DE60108877T2

DE60108877T2 - Brennkraftmaschine mit brennstofferhitzer

Info

Publication number: DE60108877T2
Application number: DE60108877T
Authority: DE
Inventors: Makoto Toyota-shi Suzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: WO2002006646A1; DE60108877D1; US20030172891A1; EP1302634B1; JP3558016B2; EP1302634A4; US6928973B2; JP2002030930A; EP1302634A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsheizer.
Stand der Technik
In einer in einem Automobil usw. montierten Brennkraftmaschine, insbesondere in einer Brennkraftmaschine mit magerer Verbrennung, die dazu tendiert, eine kleine Wärmeabgabemenge aufzuweisen wie eine Dieselmaschine, ist eine Technologie einen Verbrennungsheizer bereitzustellen bekannt, um einen Wirkungsgrad einer Heizvorrichtung für einen Innenraum zu verbessern und ein Aufwärmen der Brennkraftmaschine in einer kalten Zeit zu beschleunigen.
Der oben beschriebene Verbrennungsheizer hat zum Beispiel eine von der Brennkraftmaschine unabhängige Brennkammer, einen Wasserdurchgangsweg (der im Folgenden [Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg] genannt wird), der so ausgebildet ist, um die Brennkammer zu umgeben, ein Rohr zum Einführen eines Maschinenkühlwassers, um das Maschinenkühlwasser von einem Wassermantel der Brennkraftmaschine zu dem Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg zu führen, und ein Maschinenkühlwasserabgaberohr zum Führen des Maschinenkühlwassers von dem Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg zu dem Wassermantel.
In dem somit konstruierten Verbrennungsheizer wird das Kühlwasser in dem Wassermantel zu dem Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg geführt, falls eine Temperatur des Maschinenkühlwassers niedrig ist, wie, wenn die Brennkraftmaschine sich in einem kalten Zustand befindet, und ein Teil des Maschinenbrennstoffs wird in einer Brennkammer verbrannt. Das zu dem Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg geführte Maschinenkühlwasser nimmt Wärme auf, die erzeugt wird, wenn der Brennstoff in der Brennkammer verbrannt wird, und erhöht dabei eine Temperatur des Maschinenkühlwassers. Das die auf diese Weise erhöhte Temperatur aufweisende Kühlwasser wird von dem Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg zu dem Wassermantel geführt, und die Wärme des Maschinenkühlwassers wird zu der Brennkraftmaschine übertragen.
Als Ergebnis kann die Brennkraftmaschine in einer frühen Phase aufgewärmt werden. Es ist anzumerken, dass die Wärme des Maschinenkühlwassers, das in dem Verbrennungsheizer die erhöhte Temperatur aufweist, ebenfalls zu der Luft zum Heizen des Heizerkerns übertragen werden kann, wenn ein Heizerkern zum Heizen eines Fahrzeuginnenraums auf einer Kreislaufroute des Maschinenkühlwassers vorgesehen ist. Somit ist es in der Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer möglich, das Aufwärmen der Brennkraftmaschine zu einer kalten Zeit zu beschleunigen und den Wirkungsgrad der Fahrzeuginnenraumheizvorrichtung zu verbessern.
Andererseits führt der Verbrennungsheizer die Verbrennung durch das Verwenden des Brennstoffs der Brennkraftmaschine wie oben beschrieben durch, und somit ist es wünschenswert, dass das von dem Verbrennungsheizer abgegebene Verbrennungsgas wie in dem Fall eines Abgases der Brennkraftmaschine gereinigt wird.
