EP1489292A1 - Internal combustion engine with an adsorption/absorption element - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an internal combustion engine for a Motor vehicle with a combustion chamber, the an inlet channel to Supply of fuel gas, an outlet channel for the removal of Combustion products and a fuel supply unit associated with the supply of liquid fuel.
- the object of the invention is to provide an internal combustion engine for a Motor vehicle with reduced hydrocarbon emissions, in particular the lowest possible cold start emissions provide.
- the internal combustion engine according to the invention is characterized by a disposed in the outlet channel adsorption and / or Absorption element for intermediate storage of unburned or partially combusted fuel.
- adsorption and / or Absorption element takes on liquid or gaseous Fuel on, which is mainly in the first seconds of High and warm running of an internal combustion engine unburned or partially burned out of the combustion chamber is ejected.
- Fuel is at the adsorption and / or absorption element stored or stored. Due to the rapid heating of the Outlet channels is a desorption of fuel at Temperatures that are a reliable afterburning of the desorbed fuel in the exhaust tract ensure.
- Particularly preferable is the proposed arrangement in Connection with a downstream oxidation and / or Reduction catalyst.
- a Surface designed with a high roughness is at the outlet channel a Surface designed with a high roughness.
- a zone with reduced flow velocity in particular a gap and / or a Totwasser.
- a zone serves with its (enlarged) surface as Adsorption element, in particular for liquid droplets.
- Adsorption element in particular for liquid droplets.
- the exhaust gas flow swirled is the exhaust gas flow swirled.
- adsorption and / or Absorbent layer arranged to receive fuel is in the outlet channel, preferably in the intermediate space an adsorption and / or Absorbent layer arranged to receive fuel is.
- the adsorption and / or absorption layer is made of a suitable for adsorption and / or absorption of Fuel droplets or molecules serving material produced.
- Flow guiding elements and / or turbulence promoters are on the insert element Flow guiding elements and / or turbulence promoters arranged.
- Such elements can Totwasser Thee or Create areas with strong turbulent flow.
- Flow guiding elements and / or turbulence promoters can be the exhaust gas flow from the combustion chamber at least partially divert into a Totwasser.
- a Flow guide exhaust gas behind the insert element be redirected.
- An internal combustion engine 1 according to the invention for a motor vehicle has a cylinder head 1a, which together with a movable piston for limiting a preferably cylindrical combustion chamber 2 in an engine block of the internal combustion engine serves.
- Fuel is preferably at ambient conditions liquid hydrocarbons, e.g. Gasoline or diesel fuel used.
- FIG. 1 shows a section through the cylinder head 1a. in a direction parallel to the longitudinal axis of the Outlet duct 3 runs.
- FIG. 1 shows a section through the cylinder head 1a. in a direction parallel to the longitudinal axis of the Outlet duct 3 runs.
- FIG. 1 shows a section through the cylinder head 1a. in a direction parallel to the longitudinal axis of the Outlet duct 3 runs.
- FIG. 1 shows a section through the cylinder head 1a. in a direction parallel to the longitudinal axis of the Outlet duct 3 runs.
- an adsorption and / or Absorbent element is a particular adsorptive acting Surface 4 with a high roughness, especially with a provided microscopic surface structure.
- Such Surface can be adjusted by means of a corresponding coarse-grained G mankerns when casting the cylinder head 1a very easy and without additional effort compared to previous production methods produce.
- the roughness, the location and the extension of the surface 4 to the size and the icorungs of at a cold start operation of the internal combustion engine from the combustion chamber ejected fuel droplets customized.
- an adsorption and / or Absorption element is a gap, a corrugation or a provided similar macroscopic surface structure, the in principle, how the surface 4 with high roughness acts.
- an insert element 6 in the Outlet channel 3 is inserted.
- the insert element 6 is a dimensionally stable, sleeve adapted to the contour of the outlet channel 3 designed, preferably over its entire surface having distributed perforations 6a.
