DE3511094A1

DE3511094A1 - Vorrichtung zum zufuehren eines zusatzgasstroms in den ansaugkanal eines ottomotors

Info

Publication number: DE3511094A1
Application number: DE19853511094
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Prof. Dr.-Ing. 6900 Heidelberg Gevatter
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1986-10-09

Description

Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine derartige Vorrichtung ist aus der WO 84/04134 bekannt Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die Öffnungen in der Ansaugkanalwand, aus welchen die zusätzlichen Gasströme in den Ansaugkanal eintreten, einander diametral gegenüberliegende Schlitze, welche sich in Umfangsrichtung des Ansaugkanals über einen Umfangwinkel von weniger als 1800 erstrekken. Diesen Schlitzen wird das zusätzliche Gas durch eine oder mehrere Zuleitungen in Abhängigkeit von dem im Ansaugkanal herrschenden Unterdruck zugeführt. Durch die Formgebung der Schlitze und die Führung der Zuleitungen zu den Schlitzen bedingt tritt bei der bekannten Vorrichtung das zusätzliche Gas überwiegend in radialer Richtung aus den Schlitzen aus; die aus den Schlitzen austretenden zusätzlichen Gasströme treffen im Bereich der Achse des Ansaugkanals aufeinander und bewirken dort eine intensive Verwirbelung mit dem Hauptstrom des Brennstoff/Luftgemisches.
Das aus den Schlitzen mit hoher Geschwindigkeit ausströmende zusätzliche Gas löst von der Ansaugkanalwand den dort kondensierten Brennstoff ab, zerstäubt ihn und homogenisiert das Brennstoff- Luft-Gemisch.
Die bekannte Vorrichtung ermöglicht es, dass praktisch über den gesamten Drehzahlbereich des Motors ein relativ mageres Gemisch verbrannt wird. Der Luftüberschuß in dem Gemisch, welches dem Motor zugeführt wird, kann in der Größenordnung von etwa 20% liegen.
Außerdem wird eine Verringerung der Stickoxidanteile im Abgas erreicht, und zwar insbesondere dann, wenn ein Teil der Abgase des Motors durch die Schlitze in der Ansaugkanalwand zurückgeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen der eingangs genannten Art dahingehend wei- terzuentwickeln, dass dem Motor ein noch stärker abgemagertes Gemisch aus Luft und Brennstoff zugeführt werden kann, ohne dass die Zündfähigkeit des Gemisches darunter leidet. Solche noch stärker abgemagerten Gemische haben nämlich den Vorteil, dass sie zu besonders geringen Anteilen von Stickoxiden und Kohlenmonoxid im Abgas führen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch das tangentiale Einführen des Zusatzgasstroms wird im Ansaugkanal des Ottomotors eine Drehströmung erzeugt, die im weiteren Verlauf infolge der inneren Reibung mit einer Wirbelbildung verknüpft ist. Wie mit der aus der WO 84/04134 bekannten Vorrichtung gelingt es auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, einen Brennstofffilm, welcher sich bevorzugt im Bereich der Drosselklappe auf der Ansaugkanalwandung niederschlägt, abzuheben und zu zerstäuben und das Gemisch im Bereich stromab der Drosselklappe zu homogenisieren. Überraschenderweise hat es sich jedoch gezeigt, dass der Grad der Homogenisierung infolge der Ausbildung einer Drehströmung im Ansaugrohr größer ist, als wenn man wie bisher die zusätzlichen Gasströme unter dem Gesichtspunkt einer starken Verwirbelung überwiegend radial einleitet. Es wird vermutet, dass einer der Gründe für die verbesserte Gemischaufbereitung darin liegt, dass sich durch die Ausbildung einer Drehströmung der Weg des Gemisches durch das Ansaugrohr verlängert.
