DE3917107A1 - Vorrichtung zur vorwaermung der ansaugluft bzw. des ansauggemisches einer mindestens ein saugrohr aufweisenden brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vor­ wärmung der Ansaugluft bzw. des Ansauggemisches einer mindestens ein Saugrohr aufweisenden Brennkraftmaschine gemäß Oberbgriff des Patentanspruches 1.

Aus dem DE-GM 78 16 169 ist es bekannt, die Ansaugluft­ vorwärmung über einen um die Ansaugleitung gewickelten Heizdraht vorzunehmen. Diese Vorrichtung eignet sich vor­ nehmlich für Ansaugleitungen bzw. Saugrohre mit einer geo­ metrisch regelmäßigen Form, wie dies bei Leitungen mit einem kreisförmigen Querschnitt der Fall ist. Soll die Ansaugluftvorwärmung jedoch in einem Leitungsbereich er­ folgen, in welchem die Kontur der Ansaugleitung relativ unregelmäßig ist, z. B. bei gemischverdichtenden Brennkraft­ maschinen im Bereich der Kraftstoffeinspritzung, so ist eine durchgehende Anlage des Heizdrahtes an die Saugrohr­ außenfläche und damit ein ausreichender Wärmeübergang in die Wandung des Saugrohres nicht mehr oder wenn überhaupt, nur noch mit einem relativ hohen Aufwand zu erreichen. Darüber hinaus ist aufgrund dessen, daß der Heizdraht auf der Außenfläche der Ansaugleitung angeordnet ist, der Wärmeverlust an die Umgebung während einer Heizphase sehr groß.

Es ist ferner bekannt, zur Ansaugluftvorwärmung ein elek­ trisches Heizelement in das Saugrohr einzusetzen (DE-PS 34 26 469), jedoch ist in diesem Fall eine deutliche Redu­ zierung des Strömungsquerschnittes gegeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschrie­ benen Art zu schaffen, mit welcher ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Ansaugluft- bzw. der Ansauggemisch­ strömung eine verlustarme Vorwärmung der Ansaugluft bzw. des Ansauggemisches auch in den Bereichen des Saugrohres erzielbar ist, in denen das Saugrohr eine geometrisch un­ regelmäßige, d. h. eine räumlich gekrümmte Form besitzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Mit der Verwendung einer Schicht mit einem hohen elek­ trischen Widerstand ist es möglich, die Vorwärmung der Ansaugluft bzw. des Ansauggemisches auch in solchen Lei­ tungsabschnitten vorzunehmen, welche eine geometrisch voll­ kommen unregelmäßige Form (räumliche Krümmung) besitzen.

Dabei läßt sich ein aus vielen elektrischen Einzelleitern geringen Durchmessers bestehenden Gewebes problemlos an die jeweilige Innenkontur der Leitung anpassen.

Es ist damit sichergestellt, daß es durch die Heizein­ richtung zu keiner nennenswerten Erhöhung des Strömungs­ widerstandes im Saugrohr kommt. Vollkommen unbeeinflußt bleibt die Strömung im Saugrohr, wenn die Schicht in die Wandung der Leitung integriert ist.

Gerade im Hinblick auf die Strömung der Ansauggase ist es im Falle einer auf die Innenfläche des Saugrohres aufge­ brachten Schicht vorteilhaft, letztere auf die Saugrohr­ innenwand aufzulaminieren, wobei eine im Bereich zwischen der Schicht und der Saugrohraußenfläche vorgesehene wär­ meisolierende Zwischenlage den Wärmeabfluß über die Saug­ rohrwandung an die Umgebung auf einem Minimum hält. Dies gilt insbesondere für ein Saugrohr aus einem Metallwerk­ stoff.

Ein sehr schnelles Verdampfen des in das Saugrohr einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffes ist dann zu erzielen, wenn die Schicht in der Auftrefffläche des Kraftstoffstrahles angeordnet ist.

