DE3943569A1 - Vorrichtung zur erhoehung der prozesstemperatur einer hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erhöhung der Prozeßtemperatur einer Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Aus der DE-OS 25 23 408 ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher in die Ansaugleitung eine Kraftstoffeinspritzdüse hin­ einragt, welche auf eine Glühspirale gerichtet ist, die wie­ derum in einem ebenfalls in der Ansaugleitung eingesetzten Mischrohr angeordnet ist. Sowohl Kraftstoffeinspritzdüse als auch das Mischrohr mit der Glühspirale stellen einen Strö­ mungswiderstand dar, so daß in höheren Lastbereichen, insbe­ sondere bei Vollast zu jedem Zeitpunkt, also auch dann, wenn eine Vorwärmung der Ansaugluft nicht mehr erforderlich ist, eine Beeinträchtigung der Ansaugluftströmung gegeben ist, welche sich nachteilig auf den Liefergrad und damit auf die Leistung der Brennkraftmaschine auswirkt.

Nach der DE-OS 20 47 589 hingegen ist vorgesehen, während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine einen Teil des Ansaug­ luftstromes über eine zusätzliche Bypassleitung zu führen, in welcher eine Heizeinrichtung zur Vorwärmung des Luftstromes angeordnet ist. Bei betriebswarmer Brennkraftmaschine wird die Bypassleitung wieder verschlossen, so daß die Brennkraftma­ schine jetzt wieder ohne jegliche durch die Heizeinrichtung verursachte Strömungsverluste ansaugen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Art zu schaf­ fen, welche einfach aufgebaut ist und mit welcher eine Beeinträchtigung des Liefergrades zumindest dann, wenn die Er­ höhung der Prozeßtemperatur nicht erforderlich ist, ausge­ schlossen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Während der Warmlaufphase einer gemischverdichtenden Brenn­ kraftmaschine wird mit einer Ansaugluftvorwärmung verhindert, daß sich ein relativ großer Teil des eingebrachten Kraftstoffes an den noch kalten Wänden des Ansaugsystems niederschlagen kann. Als Folge davon ist zum einen eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und zum anderen eine deutliche Minderung der Schadstoffemission während der Warmlaufphase der Brenn­ kraftmaschine gegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun erreicht, daß dann, wenn eine Erhöhung der Prozeßtemperatur nicht erforder­ lich ist, also bei betriebswarmer Brennkraftmaschine, eine Beeinträchtigung des Ansaugluftstromes (z. B. Wirbelbildung) durch diese Vorrichtung selbst nicht gegeben ist. Es kann damit für den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ein maximaler Liefergrad und damit eine maximale Leistung erzielt werden. Dies gilt bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen, deren Ansaugluftstrom zur Regelung gedrosselt wird, insbeson­ dere für den Vollastbereich, bei welchem die Drosselklappe den gesamten Querschnitt der Ansaugleitung freigibt.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung in hohen Drehzahlbe­ reichen, da hier sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Ansaugleitung vorliegen.

Ein weiterer Vorteil besteht in der kompakten Bauweise der Vorrichtung. Eine zusätzliche, Bauraum beanspruchende Bypassleitung ist nicht mehr erforderlich. Mit dieser Lösung ist jede Brennkraftmaschine ohne größeren Aufwand nachrüstbar.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird schon kurze Zeit nach dem Start der Brennkraftmaschine über die gesamte Vor­ wärmphase die zur Einbringung in die Brennräume der Brenn­ kraftmaschine vorgesehene Kraftstoffmenge um die zur Vorwärmung der Ansaugluft verwendete Kraftstoffmenge reduziert. In den Brennräumen wird damit auch während der Vorwärmphase ein nahezu stöchiometrisches Gemisch (λ=1) eingehalten. Die Schadstoff­ emission während der Vorwärmphase bleibt damit minimal. Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 6 wird dabei verhindert, daß es nach dem Abschluß der Heiz- bzw. Vorwärmphase aufgrund einer schlagartigen Erhöhung der in die Brennräume eingebrachten Kraftstoffmenge zu einem den Fahrkomfort mindernden Antriebs­ ruck kommt.

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

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels erläutert.

Im einzelnen zeigt die Zeichnung eine Vorrichtung zur Ansaugluftvorwärmung bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei der Einfachheit halber nur der Teil der Ansaugleitung 39 dargestellt, in welchem die Vorrichtung zur Vorwärmung der An­ saugluft angeordnet ist. Stromauf (Pfeil 40 zeigt die Strö­ mungsrichtung der Ansaugluft) einer Drosselklappe 41 zur Steuerung der Brennkraftmaschinenlast ist in die Ansauglei­ tungswandung eine Kraftstoffeinspritzdüse 42 eingesetzt, welche auf eine Zündeinrichtung 43 gerichtet ist, die ebenfalls in der Wandung der Ansaugleitung 39 gehalten ist und während einer Heizphase in die Ansaugluftströmung hineinragt. Die Zündein­ richtung 43 weist eine Glühspirale 44 auf, über welche über die Düse eingespritzte Kraftstoff entzündet wird. Gleichzeitig bildet die Zündeinrichtung 43 einen Strömungswiderstand, wo­ durch insbesondere in höheren Last- und Drehzahlbereichen ver­ hindert wird, daß die Flamme infolge zu hoher Strömungsge­ schwindigkeiten in der Ansaugleitung 39 erlischt.

