DE3624977A1 - Gemischaufbereitungs- und zuteilungsverfahren fuer otto-brennkraftmaschinen bestehend aus einem verfahren zur verdampfung von kraftstoffen in verbindung mit einem hochpraezisen dosiersystem zur zuteilung und zufuehrung des gemischs in den brennraum mit gleichzeitiger erzeugung einer schichtladung im zylinder - Google Patents

Description

1. VERDAMPFUNG

Rohre in einem Wärmetauscher werden von Abgasen, die dem Auspuffkrümmer des Motors entnommen wurden, durchströmt. Durch die Erwärmung der Rohre verdampft der in Form eines Fallfilms zugeführte flüssige Kraftstoff und erzeugt so -je nach Kraftstoffart und dessen Verdampfungspunkt- homoge­ nen Kraftstoffdampf. Verdampfungstemperatur und Druck sind unmittelbar von einander abhängig, die Erfindung regelt den Druck. Dieser wird durch ein internes Regelungssystem, z.B. Bypass-Regelung der Abgase, Vergröße­ rung oder Verkleinerung der Wärmeaustauschfläche sowie Stufen- Ventil­ sicherungen, konstant gehalten.

Bei gewissen Betriebszuständen (bei Kaltstart, oder überwiegendem Kurz­ streckenverkehr bei extrem niedrigen Außentemperaturen) wird der Wärme­ tauscher bzw. Verdampfer durch eine elektrische Zusatzheizung (Heiz- Igel) unterstützt.

2. DOSIERUNG

Der Kraftstoffdampf wird mit definiertem Druck durch eine anwendungsab­ hängige Anzahl insich gelagerter Rohre, die mit funktionsabhängigen Aus­ sparungen (Blenden) versehen sind, zugeteilt. Zwei dieser Rohre -das Dosier- und das Lastrohr- werden mit Nockenwellendrehzahl angetrieben. Durch tangentiale Verdrehung lassen sich variable Ausschnitte einstellen. Ihre jeweilige Zuordnung zueinander bildet die eigentliche Dosierdüse. Jeder Zylinder erhält in der Regel seine eigene Zuteilung durch ein solches Blendensystem.

Durch die drehzahlsynchrone und lastabhängige Dosierung des Kraftstoff­ dampfs wird eine mengenmäßig äußerst präzise Gemischversorgung des Zy­ linders ermöglicht.

Die Zuteilung erfolgt zeitlich genau und ist unter allen Lastzuständen (Leerlauf, Teil- und Vollast) immer äußerst exakt auf den tatsächlichen Energiebedarfs des Motors abgestimmt, die Anpassung bzw. Steuerung der Dosierblenden an unterschiedliche Betriebszustände erfolgt in Abhängig­ keit von verschiedenen Parametern, wie z.B. dem gemessenen Luftmassen­ strom, der Drehzahl und der jeweiligen Last.

3. ZUFÜHRUNG

Der präzis dosierte Kraftstoffdampf kann -z.B. beim Salehschen Schicht­ ladeverfahren- über kurze Zuleitungswege vor dem speziell konzipierten Einlassventil zusammen mit der ungedrosselten Frischluft, zeitangepasst, in definiertem Winkel in den Zylinder einströmen.

Die Zuführung wird dabei so ausgeführt, daß keine Vermischung der Schichten im Zylinder stattfindet (Salehsches Verfahren), es erfolgt im Gegenteil eine fortwährende exakte lastabhängige Schichtung des arbei­ tenden Teils (zündfähiges Kraftstoffdampf/Frischluftgemisch) über dem nicht arbeitenden Teil (reine Frischluft über dem Kolbenboden).

Bei herkömmlichen, Ansaugluftgedrosselten 4-Takt-Brennverfahren, kann der erfindungsgemäß erzeugte Kraftstoffdampf und die Dosierung zur Ver­ mischung mit Frischluft auf ebenfalls herkömmliche Weise, also über die dafür vorgesehenen üblichen Ansaugwege, Sammelrohrzuführung oder Einzel­ zylinderdosierung, durchgeführt werden.

