereitete Kraftstoff-Luft-Gemisch
zu einer deutlichen Verringerung des CO-Gehaltes im Abgas des Motors führt.
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Das neue Verfahren zur Gemischaufbereitung läßt sich auch in einen
mit einer Einspritzanlage ausgerüsteten Ottomotor anwenden.
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Ein Zylinderkopf 13 eines derartigen Motors ist teilweise in Fig.
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2 dargestellt. Die Austrittsöffnung einer Spritzdüse 14 ist einem
;Saugrohr 1 im Zylinderkopf 12 zugekehrt. Weiterhin ist in Fig. 2
ein
Einlaßventil 16 in seiner geschlossenen Stellung wiedergegeben, welches in seiner
Offnungsstellung das in Richtung des Pfeiles 17 strömende Kraftstoff-Luft-Gemisch
in den nicht dargestellten Verbrennungsraum des Motors ermöglicht. Auch bei dieser
Ausführungsform des Motors ist im Sprühbereich der Spritzdüse ein Heizelement 18
vorgesehen, welches in seinem prinzipiellen Aufbau dem oben beschriebenen Heizelement
10 entspricht. Ebenso wie beim Vergasermotor wird auch beim Einspritzmotor durch
das Heizelement 18 eine verbesserte Verdampfung des Kraftstoffes erreicht, wodurch
sich ein geringerer CO-Gehalt im Abgas des Motors ergibt.
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Eine weitere Ausführungsform eines Motors mit Einspritzanlage ist
in Fig. 3 wiedergegeben. Ebenso wie in Fig. 2 ist auch hier ein Teil eines Zylinderkopfes
19 mit einem Einlaßventil 20 dargestellt.
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Außerdem ist in Fig. 3 der obere Teil eines mit dem Zylinderkopf 19
verbundenen Zylinders 21 zu erkennen. Im Zylinder 21 ist ein Kolben 22 gehalten,
dessen Stirnseite einen Verbrennungsraum 23 begrenzt. Weiterhin sind in Fig. 3 Kanäle
24 und 25 für die Aufnahme einesvKühlmittels dargestellt.
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Im Unterschied z.B. zu Fig. 2 ist bei der Ausführung nach Fig. 3 kein
kugelförmiges, sondern ein gitterartiges Heizelement 26 vorgesehen. Das aufheizbare
Gitter des Heizelementes 26 befindet sich ebenfalls im Sprühbereich einer Spritzdüse
27, welche ihrerseits-mit einer nicht dargestellten Einspritzpumpe verbunden ist.
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Durch die Gitterform des Heizelementes 26 bleibt die Strömung des
Kraftstoff-Luft-Gemisches im Saugrohr 28 nahezu unbeeinflußt, so
daß
sich ein für die Verbrennung erforderliches homogenes Gemisch ergibt. Ebenso wie
die vorgenannten Heizelemente 10 und 18 erfolgt auch die Aufheizung des Heizelementes
26 durch elektrischen Strom.