- Between insert element 6 and the cast exhaust passage 3 in the cylinder head 1a is a Intermediate space 7 formed over the perforations 6a in Connection is made with the inner region 10 of the insert element.
- the insert element 6 as insulation or shield for the cooled space 7 acts.
- the interspace 7 thus arise with areas reduced flow velocity and possibly also dead water areas, in which liquid fuel, which from the Exhaust gas flow, preferably via the perforations 6a in reaches the gap, be deposited and unvaporized can persist.
- Flow guide elements 9 are preferably for deflecting the Exhaust gas flow from the inner region 10 into the intermediate space 7 provided, therefore cooperate the flow guide 9 preferably with perforations 6a.
- You can, for example be designed hat-shaped (see Fig. 2). Complementary or Alternatively, on an insert element 6 on the for Interior 10 side facing out and / or on the Kurs Gap 7 side facing turbulence promoters or Strömungsumsch with pronounced Totwasser is proposed on the insert element 6 on the interior 10 aligned side flow guide 9 provide.
- Flow guide elements 9 are preferably for deflecting the Exhaust gas flow from the inner region 10 into the intermediate space 7 provided, therefore cooperate the flow guide 9 preferably with perforations 6a.
- Adsorption and / or absorption element is an insert. 8 from a fuel adsorbing or absorbing Material provided.
- adsorption and Absorption properties are used.
- Ceramics, zeolites, activated carbon and plastic or Metal foams are used.
- Such deposits are preferably dimensionally stable and / or as a filling for a Gap 7 is formed.
- the proposed measures can be partially or unburned from a combustion chamber of the internal combustion engine ejected fuel components directly in or on Cylinder head bind, recondens, adsorb and / or even absorb. Although there may be only brief Storage times, however, these can be designed longer than to heat the exhaust duct at this point required time. Thus, fuel emissions - especially when cold starting the engine in Cylinder head or in its vicinity at least temporarily bound and subsequently released at a temperature suitable for complete and rapid (after) combustion of the fuel is sufficient. Thus, an internal combustion engine with with regard to fuel or hydrocarbon emissions provided significantly improved cold start behavior.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Brennraum, dem ein Einlasskanal zur Zufuhr von Brenngas, ein Auslasskanal zur Abfuhr von Verbrennungsprodukten sowie eine Kraftstoffversorgungseinheit zur Zufuhr von flüssigem Kraftstoff zugeordnet sind.The invention relates to an internal combustion engine for a Motor vehicle with a combustion chamber, the an inlet channel to Supply of fuel gas, an outlet channel for the removal of Combustion products and a fuel supply unit associated with the supply of liquid fuel.
Beim Kaltstart im Abgas einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine vorhandene Kraftstoffbestandteile (Kohlenwasserstoffe) werden üblicherweise in Adsorberkatalysatoren gespeichert, die in einem gewissen Abstand vom Abgasauslass der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Bis in einem derartigen Katalysator eine ausreichend höhe Temperatur zur Nachverbrennung der gespeicherten Kohlenwasserstoffe erreicht ist, verdampft ein nennenswerter Anteil der gespeicherten Kohlenwasserstoffe und wird unverbrannt oder teilverbrannt aus dem Abgassystem des Kraftfahrzeuges entlassen.When cold starting in the exhaust gas of a generic internal combustion engine available fuel components (Hydrocarbons) are commonly used in adsorbent catalysts stored at a certain distance from Exhaust outlet of the internal combustion engine are arranged. Until in Such a catalyst a sufficiently high temperature for the afterburning of the stored hydrocarbons is reached, evaporates a significant proportion of stored hydrocarbons and is unburned or partially burned from the exhaust system of the motor vehicle dismiss.