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Die Erfindung betrifft eine Einspritz-Brennkraftma-
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schine, verzugsweise Dieselmotor, mit einer Frischluft-Zuleitung und
einem in diese eingeschalteten Wärmetauscher.
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Die im Auspuffgas von bekannten Brennkraftmaschinen der angesprochenen
Art enthaltenen Schadstoffe und insbesondere auch der Gehalt an unverbrannten Kohlenwasserstoffen
müssen. nicht zuletzt aufgrund der unter Hinblick auf die Umweltbelastung standig
steigenden Anforderungen an die Reinheit der Abgase, möglichst reduziert werden
Es ist zu diesen Zweck bekannt, im Auspuff der Brennkraftmaschine Katalysatoren
anzuordnen, welche die Vertrennung eines gewissen Teiles der unverbrannten Kohlenwasserstoffe
während des Auspuffvorganges ermöglichen. Die Wirksankeit derartiger Katalysatoren
ist Jedoch gering; außerdem kann der Tatsache, daß der Gehalt an unverbrannten Kohlenwasserstoffen
im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine sehr viel hoher als in Vollastbetrieb
ist, nicht genügend Rechnung getragen werden.
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Aus der DE-OS 2 008 159 ist eine Brennkraftmaschine der genannten
Artbekannt, die luftgekühlt ist und einen Abgasturbolader aufweist. Bs den insbesondere
in luftgekuhlten Vielstoff-Brennkraftmaschinen aufgrund des sich zündträge verhaltenden
Brennstoffes erschwerten Anlaßvorgang bei kalter maschine zu erleichtern. ist bei
dieser Brennkraftmaschine vorgesehen. daß in an sich bekannter Weise im Ladeluftstron
zwischen den Turbolader und dem Einlaß der
Brennkraftmaschine ein
Wärmetauscher angeordnet ist, welcher im Abluftstrom der zur Kühlung der Brennkraftmaschine
dienenden Luft liegt. Durch diese Beschickung des Wärmetauschers mit der Abluft
der zur Kühlung der Brennkraftmaschine verwendeten Luft wird die Ladeluft bis in
einen mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine hinein in einem solchen M>ße
aufgeheizt, daß auch bei Verwendung an sich zündträger Kraftstoffe eine sichere
Zündung gewährleistet ist, jedoch ist es nicht möglich, die zugeführte Frischluft
durch die von der Brennkraftmaschine erwärmte Kühlluft derart aufzuheizen, daß die
Verbrennung eines genügend großen Teiles der aus dem Brennraum emittierten unverbrannten
Kohlenwasserstoffe im Auspuff möglich wird. Daran kann prinzipiell auch die Möglichkeit,
im Abluftstrom der Kühlluft eine von den Abgasen der Brennkraftmaschine beheizbare
Vorrichtung anzuordnen, nichts ändern, da auch durch diese Maßnahme lediglich eine
indirekte und damit für die Nachverbrennung endes genügend großen Teiles der aus
dem Brennraum emittierten unverbrannten Kohlenwasserstoffe nicht ausreichende Erwärmung
der zugeführten Frischluft möglich ist.
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Weiteres ist es bei dieser bekannten Brennkraftmaschine, aufgrund
der Anordnung des eine bestimmte Wärmekapazität aufweisenden Wärmetauschers bei
raschen Belastungswechseln richt lich unmittelbar durch Zufuhr von kalter Frischluft
zu den zylindern zu reagieren, weshalb beispielsweise das notwendige Luftgewicht
für die Vollast nicht ohne Verzögerung in den Zylinder eingebracht werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eE, bei Brennkraftmaschinen
der angesprochenen Art die Nachverbrennung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe
im Auspuffgas ohne Beeinträchtigung der Volleistung zu verbessern.