Die verbesserte, homogenere Gemischaufbereitung ermöglicht es, den Luftüberschuß im Gemisch bei guter Zündfähigkeit auf über 20% zu erhöhen, was im Ergebnis zu einer vollständigeren Verbrennung mit verringertem Schadstoffausstoß bei verringertem Verbrauch führt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sie mit einer sehr einfachen Vorrichtung erreicht wird, die insbesondere frei von beweglichen Teilen ist, wenn man von Organen (Ventilen oder Drosselklappen) absieht, die zum Steuern der Menge des Zusatzgasstroms in ähnlicher Weise wie bei der aus der WO 84/04134 bekannten Vorrichtung gebraucht werden.
Wie beim Gegenstand der WO 84/04134 kann der Zusatzgasstrom aus Luft, aus rückgeführten Abgas, aus katalytisch erzeugtem Spaltgas oder aus einer Mischung dieser Substanzen bestehen.
Grundsätzlich kann eine Drehströmung bereits durch eine einzige, tangential in den Ansaugkanal einmündende Düse erzeugt werden. Zur Erzeugung einer ausgeprägten, intensiven Drehströmung wird jedoch bevorzugt, zwei Düsen vorzusehen, die zweckmässigerweise in einer gemeinsamen Ebene einander diametral gegenüberliegend so angeordnet sind, dass die beiden aus ihnen austretenden Zusatzgasströme aus entgegengesetzten Richtungen kommend in den Ansaugkanal eintreten.
Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch durchaus möglich, mehr als zwei Düsen für den Zusatzgasstrom vorzusehen, und diese Düsen müssen auch nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen, sondern können über einen längeren Abschnitt des Ansaugrohrs verteilt werden.
Zum Erzielen einer kräftigen Drehströmung wird angestrebt, das zusätzliche Gas mit möglichst hoher Geschwindigkeit in den Ansaugkanal eintreten zulassen.
Zweckmäßigerweise stimmt man deshalb den Mündungsquerschnitt der Düsen und den Querschnitt der Zuleitungen, die das zusätzliche Gas den Düsen zuführen, so aufeinander ab, dass der Durchsatz durch den kleineren Mündungsquerschnitt der Düsen bestimmt wird. Insbesondere empfiehlt es sich, die Anströmkanäle, aus welchen das zusätzliche Gas in den Ansaugkanal eintritt, als Überschalldüsen auszubilden, sodass der Zusatzgasstrom mit Überschallgeschwindigkeit in den Ansaugkanal eintritt.
Da infolge der Ausbildung einer Drehströmung das durch den Ansaugkanal strömende Gemisch einer verstärkten Wechselwirkung mit der Ansaugkanalwand unterliegt, wird es bevorzugt, die Ansaugkanalwand beheizbar auszubilden, um insbesondere bei noch kaltem Motor die Homogenisierung des Gemisches zu begünstigen bzw. eine Kondensation des Brennstoffs auf der Ansaugkanalwand zu unterbinden. Außerdem kann die Ansaugkanalwand mit Vorteil dazu herangezogen werden, den Bereich, in welchem sich eine Drehströmung ausbildet, zu verlängern, indem man auf der Innenwand des Ansaugkanals niedrige Leitelemente, beispielsweise wendelförmig verlaufende Rippen anordnet.
Die Erfindung eignet sich besonders für Vergasermotoren und dort insbesondere auch für deren nachträgliche Ausrüstung mit einer solchen Vorrichtung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Fig- 1 zeigt eine Vorrichtung zum Zuführen eines Zusatzgasstroms in den Ansaugkanal eines Ottomotors, und zwar einen Schnitt gemäß der Linie 1-1 in Fig. 2, und Fig. 2 zeigt den Längsschnitt ll-ll durch die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an die Unterseite eines Vergasers 1 des Ottomotors ein flaches Zusatzteil 3 angeflanscht, in welchem ein im Querschnitt kreisförmiger Durchgang 39a als Fortsetzung des im Vergaser 1 liegenden Ansaugkanals 39 vorgesehen ist.
Dieser kreisförmige Durchgang 39a ist teilweise umgeben von zwei sich gegenüberliegenden und sich in Umfangsrichtung des Durchgangs 39a erstreckenden, kreissegmentförmigen Schlitzen 9 und 10, denen ein Gas, z.B.
