DE3426469A1

DE3426469A1 - Ansaugsystem fuer eine gemischverdichtende brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3426469A1
Application number: DE19843426469
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. 7314 Wernau Henke; Manfred Dipl.-Ing. 7056 Weinstadt Schäfer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1984-07-18
Filing date: 1984-07-18
Publication date: 1986-01-30
Also published as: DE3426469C2; FR2567965A1; SE8503506D0; SE457463B; FR2567965B1; IT1182776B; SE8503506L; IT8548363A0

Description

Däimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 885/4

Stuttgart u 26. Juni 1984

EPT da-re

Ansaugsystem für eine Gemischverdichtende Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit im Saugrohr angeordneter Kraftstoffeinspritzdüse und einem dieser nachgeschalteten Heizelement zum Erwärmen des Kraftstoff-Luft-Gemisches vor Eintritt in die Zylinder.

Bei einem bekannten Ansaugsystem dieser Art CDE-OS 23 06 362) wird in einer Nebenkammer des Saugrohres der von einer Einspritzdüse abgegebene Kraftstoff über ein beheizbares Sieb geleitet und verdampft. Mit Hilfe eines in die Nebenkammer geführten Teilluftstromes wird der verdampfte Kraftstoff der im Saugrohr fließenden Verbrennungsluft zugemischt. Da das Sieb den Verbrennungsluftstrom nicht erfaßt, besteht die Gefahr, daß bei kalter Verbrennungsluft der zugemischte Kraftstoffdampf wieder kondensiert. Unterstützt wird dieser Vorgang noch dadurch, daß die Vermischung des Kraftstoffdampfes nur mit dem unmittelbar an der Mündung des Stutzens vorbeiströmenden äußeren, die Saugrohrwandung berührenden Verbrennungsluftteilstrom erfolgt, so daß sich der Kraftstoff als Kondensat in der kalten Luft und an der kalten Saugrohrwandung niederschlagen kann.

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Zum Erwärmen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Saugkanal stromab eines Vergasers ist ferner eine Einrichtung bekannt (DE-OS 21 28 811), bei welcher ein vom Kraftstoff-Luft-Gemisch durchströmter Ringkörper elektrisch aufheizbar ist. Der Ringkörper besitzt nach innen vorstehende Rippen, an denen_der an der kalten Kanalwand nach unten fallende Kraftstoff haften bleibt und bei beheiztem Ringkörper zum Verdampfen gebracht wird. Durch den relativ schmalen Ringkörper kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht derart nachhaltig aufgewärmt werden, daß ein Rückkondensieren des verdampften Kraftstoffes an der Innenwand des Saugrohres verhindert werden icann.

Aufgabe der Erfindung'ist es, ein Ansaugsystem gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 so weiterzubilden, daß der abgespritzte Kraftstoff und die Verbrennungsluft im Saugrohr gleichmäßig und intensiv aufgeheizt werden ,und daß bei guter Vermischung beider komponenten die vom Kraftstoff-Luft-Gemisch aufgenommene Wärme ohne nennenswerte Verluste bis in die Zylinder erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Erfindungsgemäß wird jeweils die abgespritzte Kraftstoffmenge und die gesamte Verbrennungsluft vom Heizelement erfaßt und zunächst getrennt, jedoch gleichmäßig aufgeheizt, bis der Kraftstoff von der Oberfläche abdampft und sich anschließend mit der aufgeheizten Verbrennungsluft vermischt. Durch die Umströmung des Hohlkörpers an seiner Außenkontur wird die Wirksamkeitdes Heizelementes durch Beaufschlagung der gesamten sich bietenden Oberfläche genutzt. Gleichzeitig bildet der außen am Hohlkörper entlangfließende Luftstrom

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einen Isoliermantel, der eine Wärmeabfuhr vom Hohlkörper zur Saugrohrwand weitgehend verhindert. Ferner umgibt der Isoliermantel das den Hohlkörper verlassende Kraftstoff-Luft-Gemisch und verhindert so, daß der verdampfte Kraftstoff auf dem Weg zu den Zylindern kondensiert und sich an der Saugrohrwandung niederschlagen kann. Schließlich be.steht noch ein Vorteil darin, daß die Schadstoffemission in der Kaltstart- und Warmlaufphase "der Maschine nicht höher ist als im Normalbetrieb.