In Erwiderung auf solch eine Anforderung ist eine Fahrzeugheizvorrichtung mit dem Verbrennungsheizer vorgeschlagen, wie in der japanischen offengelegten Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 60-78819 offenbart ist. Die Fahrzeugheizvorrichtung mit dem Verbrennungsheizer, die in der obigen Veröffentlichung offenbart ist, ist so konstruiert, dass das von dem Verbrennungsheizer abgegebene Verbrennungsgas zu einem Abschnitt geführt wird, der stromaufwärtiger vorgesehen ist als eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Maschinenauspuffrohrs. Entsprechend wird in der Fahrzeugheizvorrichtung mit dem Verbrennungsheizer das Verbrennungsgas von dem Verbrennungsheizer zusammen mit dem Abgas der Brennkraftmaschine durch die Abgasreinigungsvorrichtung gereinigt.
Die bekannte Abgasreinigungsvorrichtung ist ein katalytischer Umwandler, der einen Dreiwegekatalysator trägt, ein „Lean NOx" Speicherverringerungskatalysator (strage-reduction catalyst) oder ein „Lean NOx" ausgewählter Verringerungskatalysator (selective-reduction catalyst) und so weiter. In dieser Bauart von katalytischen Umwandlern ist jedoch der Katalysator aktiviert, wenn eine Temperatur des Katalysators dieses katalytischen Umwandlers gleichmäßig gleich oder höher als eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur ist, wobei schädliche Gasbestandteile, die in dem Abgas enthalten sind, abgeführt werden können. Deswegen sind die katalytischen Umwandler nicht in der Lage, das Abgas ausreichend von den schädlichen Gasbestandteilen zu reinigen, wenn die Katalysatortemperatur des katalytischen Umwandlers niedriger ist als die Aktivierungstemperatur.
Im Übrigen ist in der Brennkraftmaschine einer mageren Verbrennungsbauart eine Menge des für die Verbrennung zugeführten Brennstoffs klein, weswegen eine Verbrennungstemperatur dazu tendiert zu sinken und eine Abgastemperatur dazu tendiert entsprechend zu sinken. Insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine einer mageren Verbrennungsbauart sich in einem Betriebszustand niedriger Last befindet, wird der für die Verbrennung zugeführte Brennstoff deutlich weniger und somit tendiert die Abgastemperatur dazu weit niedriger zu werden. Entsprechend kann es einen Fall geben, bei dem die Katalysatortemperatur des katalytischen Umwandlers alleine durch das Abgas nur schwierig gleich oder höher als die Aktivierungstemperatur der Brennkraftmaschine gehalten werden kann, wenn die Brennkraftmaschine einer mageren Verbrennungsbauart sich in einem Betriebszustand niedriger Last befindet.
Wenn sich die Brennkraftmaschine magerer Verbrennungsbauart im Gegensatz in einem Betriebsbereich niedriger Last befindet, wie in dem Fall der Fahrzeugheizvorrichtung mit dem Verbrennungsheizer, die oben beschrieben wurde, ist ein Verfahren derart, dass das von dem Verbrennungsheizer abgegebene Verbrennungsgas in die Abgasreinigungsvorrichtung fließt, und eine Temperatur des katalytischen Umwandlers durch das Verwenden der Wärme des Verbrennungsgases erhöht wird.
In der Fahrzeugheizvorrichtung mit dem oben beschriebenen Verbrennungsheizer ist jedoch das von dem Verbrennungsheizer abgegebene Verbrennungsgas ein Gas, nachdem es einem Wärmetausch mit dem Maschinenkühlwasser unterlegen ist, und weist deswegen eine geringere Wärmemenge auf.
Außerdem folgt in dem Fall, bei dem die Temperatur des Maschinenkühlwassers niedrig ist, wie zum Beispiel, wenn die Brennkraftmaschine sich in dem kalten Zustand befindet, bei einer Ausführung des Wärmetausches zwischen dem Verbrennungsgas und dem Maschinenkühlwasser, dass eine vergleichsweise große Menge von Wärme von dem Verbrennungsgas zu dem Maschinenkühlwasser übertragen wird, und eine Möglichkeit besteht, bei der die Temperatur des von dem Verbrennungsheizer abgegebenen Verbrennungsgases ausgesprochen niedrig wird. Deswegen ist es schwierig, den katalytischen Umwandler sofort zu aktivieren, sogar falls das Verbrennungsgas in die Abgasreinigungsvorrichtung eingebracht wird, nachdem es dem Wärmetausch mit dem Maschinenkühlwasser in dem Verbrennungsheizer unterzogen wurde.
