DE68907647T2 - Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung und Platte, die zwischen den Einlassöffnungen dieser Maschine und einem Einlassrohr montiert wird. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine vom Einspritztyp mit zwei oder mehr Zylindern und einem Zylinderkopf, die für jeden Zylinder einen Saugkanal mit einem Einlaßventil hat, wobei an dem Saugkanal ein Saugrohr mit einer Brennstoffeinspritzdüse befestigt ist, wobei für jeden Saugkanal ein Heizelement in wärmeleitender Verbindung mit dem Zylinderkopf mittels einer zwischen dem Saugrohr und dem Zylinderkopf eingeklemmten Platte so montiert ist, daß jedes Heizelement in einen Saugkanal ragt, wobei das Heizelement eine Wärmesenke, daran angeordnete elektrische Widerstandsmittel und Stromversorgungsmittel aufweist.
• Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der DE-C-34 26 469 bekannt.
• Man hat herausgefunden, daß ungefähr 50 % der gesamten Abgasemission, gemessen mit einem offiziellen Emissionstestzyklus (z.B. ECE 15 oder FTP-Test), in der kurzen Periode gebildet wird, in der der Motor seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Auch Abgaskatalysatoren, die unter normalen Umständen die Abgasemission um ungefähr 90 % vermindern, erreichen diesen Umwandlungsgrad erst dann, wenn die Betriebstemperatur des Katalysators erreicht ist. Die Umwandlung beginnt bei einer Temperatur von ungefähr 300ºC, so daß nach einem Kaltstart die Abgasemission des Motors, falls überhaupt, nur sehr wenig vermindert wird. Da Benzin aus einer Mischung von Kohlenwasserstoffen mit einem Siedebereich von ungefähr 30ºC bis ungefähr 200ºC besteht und bei einem kalten Motor das Temperaturniveau zum Verdampfen des Brennstoffs nicht hoch genug ist, muß, um ein zündfähiges Gemisch zu erhalten, bei einem kalten Motor eine zusätzliche Kraftstoffmenge zugeführt werden. Dies führt zu einer hohen Abgasemission. Bei einer niedrigen Motortemperatur ist daher sowohl der Benzinverbrauch wie auch die Abgasemission relativ hoch.
• Heizen des Benzins bei kaltem Motor stellt einen merklichen Beitrag zur Verbesserung der Umwelt dar, und es wird auch eine merkliche Brennstoffeinsparung erzielt, da wenig oder kein zusätzlicher Brennstoff eingespritzt werden muß.
• Bei der im Oberbegriff genannten Brennkraftmaschine wird das Benzin auf das Heizelement gespritzt, wodurch es auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt wird. Daher wird das Benzin besser verdampfen und es wird auch eine bessere Vermischung mit der Verbrennungsluft erreicht. Wenn der Motor warm genug ist, um das Verdampfen des Benzins zu übernehmen, wird das Heizelement abgeschaltet.
• Bei dem aus der DE-C-34 26 469 bekannten Motor besteht jedes Heizelement aus einem zylindrischen oder konischen hohlen Körper, der aus elektrischem Widerstandsmaterial gebildet ist oder aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht, in das elektrische Widerstandsmittel, wie z.B. PTC-Pillen, eingebettet sind. Die zwischen das Saugrohr und den Zylinderkopf eingeklemmte Platte ist ein an dem hohlen Körper jedes Heizelementes ausgebildeter Flansch, wobei der Flansch von einer im Zylinderkopf ausgebildeten Ausspaaung aufgenommen ist. Folglich ist jedes Heizelement mit einer eigenen Platte versehen, und zum Anbringen des Heizelementes muß eine spezielle Aussparung im Zylinderkopf vorgesehen sein. Am Zylinderkopf müssen zusätzliche Änderungen vorgenommen werden, um die elektrischen Stromleiter, die zu den Widerstandsmitteln führen, aufzunehmen. Diese Maßnahmen müssen für jeden Zylinder separat ausgeführt werden. Daher ist es schwierig, die Heizelemente nachträglich bereits vorhandenen Motoren zuzufügen. Zusätzlich sind die Widerstandsmittel den harten Bedingungen im Saugkanal ausgesetzt.