Bei betriebswarmer Brennkraftmaschine, also nach Erreichen ei­ nes vorgegebenen Grenzwertes für die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine wird die Kraftstoffeinspritzung über die Düse 42 unterbrochen. Gleichzeitig wird die Zündeinrichtung 43 aus der Ansaugleitung 39 herausgefahren (Pfeil 45) und zwar derart, daß ihre Unterseite 46 bündig mit der Ansaugleitungs­ wandung abschließt. Damit sind Strömungsverluste durch die Vorwärmeinrichtung im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine nicht gegeben. Das Herausziehen der Zündeinrichtung aus dem Ansaugluftstrom kann z. B. auf pneumatischem oder elektromagne­ tischem Wege erfolgen.

Kraftstoffeinspritzdüse 42 und Zündeinrichtung 43 können auch stromab der Drosselklappe 41 angeordnet sein. Bezüglich der in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingebrachten Kraft­ stoffmenge gilt, daß diese etwa um den Betrag, welcher über die Düse 42 eingespritzt wird, reduziert ist. Ferner kann mit Hilfe eines im Bereich der Flamme angeordneten Temperatursensors überprüft werden, ob die Flamme erloschen ist oder nicht (Mes­ sung der Temperatur des Luftstromes an dieser Stelle). Das Si­ gnal eines solchen Temperatursensors wird in diesem Fall einer elektronischen Steuereinheit zugeführt, welche die Zündein­ richtung 43 dann derart ansteuert, daß diese während einer Heizphase dann aktiviert wird, wenn die Temperatur des Luft­ stromes unterhalb eines vorgegebenen Temperaturgrenzwertes liegt und ansonsten abgeschaltet ist.

Die Erfassung des nach der Vorwärmeinrichtung noch zur Verfü­ gung stehenden Sauerstoffes in dem Ansaugluftstrom kann annä­ hernd dadurch ermittelt werden, daß die Strahlungswärme der Flamme im Bereich der Heizeinrichtung ein stromauf davon vor­ gesehenes Hitzdraht-Luftmassenmeßgerät 47 derart beaufschlagt, daß dieses Meßgerät 47 eine Fehlanzeige in Richtung weniger Luftdurchsatz erfährt, die etwa der verbleibenden Sauerstoff­ menge stromab der Vorwärmflamme entspricht. Ergänzend oder al­ ternativ kann auch ein zusätzlicher wärmeempfindlicher elek­ trischer Widerstand in der Ansaugleitungswandung installiert werden, der zusammen mit dem Hitzdraht einen Referenzwert an die Einspritzelektronik liefert.

Die Erfindung beschränkt sich nicht ausschließlich auf die Verwendung bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen. Es ist ebenso denkbar, sie zur Vorwärmung der Ansaugluft während der Start- und Warmlaufphase auch bei Dieselmotoren einzusetzen. Ferner ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung als Regenerationshilfe für einen in der Abgasleitung angeord­ neten Rußpartikelfilter zu verwenden. So kann durch eine ge­ zielte Aktivierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schon in niederen Last- und Drehzahlbereichen - in diesem Fall also un­ abhängig von der Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftma­ schine - ein Abgastemperaturniveau erreicht werden, welches über der Grenztemperatur liegt, ab welcher eine Selbstregeneration des Partikelfilters einsetzt.

Die Erfindung wirkt sich bei Dieselmotoren über den gesamten Last- und Drehzahlbereichen vorteilhaft aus, denn eine Drosse­ lung ist bei diesen Motoren gewöhnlich nicht vorgesehen, so daß dann, wenn eine Vorwärmung der Ansaugluft, d. h. eine Prozeß­ temperaturerhöhung nicht erwünscht ist, eine die Füllung be­ einträchtigende Störung der Ansaugluftströmung durch die Heiz­ vorrichtung selbst nicht auftreten kann.

Statt über einen freien Einspritzstrahl kann der Kraftstoff auch über einen beheizbaren porösen Körper zugeführt werden. Die Zündung des Kraftstoffes kann statt über eine Glühkerze auch über einen Lichtbogen (Zündkerze) erfolgen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Erhöhung der Prozeßtemperatur einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine angeordneten, bei betriebswarmer Brenn­ kraftmaschine von dem Ansaugluftstrom getrennten Einrichtung zur Erwärmung des Ansaugluftstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung gebildet ist aus einer in der Wandung der Ansaugleitung (39) gehaltenen Kraftstoffeinspritzdüse (42) und einer stromab von dieser in die Ansaugleitung (39) bedarfsweise einschiebbaren Zündeinrichtung (43).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzdüse (42) im Falle einer in die An­ saugleitung (32) hineinragenden Zündeinrichtung (43) auf letz­ tere (43) gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der Zündeinrichtung (43) ein Temperatursensor vor­ gesehen ist, über welchen ein der Temperatur des Luftstromes an dieser Stelle entsprechendes Signal an eine elektronische Steuereinheit übermittelbar ist, welche die Zündeinrichtung (43) derart ansteuert, daß diese während einer Heizphase dann aktiviert wird, wenn die Temperatur des Luftstromes unterhalb eines vorgegebenen Temperaturgrenzwertes liegt und ansonsten abgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Vorwärmphase die zur Einbringung in die Brenn­ räume der Brennkraftmaschine vorgesehene Kraftstoffmenge um die zur Vorwärmung der Ansaugluft verwendete Kraftstoffmenge redu­ ziert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung unterhalb eines vorgegebenen Grenz­ wertes für die Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftma­ schine aktiviert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftma­ schine die Kraftstoffeinspritzmenge zur Vorwärmung der Ansaug­ luft langsam reduziert wird und gleichzeitig in dem Maße, wie diese reduziert wird die in die Brennräume eingebrachte Kraft­ stoffmenge entsprechend erhöht wird.