EP-A1-0 916 823 offenbart ein Steuersystem für einen Verbrennungsheizer zum Steuern der Luft- und Brennstoffzufuhr für die Verbrennung. Eine Variation dieser Zufuhr führt zu einer veränderten Wärmeerzeugung wegen der Änderung der Verbrennung.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die unter einer Variation von Umständen wie oben beschrieben erdacht wurde, eine Technologie bereitzustellen, die in der Lage ist, ein Verbrennungsgas mit einer großen Wärmemenge von einem Verbrennungsheizer in einer Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsheizer abzugeben.
Die Aufgabe wird gemäß einer Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsheizer gemäß Anspruch 1 gelöst.
Um die obige Aufgabe zu lösen, umfasst eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsheizer eine Brennkammer zum Verbrennen eines Brennstoffs, ein zwischen der Brennkammer und einem maschinenbezogenen Element zirkulierendes Heizmedium, eine Wärmetauscheinheit zum Durchführen eines Wärmetausches zwischen dem Heizmedium und einem in der Brennkammer erzeugten Verbrennungsgas, und eine Wärmetauschratenverringerungseinrichtung zum Verringern einer Wärmetauschrate in der Wärmetauscheinheit.
Hierin kann das [maschinenbezogene Element] zum Beispiel ein Körper einer Brennkraftmaschine sein, ein Heizerkern einer Heizvorrichtung für einen Fahrzeuginnenraum usw. Ein Maschinenkühlwasser kann zum Beispiel das [Heizmedium] sein, und außerdem kann ein bekannter Verdampfungsverbrennungsheizer zum Beispiel als [Verbrennungsheizer] dienen.
In der somit konstruierten Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer verringert die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung die Wärmetauschrate in der Wärmetauscheinheit, wenn eine Notwendigkeit auftritt, das Verbrennungsgas abzugeben, das vergleichsweise viel Wärme aus dem Verbrennungsheizer hält, zum Beispiel in dem Fall, bei dem eine Notwendigkeit zum Erhöhen der Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung entsteht, die in dem Abgasdurchgangsweg der Brennkraftmaschine bereitgestellt ist. Wenn nämlich die Notwendigkeit entsteht, das Verbrennungsgas abzugeben, das vergleichsweise eine große Wärmemenge von dem Verbrennungsheizer hält, verringert die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung die Wärmemenge, die von dem Verbrennungsgas zu dem Maschinenkühlwasser übertragen wird.
In diesem Fall folgt, dass sich die Menge der zu dem Wärmemedium übertragenen Wärme von dem Verbrennungsgas in der Wärmetauscheinheit verringert, und als Ergebnis das Verbrennungsgas, nachdem es in der Wärmetauscheinheit wärmegetauscht wurde, mit anderen Worten wird das von dem Verbrennungsheizer abgegebene Verbrennungsgas ein Gas, das eine vergleichsweise große Wärmemenge hält.
Somit wird das von dem Verbrennungsheizer abgegebene Verbrennungsgas eine große Wärmemenge halten, und in dem Fall, bei dem das Verbrennungsgas in die Zylinder der Brennkraftmaschine und in die Abgasreinigungsvorrichtung usw. eingebracht wird, kann dies dazu beitragen, die Verbrennung in den Zylindern zu stabilisieren und die Abgasreinigungsvorrichtung zu einer frühen Zeit zu aktivieren.