VORTEILE DES SALEHSCHEN SCHICHTLADEVERFAHRENS

• - Das erfindungsgemäß erzeugte Gemisch kann stark abgemagert, das heißt mit hohem Luftüberschuss den Brennräumen zugeführt werden
• - In jedem Lastbereich erfolgt eine vollständige Verbrennung des zuge­ führten homogenen Gemischs, verbunden mit einer drastischen Schadstoff­ reduktion im Abgas, speziell CO sowie HC werden praktisch nicht mehr erzeugt, der NOx-Anteil ist wesentlich herabgesetzt
• - Der Füllgrad Lambda bleibt in allen Lastbereichen nahezu unverändert optimal, er kann bei diesem Verfahren jedoch mit einem Faktor größer 1 angeboten werden, z.B. zum Einsatz in sog. Magermotorverfahren
• - Deshalb ergibt sich in jedem der bisher kritischen Lastbereiche eine beträchtliche Zunahme des zur Verfügung stehenden Drehmoments
• - Wegfall herkömmlicher Vergaser- und Einspritzsysteme, verbunden mit teilweise beträchtlichen Gewichtseinsparungen von z.B. Ansaugkrümmern und damit ein Zugewinn an Einbauraum oder -höhe, sowie Gewicht
• - Wegfall teurer Abgasreinigungsanlagen wie Katalysatoren (mit oder ohne Lambda-Regelung) von Abgasrückführungen und ähnlichen, mehr oder minder wirkungsvollen Hilfseinrichtungen
• - Einsparung aufwendiger, mehrventiliger Zylinderköpfe und der dazu notwendigen, eher aufwendigen Ventilsteuerungen
• - Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Vorteil bietet die permanente Spülung der Verbrennungsräume mit Frischluft, da diese etwaige, uner­ wünschte Ablagerungen durch Verbrennungsrückstände zuverlässig ver­ hindert.

DAS VERFAHREN IM DETAIL

Das hier beschriebene Verfahren ersetzt herkömmliche Vergaser- und Ein­ spritzsysteme bei Otto-Brennkraftmaschinen. Durch die Verdampfung des Kraft­ stoffs und die Vermischung des präzise dosierten Kraftstoffdampfs mit Frischluft kann ein überaus homogenes Gemisch erzeugt werden, dessen Ver­ brennungseigenschaften jedem andern durch Zersteubung erzeugten Gemisch heutiger Vergaser- oder Einspritzsysteme überlegen ist und dessen Dosierge­ nauigkeit bei der Zumessung des benötigten Kraftstoffdampfs bei der Einzel­ zuführung pro Zylinder besser als 1% ist.

SCHEMATISCHE DARSTELLUNG

Wie in Bild 2 gezeigt, befördert Pumpe 3 den flüssigen Kraftstoff aus Tank 1 durch den Filter 2 sowie das Verteilerrohr 46 in den Wärme­ tauscher 8. Durch Schlitze oder Löcher im Verteilerrohr 46 wird der Kraftstoff in einem dünnen Fallfilm auf die Oberfläche der Heizrohre 45 des Verdampfers 8 verteilt.

Beim Öffnen der Dosierblenden 12 wird der Kraftstoffdampf aus dem Do­ sierverteiler 13 zum Mischraum 21 Bild 9, 10 ausströmen, wo er sich mit der frischen Saugluft im Saugrohr 26 direkt vor dem Einlassventil 22, 23 vermischt und in den Zylinder 24, 25 einströmt. Dabei wird in einem speziell gestalteten Eintrittskanal, der zum ebenfalls verfahrensbe­ dingten Einlassventil Schirmventil führt, das Gemisch beim tangentialen Eintritt Bild 9, 10 in den Verbrennungsraum 24 in eine definierte Rota­ tionsbewegung versetzt.

Die Beimengung des Kraftstoffdampfs zur frisch einströmenden Luft er­ folgt nach dem Prinzip des kritischen Durchflusses des Dampfs in den Dosierblenden 12. Aus diesem Prinzip lässt sich gemäß Bild der jeweilige Blendenquerschnitt ableiten.

Die auf Seite 7 beschriebene tangentiale Zuführung der Ladung in den Zylinder und der dadurch entstandenen Drallbewegung ist erforderlich, damit sich eine Schichtung der Ladung -nach Zufuhr- einstellt. Gleich­ zeitig soll verhindert werden, daß durch die hohe kinetische Energie der eintretenden Schicht eine Verwirbelung. d.h. eine Vermischung mit den vorhandenen Schichten stattfindet.