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit reduzierten Kohlenwasserstoffemissionen, insbesondere möglichst geringen Kaltstartemissionen bereitzustellen.The object of the invention is to provide an internal combustion engine for a Motor vehicle with reduced hydrocarbon emissions, in particular the lowest possible cold start emissions provide.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This task is accomplished by an internal combustion engine with the
Characteristics of
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich aus durch ein in dem Auslasskanal angeordnetes Adsorptions- und/oder Absorptionselement zur Zwischenspeicherung von unverbranntem oder teilverbranntem Kraftstoff. Ein derartiges Adsorptionsund/oder Absorptionselement nimmt flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff auf, der hauptsächlich in den ersten Sekunden des Hoch- und Warmlaufs einer Brennkraftmaschine unverbrannt oder teilverbrannt aus dem Brennraum ausgestoßen wird. Der Kraftstoff wird an dem Adsorptions- und/oder Absorptionselement angelagert bzw. eingelagert. Durch die rasche Erhitzung des Auslasskanals erfolgt eine Desorption von Kraftstoff bei Temperaturen, die eine zuverlässige Nachverbrennung des desorbierten Kraftstoffes im Abgastrakt sicherstellen. Besonders zu bevorzugen ist die vorgeschlagene Anordnung in Verbindung mit einem nachgeschalteten Oxidations- und/oder Reduktionskatalysator.The internal combustion engine according to the invention is characterized by a disposed in the outlet channel adsorption and / or Absorption element for intermediate storage of unburned or partially combusted fuel. Such adsorption and / or Absorption element takes on liquid or gaseous Fuel on, which is mainly in the first seconds of High and warm running of an internal combustion engine unburned or partially burned out of the combustion chamber is ejected. Of the Fuel is at the adsorption and / or absorption element stored or stored. Due to the rapid heating of the Outlet channels is a desorption of fuel at Temperatures that are a reliable afterburning of the desorbed fuel in the exhaust tract ensure. Particularly preferable is the proposed arrangement in Connection with a downstream oxidation and / or Reduction catalyst.
In Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Auslasskanal eine Oberfläche mit einer hohen Rauhigkeit gestaltet. Ein Oberflächenbereich mit einer stark vergrößerten Rauhigkeit, d.h. mit einer stark vergrößerten Oberfläche stellt ein besonders einfach herstellbares Adsorptions-/ Absorptionselement dar. Eine Herstellung erfolgt vorzugsweise durch Verwendung eines Sand-Gießkerns mit grober Körnung.In an embodiment of the invention is at the outlet channel a Surface designed with a high roughness. On Surface area with a greatly increased roughness, i.e. with a greatly enlarged surface sets particularly easy to produce adsorption / absorption element A preparation is preferably carried out by Use of a sand casting core with coarse grain.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Auslasskanal eine Zone mit reduzierter Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere ein Spalt und/oder ein Totwassergebiet gebildet. Eine derartige Zone dient mit ihrer (vergrößerten) Oberfläche als Adsorptionselement insbesondere für Flüssigkeitströpfchen. Vorzugsweise ist in einer derartigen Zone die Abgasströmung verwirbelt.In a further embodiment of the invention is in the exhaust passage a zone with reduced flow velocity, in particular a gap and / or a Totwassergebiet formed. A Such zone serves with its (enlarged) surface as Adsorption element, in particular for liquid droplets. Preferably, in such a zone is the exhaust gas flow swirled.