DE1601410A1

DE1601410A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vorwaermen der Verbrennungsluft von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1601410A1
Application number: DE19681601410
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Loehner
Original assignee: LOEHNER DR ING KURT
Current assignee: LOEHNER DR ING KURT
Priority date: 1968-01-03
Filing date: 1968-01-03
Publication date: 1970-08-06

Description

Professor Dr.«Ing. Kurt Löhner, Braunschweig, Flotowstraße

"Verfahren und Vorrichtung zum Vorwärmen der Verbrennungsluft von Brennkraftmas chinen¹*

Bei Verbrennungsmotoren gestalten sich die Bildung sowie die Verbrennung des Kraf tstof f ^Luf t-Gemischs bei warmer Ansaugluft günstiger als bei kalter Luft. Die Leistung des Motors ist dagegen bei vorgewärmter und infolgedessen dünner Gemischluft geringer,

Bs ist bekannt, bei Ottomotoren diesen Umständen

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Rechnung zu tragen, indem der Grad der-Vorwärmung der Verbrennungsluft von der angesaugten Luftmeng· in dem Sinne abhängig gemacht wird, daß mit zunehmendem Luftdurchsatz durch den Lufttrichter die Luftvorwärmung abnimmt (Beispiel VW). Zu diesem Zweck läßt man in die mit der Auflealuft verbundene Zuführungsleitung zum Vergaser ein· Leitung münden, durch die vorgewärmte Luft angesaugt werden kann, und sieht zwischen beiden Leitungen eine Klappe vor, die in Abhängigkeit vom durchfließenden Luftvolumen automatisch verstellt wird« Bei kleinem Luftdurchsatz wird durch diese Klappe die Kaltluftleitung verschlossen und die Warmluftleitung offengehalten. Die Klappe ist duroh ein Gewicht oder eine leder so belastet, daß sie bei »te-

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Zum Schreiben vom 2.»J.an....t9..6iL an jlYBrXalΏle2I....UΪld„.JEaΐr±Cll±IUl^^^►^»-. Bfcffi ....

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hendem Motor und bei kleiner durchströmender luftmenge die Kaltluftleitung völlig abschließt und nur vorgewärmte luft zum Vergaser strömen läßt, "bei steigendem Luftdurchsatz aber die Kaltluftleitung allmählich Öffnet, um hei mittlerem und hohem Luftdurchsatz die Zuführungsöffnung für wärme Luft völlig abzuschließen und nur kalte Luft zum Vergaser fließen zu lassen.

Diese Regelung ist insofern nachteilig, als auch bei Vollast und niedriger Drehzahl nur eine kleine luftmenge gebraucht wird, und die in diesem Falle angesaugte Warmluft zum Klopfen des Motors und den daraus folgenden Schädigungen des Motors führt. Anderseits fehlt die Vorwärmung bei hoher Drehzahl und kleiner Motorleistung. Auch eine an Bioh mögliche Regelung der Vorwärmung in Abhängigkeit von der Drosselklappenverstellung, z»B· durch Verstellen der Warmluftklappe über den Qashebtl wäre ungünstig, da der Motor bei niedrigen Drehzahlen und kleiner Drosselklappenöffnung schon einen größeren mittleren Arbeitsdruck abgibt und damit die Gefahr des Klopfens eintritt, während bei hohen Drehzahlen und geringem mittlerem Arbeitsdruck keine Vorwärmung vorhanden ist, obwohl sie gerade dann besonders nötig wäre.