Gemäß dem Salehschen Schichtladeprinzip (Offenlegungsschrift DE 34 14 168 A1, Bild 1) bedeutet eine Schichtung "eine Zufuhr der Ladung" in einer Ebene parallel zum Kolbenboden. Mit der Abwärtsbewegung des Kol­ bens wird das frei entstehende Volumen immer mit der neuen Schicht ge­ füllt. Am Ende des Saughubs bildet der zuerst zugeführte Teil der Ladung die untersten, kolbennahen Schichten und der zuletzt zugeführte Teil der Ladung die obersten, zündkerzennahen Schichten. Diese Schichtung bleibt während der nachfolgenden Hübe auch erhalten.

Bei maximaler Last bleibt die Blende 12 während des gesamten Saughubs offen, wodurch die zum Zylinder einströmende Luft kontinuierlich mit dem erforderlichen Kraftstoffdampf vermischt wird, um die gewünschte Konzen­ trationsverteilung entlang der Achse des Zylinders zu erreichen.

In der Nähe der Zündkerze, in den obersten Schichten, wird ein kraft­ stoffreiches Gemisch (Lambda kleiner 1) gebildet und wird in Richtung Kolben kontinuierlich abgemagert (Lambda größer 1,1).

Bei Teillastbetrieb des Motors Bild 1b, 1g, bei Leerlauf Bild 1a, 1e wie auch beim Kaltstart (jedoch nicht bei eventuellem Schubbetrieb, da Schubabschaltung) wird nur den obersten, letzten Schichten Kraftstoff­ dampf zugeführt, die dabei zugeführte Menge entspricht der Menge, die diesen Schichten auch bei Vollast jeweils einzeln zugeteilt würde.

Somit besteht nur der Teil der Schichtung (er ist in der unmittelbaren Nähe der Zündkerze) welcher als arbeitender Teil bezeichnet wird, aus dem gewünschten Gemisch, dessen Luftverhältnis dem im Bild 11 darge­ stellten Verlauf entspricht. Der restliche Teil der Ladung -bis zum Kolbenboden- besteht aus frischer Luft. Dieser Teil wird als nicht arbeitender Teil bezeichnet.

Die Größe des arbeitenden Teils lässt sich je nach der erforderlichen Last des Motors, Bild 1, zuordnen. Beim vollen Beschleunigen des Motors werden die Dosierblenden 12 so aktiviert, daß die gesamte Frischluft­ ladung Bild 1c beim durchströmen in den Mischraum 21 vor dem Einlaß­ ventil kontinuierlich mit dem Kraftstoffdampf beladen wird.

VERDAMPFER

Im Verdampfer 8 im Bild 3 und 4 sind die zwei untereinander angeordneten Heizungsrohre 45, welche vom Abgas durchströmt werden, in einem zentra­ len Gehäuse, dem sogenannten Kammermantel 54 zusammengefasst. Das Ge­ häuse selbst ist nur nach oben, zum Verteilerrohr 46, offen. Der im Kam­ mermantel 54 enthaltene Raum wird durch senkrecht stehende, rippenartige Zwischenwände 55 in separate Kammern unterteilt.

Diese Kammern im Gehäuse 54 werden durch die Bewegung des Isolierschie­ bers 47 nach oben geschlossen. Durch das Schließen einer Kammer wird die in ihr vorhandene Heizrohrfläche nicht mit Kraftstoff benetzt. Gleich­ zeitig kann sich der Kraftstoffdampf, der in den geschlossenen Kammern durch das Trockenlegen der Heizfläche überhitzt wird, nicht mit dem gesättigten Dampf im übrigen Raum des Verdampfers vermischen.

Es wird also nur der gesättigte Kraftstoffdampf zum Dosierverteiler 13 geführt; eine Überhitzung und somit Verfälschung der Kraftstoffdampf­ dosierung ist somit vermieden. (Vergleiche Offenlegungsschrift Seite 9).

Die durch den Verdampfer geführten Heizrohre 45 in Bild 2 laufen pa­ rallel zum Abgasrohr 56. Das Teilstück 60 des Abgasrohrs 56 beherbergt das Thermoventil 57. Das Mündungsstück an der Anschlußstelle 59 der Heizrohre 45 verjüngt sich bei seinem Übergang in das Rohr 56 und 60, sodaß dort ein relativ hoher Strömungswiderstand entsteht. Durch die relativen Strömungswiderstände der Heizrohre 45 zu dem des Abgasrohres 60 stellt sich eine variable Größe des Massenstroms der Abgase ein. Damit regelt sich auch analog die Temperatur der Abgase im Heizrohr 45.