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in den Auslasskanal ein vorzugsweise perforiertes Einsatzelement eingebracht, hinter dem ein Zwischenraum gebildet ist. Hinter dem Einsatzelement und/oder in den Perforationen des Einsatzelementes können Totwassergebiete gebildet sein.In a further embodiment of the invention is in the outlet channel a preferably perforated insert element introduced, behind which a gap is formed. Behind the Insert element and / or in the perforations of Insert element can be formed dead water areas.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Auslasskanal, vorzugsweise in dem Zwischenraum eine Adsorptionsund/oder Absorptionslage zur Aufnahme von Kraftstoff angeordnet ist. Die Adsorptions- und/oder Absorptionslage ist aus einem geeigneten, zur Adsorption und/oder zur Absorption von Kraftstofftröpfchen oder -molekülen dienenden Material hergestellt.In a further embodiment of the invention is in the outlet channel, preferably in the intermediate space an adsorption and / or Absorbent layer arranged to receive fuel is. The adsorption and / or absorption layer is made of a suitable for adsorption and / or absorption of Fuel droplets or molecules serving material produced.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Einsatzelement Strömungsleitelemente und/oder Turbulenzpromotoren angeordnet. Derartige Elemente können Totwassergebiete oder Gebiete mit stark verwirbelter Strömung erzeugen. Mittels der Strömungsleitelemente und/oder Turbulenzpromotoren lässt sich der aus dem Brennlaum ausgeschobene Abgasstrom wenigstens teilweise in ein Totwassergebiet umlenken. Insbesondere im Zusammenwirken mit einer Perforation kann mittels eines Strömungsleitelementes Abgas hinter das Einsatzelement umgelenkt werden.In a further embodiment of the invention are on the insert element Flow guiding elements and / or turbulence promoters arranged. Such elements can Totwassergebiete or Create areas with strong turbulent flow. By means of Flow guiding elements and / or turbulence promoters can be the exhaust gas flow from the combustion chamber at least partially divert into a Totwassergebiet. Especially in the Interaction with a perforation can by means of a Flow guide exhaust gas behind the insert element be redirected.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch einen Auslasskanal und
- Fig. 2
- ein Detail eines erfindungsgemäßen Einsatzelementes.
- Fig. 1
- a schematic representation of a longitudinal section through an outlet channel and
- Fig. 2
- a detail of an insert element according to the invention.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug
weist einen Zylinderkopf 1a auf, der gemeinsam mit
einem beweglichen Kolben zur Begrenzung eines vorzugsweise
zylindrischen Brennraumes 2 in einem Motorblock der Brennkraftmaschine
dient. In dem Zylinderkopf 1a sind ein Einlasskanal
zur Zufuhr von Brenngas in Form von Verbrennungsluft in den
Brennraum hinein sowie ein Auslasskanal 3 zur Abfuhr von
Vergrennungsprodukten aus dem Brennraum heraus vorgesehen.
Ferner ist eine Kraftstoffversorgungseinheit zur Zufuhr von
flüssigem Kraftstoff in den Brennraum 2 vorgesehen; dabei
handelt es sich vorzugsweise um ein Einlasskanal- oder ein
Direkteinspritzsystem mit entsprechenden Düsen bzw. Injektoren
sowie wenigstens einer Fördereinheit (Kraftstoffpumpe). Als
Kraftstoff werden vorzugsweise bei Umgebungsbedingungen
flüssige Kohlenwasserstoffe, z.B. Benzin oder Dieselkraftstoff
verwendet.An
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch den Zylinderkopf 1a dargestellt,
der in einer Richtung parallel zur Längsachse des
Auslasskanals 3 verläuft. Darin sind schematisch mehrere
Ausführungsformen eines Adsorptions- und/oder Absorptionselementes
dargestellt.FIG. 1 shows a section through the cylinder head 1a.