Mit Kohlenstoffasern als elektrische Leiter lassen sich aufgrund des hohen spezifischen Widerstandes dieses Werk­ stoffes, schon mit geringen Leiterlängen relativ hohe Temperaturen erzielen. Übertragen auf ein aus diesem Werk­ stoff hergestelltes Gewebe bedeutet dies, daß bezogen auf eine bestimmte Gewebefläche und eine bestimmte zugeführte Energie schon eine relativ geringe Gewebedichte (Packungsdichte) ausreicht, um den zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur erforderlichen Gesamtwiderstand des Gewebes zu erhalten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles dargestellt.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsdarstellung und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Fig. 1 längs der Linie II-II.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung zweier aus ei­ nem kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff bestehender Saug­ rohre 1 und 2 einer gemischverdichtenden Brennkraftma­ schine. Auf der Innenfläche 3, 4 eines jeden Saugrohres 1, 2 ist jeweils mittels eines Epoxidharzes 11, 12 ein aus Längs- 25 bzw. 27 und Querfäden 24 bzw. 26 (s. Fig. 2) be­ stehendes, zuvor der Innenkontur des jeweiligen Saugrohres 1 bzw. 2 angepaßtes Kohlenstoffasergewebe 5 bzw. 6 auf­ laminiert. Beide Gewebe 5, 6 sind parallel zueinander an die Batterie 7 des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges angeschlossen. In jedem der bei­ den die Gewebe 5, 6 versorgenden Stromzweige ist je eine elektronische Steuereinheit 8 bzw. 9 angeordnet. Der Steuereinheit 8 wird dabei über einen in dem Gewebe 5 an­ geordneten Meßfühler 10 ein der Temperatur des Gewebes 5 entsprechendes Signal und über einen in der Zwischenwand 13 angeordneten Meßfühler 14 ein der Saugrohrtemperatur entsprechendes Signal zugeführt. Der Steuereinheit 9 wird über einen in dem Gewebe 6 angeordneten Meßfühler 15 ein der Temperatur des Gewebes 6 entsprechendes Signal und ebenfalls über den Sensor 14 die Saugrohrwandtemperatur zugeführt.

Der elektrische Anschluß der beiden Gewebe 5, 6 erfolgt über jeweils zwei Kupfergeflechtbahnen 16 und 17 bzw. 18 und 19, welche z. B. mittels Leitsilber auf das Kohlen­ stoffasergewebe 5 bzw. 6 aufgeklebt sind. Die beiden in der Zeichnung jeweils auf der linken Seite eines Gewebes 5, 6 angeordneten Kupfergeflechtstreifen 16 bzw. 18 sind dabei an den Pluspol und die beiden jeweils auf der rechten Seite angeordneten Kupfergeflechtstreifen 17 bzw. 19 an den Minuspol der Spannungsquelle 7 angeschlossen.

Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, d.h. wenn die über den Sensor 14 ermittelbare Saugrohrwandtemperatur unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt, ist je­ weils ein in der elektronischen Steuereinheit 8 bzw 9 vor­ gesehener Schalter 20 bzw. 21 geschlossen. Damit fließt über die beiden ebenfalls in den elektronischen Steuer­ einheiten 8 bzw. 9 vorgesehenen Potentiometer 22 bzw. 23, welche zu Beginn einer Heizphase auf deren geringsten Wi­ derstand eingestellt sind, und über die beiden Kohlen­ stoffasergewebe 5 bzw. 6 ein Strom, was infolge des rela­ tiv hohen Gesamtwiderstandes der einzelnen Gewebe 5 bzw. 6 zu deren Erwärmung führt. Die Gewebe 5, 6 sind dabei so ausgelegt, daß sie innerhalb von ca. 5 Sekunden nach dem Beginn einer Heizphase (Schließen der Schalter 20 bzw. 21) eine Temperatur von ca. 120°C erreichen. Bei den beiden Geweben 5 und 6 wirken die Querfäden 24 bzw. 26 wie par­ allel geschaltete Widerstände, welche von den Längsfäden 25 bzw. 27, die wiederum kleine Einzelwiderstände bilden, kurzgeschlossen werden.

Infolge der Erwärmung der beiden Gewebe 5 und 6 wird eine Erhöhung der Ansauglufttemperatur erzielt, wobei ein Ein­ spritzen unmittelbar in Richtung auf die beiden Gewebe 5 bzw. 6 zu einem sofortigen Verdampfen des Kraftstoffes und damit zu einer optimalen Gemischbildung führt. Zum Auf­ laminieren der beiden Kohlenstoffasergewebe 5 bzw. 6 auf die Saugrohrinnenwand 3 bzw. 4 wird ein Epoxidharz ver­ wendet, welcher eine Temperaturbeständigkeit von ca. 200°C aufweist. Über die elektronischen Steuereinheiten 8 bzw. 9 läßt sich bei geschlossenen Schaltern 20 bzw. 21 für jedes Gewebe 5, 6 separat eine vorgegebene Gewebetem­ peratur einregeln, d. h. also, sollte einer der beiden Sensoren 10 bzw. 15 signalisieren, daß eine zu hohe Tem­ peratur in dem jeweiligen Gewebe 5 bzw. 6 vorliegt, so erfolgt über das jeweilige Potentiometer 22 bzw. 23 durch entsprechende Erhöhung des Widerstandes eine Reduzierung des über das jeweilige Gewebe 5 bzw. 6 fließenden Stromes, und damit verbunden eine Reduzierung der Gewebetemperatur. Entsprechend erfolgt bei zu niederer Gewebetemperatur durch entsprechende Reduzierung des Widerstandes über das je­ weilige Potentiometer 22 bzw. 23 eine Erhöhung der Gewebe­ temperatur.