Beim Kaltstart bzw. bei Abgastemperaturen unter 200 Grad, sperrt das Thermoventil 57 das Teilstück 60 total; d.h. der gesamte Abgasstrom fließt durch die Heizrohre 45 des Verdampfers. Die konstruktive Ver­ engung der Heizrohre nach dem Verdampfer bewirkt einen Gegendruck im Abgasstrom, der wiederum für einen schnellen Temperaturanstieg im Ver­ dampfer sorgt. Mit ansteigender Abgastemperatur öffnet sich das Ventil 57 und bildet somit einen Bypass, der einen Teil des Abgasstroms durch das Teilstück 60 in das Abgasrohr 56 in den Auspuff weiterleitet.

Als konstruktive Hilfsmaßnahme zur Unterstützung der Funktion des Ver­ dampfers bei niedrigen Abgastemperaturen ist eine elektrische Heizung 9 (Heiz-Igel) mit einem Anschluß von max. 500 Watt, abhängig von der jeweiligen Verdampfergröße, vorgesehen. Diese wird jedoch nur beim Kalt­ start (für 1-3 Sek), bei extremem Kurzstreckenverkehr, in langen Phasen des Schiebebetriebs des Motors (lange Bergabfahrten) und bei Tempera­ turen weit unter Null Grad Celsius für jeweils Bruchteile von Sekunden aktiviert.

Die Zusatzheizung 9 kann im Verdampfer 8 direkt unter dem Verteilerrohr 46 montiert werden. Sie kann aber auch bauartabhängig im Dosierverteiler 13, wie in Bild 5 beschrieben, plaziert werden. Im letzteren Fall wird eine höhere Ansprechempfindlichkeit -insbesondere beim Kaltstart- er­ zielt. In diesem Fall muß das vorhandene System durch ein zusätzliches Verteilerrohr 11 und ein Kraftstoffzufuhrventil 10 ergänzt werden.

Die Regelung des erfindungsgemäßen konstanten Drucks im Verdampfungsraum des Wärmetauschers 8 (Siehe "Druckregelung im Verdampfer" auf Seite 9 der Offenlegungsschrift) übernehmen die Ventile 4, 5 und 14 in Bild 2.

Dabei regelt das Bypassventil 14 einen Anstieg des Betriebsdrucks über einen definierten Wert durch sein Öffnen zum Kondensationsrohr 15, welcher das durch Abkühlung entstehende Kondensat über das Rückflußven­ til 6 zurück in den Kraftstoffversorgungskreislauf leitet.

Bei einem extremen Anstieg des Drucks im Verdampfer regeln die Rückfluß­ ventile 4 und 5 stufenweise den Rückfluß des flüssigen Kraftstoffs zum Tank.

Wie auf Seite 10 erwähnt, reguliert der Isolierschieber 47 die zur Ver­ fügung stehende Wärmeaustauschfläche. Bei Abnahme des Drucks unter sei­ nen Sollwert steuert der Druckmessgeber 61 in Bild 2 den Antriebsmecha­ nismus 48, 49 im Bild 3 und 4 und vergrößert über den Isolierschieber 47 die Wärmeaustauschfläche. Reicht die angebotene Abgastemperatur nicht zu einem vollständigen Druckaufbau aus, so wird kurzzeitig die elektrische Heizung 9 aktiviert, gleichzeitig öffnet sich das Kraftstoffzufuhrventil 10 zum Verteilerrohr 11.

Der Verdampfer 8 und der Dosierverteiler 13 können samt Antrieb, Steu­ erung, Aufheizung in einer mechanischen Einheit zusammengefasst werden. In diesem Fall werden sich die Abdichtungs-, Aufheizungs- und Wärmeiso­ lierungsprobleme stark reduzieren. Das Gesamtbauvolumen des Systems veringert sich dadurch außerdem beträchtlich, eine Vielzahl von Teilen kann dann eingespart werden 50, 42, 28, 16, siehe Bild 6a.