in a direction parallel to the longitudinal axis of the
Als eine erste Variante eines Adsorptions- und/oder
Absorptionselementes ist eine insbesondere adsorptiv wirkende
Oberfläche 4 mit einer hohen Rauhigkeit, insbesondere mit einer
mikroskopischen Oberflächenstruktur vorgesehen. Eine derartige
Oberfläche lässt sich mittels eines entsprechend grobkörnigen
Gießkerns beim Gießen des Zylinderkopfes 1a besonders einfach
und ohne Zusatzaufwand im Vergleich zu bisherigen Fertigungsmethoden
herstellen. Vorzugsweise sind die Rauhigkeit, die Lage
und die Ausdehung der Oberfläche 4 an die Größe und das
Anlagerungsverhalten von bei einem Kaltstartvorgang der Brennkraftmaschine
aus dem Brennraum ausgestoßenen Kraftstofftröpfchen
angepasst.As a first variant of an adsorption and / or
Absorbent element is a particular adsorptive acting
Surface 4 with a high roughness, especially with a
provided microscopic surface structure. Such
Surface can be adjusted by means of a corresponding coarse-grained
Gießkerns when casting the
Als eine zweite Variante eines Adsorptions- und/oder Absorptionselementes ist ein Spalt, eine Riffelung oder eine ähnliche makroskopische Oberflächenstruktur vorgesehen, die prinzipiell wie die Oberfläche 4 mit hoher Rauhigkeit wirkt. As a second variant of an adsorption and / or Absorption element is a gap, a corrugation or a provided similar macroscopic surface structure, the in principle, how the surface 4 with high roughness acts.
Als eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Adsorptionsund/oder
Absorptionselementes ist ein Einsatzelement 6 in den
Auslasskanal 3 eingesetzt. Das Einsatzelement 6 ist als formstabile,
an die Kontur des Auslasskanals 3 angepasste Hülse
gestaltet, die vorzugsweise über ihre gesamte Oberfläche
verteilte Perforationen 6a aufweist. Zwischen Einsatzelement 6
und dem gegossenen Auslasskanal 3 im Zylinderkopf 1a ist ein
Zwischenraum 7 gebildet, der über die Perforationen 6a in
Verbindung steht mit dem Innenbereich 10 des Einsatzelements.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ergeben sich zwischen dem
gekühlten Zylinderkopf 1a und dem Innenbereich 10 nennenswerte
Temperaturdifferenzen, wobei das Einsatzelement 6 als Isolierung
bzw. Schutzschild für den gekühlten Zwischenraum 7
fungiert. In dem Zwischenraum 7 ergeben sich somit Bereiche mit
reduzierter Strömungsgeschwindigkeit und ggf. auch Totwassergebiete,
in denen flüssiger Kraftstoff, welcher aus der
Abgasströmung, die vorzugsweise über die Perforationen 6a in
den Zwischenraum gelangt, abgeschieden werden und unverdampft
verharren kann.As a third variant of an adsorption and / or
Absorbent element is an
Zur Modifikation dieser Variante wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, an dem Einsatzelement 6 auf der zum Innenbereich
10 hin ausgerichteten Seite Strömungsleitelemente 9 vorzusehen.
Strömungsleitelemente 9 sind vorzugsweise zur Umlenkung der
Abgasströmung vom Innenbereich 10 in den Zwischenraum 7
vorgesehen, daher kooperieren die Strömungsleitelemente 9
vorzugsweise mit Perforationen 6a. Sie können beispielsweise
hutzenförmig ausgestaltet sein (vgl. Fig. 2). Ergänzend oder
alternativ sind an einem Einsatzelement 6 auf der zum
Innenbereich 10 hin ausgerichteten Seite und/oder auf der zum
Zwischenraum 7 hin ausgerichteten Seite Turbulenzpromotoren
bzw. Strömungsumlenkmittel mit ausgeprägtem Totwassergebiet
vorgesehen.For modification of this variant is according to the invention
proposed on the
Als eine weitere Variante eines besonders wirksamen
Adsorptions- und/oder Absorptionselementes ist eine Einlage 8
aus einem kraftstoff-adsorbierenden bzw. -absorbierenden
Material vorgesehen. In Abhängigkeit von der Art des
Kraftstoffes können unterschiedliche Materialien mit
unterschiedlichen Oberflächen-, Adsorptions- und
Absorptionseigenschaften zur Anwendung kommen. Vorzugsweise
kommen Keramiken, Zeolithe, Aktivkohle und Kunststoff- oder
Metallschäume zur Anwendung. Derartige Einlagen sind
vorzugsweise formstabil und/oder als Füllung für einen
Zwischenraum 7 ausgebildet.As another variant of a particularly effective
