DE3426469C2

DE3426469C2 - Ansaugsystem für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3426469C2
Application number: DE3426469A
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: 1986-05-28
Also published as: IT8548363A0; FR2567965A1; DE3426469A1; SE457463B; SE8503506D0; FR2567965B1; IT1182776B; SE8503506L

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem gattungsgemäßen Ansaugsystem (US-PS 45 569) ist es bekannt, im Ansaugrohr stromauf der Drosselklappe ein elektrisches Heizelement aus einem PTC-Widerstandswerkstoff anzuordnen. Das Heizelement ist als geschlossene Scheibe ausgebildet, die im Saugrohr unter Einschluß eines radialen Strömungsquerschnittes konzentrisch angeordnet ist. Auf die der Luftströmung zugewandten Prallfläche der Scheibe wird von einer Einspritzdüse Kraftstoff aufgesprüht, der bei eingeschaltetem Heizelement verdampft und von der auftreffenden Ansaugluft in Richtung des Umströmungsquerschnittes mitgerissen wird. Durch das quer zur Luftströmung angeordnete Element entstehen im Ansaugsystem unerwünscht hohe Druckverluste, hinzu kommt, daß das aufgeheizte Kraftstoff-Luft-Gemisch von der Prallfläche radial nach außen zu den kalten Saugrohrwänden abgelenkt und durch Berührung mit den kalten Wänden wieder derart stark abgekühlt wird, daß der zuvor erwärmte Kraftstoff sich als Kondensat an den Saugrohrwänden niederschlagen kann. Hierdurch entsteht eine Abmagerung des Gemisches, welches den Kaltstart des Motors weiter nachteilig beeinflußt. Verstärkt wird dabei die Kondensatbildung noch durch die vom Motor entfernte Anordnung des Heizelementes innerhalb des Saugrohres.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, dieses bekannte Ansaugsystem so weiterzubilden, daß einerseits bei möglichst kleinen Druckverlusten im Saugrohr eine gleichmäßige und intensive Aufheizung von Ansaugluft und abgespritztem Kraftstoff erreicht und andererseits das erwärmte Kraftstoff-Luft-Gemisch ohne nennenswerte Wärmeverluste bis in die Zylinder geführt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst

Durch die Anordnung des Heizelementes im Saugkanal wird der Weg für das erwärmte Kraftstoff-Luft-Gemisch bis zu den Zylindern erheblich verkürzt und damit die Abkühlung des Gemisches weitgehend verhindert. Das als Hohlkörper ausgebildete Heizelement bildet innerhalb des Saugsyiiems eine Misch- und Aufheizstrekke, durch welche die Verweilzeit des Gemisches in der Strecke erhöht und somit eine intensive Aufheizung von Kraftstoff und Luft ohne nennenswerte Druckverluste erzielt wird.

Der außen am Hohlkörper entlangfließende Luftstrom bildet einen Isoliermantel, durch den die Wärmeabfuhr vom Hohlkörper zur Saugrohrwand reduziert wird. Da sich jedoch die Luft am Hohlkörper aufheizt, ist das den Hohlkörper verlassende Gemisch auf seinem Weg zu den Zylindern in einem heißen Luftmantei eingehüllt, der nicht nur eine zu schnelle Abkühlung sondern darüberhinaus auch verhindert, daß sich Kraftstoffdampf als Kondensat an den kalten Kanalwänden niederschlagen kann.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 2 wird für den Hohlkörper eine günstige Einbaulage und eine einfach herzustellende Form erzielt.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich neben einer Verbesserung der Isolierung des Hohlkörpers eine einfache Fixierung von Hohlkörpern und Isolierhülse im Saugkanal.

Durch die Form des Hohlkörpers gemäß den Merkmalen der Ansprüche 4 und 5 wird eine verbesserte Ausnutzung der beheizten Oberfläche erreicht, wodurch der Hohlkörper gegenüber dem zylindrischen Rohrstutzen insgesamt geometrisch kleiner ausgebildet werden kann.