DAS DOSIERSYSTEM

Der Verteiler 13 besteht aus 4 ineinander geschobene Rohre 16, 17, 18, 19, welche die in Bild 8 dargestellten Öffnungen (Blenden) 16 a, 17 a, 18 a, 19 a, -jeweils pro Zylinder- aufweisen. Ihre relative Einstellung zueinander Bild 7 bestimmt und bildet die Größe der Offnung der Dosierblende 12. Rohr 17 in Bild 6 wird mechanisch über Riemen, Kette oder Pulley 43, 44 mit der nockenwellensynchronen Drehzahl des Motors angetrieben und setzt Rohr 18 über 39, 38, 35, 36 in Bewegung.

Die Öffnungen 17 a und 18 a der Dosierblenden eines jeden Zylinders, sind in ihrer Positionierung auf den Rohren 17 und 18 so verteilt, daß sie während des Saughubs des Zylinders an den vor der Düse 12 stehenden Öffnungen 16 a und 19 a vorbeistreichen. Damit legen sie -wie in Bild 7 dargestellt ist- die Öffnungen 16 a und 19 a der entsprechenden Zylinder­ zuführung frei.

Die in Bild 5 und 6 dargestellten Mechanismen erlauben eine -von z.B. einem Stellglied eines mechanischen oder elektrischen Gaspedal zu betä­ tigende- geringe Verschiebung des Lastrohrs 18 in Drehrichtung, sodaß die Blende 17 a teilweise geschlossen bleibt. Wie in Bild 7a und 7b dargestellt, verschiebt sich diese Blendenöffnung synchron zum späten Kurbelwellenwinkel.

Zwischen den rotierenden Rohren 17 und 18 befinden sich die stationären Rohre 16 und 19. Die Öffnungen 16 a und 19 a der Rohre 16 und 19 bilden somit ineinander eine schlitzförmige Blende gemäß Bild 7c.

Ihre Öffnungen münden direkt in die Düse 12 und führen über die An­ schlußröhrchen 27 in Bild 9 in den Einlassventilvorraum 21 des jewei­ ligen Zylinders.

Der Kreisschnitt 51 in Bild 8 wird im Rohr 16 eingebaut und am Rohr 19 über den Mitnehmerbolzen 52 befestigt. Durch eine geringe Drehung des Rohrs 19 lässt sich die Breite der Öffnung 16 a verändern. Diese Bewegung wird vom Messgeber des Frischluftmassenstroms, über den Mechanismus 62, vorgenommen. Die Größe des Frischluftmassenstroms ist in diesem Ver­ fahren hauptsächlich von der Drehzahl des Motors abhängig.

Hierdurch wird . . .

• a) die Änderung des Füllgrads nach dem Schwingverhalten der Frischluft im Einlaßkrümmer in Abhängigkeit von der Drehzahl berücksichtigt.
• b) die Änderung des atmosphärischen Drucks und der Temperatur der Frischluft ebenfalls berücksichtigt.
• c) der Einbau eines Turboladers oder dergleichen keinen Einfluß auf die Luftverhältniseinstellung ausüben.

Die aus der Zuordnung der Teile 19, 52, 51, 16 gebildete schlitzförmige Blende, wirkt als ein Differenzierglied der Blende 17 a des Rohrs 17 ent­ sprechend der Offenlegungsschrift DE 34 14 168 A1. Alle diese Blenden zusammen ergeben die Kurven 2, 5, 8 in Bild 11.

Der Vergleich dieser Kurven im Bezug zum Einlassventilquerschnitt 22 ergibt deshalb ein Luftverhältnis Lambda=1 für die gesamte Ladung, bei allen Drehzahlen bzw. Lasten.

Durch Anpassung der Form der Blende 17 a erhält man die in Bild 11 ge­ zeichneten Kurven 2, 5, 8 i, oder 8 ii. Diese Kurven stellen eine variable Größe des Luftverhältnises im Zylinder dar.

Die Kurven 2, 5, 8 i und 8 ii im Bild 11 stehen für ein Luftverhältnis in der Nähe der Zündkerze 20 (bei einem KW-Winkel von 120-180 Grad) von Lambda -kleiner 1- und im Rest der Ladung bis zum Kolben (KW-Winkel von 0-120 Grad) für ein mageres Gemisch von Lambda -größer 1-.