Adsorption and / or absorption element is an insert. 8
from a fuel adsorbing or absorbing
Material provided. Depending on the type of
Fuels can use different materials
different surface, adsorption and
Absorption properties are used. Preferably
come ceramics, zeolites, activated carbon and plastic or
Metal foams for use. Such deposits are
preferably dimensionally stable and / or as a filling for a
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen lassen sich teil- oder unverbrannt aus einem Brennraum der Brennkraftmaschine ausgestoßene Kraftstoffbestandteile direkt im bzw. am Zylinderkopf binden, rekondensieren, adsorbieren und/oder sogar absorbieren. Zwar ergeben sich unter Umständen nur kurze Speicherzeiten, jedoch können diese länger konzipiert sein als die zur Aufheizung des Auslasskanals an dieser Stelle erforderliche Zeit. Somit werden Kraftstoffemissionen - insbesondere beim Kaltstart der Brennkraftmaschine im Zylinderkopf bzw. in dessen Nähe wenigstens kurzzeitig gebunden und nachfolgend bei einer Temperatur freigegeben, die zur vollständigen und raschen (Nach)Verbrennung des Kraftstoffes ausreichend ist. Somit ist eine Brennkraftmaschine mit hinsichtlich Kraftstoff- bzw. Kohlenwasserstoffemissionen nennenswert verbessertem Kaltstartverhalten bereitgestellt.The proposed measures can be partially or unburned from a combustion chamber of the internal combustion engine ejected fuel components directly in or on Cylinder head bind, recondens, adsorb and / or even absorb. Although there may be only brief Storage times, however, these can be designed longer than to heat the exhaust duct at this point required time. Thus, fuel emissions - especially when cold starting the engine in Cylinder head or in its vicinity at least temporarily bound and subsequently released at a temperature suitable for complete and rapid (after) combustion of the fuel is sufficient. Thus, an internal combustion engine with with regard to fuel or hydrocarbon emissions provided significantly improved cold start behavior.
Claims (6)
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem Auslasskanal (3) eine Oberfläche mit einer hohen Rauhigkeit gestaltet ist.Internal combustion engine according to claim 1,
characterized in that
on the outlet channel (3) is designed a surface with a high roughness.
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Auslasskanal (3) eine Zone mit reduzierter Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere ein Spalt und/oder ein Totwassergebiet gebildet ist. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 2,
characterized in that
in the outlet channel (3) a zone with reduced flow velocity, in particular a gap and / or a Totwassergebiet is formed.
dadurch gekennzeichnet, dass
in den Auslasskanal (3) ein vorzugsweise perforiertes Einsatzelement (6) eingebracht ist, hinter dem ein Zwischenraum (7) gebildet ist.Internal combustion engine according to claim 3,
characterized in that
in the outlet channel (3) a preferably perforated insert element (6) is introduced, behind which a gap (7) is formed.
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Auslasskanal (3), vorzugsweise in dem Zwischenraum (7) eine Adsorptions- und/oder Absorptionslage (8) zur Aufnahme von Kraftstoff angeordnet ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4,
characterized in that
in the outlet channel (3), preferably in the intermediate space (7) is arranged an adsorption and / or absorption layer (8) for receiving fuel.
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem Einsatzelement (6) Strömungsleitelemente (9) und/oder Turbulenzpromotoren angeordnet sind.Internal combustion engine according to one of claims 4 to 5,
characterized in that
on the insert element (6) flow guide elements (9) and / or turbulence promoters are arranged.
Applications Claiming Priority (2)
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DE10327304 | 2003-06-18 | ||
DE2003127304 DE10327304A1 (en) | 2003-06-18 | 2003-06-18 | Internal combustion engine with adsorption / absorption element |
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