' . Zur Vermeidung dieser Nachteile soll mit der Erfindung erreioht werden, dai bei mittlerem effektivem Arbeitsdruck kleiner oder mittlerer Größe im gesamten von den

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niedrigen bis zu den. !ionen Drehzahlen reichenden Bereich dem Vergaser vorgewärmte Luft zugeführt und von einem bestimmten , beliebig zvl wählenden mittleren Arbeitsdruck an bis zum Höchstwert des mittleren Arbeitsdrucks hin die Vorwärmung abgeschaltet und dem Vergaser nur kalte Luft zugeführt wirds Der Übergang von warmer zu kalter Luft kann dabei sprunghaft oder allmählich erfolgen«

Zur Erreichung dieses Ziels wird bei einem Verfahren zum Vorwärmen der Verbrennungsluft von Brennkraftmaschinen in Abhängigkeit vom Betriebsverhalten des Motors erfindungsgemäß vorgeschlagen,- den 6-rad der Vorwärmung in Abhängigkeit von dem im Ansaugrohr des Motors herrsehenden Druck zu regeln«, ■ ,

Wegen der wenigstens angenähert linearen Beziehung zwischen Ansaugdruek und mittlerem effektivem Arbeitsdruck ergibt sich dann eine Beeinflussung der Gemisohluftvorwärmung, die der jeweiligen Motorleistung gerecht wird.

Im Diagramm der Mg₀ 1 ist der mittlere effektive Arbeitsdruck über der Drehzahl aufgetragen. Die Linie AB entspricht der Vorleistung des Motors, die Linie CD dem Leerlaufe Die ausgezogenen Linien EF und GH sind Linien gleichen Ansaügdrucks. Man kann im Sinne der Erfindung z.B. bis zur Linie G-H dem Gemisch stark vorgewärmte Luft zuführen und die Lufttemperatur bis zur Linie Eil allmählich auf die Temperatur der Umgebung herabsetzen. Die gestrichelten

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Linien JK und LM sind Linien gleichen Luftdurchsatzes, die strichpunktierten Linien UO und PQ sind Linien gleicher Drosselklappensteilung. Es ist sofort zu ersehen, daß nur die Linien gleichen Ansaugdrucks über einen großen Lastbereich eine wirkungsvolle Luftvorwärmung zulassen, ohne die Gefahr des Klopfens zu verursachen.

Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Einrichtung kann zum Beispiel gemäß ffige 2 folgendermaßen ausgebildet sein:

In ein Luftzuführungsrohr 1 von z.B. rechteckigem Querschnitt, durch das dem Vergaser kalte Außenluft zugeführt wird, mündet ein Rohr 2, das an eine Warmluftquelle angeschlossen ist. Eine Klappe 5 ist zwischen zwei Stellungen schwenkbar, in denen sie entweder die Leitung 1 oder die Leitung 2 abschließt. In den Zwischenstellungen läßt ' sie teils Außenluft, teils Warmluft zum Vergaser strömen. Zum Verstellen der nahe der Innenseite einer Wand des Rohrs 1 gelagerten Klappe 3 dient ein fest mit ihrer Welle TO verbundener äußerer Hebel 4 sowie eine an diesem angelenkte Schubstange 5a, die die Bewegungen einer Membran 5 (oder eines Kolbens) auf den Hebel 4 überträgt. Die Membran 5 sohließt in einem Gehäuse einen Raum 7 ab,- der über eine Leitung 8 an eine hinter dem Vergaser bzw. der Drosselklappe liegende Stelle des Ansaugrohrs des Motors angeschlossen 1st. Eine auf die Membran wirkende Feder 9 sucht die Klappe

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3 um die Klappenwelle 10 so zu drehen, daß sie die Mündung der Warmluftleitung 2 rerschliefit. Bei einem kleinen mittleren Arbeitsdruck dBs Motors entsprechendem niedrigem Absolutdruck im Saugrohr, also großem-Unterdruck hinter dem Vergaser, bewirkt der auf der Außenseite der Membran 5 lastende Außendruck über die Membran. 5 ein Verschwenken der Drosselklappe gegen die Kraft der leder 9 in eine Stellung, in der sie die Kaltluftleitung abschließt. Bei zunehmendem Absolutdruck im Ansaugrohr, also zunehmendem mittlerem Arbeitsdruck, gibt die Klappe 3 die Kaltluftzufuhr frei, sobald dieser Druck im Ansaugröhr eine Größe erreicht hat, die durch die Kraft der Feder 9 bestimmt ist. Bei weicher Feder 9, doho einer Feder, mit großer Wegänderung bei kleiner Kraftänderung, wird bei geringem Anstieg des Ansaugdrucks die Kaltluftleitung ganz geöffnet und die Warmluftleitung ganz geschlossen,, Durch Wahl einer härteren Feder 9 kann ein mit ansteigendem Absolutdruok allmählich zunehmendes öffnen des Kaltluftdurchlasses durch die Klappe und damit eine mit steigendem Ansaugdruok allmählich abnehmende Temperatur der angesaugten Luft erreicht werden.