• Die US-A-3 760 780 offenbart elektrische Heizmittel zur Brennstoffverdampfung in Brennkraftmaschinen, die zwei Heizelemente enthalten, die auf einer gemeinsamen Platte angebracht sind. Die Brennkraftmaschine ist aber nicht vom Einspritztyp, und die Platte ist nicht zwischen den Saugrohren mehrerer Zylinder und dem Zylinderkopf eingeklemmt, sondern zwischen einem Zweistromvergaser und einem Einlaßverteiler eingeklemmt, wobei jedes Heizelement eine rohrförmige Gestalt aufweist und im wesentlichen parallel zur gemeinsamen Platte angebracht ist, so daß es sich über einen der beiden Vergaserkanäle erstreckt. Für Brennkraftmaschinen vom Einspritztyp mit mehreren Zylindern schlägt die US-A-3 760 780 eine andere Anordnung vor, bei der das Saugrohr jedes Zylinders mit einer mit Innengewinde versehenen Öffnung ausgestattet ist, in die eine mit einem Außengewinde versehene Buchse des rohrförmigen Heizelementes eingeschraubt ist, so daß sich das Heizelement über den Kanal des Saugrohres zwischen der Brennstoffeinspritzdüse und dem Einlaßventil erstreckt. Zum Anbringen der Heizelemente müssen Gewindeöffnungen in den Saugrohren aller Zylinder vorhanden sein, und die einzelnen Heizelemente müssen separat in diesen Öffnungen angebracht und über externe Kabel mit einem Stromanschluß verbunden werden.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Oberbegriff genannte Brennkraftmaschine vom Einspritztyp zu schaffen, die zum Anbringen der Heizelemente keine speziellen Vorkehrungen im Zylinderkopf benötigt und bei der die Heizelemente für mehrere Zylinder gleichzeitig in einfacher und zweckmäßiger Weise angebracht und angeschlossen werden können und bei der das Widerstandsmittel und seine Kontakte und Verbindungen gut geschützt sind.
• Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Heizelemente aller Zylinder in einer gemeinsamen Platte integriert sind, die zwischen den Saugrohren aller Zylinder und dem Zylinderkopf eingeklemmt ist, daß die elektrischen Widerstandsmittel jedes Heizelements in einer Kammer angeordnet sind, deren Oberseite, auf die Brennstoff durch die Einspritzdüse gespritzt wird, einen Teil einer Wärmesenke bildet, und daß die elektrischen Widerstandsmittel aller Heizelemente durch isolierte Stromleiter, die in die gemeinsame Platte eingebettet sind, mit einem einzigen Anschlußstift verbunden sind.
• Die Erfindung erlaubt ein sehr leichtes und einfaches Anbringen mehrerer Heizelemente an bereits vorhandenen Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern ohne Veränderungen am Zylinderkopf oder an den Saugrohren. Durch einfaches Einklemmen der gemeinsamen Platte zwischen den Zylinderkopf und die Saugrohre werden die Heizelemente und ihre elektrischen Verbindungen gleichzeitig an alle Zylinder angefügt. Die gemeinsame Platte stellt eine ausgezeichnete wärmeleitende Verbindung zwischen dem Zylinderkopf und den Heizelementen dar, was wichtig ist, wenn der Motor warm ist und die Heizelemente abgeschaltet sind. Aufgrund der Tatsache, daß die elektrischen Widerstandsmittel und ihre relativ empfindlichen Anschlüsse in einer abgeschlossenen Kammer eingesetzt sind, ist die Beschädigungsgefahr minimiert. Die Anschlüsse bleiben sauber und gewährleisten auf diese Weise eine verläßliche elektrische Verbindung. Falls die elektrischen Widerstandsmittel sich von der Wärmesenke lösen, können sie nicht in den Motor fallen. Wenn als Widerstandsmaterial PTC-Material verwendet wird, minimiert die gewählte Ausführung die Alterung der PTC-Pillen.