Nach Anspruch 2 besteht der Hohlkörper aus einem Werkstoff mit einer positiven Temperatur-Wiederstands-Kennlinie (PTC), dessen Heizleistung in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors steuerbar ist. Ferner kann der Hohlkörper auch aus einem wärmeleitenden Werkstoff bestehen, in den Heizpillen mit positiver Temperatur-Wiederstands-Kennlinie eingebettet sind.

Durch das schräge Einspritzen des Kraftstoffes in den Hohlraum nach Anspruch 3 wird eine flächenhafte Benetzung der Oberfläche des Hohlkörpers und damit eine schnelle Verdampfung sowie eine gleichmäßige Vermischung des Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft erzielt.

Durch die Maßnahmen nach Anspruch 4 wird ebenfalls eine Vorerwärmung der Leerlauf-und Zusatzluft erreicht.

Ein einfacher Einbau des Hohlkörpers in das Ansaugsystem bei strömungsgünstiger Ausbildung ergibt sich durch die Maßnahme gemäß Anspruch 5.

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.y.

Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 6 und 7 ergibt sich eine optimale Wärmeisolierung des Hohlkörpers und des Kraftstoff-Luft-Gemisches gegenüber der Saugrohrwandung.

Schließlich ist durch Anspruch 8 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Hohlkörpers gekennzeichnet.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 die Anordnung eines heizbaren Hohlkörpers im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine in einem schematischen Vertikalschnitt.

Figur 2 die Anordnung eines kegelförmigen Hohlkörpers im Ansaugsystem aus Figur 1.

Das in Figur 1 dargestellte Saugsystem umfaßt einen im Zylinderkopf 1 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine' vorgesehenen Saugkanal 2, der über ein Ventil 3 in den Zylinder 4 mündet, und eine sich an den Saugkanal 2 anschließende Saugrohrleitung 5. In der Saugrohrleitung 5 ist eine Einspritzdüse 6 in Strömungsrichtung der Verbrennungs-' luft geneigt angeordnet, deren Düsenspitze 7 etwa im Bereich der gemeinsamen Flanschebene 8 zwischen Zylinderkopf 1 und Saugrohrleitung 4 in den Saugrohrquerschnitt vorsteht. Mit der Einspritzdüse wird-Kraftstoff dosiert in die Verbrennungsluft eingespritzt. Um beim Kaltstart und in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine im Saugrohr eine gute Gemischzusammensetzung von Kraftstoff und Verbrennungsluft zu erreichen, ist das Ansaugsystem mit Heizelementen ausgerüstet.

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Gemäß der Erfindung sind dabei die Heizelemente als Hohlkörper 9 ausgebildet und jeweils in den zu den Brennräumen des Motors führenden Saugkanälen 2 stromab der Einspritzdüse 6 angeordnet. Jeder einzelne Hohlkörper ist im Querschnitt geringfügig kleiner ausgebildet als der Saugkanal 2 und_ in diesen mit einem im wesentlichen gleichbleibenden Abstand von der Kanalwand 10 eingesetzt.

Der Hohlkörper 9 besteht aus einem elektrischen Widerstandsmaterial mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienteι der über elektrische Zuleitungen 11 beispielsweise mit der Batterie verbunden ist. Bekanntlich erreichen diese Werkstoffe bei einer hohen Stromaufnahme innerhalb weniger Sekunden Temperaturen von über 100⁰C. Gesteuert wird die Heizleistung und Dauer der Erwärmung in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors. Wichtigste Einflußgrößen sind dabei die Außentemperatur, die Kühlluft- und Verbrennungslufttemperatur, die Motordrehzahl, Last- und Brennraumtemperatur.

Anstelle des elektrischen Widerstandsmaterials kann der Hohlkörper 9 aus einem Werk stoff mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehen, in den als Heizelemente Heizpillen (PTC) eingebettet sind. Im Interesse einer raschen Funktion des Hohlkörpers 9 ist dieser mit einer möglichst großen Oberfläche ausgestattet, auf die die Kraftstoffstrahlen unter verschiedenen Auftreffwinkeln großflächig aufgebracht werden können. Hierdurch wird ein gleichmäßiges Abdampfen des Kraftstoffes von der Oberfläche und eine gleichmäßige Vermischung mit der erwärmten Verbrennungsluft erreicht.

