DE2939708A1

DE2939708A1 - Einrichtung zur erwaermung eines teils des kraftstoff-luft-gemisches-zufuehrsystems einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2939708A1
Application number: DE19792939708
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7146 Tamm Müller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-09-29
Filing date: 1979-09-29
Publication date: 1981-04-16
Also published as: JPS5654951A

Description

Einrichtung zur Erwärmung eines Teils des Kraftstoff-Luft-Gemisches-Zuführsystems einer Brennkraftmaschine Stand der Technik nie Erfindung geht aus von einer Einrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Bei derartigen bekannten Einrichtungen wirc die Abgaswarne dazu benutzt, insbesondere in der Warmlaufphase der Erennkraftmaschine die Wände des oder der Saugrohre zu erwärmen, damit sich der Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Luftgemisch nicht an den kalten Saugrohrwänden niederschlägt und somIt das der Brennkraftmaschine zugeführte Gemisch abmagert. Der Kraftstoff, der sich bereIts an den noch kalten Wänden des Zuführsystems kondensiert hat, kann im Bereich des erwärmten Teils des Zuführsystems wieder verdampfen.
Insgesamt wird auch das vorbeiströmende Kraftstoff-Luftgemisch erwärmt und somit besser für die nachfolgende Verbrennung aufbereitet.
Bei einer bekannten Einrichtung erfolgt die Erwärmung eines Teils des Gemischzuführsystems durch die Beaufschlagung dieses Wandteils mit den Abgasen der Brennkraftmaschine.
Die Erwärmung der Abgase erfolgt im allgemeinen jedoch sehr langsam, so daß auch cei einer solchen Einrichtung eine geraume Zeit vergeht, bis das Zuführsystem sich so erwärmt hat, daß keine nennenswerte Kondensation mehr auftritt.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Erwärmung wesentlich schneller erfolgt. Durch den Einsatz eines Katalysators wird der höhere Energiegehalt der Abgase während der Warmlaufphase ausgenützt, derart, daß die noch nicht verbrannten Bestandteile des Abgases umgesetzt werden und sich das Abgas auf diese Weise stärker erwärmt. Durch die direkte Beimischung dieses stärker erwrmten Abgases, das als Inertgas zu betrachten ist, zur. Kraftstcff/ Luftgemisch erfolgt eine intensive Erwärmung des Gemisches auf zwei Arten. Zum einen wird die Wandung des Saugrohrs Im Zuführungsbereich auf herkärmliche Weise beheizt. Zum anderen wird das stärker erwärmte Abgas durch die Kraftstoffsamnebehälter geführt, so daß im Saugrohr auskondensierter und im Sammelbehälter aufgefangener Kraftstoff schnell wieder verdampft.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein Detail des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 in einem Kraftstoff-Sammelbehälter, Fig. 3 das Temperaturverhalten des Abgases und der Wärmeübertragungswand und Fig. 4 eine Ausführungsform der Betätigung einer Absperrklappe, in der zum Gemischzuführsystem führenden Abgaszweigleitung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Fig. 1 wird ein Teil des Kraftstoff-Luftgemischzuführsystems 1 einer Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Ferner ist ein Teil des Abgassammelsystems, eine Abgassammelleitung 3 der Brenniaftmaschine, dargestellt. Das Gemischzuführsystem weist eingangs einen Vergaser 5, durch den im Hinblick auf die Zusammensetzung und Menge ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugemessen wird, das über das Gemischzuführsystem 1 in die Brennräume der Brennkraftmaschine geleitet wird. Bekannterweise kommt es bei kalter Brennkraftmaschine in diesem Gemischzuführsystem zu einer Kondensierung des Kraftstoffs aus dem Kraftstoff-Luftgemisch an den kalten Wänden. In einem kritischen Bereich, vcrzugsweise einem Krümmungsbereich des Gemischzuführsystems, wo ein Auskondensieren des Kraftstoffs entweder aufgrund der ausgesetzten Lage des Zuführsystems oder aufgrund einer änderung der Strömungsrichtung des Kraftstoff Luft Gemisches verstärkt auftreten würde, ist eine spezielle Wärmeübertragungswand 6 vorgesehen. Dieser Wandteil ist sehr dün ausgeführt und zeichnet sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit aus. An der Außenseite der Wärmeübertragungswand 6 wird über eine erste Zweigleitung 7 warmes, aus der Abgassammelleitung 3 entnemmenes Abgas vorbeigeführt und in die Abgassammelleitung 3 wieder zurückgeleitet.
Die erste Zweigleitung ist im Bereich der Wärmeübertragungsw@nd 6 im Durchmesser erweitert und der Wärmeübertragungsfläche größenmä@ig angepaßt, wobei die Zweigleitung und das @@führsystem die Wärme@bertragungswand als gemeinsame Wand naben Es ist welierhin eine zweite Zweigleitung 8 vorgesehen, die stromabwärts der Abzweigung der ersten Zweigleitung von der Abgassammelleitung 3 abgeht. Diese Zweigleitung mündet in einen Sammelraum c, von dem mehrere Kanäle 10 abführen und durch die Wärmeübertragungswand 6 hindurch in das Gemischzuführsystem 1 münden. In dem Sammelraum ist ein katalytisch wirksamer Reaktor 12 angeordnet, mit dessen Hilfe die noch nicht verbrannten Bestandteile des Abgases unter Wärmegewinn umgesetzt werden. Der katalytische Reaktor ist durch eine Isolierung 11 gegen Auskühlung nach Außen geschützt.
Stromaufwärts des Reaktors 12 befindet sich in der zweiten Zweigleitung 8 eine Absperrklappe 14, die durch eine Betätigungseinrichtung 15 in Abhängigkeit vom Steuersignal einer Steuereinrichtung 16 betätigbar ist. Die Steuereinrichtung 16 verarbeitet dabei die Signale von einem ersten Temperaturfühler 17, der im Bereich der Abzweigung der ersten Zweigleitung 7 die Temperatur des Abgases mißt und von einem zweiten Temperaturfühler 18, der die Temperatur der Wärmeübertragungswand 6 mißt.