Das vom Gaspedal aktivierbare Rohr 18 mit der Blende 18 a bewirkt, daß die Blende 17 a bzw. die Dosierblende 12 zum Beginn geschlossen bleibt. Dieser Zustand ergibt die Kurven 0, 1, 3, 4, 6, 7. Beim Beispiel dieser Kurven besteht die Ladung, vom Kolbenboden ausgehend, aus:

• a) dem nicht arbeitenden Teil (also aus Frischluft)
• b) dem arbeitenden Teil, aus mehreren bis 120 Grad KW-Winkel ent­ sprechenden Schichten aus magerem Gemisch , und aus mehreren, den KW- Winkeln 120-180 Grad entsprechenden Schichten aus fettem Gemisch.

Bei Leerlauf besteht der arbeitende Teil lediglich aus einem fetten Ge­ misch, siehe dazu Bild 1a und 1e, sowie Kurve 0 im Bild 11. Dazu benöti­ gen die Blenden 17 a und 18 a nur ihren kleinsten Öffnungsquerschnitt und somit ist der Kraftstoffverbrauch am geringsten.

In der Offenlegungsschrift DE 34 14 168 A1 sind die in Bild 7 darge­ stellten Öffnungen 16 a, 17 a, 18 a, 19 a durch die Wandstärke der Rohre 16, 17, 18 und 19 voneinander getrennt, was zu einer Leckage und damit zu einem Anstieg der HC-Emmissionen in den Abgasen führt.

Dagegen wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau erreicht, daß die in Bild 7 unter Abbildung a, b, c dargestellten Öffnungen, in der Ebene zwischen den Rohren 16 und 17 gebildet werden. Außerdem bleibt bei Teillast die Düse 12 durch das Rohr 18 zu Beginn des Saughubs geschlossen.

Während des Saughubs, bei dem die Frischluft aus dem Saugrohr 26 zum Einlassventilvorraum 21 strömt, sorgt das Röhrchen 53 für einen Bypass­ luftstrom.

Über das Röhrchen 27 in Bild 9 strömt dieser Bypassluftstrom zum Haupt­ strom im Einlassventilvorraum 21 zurück. Gleichzeitig sorgt der genannte Bypassluftstrom für eine gewünschte Verdünnung des Kraftstoffdampfs im Röhrchen 27 und führt ebenfalls zu einer Spülung des Röhrchens gegen Ende des Saughubs. Dies wiederum erzeugt einen scharfen Abschluß des Gemischstroms und verhindert den vorher erwähnten HC-Emmissionsanstieg.

Die hochpräzise Dosierung des aufbereiteten Gemischs durch die Vertei­ lerdüse 13 bietet sich auch für die Anwendung in herkömmlichen Motoren, mit durch Drosselung lastgesteuerten Verbrennungsverfahren an. In einem solchen Fall kann der gesamte Aufbau des Dosierungssystems jedoch we­ sentlich vereinfacht werden, da auf eine spezielle Zuführung zur Schich­ tung der Ladung im Zylinder verzichtet werden kann.

Das erfindungsgemäße Gemischaufbereitungssystem übernimmt dann die Funk­ tionen eines Mehrfachvergasers oder Einspritzsystems, mit präziser Zu­ teilung des Kraftstoffdampfs für jeden einzelnen Zylinder.

Bei einer solchen Ausführung gemäß Bild 6a verringert sich erfindungsge­ mäß die Länge der Verteilerdüse 13 auf ein Drittel ihrer sonstigen Größe.

Außerdem kann auf die im Bild 6 gezeigten Teile 28 und 18 sowie deren Steuerteile 31, 32, 34, 35, 36, 38, 39 und 40 verzichtet werden, mit einem Minimalausbau gemäß Bild 6a. Bei dieser konstruktiven Lösung kann durch die direkte Lagerung der Antriebsachse 43 im Gehäuseabschluß 37 auf die Teile 30, 33 und 44 verzichtet werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Teile- und damit Kosteneinsparung bietet sich bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Gemischauf­ bereitungs- und Dosiersystem in zentralen Ansaugrohrsystemen bei Otto- Motoren mit nicht maximaler Leistungsausbeute jedoch mit dem Anspruch an geringe Schadstoffemmissionen und einen niedrigen spezifischen Verbrauch.

Im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Dosierungsverfahren, erfolgt bei dieser Anwendung die Steuerung der Blenden antriebslos.

Der Vorteil gegenüber einer herkömmlichen Zentralversorgung liegt in der Aufbereitung des Kraftstoffs in Dampfform sowie in dessen genauerer und einfacherer Zuteilung und Vermischung mit dem Frischluftstrom.