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Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 ist der Hohlkörper 9 als Rohrstutzen 12 ausgebildet, der an seinem einströmseitigen Ende mit einem Bund 13 versehen ist. Der Rohrstutzen 12 ist im Eingangsbereich des Saugkanals 2 frei stenend ■ eingesetzt, der in dieser Lage über den in einer von der Flanschebene 8 ausgehenden Ausnehmung 14 des Zylinderkopfes 1 passend einliegenden Bund 13 gehalten wird. Um einen Wärmeabfluß vom Rohrstutzen 12 zur Kanalwand 10 zu verhindern, ist dieser mit Abstand von einer Isolierhülse 15 umgeben. Diese besitzt ebenfalls einen endseitigen Bund 16, der mit dem Bund 13 in der Ausnehmung 14 einliegt, und die beide in dieser von der außen angeflanschten Saugleitung 5 fixiert sind.

Der Rohrstutzen 12 umschließt einen Hohlraum 17 mit einer an der Anströmseite 18 liegenden Einlaßöffnung 19 und einer an der Abströmseite 20 liegenden Auslaßöffnung 21. Größe und Form des Rohrstutzens 12 sind weitgehend an die Form des Saugkanals 2 angepaßt, so daß der Füllungsgrad der Maschine hierdurch kaum beeinträchtigt wird. Innerhalb des Ansaugsystems bildet der Rohrstutzen somit eine röhrenförmige "Heiz- oder Aufwärmstrecke", innerhalb der die Verbrennungsluft und der eingespritzte Kraftstoff aufgewärmt und beide Komponenten miteinander vermischt werden. Von der mit geringem Abstand vor der Anströmseite 18 in die Saugleitung 5 einmündenden Einspritzdüse 6 wird der Kraftstoff von oben schräg in den Hohlraum 17 eingesprüht und großflächig auf die Oberfläche 22 aufgetragen. Von dieser dampft der Kraftstoff gleichmäßig ab und vermischt sich mit der durchströmenden Verbrennungsluft. Die Länge des Rohrstutzens 12 ist dabei auf die Lage der Einspritzdüse 6 und die Spritzrichtung der Kraftstoffstrahlen so abgestimmt, daß im wesentlichen der gesamte Kraftstoff die Oberfläche 22 benetzt.

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Der Bund 13 ist mit Durchtrittsöffnungen 23 versehen, über die ein Teil der Verbrennungsluft aus der Saugrohrleitung durch den Ringraum 24 zur Abströmseite 20 geführt wird. Dieser Sekundärluftstrom nimmt dabei Wärme von der äußeren Oberfläche 25 des Rohrstutzens 12 auf. Gleichzeitig umhüllt der Sekundärluftstrom das Kraftstoff-Luft-Gemisch auf dem Weg vom Rohrstutzen 12 zum Zylinder 4 und verhindert so eine zu rasche Abkühlung des Gemisches. Außerdem wird durch die Sekundärluft eine Isolierung des Rohrstutzens 12 gegenüber der Kanalwand 10 erzielt, deren Wirkung durch die Isolierhülse 15 noch verstärkt wird.

Gemäß Figur 2 besteht der Hohlkörper 9 aus einem kegelförmigen Einsatzelement 27 mit einem am verjüngten Ende 28 geschlossenen Hohlraum 29. Das Einsatzelement 27 ist mit dem verjüngten Ende zum Ventil 3 hin vorstehend im Eingangsbereich des Saugkanals 2 angeordnet und mittels radial verlaufender Rippen 30 und 31 an der Kanalwand 10 abgestützt, wobei über die in der Ausnehmung 14 anliegende Rippe 31 das Element im Saugrohr ortsfest gehalten wird. Das Einsatzelement 27 besitzt am anströmseitigen Ende 32 mit der Einlaßöffnung 33 seinen größten Querschnitt, der etwa 50 - 70 % des Saugrohr querschnittes beträgt. Durch das geschlossene Ende 28 ergibt sich ein muldenartiger Hohlraum 29, in dem der eingespritzte Kraftstoff aufgefangen wird. Hierdurch kann dessen Baulänge klein gehalten werden, so daß das Einsatz element 27 insgesamt geometrisch kleiner ausgebildet werden kann als beispielsweise der Rohrstutzen 12. Die Gehäusewandung 34 des Hohlraumes 29 besteht aus einem Sieb oder Gitter, dessen Durchtrittsöffnungen mit 35 bezeichnet sind.