Luft, Abgas oder ein Spaltgas zugeführt wird. Die Zuführung geschieht durch ein Rohr 6, welches in einen am Zusatzteil 3 angebauten Anschlußstutzen 4 einmündet, in welchem sich zur Steuerung des Durchsatzes des Zusatzgasstroms eine Drosselklappe 5 befindet. Der Anschlußstutzen mündet in einen flachen, im Zusatzteil 3 verlaufenden Kanal 7, welcher in die zu den beiden Schlitzen 9 und 10 führenden Anströmkanäle 7b bzw. 7a verzweigt ist, die in tangentialer Richtung in den Durchgang 39a einmünden.
Die Drosselklappe 5 ist bei Leerlaufbetrieb des Ottomotors geschlossen; ihre Stellung hängt von Unterdruck im Ansaugkanal 39 ab und kann zu diesem Zweck mit der Drosselklappe 2 des Vergasers in der Weise in mechanischer Verbindung stehen, dass sie geöffnet wird, wenn die Drosselklappe 2 beim Übergang vom Leerlaufbetrieb zum Teillast- und Volllastbetrieb geöffnet wird.
Man könnte die Drosselklappe 5 aber auch mit einer Unterdruckdose steuern, welche auf den Unterdruck im Ansaugkanal 39 anspricht. Die Drosselklappe 2 des Vergasers befindet sich stromauf der Schlitze 9, 10 nahe bei diesen im Ansaugkanal 39.
Die beiden Schlitze 9, 10 sind einander diametral gegenüberliegend angeordnet und zwar symmetrisch zu der durch Verschiebung der Längsachse der Drosselklappenwelle 21 parallel zu sich selbst entlang der Längsmittellinie des Ansaugkanals 39 erzeugten, gedachten Teilungsfläche des Ansaugkanals 39, welche bei üblicherweise zylindrisch ausgebildeten Ansaugkanal eine Ebene ist. Stromab der Drosselklappe 2 schlägt sich an jenen Bereichen der Wandung des Ansaugkanals 39, wo sich im Teillastbetrieb, also bei geringerer Öffnung bis ungefähr zu einer Dreiviertel-Öffnung der Drosselklappe 2 die größte Weite der sichelförmigen Durchgänge für das Brennstoff-Luftgemisch befindet, der größte Anteil an Brennstoffkondensat nieder, und gerade in diesen Bereichen sind die beiden Schlitze 9 und 10 angeordnet, sodass das sich bevorzugt in diesem Bereich niederschlagende Brennstoffkondensat 30 durch den mit hoher Geschwindigkeit aus den Schlitzen 9 und 10 austretenden Zusatzgasstrom von der Wand des Ansaugkanals 39 abgehoben und vernebelt wird. Die Ausströmgeschwindigkeit des Zusatzgasstromes ist dann besonders hoch, wenn schon ab einer geringeren Drehzahl des Ottomotors die Drosselklappe 5 einen größeren Durchgang freigibt als die Schlitze, sodass die Schlitze 9 und 10 als einzige Begrenzung (Meßquerschnitt) für den Zusatzgasstrom wirken. Durch die Überlagerung des vom Vergaser kommenden Hauptgasstromes mit dem tangential aus den Schlitzen 9 und 10 eintretenden Zusatzgasstrom bildet sich stromab der Schlitze 9 und 10 der erfindungsgemäß gewollte wendelförmige Strömungsverlauf aus, welcher im unteren Teil der Fig. 2 schematisch angedeutet ist.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Zuführen eines aus rückgeführtem Abgas und/oder Frischluft und/oder Spaltgas bestehenden Zusatzgasstroms in den Ansaugkanal eines Ottomotors stromab der Drosselklappe quer zur Längsrichtung des Ansaugkanals, durch einen oder mehrere Anströmkanäle, die durch in der Ansaugkanalwand liegende Öffnungen in den Ansaugkanal münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anströmkanäle (7a, 7b) zur Erzeugung einer Drehströmung im Ansaugkanal (39) tangential oder annähernd tangential in den Ansaugkanal (39) münden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anströmkanäle (7a, 7b) für den Zusatzgasstrom als Überschalldüsen ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Anströmkanäle (7a, 7b) vorgesehen sind, die an einander gegenüberliegenden Stellen aus einander entgegengesetzten Richtungen kommend in den Ansaugkanal (39) münden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugkanalwandung von außen beheizt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugkanalwand auf ihrer Innenseite wendelförmig verlaufende Rippen hat.