Hier wird der Kraftstoffdampf in Form eines kontinuierlichen Massen­ stroms dem Frischluftstrom durch eine einzelne Düse 12 zugeführt. Der Ablauf ist dabei stark vereinfacht: Nach dem Verdampfer 8 wird nur noch ein an einer Blende 19 verstellbarer Schieber 16 zur Steuerung benötigt, wodurch der freie Ausschnitt der Blende 19 dem Luftmassenstrom so ange­ passt wird, daß je nach Last und Temperatur der angesaugten Frischluft das optimale Luftverhältnis eingestellt wird. Der Schieber 16 kann sowohl mechanisch als auch elektronisch bzw. Kennfeldgesteuert werden.

Nachdem nun das Verfahren in seinen Teilgebieten dargestellt wurde, folgt nun eine schematische Darstellung des Funktionsablaufs.

Bei Beginn des Saughubs, beim Öffnen des Einlassventils wird die Dosier­ blende 12 nur bei Vollast geöffnet. Bei Teillast bleibt sie zunächst geschlossen. Trotzdem werden die Röhrchen 27 und 53 von frischer Luft durchströmt. Während Blende 12 geschlossen ist, werden die Blenden 16 a, 19 a, und 17 a in ihrer Gesamtwandstärke vom Kraftstoffdampf gefüllt, die Blende 18 a bildet dabei den Abschluß. Erst während des Saughubs, beim Weiterdrehen der Blenden 17 a und 18 a, legt die Blende 18 a die Dosier­ blende 12 offen. In diesem Fall wird der kritisch ausströmende Kraft­ stoffmassenstrom von der Größe der freien Ausschnitt zwischen der Blende 16 a und 17 a bestimmt.

Dieser Massenstrom beschleunigt außerdem noch die Strömung im Röhrchen 27. Das daraus resultierende Gemisch wird so zugeführt, daß es sich dann mit dem Hauptstrom im Mischraum 21 vor dem Einlaßventil vermischt und gleichzeitig den Hauptstrom beschleunigt. Vor dem Ende des Saughubs wird, obwohl die Blende 18 a noch offen ist, das Dosierrohr 17 die Ge­ samtdosierblende 12 zuschließen.

Bevor das Einlassventil geschlossen wird, sorgt die beschleunigte Spül­ luft in den Röhrchen 27 und 53 für eine scharfe Beendigung der Gemisch­ zuführung. Durch diese Art der Kraftstoffdampfzuführung wird gegenüber dem Verfahren in der Offenlegungsschrift eine leckagenfreie Dosierung des Kraftstoffdampfs erzielt und somit der Erzeugung einer zusätzlichen HC-Emmission vorgebeugt.

Gemischaufbereitungs-, Dosier- und Zuführungsverfahren

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Benennung - Stückliste der erfindungsgemäßen Bauteile und Hilfsmittel

Claims (22)

1. Verfahren zur Kraftstoff- und Gemischaufbereitung, durch Verdampfung von Kraftstoffen, der Dosierung des dabei entstehenden Kraftstoffdampfs, sowie der anschliessenden Zuführung in die Brennräume einer Otto-Brenn­ kraftmaschine.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erfindungs­ gemäße Erzeugung des Kraftstoffdampfs sowie dessen erfindungsgemäße, höchstpräzise Dosierung bei der Zumischung zur Frischluft, zur Bildung eines homogenen Gemischs führt.

3. Verfahren nach Anspruch 1+2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des homogenen Gemischs erfindungsgemäß in die Brennräume einer Otto- Brennkraftmaschine erfolgt.

4. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß Kraftstoff erfindungsgemäß in einem von Motorabgasen durchströmten Wärmetauscher verdampft wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zur funktions­ gemäßen Unterstützung des Wärmetauschers bei niedrigen Abgastemperaturen eine elektrische Zusatzheizung ins Verdampfungssystem integriert ist und diese im Bedarfsfall zugeschaltet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Betriebsdruck des Kraftstoffdampfs im Verdampfer durch Änderung der Größe der Verdampferfläche reguliert und auf einen für den kritischen Durchfluß notwendigen Druck, konstant gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft­ stoffverdampfer (8) aus mehreren Kammern besteht, welche aus einem Mantel (54) sowie aus vielen, ihn unterteilenden Rippen (55) gebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kammern durch einen von einem Druckmessgeber (61) über einem Antriebsmechanismus (48, 49) gesteuerten Isolierschieber (47) gegen Kraftstoffzufuhr und Dampfaustausch geschlossen und damit isoliert werden können.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rege­ lung der Abgastemperaturen im Verdampfer parallel zum Abgasein- und Austritt des Verdampfers (8) ein mit einem Thermoventil (57) bestücktes Abgasbypassrohr (60) angeschlossen ist.

10. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperatur- bzw. Druckregelung des so erzeugten Kraftstoffdampfs und damit zur Erzielung eines kon­ stanten Dampfdrucks -bei allen Lastzuständen des Motors- im Dosiersystem Regelventile (14) eingesetzt werden, die überschüssigen Kraftstoffdampf durch Zwangskondensation wieder in den Kraftstoffkreislauf zurück führen.

11. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherstellung des Druckes und der Temperatur im Verdampfer (8) druckabhänige Ventile (4, 5) zur Ab­ schaltung der Benzinzufuhr zum Verdampfer bzw. zur Rückführung des flüssigen Kraftstoffs zum Tank vorsieht.

12. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung von Kraftstoffen zur Erzeugung eines homogenen Kraftstoffdampfs führt, der der einströ­ menden Frischluft über ein erfindungsgemäßes Dosiersystem beigemengt wird.

13. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß dampfförmige Kraftstoffe durch eine anwendungsabhängige Anzahl in sich verschachtelter und rotierender und mit Blenden (Düsen 16 a-19 a) versehener Rohre dosiert wird.

14. Verfahren nach 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese Rohre mit einer von der Zylinderzahl abhängigen Anzahl funktionsbezogener Blenden­ ausschnitte (Düsen) versehen sind.

15. Verfahren nach 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch diese mit Motordrehzahl rotierenden Rohre bzw. deren Blenden, bei bestimmten, durch zeitabhängige Überschneidung der Blenden entstehende Konstella­ tionen, die eigentliche Dosieröffnung (12) ergibt.

16. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zur Bildung des Blendenquerschnitts und damit zur genauen Dosierung des Kraftstoff­ dampfgemischs drehzahl- und lastabhängig erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 13-16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dosier­ verteiler (13) durch Leckage entweichender Kraftstoffdampf, durch geziel­ te Kondensation im Rohr (41) dem Kraftstofftank wieder zugeführt wird.

18. Verfahren nach 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich damit ein hochpräzises Dosierungssystem bilden lässt, das für die drehzahl- oder zeitabhängige Zuteilung von gasförmigen Stoffen geeignet ist, dies z.B. speziell bei der Zuteilung von Gemisch zum Betrieb von Brennkraft­ maschinen.

19. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß der Offenlegungsschrift DE 34 14 168 A1 von Dr.-Ing. A.H. Saleh, die er­ findungsgemäße Anwendung der Verfahren zur Bildung einer Schichtladung mit scharfer Trennung des arbeitenden und nichtarbeitenden Teils im Brennraum einer ein- oder mehrzylindrigen Otto-Brennkraftmaschine führt.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der erfin­ dungsgemäß dosierte Kraftstoffdampf sowie die ungedrosselt angesaugte Frischluft über die erfindungsgemäße Zuführung im Zylinderkopf in eine spiralenförmige Drehbewegung versetzt wird, und somit die gewünschte, scharf trennende Schichtung im Brennraum erzeugt.

21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff­ dampf jedem einzelnen Zylinder eines konventionellen, ansaugluftgedros­ selten Verbrennungsverfahrens durch erfindungsgemäß aufgebaute Blenden (16 a-17 a) zugeteilt wird, deren Konstellationen Last- Drehzahl oder Luftmassenstromabhängig eingestellt sind.

22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erfindungsge­ mäß erzeugte Kraftstoffdampf der zentralen Gemischversorgung (Ansaug­ rohrsammler) eines konventionellen, Ansaugluftgedrosselten Verbren­ nungsverfahrens mittels der erfindungsgemäß aufgebauten, antriebslosen Blenden (16 a, 19 a) zugeteilt wird, deren gegenseitige Konstellation durch den Luftmassenstrom angepasst ist. (Drosselklappensteuerung)