• Die Erfindung wird nun ausführlicher mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel darstellen.
• Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch das Oberteil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung entsprechend der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die verwendete Platte.
• Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht dieser Platte.
• Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teil der Draufsicht aus Fig. 2 mit einem Stromversorgungs-Anschlußstift (ein Teil der Abdeckung einer Kammer ist weggelassen).
• Fig. 5 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 4.
• Fig. 6 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI aus Fig. 4.
• Das in Fig. 1 dargestellte Oberteil einer Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf 1 auf, an dem ein Saugrohr 2 mit einer Brennstoffeinspritzdüse 3 befestigt ist. Das Saugrohr 2 ist zu einem Saugkanal 4 des Zylinderkopfes geöffnet. Das Einlaßventil 5 ist in diesem Kanal angeordnet.
• Eine Platte 6 aus wärmeleitendem Material, z.B. aus einer Aluminiumlegierung, ist zwischen dem Saugrohr 2 und dem Zylinderkopf 1 eingeklemmt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Fall ist diese Platte vier Zylindern gemeinsam.
• Um die Dichtflächen auszubilden und um Material zu sparen, sind in der Platte Aussparungen 7 angeordnet und auch Befestigungslöcher 8 ausgeschnitten.
• An jedem Saugkanal 4 ist die Platte mit einem Loch versehen, und in jedes dieser Löcher ragt eine Kammer 11, die in einem rechten Winkel zur Fläche der Platte angeordnet ist, und mit einer zylindrischen Fläche 12, deren Breite ihren Maximalwert an der Verbindung mit der Kammer 11 erreicht, und ihren Minimalwert diagonal gegenüberliegend. Der Abschnitt der zylindrischen Fläche mit der geringsten Breite ist mit einer Aussparung 13 versehen, durch die die Brennstoffeinspritzdüse ragt. Die Oberseite der Kammer 11 und die zylindrische Fläche 12 bilden eine Wärmesenke.
• Eine PTC-Pille 16 ist in jeder Kammer 11 angeordnet und an der oberen Wand der Kammer 11 mittels eines wärme- und stromleitenden Epoxidharzes befestigt. Jede Kammer enthält auch eine Kontaktfeder 15, die von der Wärmesenke durch einen Kunststoff isoliert ist.
• Jede Kontaktfeder 15 ist mit einem Anschlußstift 20, der in einen Anschlußkasten 19 ragt, über einen Leiterstreifen 14, einen an ihm durch Laserschweißen befestigten Leiterstreifen 17 und einen integral mit diesem ausgeführten Leiterstreifen 18 verbunden. Die Streifen 17 und 18 sind in einer isolierenden Ummantelung 21 bzw. 22 angeordnet. Diese Ummantelungen sind in inneren Hohlräumen des Dichtungsmaterials eingebettet. Der Streifen 18 ist am Stift 20 angelötet.
• Die Kammern 11 sind von einer Abdeckung 23 verschlossen, die durch Laserschweißungen 24 befestigt ist. Die Kombination der Platte 6 und der mit ihr durch leitende Materialbrücken 10 verbundenen Heizelemente ist zwischen dem Saugrohr 2 und der Einlaßöffnung des Zylinderkopfes 1 angeordnet, wobei eine Dichtung 6b aus wärmeleitendem Material, wie z. B. aus einer Aluminiumlegierung, an der Zylinderkopfseite und eine Dichtung 6a aus isolierendem Material, wie z. B. aus Papier, an der Saugrohrseite zugefügt ist. Wenn der Motor kalt ist, wird eine wirkungsvolle Aufheizung des eingespritzten Brennstoffs erreicht. Der Brennstoff wird unter verschiedenen Winkeln auf die Oberseite der Kammern 11 gespritzt, die zu den Wärmesenken gehören. Wenn über den Stift 20, die Stromleiter 18, 17 und 14 und die Kontaktfeder 15 ein Strom zugeführt wird, werden die Pillen auf einen durch das PTC-Material bestimmten Temperaturwert aufgeheizt, und diese Wärme wird zur Oberseite der Kammer 11 geleitet.