In Fig. 2 ist die Einmündungsstelle einer der Kanäle 10 größer dargestellt. Man sieht, daß die Einmündungsstelle als Kraftstoff-Sammelbehälter 20 ausgebildet ist, der etwa die Form einer Napfkuchenform aufweist, deren Ränder fest mit der Wärmeübertragungswand 6 verbunden sind, was z. B. durch Einbördelung geschehen kann. Durch die Mitte des Bodens des Kraftstoff-Sammelbehälters 20 ragt der Kanal 10 herein und mündet noch innerhalb des Kraftstoff-Sammelbehälters derart, daß um den Kanal 10 ein Ringraum 21 gebildet wird, in dem sich Kraftstoff sammeln kann, der über die Innenseite der Wärmeübertragungswand 6 in den Kraftstoff-Sammelbehälter läuft. Das Ende des Kanals 10 kann dabei ebenfalls mit dem Kraftstoff-Sammelbehälter durch Bördelung verbunden seun.
Die Außenwände 22 des Kraftstoff-Sammelbehälters sind wellig geformt, so daß Längenander@nge@ des @anals 1@ in dess@n axialer Richtung aufgenomme. Werden @@@ren und somit die in Fig. 2 gezeigte Einrichtung @@@ch Wärmedehnungen nicht zerstört wird. Insbesondere werden auch @ärmedehnungen unterschi@dlicher Art zwischen A@gassammel@eitung @nd Gemischzuführsystem ausgeglichen.
Die Absperrklappe 14 wird durch die Steuereinrichuung 16 derart gesteuert, daß sie bei einer Mindestabgastemperatur des Abgases in der Abgassammelleitung 3 geöffnet wird und beim Erreichen einer maximalen Temperatur der Wärmeübertragungswand 6 wieder geschlossen wird. Fig. 3 zeigt die Temperaturverläufe an den beiden Meßstellen aufgetragen über die Zeit. Die Kurve 24 stellt den Temperaturverlauf des Abgases und die Kurve 25 den Temperaturverlauf der Wärmeübertragungswand 6 dar.
Ab dem Temperaturwert T wird die Absperrklappe 14 geöffnet und bei Erreichen des Temperaturwerts T2 wird die Klappe wieder geschlossen. Damit wird gewährleistet, daß die zugeführten abgase warm genug sind und daß der thermisch wirksame Reaktor 12 auch arbeiten kann und ferner die Wärmeübertragungswand 6 nicht erhitzt wird.
Nit der beschriebenen Einrichtung ist die Möglichkeit gegeben, das Genischzuführsystem frühzeitig mit dem sich erwärmenden Abgas aufzuwärmen, so daß bereits kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine ein Kondensieren des Kraftstoffs aus dem zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht mehr stattfinden kann. Die Wirksamkeit wird dadurch erhöht, daß das Abgas aus dem relativ fetten Warmlauf-Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Reaktor 12 vollständig umgesetzt wird und in einem dadurch erheblich erwärmten Zustand in das Kraftstoff-Luft-Gemisch geleitet wird. Dieses inerte hocherwärmte Abgas trägt erheblich dazu bei, daß das angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch im gut aufbereiteten homogenen Zustand in die Brennräume der Brennkraftmaschine gelangt. Der in stromaufwärts liegenden Teilen des Gemischzuführsystems kondensierte Kraftstoff wird bald in sehr vorteilhafter Weise in den Kraftstoff-Sammelbehälter aufgefangen und dort durch intensiven Kontakt mit den stark erhitzten, vom Katalysator 12 kommenden Abgas schnell verdampft.
Durch die beschriebene Steuereinrichtung wird dafür gesorgt, daß eine überhitzung vermieden wird und daß im normalen Betriebsbereich bei betriebswarmer Brennkraftmaschine kein dem oben geschilderten Zwecke dienendes Abgas zurückgeführt wird.
Sollte der Sauerstoffanteil in den Abgasen für eine Umsetzung der nichtverbrannten Bestandteile des Abgases nicht ausreichen, so kann in zusätzlicher Ausgestaltung ein Sekundärluftventil 26 vorgesehen werden, das stromaufwärts der Abzweigung der zweiten Zweigleitung 8 in die Abgassamelleitng 3 mündet.
Das Ventil wird dabei während der Kraftstoffanreicherungsphase beim Warmlaufbetrieb der Brennkraftmaschine geöffnet.
Als Steuereinrichtung 16 kann eine elektronische Schaltung verwendet werden, bei der die Temperatursteuerwerte der Temperaturfühler 17 und 18 logisch verknüpft werden.
Es ist ferner möglich, statt der in Fig. 1 gezeigten Anordnung zur Steuerung der Absperrklappe 14 Temperatur fühler zu verwenden, die als Dampfdruckthermometer ausgebildet sind.
Diese weisen je einen Arbeitsraum 28 bzw. 29 auf, dessen Wände elastisch nachgiebig sind bzw. die Form eines Faltbalgs haben.
Die beiden Arbeitsräume 28 und 29 sind durch eine Stellmembran 30 getrennt, die der Ausdehnungsbewegung der Faitbalgwände 31 der Arbeitsräume 28 und 29 folgen kann. Die Stellmembran 30 stellt sich somit, wie das den einzelnen Phasen a bis d von Fig. 4 entnehmbar ist, entsprechend dem Differenzdruck in den Arbeitsräumen 28 und 29 ein. Bei Fig. 4b ist z. B. der Druck im Arbeitsraum 28 größer als der Druck im Arbeitsraum 29, so daß die Stellmembran 30 nach unten verschoben wird. An der Stellmembran 30 ist ein Betätigungsstift 31 verbunden, der in der Mittelstellung der Stellmembran 30, d. h. bei gleichgroßen Drücken in den Arbeitsrä.unen 28 und 29 an einem Kupplungsstift 32 anliegt. Dieser ist mit einem auf die Absperrklappe 14 wirkenden Betätigungsarm fest verbunden. Die Absperrklappe 14 wird ferner durch eine Spiralfeder 34 im Schließsinne beaufschlagt.
Wird nun der Gasdruck im Arbeitsraum 28 aufgrund der steigenden Abgastemperatur in der Abgassammelleitung vergrößert, so bewegt sich, wie Fig. 4b entnehmbar ist, die Stellmembran 30 nach unten und bewirkt über den Stift 31 entgegen der Kraft der Spiralfeder 34 ein Öffnen der Absperrklappe 14.
Ist umgekehrt der Druck im Arbeitsraum 29 bei Überschreiten der Temperatur T2 größer als der Druck im Arbeitsraum 28> so verliert der Betätigungsstift 31 den Kontakt mit dem Kupplungsstift 32, so daß die Absperrklappe 14 von der Spiralfeder 34 in Schließstellung gehalten wird. Auf diese Weise läßt sich in einfacher und wenig störanfälliger Art die gewünschte Steuerung der Absperrklappe durchführen.