Hat die Saugrohrwandung 13 eine vorgegebene Betriebstem­ peratur erreicht (Sensor 14), so werden über die elektro­ nischen Steuereinheiten 8 und 9 durch Öffnen der Schalter 20 und 21 die Stromkreise für beide Gewebe 5 und 6 unter­ brochen, so daß die Vorwärmung abgestellt ist.

Der Übersichtlichkeit wegen wurden die beiden Kohlen­ stoffasergewebe 5 und 6 und die Epoxidharzschichten 11 und 12 in der Fig. 1 im Verhältnis zu den Saugrohrabmessungen stark überdimensioniert dargestellt. In der Realität ist die Höhe eines Gewebes 5 bzw. 6 plus der Epoxidharzschicht 11 bzw. 12 im Vergleich zu dem Saugrohrdurchmesser ver­ schwindend gering.

Die beiden Gewebe 5 und 6 einschließlich der Kupferge­ flechtbahnen 16, 17, 18 und 19 sind von der Epoxidharz­ schicht 11 bzw. 12 vollständig überdeckt, wodurch eine Kurzschlußbildung über das Ansauggemisch selbst ausge­ schlossen ist.

Für den Fall, daß das Saugrohr aus einem metallischen Werkstoff besteht, müssen Gewebe und Saugrohrinnenwand voneinander isoliert sein, um einen Kurzschluß über das Saugrohr und damit einen Ausfall der Vorwärmung über die Gewebe zu verhindern. Als Isolator kann ebenfalls eine Epoxidharzschicht verwendet werden. Ebenso müssen in die­ sem Fall natürlich auch die durch die Saugrohrwandung ge­ führten Anschlußleitungen isoliert sein.

Eine besonders verlustarme Vorwärmung kann dadurch erzielt werden, wenn im Bereich zwischen dem Kohlenstoffasergewebe und der Saugrohraußenfläche eine wärmeisolierende Zwi­ schenlage angeordnet ist. Diese kann z. B. in der Saugrohr­ wandung oder zwischen dem Gewebe selbst und der Saugrohr­ innenfläche vorgesehen sein.

Die Erfindung beschränkt sich nicht darauf, daß das Gewebe auf der Innenfläche des Saugrohres auflaminiert ist, es ist ebenso denkbar, das Gewebe auf die Saugrohrinnenwand aufzukleben. Dabei ist natürlich ebenso auf eine Isolation gegenüber dem Ansaugluft- bzw. dem Ansauggemischstrom zu achten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es ebenso möglich, das Gewebe in die Saugrohrwandung zu integrieren.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist vorgesehen, die Gewebe 5 und 6 nur über eine Teil des Saugrohrinnenumfanges aufzulaminieren. Es ist ebenso mög­ lich, sofern eine entsprechende Heizleistung benötigt wird und diese auch seitens der Spannungsquelle in ausreichen­ dem Maße zur Verfügung gestellt werden kann, das Gewebe über den gesamten Innenumfang des Saugrohres aufzulami­ nieren bzw. aufzubringen.

Anstelle eines Kohlenstoffasergewebes kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch ein Folienheizelement eingesetzt werden. Dieses Folienheizelement besteht aus einer fotogalvanisch mit Leiterbahnen beschichteten Polyimidfolie, welche ebenfalls auf der Saugrohrinnenflä­ che aufgebracht ist, z. B. durch Kleben.

Ferner ist es möglich, die Schicht nicht als Gewebe, son­ dern in Form eines Geleges (lose übereinandergelegte Fa­ sern), eines Filzes, ein Vlieses, einzelner Faserbündel (Rovings), einzelner Bänder oder einzelner Fasern auszu­ gestalten.

Anstelle eines Epoxidharzes ist als Bindemittel für den Laminiervorgang auch ein Duroplast oder ein Thermoplast mit entsprechend geforderter Temperaturbeständigkeit ver­ wendbar.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur bereichsweisen Vorwärmung der Ansaug­ luft bzw. des Ansauggemisches einer mindestens ein Saug­ rohr aufweisenden Brennkraftmaschine mit einem im strom­ durchflossenen Zustand die entstehende Widerstandswärme an die Ansaugluft bzw. an das Ansauggemisch abgebenden elek­ trischen Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter eine auf die Innenfläche (3, 4) des Saugrohres (1, 2) aufgebrachte oder ein in die Wandung des Saugrohres (1, 2) eingesetzte Schicht mit hohem elek­ trischem Widerstand ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Schicht ein Gewebe (5, 6) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (5, 6) aus Kohlenstoffasern besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (5, 6) auf die Innenfläche (3, 4) des Saug­ rohres (1, 2) auflaminiert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Epoxidharz mit einer Temperatur­ beständigkeit bis ca. 200°C ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (1, 2) im Bereich des aufgebrachten Gewe­ bes (5, 6) aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gewebe (5, 6) und der Saugrohraußenfläche eine wärmeisolierende Zwischenlage vorgesehen ist.