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Die Erfindung geht also davon aus, daß die aus dem Brennraum ausgestoßenen
unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Restsauerstoff des Abgases verbrennen, wenn
nur die Abgastemperatur genügend hoch ist. Dies gilt vor allem für den Teillastbereich
der Brennkraftmaschine, wo die Temperatur des Abgases für eine genügende Wachverbrennung
meist nicht
ausreichend ist. Gemäß der Erfindung wird hier dadurch
Abhilfe geschaffen, daß de-r Wärmetauscher direkt vom Abgas beheizbar ist und daß
ein Steuerorgan vorgesehen ist, mittels welchem die Frischluft-Zuleitung und/oder
die Abgas-Ableitung nur im Teillastbereich der Brennkraftmaschine an den Wärmetauscher
anschließbar ist bzw, sind. Durch das Steuerorgan, welches z.B. ein Drehschieber,
ein Ventil,oder ähnliches sein kann, wird also im Teillastbereich der Brennkraftmaschine
die in die Motorzylinder gelangende Frischluft über den direkt von den heißen Verbrennungsgasen
beheizten Wärmetauscher vorgewärmt. Durch die Aufheizung der Frischluft wird auch
die Temperatur der Abgase im huspuffror entsprechend erhöht und damit die Nachverbrennung
aer Kohlenwasserstoffe entscheidend verbessert. Da eine Vorwärmung der Frischluft
naturgemäß einen geringeren Füllungsgrad der Zylinder und damit einen Leistungsabfall
der Brennkraftmaschine zur Folge hat, ist diese Vorwärmung gemäß der Erfindung nur
im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen. Im Vollastbetrieb ist außerdem
die Temperatur der abgase ohnehin ausreichend hoch. sodaß die Verbrennung eines
genügend großen Teiles der aus dem Brennraum emittierten unverbrannten Kohlenwasserstoffe
im Auspuffrchr auch ohne zusätzliche Temperaturerhöhung ermöglicht ist. Durch die
lastabhängige Vorwärmung der zugeführten Frischluft ist also im Teillastbetrieb
eine Absenkung des Gehaltes an unverbranntem Kohlenwasserstoff ermöglicht. ohne
dadurch einen Leistungsahfall im Vollastbetrieb in Kauf nehmen zu müssen.
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Außerdem ist es durch diese Anordnung möglich. die Frischluft unter
völliger Umgehung des Wärmetauschers der Brennkraftmaschine direkt zuzuleiten, was
den entscheidenden Vortel bringt, daß es nicht notwendig ist. die Abkühlung des
Wärmetauschers abzuwarten. um kalte Frischluft zu erhalten.
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Die M glichkeit, zu jedem beliebigen Zeitpunkt rasch kalte Frischluft
zuzuführen ist aber besonders bei Motoren mit rascher Wechsel in der Belastung,
d.s. vor allem auch Tahrzeugmotoren, sehr wichtig, um beispielsweise das notwendige
Luftgewicht für die Vollast in den Zylinder einbringen zu
können.
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Bei der Verwendung von Katalysatoren in der Abgas-Ableitung wird
deren Wirksamkeit aufgrund der erhöhten Abgastemperatur ebenfalls beträchtlich gesteigert.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es möglich, daß der Wärmetauscher
ständig in die A@gas-Ableitung eingeschaltet ist und die Frischluft-Zuleitung durch
das Steuerorgan lastabhängig und selbsttätig, vorzugsweise vom Drehzahlregler der
Einspritzpumpe, anschließbar ist. Es wird sorbit ausgeschlossen, daß die Frischluft
auch im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgewärmt wird; unerwünsch-@e Leistungseinbußen
werden also verläßlich vermieden.
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Je nach Art des Steuerorganes bzw. der für die Betätigung desselben
v@rgesehenen Anordnung. ist entweder eine k@ntiruierliche Änderung des vorgewärmten
A@@eiles der zugeführten Frischluft, oder nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welchem das Steuerorgan als Zweiwegventil ausgebildet ist. lediglich
die Entscheidung zwischen "nicht vorgewärmt" und "komplett vorgewärmt" möglich.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiele näher er@äutert.
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Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung an einem Saugmotor und
Fig. 2 an einem aufgeladenen Motor.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vierzylinder-Brennkraftmaschine
weist je Zylinder 1 einen Frischluftanschluß 2 sowie einen Auspuffkrümmer 3 auf.
Die Frischluftanschlüsse 2 zweigen vom gemeinsamen Endstück 2 der Zuleitung 5 für
die Frischluft ab. Die Auspuffkrümmer 3 münden in eine gemeinsame Abgassammelleitung-
6.
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In der Zuleitung 5 ist ein Steuerorgan 7 angeordnet, welches mittels
seiner Klappe 8 in der gezeichneten Stellung die entlang des Pfeiles 9 durch das
Luftfilter 10 einströmende Frischluft am direkten Zugang zu den Zylindern 1 hirdert.