Um bei hoher Außentemperatur einen zu hohen Anstieg der Temperatur der Ansaugluft durch die Vorwärmung zu vermeiden, kann in der zum Vergaser führenden Leitung hinter der Klappe 3 eine Öffnung 12 angebracht sein, durch.die bei Bedarf zusätzliche Außenluft angesaugt werden kann, die .jedoch normalerweise düroh, eine Klappe 13 verschlossen ist.

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Auf diese Klappe 13 wirkt ein der Außenluft oder auch des Gemischsvon Kalt— und Warmluft ausgesetzter Bimetallstreifen derart, daß "bei Anstieg der Außentemperatur über.ein bestimmtes Maß die Klappe 13 zunehmend geöffnet wird.

Anderseits besteht die Möglichkeit, bei kaltem Wetter die gewünschte "Vorwärmung auch bei höherem mittleren Ansaugdruck zu erreichen, wenn man die- Klappe 3 durch eine auf die Klappenwelle 10 oder den Hebel 4 wirkende und der Außenluft ausgesetzte temperaturabhängige Feder entgegengesetzt zur Membranfeder 9 belastete Dann wird die Klappe 3 entgegen der Kraft der Feder 9 bei kalter Außenluft langer geschlossen gehalten als bei höherer Außentemperatur. Umgekehrt wird die Feder bei heißem Wetter ein früheres Öffnen der Klappe 3 gegen die Außenluft zulassen. Die temperaturabhängige Feder kann aus einer die Klappenwelle 10 umgebenden und auf diese Welle unmittelbar oder über den Hebel 4. wirkenden Spiralfeder aus Bimetall oder mit der gleichen Wirkung auch - wie gezeichnet - aus einem Bimetallstreifen 11 bestehen, der in Abhängigkeit von der Außentemperatur mehr oder weniger stark auf die Schubstange 5a wirkt. Aus einer bestimmten Fullage heraus kann er bei hoher Außentemperatur die Kraft der Feder 9 unterstützen und bei kalter Außentemperatur dieser Feder entgegenwirken.

Um ein Vereisen des Vergasers bei Vollast zu verhindern, kann zwischen der Klappe 3 und der Mündung der Lei-

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tung 2 eine Ündichtheit vorgesehen sein, die auch dann etwas heiße Luft einströmen läßt, wenn die Klappe 3 diese Mündung völlig überdeckt.

Statt der unmittelbaren mechanischen Steuerung der Klappe 3 durch den Ansaugdruck kann auch ein hei bestimmtem Ansaugdruck betätigtes·elektrisches Relais Verwendung finden-, das einen elektrischen Antrieb der Klappe 3 an eine Stromquelle anschließt oder von dieser trennt. In diesem lalle sperrt die Klappe 3 .je nachdem, ob der Unterdruck unter- oder oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, die Kaltluft- oder die Warmluftzufuhr. Als Folge davon ergibt sich ein sprunghafter Übergang zwischen Kalt- und Warmluftzufuhr zum Vergaser.

' Bei einem Ottomotor mit Einspritzung können zur Steuerung der Klappe 3 auch die Bewegungen des Hebels ausgenutzt werden, "der die Einspritzmenge regelt«. Auch hier kann ein elektrisches Relais eingesetzt werden,,

Beim Dieselmotor sowie beim Hybridmotor kann die Klappe 3 auch von dem durch den Fahrer .betätigten Fußhebel aus gesteuert werden, der die Einspritzpumpe vorstellt.