Von der mit geringem Abstand vor dem anströmseitigen Ende angeordneten Einspritzdüse 6 wird der Kraftstoff auf die Oberfläche 36 des Hohlraumes 29 aufgespritzt. Die Wirkung

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des Einsatzeleraentes als Heizkörper ist die gleiche wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 1. In der Kaltstartphase des Motors ist die Gehäusewandung 34 beheizt. Der aufgesprühte Kraftstoff daipft von der Oberfläche 36 ab, vermischt sich mit der in den Hohlraum 29 einströmenden Verbrennungsluft und wird von dieser über die Durchtrittsöffnungen 35 in Abströmrichtung nach außen mitgerissen. Dort vermischt sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch weiter mit dem über Öffnungen 37 in den Rippen 30 und 31 außen um das Einsatzelement 27 fließenden Sekundärluftstrom 38.

Im Bereich der Einlaßöffnung 33 ist in der Gehäusewandung 34 eine Öffnung 39 vorgesehen, die über ein nicht dargestelltes Rohrsegment an den in der Saugrohrwandung mündenden Zusatzluftkanal"26 angeschlossen ist. Die Zusatzluft wird somit aus den Zusatzluftkanal 26 direkt in den Hohlraum 29 geführt. Anstelle eines Zusatzluftkanals kann auch im Rahmen der Erfindung eine luftummantelte Einspritzdüse angewendet werden.

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Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 885/4

,S t u t t g a r t , 26. Juni 1984

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Ansprüche

1!/Ansaugsystem für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit im Saugrohr angeordneter Kraftstoffeinspritzdüse und einem dieser nachgeschalteten Heizelement zum Erwärmen des Kraftstoff-Luft-Gemisches vor Eintritt in die Zylinder, " - _f, ..

dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus einem innerhalb des Saugrohres (2, 5) angeordneten und allseits von Verbrennungsluft umströmten Hohlkörper (9, 12, 27) besteht, in dessen Hohlraum (17, 29) der Kraftstoff wandberührend eingesprüht wird.
2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (9, 12, 27) aus einem elektrischen Widerstandsmaterial mit positivem Wiederstands-Temperatur-Koeffizient steht, dessen Heizleistung in Abhängigkeit von Betriebsparametern steuerbar ist.
3. Ansaugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Saugrohrleitung (5) stromab einer Drossel-

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klappe angeordnete Zusatzluftkanal (26) unmittelbar in den Hohlraum (17, 29) mündet.
4. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (9) als zylindrischer Rohrstutzen (12) ^ausgebildet ist, der~im Saugkanal (2) des Zylinderkopfes (1) eingesetzt ist und der mit ^inem am einströmseitigen Ende angeordneten Bund (13) in einer Ausnehmung (14) des Zylinderkopfes (1) über die von außen angeflanschte Saugrohrleitung (5) gehalten ist.
"5. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (12) radialem Abstand von einer Isolierhülse (15) umgeben ist, die über einen endseitigen Bund (16) zusammen mit dem Bund (13) des Rohrstutzens (12) in der Ausnehmung (14) fixiert ist.
6. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Isolierhülse (15) und Rohrstutzen (12) vorhandene Ringraum (24) über Durchtrittsbohrungen (23) mit der Saugrohrleitung (5) verbunden ist.
7. Ansaugsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (9) aus einem Einsatzelement (27) mit einem kegelförmigen am verjüngten Ende (28) geschlossenen Gehäuse besteht, dessen Wandungen (34) eine zur Anströmseite (32) der Verbrennungsluft hin offenen Hohlraum (29) einschließen, aus dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch über Durchtrittsöffnungen (35) in der Gehäusewandung (34) in den Saugkanal (2) überleitbar ist.

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8. Ansaugsystem nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzelement (27) über am Gehäuse radial nach außen abstehende Rippen (30 und 31) im Saugkanal (2) gehalten ist.
9. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse . (6) mit einem Lufinantel . versehen ist, über den die Leerlauf- und Zusatzluft dem'Heizelement (Hohlkörper a) zuführbar ist.