• In das Saugrohr 2 wird Luft in Richtung der Pfeile (Fig. 1) gesaugt. Ein stromlinienförmiges Element kann auf der Abdeckung 23 jeder Kammer angesetzt sein. Abgesehen von einer solchen Abdeckung kann die PTC-Pille in jeder Kammer von der Umgebung auf andere Weise abgeschottet werden, z.B. durch ein Füllpulver oder ein Epoxidharz. Das Innere jeder Kammer 11 ist mit der Atmosphäre über einen schlitzförmigen Raum verbunden, in dem die Stromleiter 17 und 18 angeordnet sind. Dies vergrößert die Lebensdauer der PTC-Pillen.
• Der eingespritzte Brennstoff kommt in guten Kontakt mit dem Heizelement, da er von der Brennstoffeinspritzdüse 3 in Richtung der Wännesenke 11 geleitet wird, wo die PTC-Pille 16 an dem Auftreffpunkt angebracht ist, und auch aufgrund der Tatsache, daß durch die Zerstaubung des Brennstoffs eine Berührung mit der zylindrisch gekrümmten Wand 12 stattfindet, die über Materialbrücken 10 mit der Platte 6 verbunden ist. Der Wärrnestrom vom und zum Zylinderkopf 1 kann durch Veränderungen der Abmessungen dieser Materialbrücken 10 beeinflußt werden. All dies ist in einer solchen Weise gewählt, daß die meiste Wärme, das höchste Temperaturniveau und der beste Wärmeübergang auf der Seite erreicht wird, auf der der zerstäubte Brennstoffstrom mit der Wärmesenke in Berührung kommt.

Claims (9)

1. Brennkraftmaschine vom Einspritztyp mit zwei oder mehr Zylindern und einem Zylinderkopf (1), die für jeden Zylinder einen Saugkanal (4) mit einem Einlaßventil (5) hat, wobei an dem Saugkanal (4) ein Saugrohr (2) mit einer Brennstoffeinspritzdüse (3) befestigt ist, wobei für jeden Saugkanal (4) ein Heizelement in wärmeleitender Verbindung mit dem Zylinderkopf (1) mittels einer zwischen dem Saugrohr (2) und dem Zylinderkopf (1) eingeklemmten Platte so montiert ist, daß jedes Heizelement in einen Saugkanal (4) ragt, wobei das Heizelement eine Wärmesenke (11, 12), daran angeordnete elektrische Widerstandsmittel (16) und Stromversorgungsmittel (14, 17, 18, 20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (11 bis 16) aller Zylinder in einer gemeinsamen Platte (6) integriert sind, die zwischen den Saugrohren (2) aller Zylinder und dem Zylinderkopf (1) eingeklemmt ist, daß die elektrischen Widerstandsmittel (16) jedes Heizelements (11 bis 16) in einer Kammer (11) angeordnet sind, deren Oberseite, auf die Brennstoff durch die Einspritzdüse (3) gespritzt wird, einen Teil der Wärmesenke bildet, und daß die elektrischen Widerstandsmittel (16) aller Heizelemente durch isolierte Stromleiter (17, 18), die in die gemeinsame Platte (6) eingebettet sind, mit einem einzigen Anschlußstift (20) verbunden sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Heizelement (11 bis 16) eine mit der Kammer (11) verbundene, zylindrisch gekrümmte Wand (12) aufweist, die mit der Platte (6) durch Materialbrücken (10) verbunden ist und einen Teil der Wärmesenke bildet.

3. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Widerstandsmittel (16) Pillen aus PTC- Material sind.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (6) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (6) aus einer Aluminiumlegierung besteht.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (6b) aus wärmeleitendem Material zwischen der Platte (6) und dem Zylinderkopf (1) vorgesehen ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (6b) aus wärmeleitendem Material aus einer Aluminiumlegierung besteht.

8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (6a) aus wärmeisolierendem Material zwischen der Platte (6) und dem Saugrohr (2) vorgesehen ist.

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (6a) aus wärmeisolierendem Material aus Papier besteht.