Außerdem kann die Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem einen Verbrennungsgasabgabedurchgangsweg zum ausgewählten Abgeben des Verbrennungsgases nach dem Unterliegen eines Wärmetauschs in der Wärmetauscheinheit zu einem Abschnitt umfassen, der stromaufwärtiger vorgesehen ist als eine Abgasreinigungsvorrichtung in einem Abgasdurchgangsweg der Brennkraftmaschine oder zu einem Einlassdurchgangsweg der Brennkraftmaschine.
Es ist anzumerken, dass die [Abgasreinigungsvorrichtung] zum Beispiel ein katalytischer Umwandler sein kann, der einen einen Dreiwegekatalysator umschließenden Gehäusekörper hat, einen „Lean NOx"-Speicherverringerungskatalysator oder ein „Lean NOx" ausgewählter Verringerungskatalysator usw., um das Abgas zu reinigen, das in diesem Gehäusekörper ein- und ausfließt.
In der somit konstruierten Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gibt der Verbrennungsgasabgabedurchgangsweg ausgewählt Verbrennungsgas in den Abschnitt ab, nachdem in der Wärmetauscheinheit ein Wärmetausch durchgeführt wurde, der stromaufwärtiger vorgesehen ist als die Abgasreinigungsvorrichtung, des Abgasdurchgangswegs oder zu dem Einlassdurchgangsweg der Brennkraftmaschine.
Falls zum Beispiel die Notwendigkeit entsteht, die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung zu erhöhen, verringert die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung die Wärmetauschrate in der Wärmetauscheinheit, und das Verbrennungsgas wird durch den Verbrennungsgasabgabedurchgangsweg zu dem Abgasdurchgangsweg abgegeben, der stromaufwärtiger von der Abgasreinigungsvorrichtung vorgesehen ist, nachdem es in der Wärmetauscheinheit einem Wärmetausch unterzogen wurde.
In diesem Fall folgt, dass das die vergleichsweise große Menge von wärmehaltendem Verbrennungsgas in die Abgasreinigungsvorrichtung fließt, und deswegen die Wärme des Verbrennungsgases zu der Abgasreinigungsvorrichtung übertragen wird. Als Ergebnis wird die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung zu einer frühen Zeit erhöht.
Falls andererseits die Notwendigkeit auftritt, die Temperatur der Ansaugluft der Brennkraftmaschine und die Temperaturen in den Zylindern zu erhöhen, verringert die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung den Wärmetauschwirkungsgrad in der Wärmetauscheinheit, und das Verbrennungsgas wird durch den Verbrennungsgasabgabedurchgangsweg zu dem Einlassdurchgangsweg der Brennkraftmaschine abgegeben, nachdem es in der Wärmetauscheinheit einem Wärmetausch unterzogen wurde.
In diesem Fall folgt, dass das die vergleichsweise große Wärmemenge haltende Verbrennungsgas in den Einlassdurchgangsweg fließt, und somit die Wärme des Verbrennungsgases zu der Ansaugluft und zu einem Brennstoff/Luftgemisch übertragen wird. Als Ergebnis erhöht sich die Temperatur in den Zylindern der Brennkraftmaschine, wobei die Verbrennung stabilisiert werden kann.
Insbesondere wenn sich die Brennkraftmaschine in dem Betriebszustand niedriger Last befindet, wird das die vergleichsweise große Wärmemenge haltende Verbrennungsgas von dem Verbrennungsheizer zu der Abgasreinigungsvorrichtung oder zu dem Einlassdurchgangsweg der Brennkraftmaschine geliefert, wobei die Verbrennung in den Zylindern stabilisiert werden kann und die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung (Katalysator) zu einer frühen Zeit erhöht werden kann.
Es ist anzumerken, dass der Fall, bei dem die Notwendigkeit, die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung zu erhöhen, zum Beispiel als ein Fall vorliegen kann, bei dem der Katalysator der Abgasreinigungsvorrichtung noch nicht in dem aktivierten Zustand ist, oder ein Fall, bei dem eine Notwendigkeit besteht, eine Schwefelvergiftung des Katalysators zu vermeiden usw.