Die
Frischluft strömt statt dessen durch die Leitung 11 zum Wärmetauscher 12 und gelangt
nach Verlassen desselben über die Ableitung 13 wieder zum Steuerorgan 7 und von
dort über das Endstück 4 und die Frischluftanschlüsse 2 zu den einzelnen Zylindern.
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tier Wärmetauscher 12 wird direkt von den heißen Auspuffgasen in
der Abgassammelleitung 6 beheizt und von Frischluft und Abgasen nach dem Gegenstromprinzip
durchströwt. Die heißen Abgase der Brennkraftmaschine dienen also in der mit einer
vollen Linie eingezeichneten Stellung der Klappe 8 des Steuerorgans 7 zur Aufheizung
der den Zylindern 1 zugoführten Frischluft, was insgesamt zu einer Erhöhung der
Abgastemperatur und damit zur nachträglichen Verbrennung von aus den Zvlindern kommenden
unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas auf dem Weg ins Freie führt. Der insgesamt
emittierte Anteil an unverbrannten Hohlenwasserstoffen im Abgas kann auf diese Weise
entscheidend verringert werden.
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In der strichliert eingezeichneten Stellung der Klappe 8 des Steuerorgans
7 hingegen gelangt die Frischluft direkt in das Endstück 4 und damit in die Zylinder
1; eine Vorwärmung der Frischluft erfolgt also in diesem Falle nicht.
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Gemäß der Erfindung entspricht die durchgehend voll eingezeichnete
Stellung der Klappe @ dem Teillastbetrieb und die strichliert eingezeichnete Stellung
dem Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine. Es ist also im Teillastbetrieb eie Absenkung
des Gehaltes an unverbrannten Kohienvasserstofter im emittierten Abgas möglich,
ohne dadurch eine Leistungsabfall der Brennkraftmaschine im Vollastbetrieb in Kauf
nekmen zu müssen.
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Die Vierzylinder-Brennkraftmaschine nach Fig. 2 weist re Zylinder
1 ebenfalls einen Frischluftanschluß 2 und einer Auspuffkrümmer 3 auf. Die Frischluftanschlüsse
2 werde von einem Endstück 4' der Frischluft-Zuleitung 5' versorgt; die Auspuffkrümmer
3 münden hier in ein Sammelrohr 14. Das Sammelrohr 14 steht in Verbindung mit der
Turbine 15 des Abgasturboladers 16, welcher mit seinem Kompressor 17 die Frischluft
in der Zuleitung 5' verdichtet. Die von der @urbine
15 abströmenden
Auspuffgase durchsetzen den Wärmetauscher 18 in der Abgas-Ableitung 6'.
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In der Zuleitung 5' ist ein Steuerorgan 7' in Form eines Zweiwegventiles
angeordnet, welches in der gezeichnetFn Stellung den direkten Weg der entlang des
Pfeiles 19 das Luftfilter 10 durchströmenden Frischluft zum Kompressor 17 bzw. zu
den Zylindern 1 absperrt. Die Frischluft strömt englang des Pfeiles 20 durch die
Leitung 21 zum Wärmetauscher IS, welcher sodann von der Frischluft entgegen der
Strömungsrichtung der heizenden Abgase durchströmt wird.
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Die angewärmte Frischluft gelangt dann über die Verbindungsleitung
22 wieder zum Steuerorgan 7' und wird vom Kompresser 17 verdichtet und über die
Frischluftanschlüsse 2 in die Zylinder 1 geleitet.
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Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, das Steuer@rgan 7 bzw.
@@ so auszuführen. daß eine kontinuierliche Änderung des abge@weigten und den Wärmetauscher
12 bzw 18 durchsetzenden Frischluftstromes möglich ist. Weiters ist es - obwohl
hier nicht dargestellt - auch möglich. das Steuerorgan 7 bzw. 7' lastabhängig automatisch
zu betätigen, wodurch, direkt von der Brennkraftmaschine, z.B. vom Drehzahlregler
der Finspritzpumpe gesteuert, gesichert ist, daß die Vorwärmung der Frischluft nur
im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine erfolgt und somit keine Beeinträchtigung
der Leistung der Brennkraftmaschine im Vollastbetrieb eintreten kann.
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Desgleichen könnte das Steuerorgan auch so ausgeführt sein, daß der
Wärmetauscher nur dann von den Abgasen beheizt wird, wenn er gleichzeitig auch von
aufzuwärmender Frischluft durchströmt wird. Damit kann die thermische Belastung
dieses Bauteiles herabgesetzt werden.