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

Es zeigt

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

F i g. 2 die Anordnung eines kegelförmigen Hohlkörpers im Ansaugsystem aus Fig. 1.

Das in Fig. 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 Strö-

mungsrichtung der Verbrennungsluft geneigt angeordnet, deren Düsenspitze 7 etwa im Bereich der gemeinsamen Fianschebene 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.

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 aus- is gebildet 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-Temperaturkoeffizienten der über elektrische Zuleitungen 11 beispielsweise mit der Batterie verbunden ist Bekanntlich erreichen diese Werkstoffe bei e;ner hohen Stromaufnahme innerhalb weniger Sekunden Temperaturen von über 100° C 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 Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehen, in den als Heizelemente Heizpillen (PTC) eingebettet sind. Im Interesse einer raschen Funktion des Hohlkörpers 9 ist dieser mit einer mögliehst 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 erwärmen Verbrennungsluft erreicht.

Gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel aus F i g. 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 stehend eingesetzt, der in dieser Lage über den in einer von der Fianschebene 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 der" 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 »Heizoder 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 Saugleitunj; 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

Der Bund 13 ist mit Durchtrittsöffnungen 23 versehen, über die ein Teil der Verbrennungsluft aus der Saugrohrleitung 5 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 F i g. 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 Saugrohrquerschnittes 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 Einsatzelement 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 anströmseiti-,gen Ende 32 angeordneten Einspritzdüse 6 wird der Kraftstoff auf die Oberfläche 36 des Hohlraumes 29 aufgespritzt Die Wirkung des Einsatzeleinentes als Heizkörper ist die gleiche wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1. In der Kaltstartphase des Motors ist die Gehäusewandung 34 beheizt Der aufgesprühte Kraftstoff dampft 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 Einsatzeiement 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 müiidenden Zusatzluftkanal 26 angeschlossen ist. Die Zusatzluft wird somit aus dem Zusatzluftkanal 25 direkt in den Hohlraum 29 geführt. Anstelle eines Zusatzluftkanals kann auch im Rahrt.en der Erfindung eine luftummantelte Einspritzdüse angewendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ansaugsystem für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit einem stromab einer Einspritzdüse im Saugrohr unter Bildung eines radialen Umströmungsdurchlasses konzentrisch eingesetzten elektrischen Heizelement, das aus einem Werkstoff mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten besteht, auf dessen Oberfläche der Kraftstoff aufgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus einem im Saugkanal (2) des Zylinderkopfes (1) eingesetzten länglichen Hohlkörper (9) besteht, der zur Kanalwand (10) hin unter Einschluß des Umström.ungsdurchlasses (24) wärmeisolierend abgeschirmt ist und der über die an den Zylinderkopf (1) von außen angeflanschte Saugrohrleitung (5) im Saugkanal (2) gehalten ist.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (9) als zylindrischer Rohrstutzen (12) ausgebildet ist, der mit einem am einströmseitigen Ende angeordneten Bund (13) in einer Ausnehmung (14) am Zylinderkopf eingesetzt und in der Ausnehmung (14) durch die Saugleitung (5) fixiert ist.

3. Ansaugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (12) mit radialem Abstand von einer Isolierhülse (15) umgeben ist, die über einen endseitigen Bund (16) zusammen mit dem Bund (Ϊ3) des Rohrstutzens (12) in der Ausnehmung (14) fixiert ist und daß der zwischen Isolierhülse (15) und Rohrstutzen (12) vorhandene Ringraum als Umströmungsdurchldß (24) über Durchtrittsbohrungen (23) mit der Saugrohrlei, jng verbunden ist.

4. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (9) aus einem Einsatzeiement (27) mit einem kegelförmigen am verjüngten Ende (28) geschlossenen Gehäuse besteht, dessen Wandungen (34) einen 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.

5. Ansaugsystem nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzelement (27) über am Gehäuse radial nach außen abstehende Rippen (30 und 31) im Saugkanal (2) gehalten ist.