Claims

Einrichtung zur Erwärmung eines Teils des Kraftstoff-Luft-Gemisches-Zuführsystems einer Brennkraftmaschine Arspruane 1. Einrichtung zur Erwärmung eines Teils des Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zuführsystems einer Brennkraftmaschine mit einer einen Teil der Wand des Zuführsystems bildenden Wärmeübertragungswand, die außen dem Abgas ausgesetzt ist, das mittels einer ersten Zweigleitung an der Wärmeübertragungswand vorbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Abgassammelleitung (3) eine zweite Zweigleitung (8) abzweigt, in der in einem erweiterten Teil ein katalytisch wirksamer Reaktor (12) angeordnet ist und die über mehrere dur-, die Wärmeübertragungswand (6) führende Kanäle (10) it dem Gemischzuführsystem (1) verbunden ist, wobei die Eintrittsstelle der Kanäle (10) als Kraftstoff-Sarrnmelbehälter (20) ausgebildet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Zweigleitung (8) stromaufwärts des Reaktors (12) eine in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases in der Abgassammelleitung (3) und der Temperatur der Wärmeübertragungswand (6) steuerbare Absperrklappe (14) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Temperaturfühler (17) in der Abgassammelleitung unc ein zweiter Temperaturfühler (18) an der Wärmeübertragungswand (6) vorgesehen sind, daß die Temperaturfühler mit einer Steuereinrichtung (15, 16) verbunden sind, durch die die Absperrklappe (14) bei Überschreiten einer Mindestabgastemperatur der Abgase in ber Abgassammelleitung geöffnet wird und bei Überschreiten einer maximale Temperatur der Wärmeübertragungswand geschlossen wird.
4. Einrichtung nach Anspruch ffl, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler Dampfdruckthermometer dienen mit je einem Arbeitsraum (28, 29), die durch eine Stellmembran (30) voneinander getrennt sind, wobei die Stellmembian mit einer Klappenverstelleinrichtung (31, 32, 33) in Öffnungsrichtung der Klappe kraftschlüssig g verbindbar ist und die Absperrklappe in Schließricntun durch eine Rückstellfeder C3) beaufschlagt ist