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Claims

Professor Br β-Ing* Kurt IiÖlaner, Brauns cHweig, flotowsträße 8

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- Patentansprüche:

β Verfahren zum Vorwärmen der Verbrennungsluft von Brennkraftmaschinen durch Einleiten von Warmluft in die von der Äußenluf t zum Vergaser führende leitung in Abhängigkeit vom Betriebsverhalten des Motors, dadurch g e k e η η ze ich η et , daß die Warmluftzufuhr in Abhängigkeit von dem im Ansaugrohr des Motors herrschenden Druck geregelt wird. ■

ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η — ζ e i c h η e t _s daß in die zum Vergaser führende Leitung heben Warmluft zusätzliche Aüßenluft in Abhängigkeit von der Außentemperatur eingeführt wird«

ο Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g ek βι η η ζ e i c h η e t , daß die Einleitung von Warmluft in Abhängigkeit von der Außentemperatur von einem Nullpunkt aus verzögert öder "verstärkt wird.

4* Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer in die von der Außenluft zürn Vergaser führende Leitung iäündendeh Warmluft führenden Leitung sowie einer von außen verstellbaren Klappe, die in einer EüdStelltmg die Wiariniüftleitüng lind in einer anderen Ends teilung die

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Außenluftzufuhr sperrt, d a du r e hg e k e η η -ζ e ich ηe t , daß die zum Vergaser führende Luftleitung (1) z;B© rechteckigen Querschnitt hat und die Klappe . (3) neben der in einer "Wand dieser Leitung (1) befindlichen Ausmündung der Warmluftleitung (2) nahe der gleichen Wand gelagert ist und auf sie über einen auf der nach außen verlängerten Klappenwelle (IQ) sitzenden Hebel (4) und eine an diesen Hebel (4) angelenkte Schubstange (5a) eine die Klappe (3) in einer die Ausmündung der Warmlüftleitung (2) überdeckenden Stellung haltende Feder (9) sowie entgegengesetzt zu dieser "Feder (9) eine dem im Ansaugrohr des Mo* tors herrschenden Druck ausgesetzte Membran (5) wirken«,

5* Vorrichtung nach Anspruch 4, d ad u r c h g e k β η"η zeichnet, daß die Leitung (1) durch eine hinter der Klappe (3) angeordnete öffnung (12) mit der Außenluft rerbunden und diese öffnung (12) durch eine Klappe (13) verschlossen ist, auf die ein-/.der Außenluft oder dem Gemisch von Kalt- und Warmluft ausgesetzter teniperaturabhängiger Antrieb wirkt, der die Klappe (13) bei ein bestimmtes Maß überschreitendem Anstieg der Außentemperatur zunehmend öffnet.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5_f da du ro h gekennzeiohnet, daß die Klappe (3) mit •inem der Außenluft ausgesetztem temperaturabhängigen An-• trieb (11) verbunden l0t_f.der von einer'Nullstellung au·.

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bei steigender Temperatur in Richtung und "bei fallender Temperatur entgegengesetzt zu der Feder (9) wirkt»

7. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Übertragung des im Ansaugrohr herrschenden Drucks auf die Klappe (3) durch einen auf die Klappe (3) wirkenden elektrischen Antrieb und

f ein vom Druck im Ansaugrohr gesteuertes, den Antrieb mit seiner Stromquelle verbindendes Relais ersetzt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 für Motoren mit Kraftstoffeinspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Antrieb der Klappe (3) durch eine Kopplung dieser Klappe mit dem die Einspritzmenge steuernden Verstellhebel ersetzt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennk zeichnet, daß der Verstellhebel mit der Klappe (3) duroh ein vom Verstellhebel betätigtes Relais und einen Über dieses Relais mit einer Stromquelle verbundenen elektrischen Antrieb der Klappe (3) gekoppelt ist.

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