Darüber hinaus kann in der Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung der Verbrennungsgasabgabedurchgangsweg ein Durchgangsweg sein, der sich in Zweige gabelt, und sich somit zu dem Abgasdurchgangsweg und dem Einlassdurchgangsweg des Verbrennungsheizers erstreckt. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass eine Verbrennungsgasroutenschalteinrichtung zum Umschalten eines Flusses des Verbrennungsgases zu der Seite des Abgasdurchgangswegs oder zu der Seite des Einlassdurchgangswegs bei dem Verzweigungspunkt dieses Verbrennungsgasabgabedurchgangswegs bereitgestellt ist.
Hierin ist ein Dreiweg-Schaltventil usw. mit Auslässen und einem Einlass für das Verbrennungsgas in drei Richtungen ausgebildet und konstruiert, die Auslässe durch das Bewegen eines Ventils umzuschalten, und kann zum Beispiel als [Verbrennungsgasroutenumschalteinrichtung] ausgeführt sein.
In einem Fall, bei dem das Dreiweg-Schaltventil als Verbrennungsgasroutenumschalteinrichtung verwendet wird, kann eine Zufuhr des Verbrennungsgases zu dem Abgasdurchgangsweg des Verbrennungsheizers und einer Zufuhr des Verbrennungsgases zu dem Einlassdurchgangsweg des Verbrennungsheizers sicher umgeschaltet werden.
Außerdem kann in der Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung die Wärmetauscheinheit einen Verbrennungsgasdurchgangsweg haben, um das Verbrennungsgas zur Außenseite des Verbrennungsheizers zu führen, und einen Wärmemediumdurchgangsweg, durch den das Wärmemedium in den Verbrennungsheizer hinein, und aus diesem heraus gesendet wird, wobei dieser um den Verbrennungsgasdurchgangsweg herum ausgebildet ist, und die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung kann ein bei einem Seitenende des Verbrennungsgasdurchgangswegs ausgebildetes Durchloch aufweisen, das ein Inneres und ein Äußeres des Verbrennungsgasdurchgangswegs miteinander verbindet, und einen Ventilator, um ein Einfließen der Luft in den Verbrennungsgasdurchgangsweg über das Durchloch von außerhalb des Verbrennungsheizers zu erzwingen.
In der somit konstruierten Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer wird die Luft außerhalb des Verbrennungsheizers über das Durchloch in den Verbrennungsgasdurchgangsweg gezwungen, wenn der Ventilator gedreht wird. In diesem Fall erhöht sich eine Gasmenge in dem Verbrennungsgasdurchgangsweg, und ein Inneres des Verbrennungsgasdurchgangswegs gerät in einen mit Druck beaufschlagten Zustand. In der folgenden Abhandlung wird die in den Verbrennungsgasdurchgangsweg über das Durchloch durch den Ventilator eingebrachte Luft als Druckluft bezeichnet.
Wie oben beschrieben wurde, wird die Wärme des Verbrennungsgases zur Druckluft übertragen, während das Verbrennungsgas und die Druckluft gemischt werden, wenn die Druckluft in dem Verbrennungsgasdurchgangsweg eingebracht wird. Deswegen wird das Verbrennungsgas, nachdem es mit der Druckluft gemischt wurde, ein Verbrennungsgas mit einer geringeren pro Mengeneinheit enthaltenen Wärme als das Verbrennungsgas, bevor es mit der Druckluft gemischt wurde. Mit anderen Worten wird das Verbrennungsgas, nachdem es mit der Druckluft gemischt wurde, ein Gas mit einer geringeren Temperatur als das Verbrennungsgas, bevor es mit der Druckluft gemischt wurde.
Wenn die Temperatur des Verbrennungsgases sich wegen des Mischens mit der Druckluft verringert, verringert sich ein Temperaturunterschied zwischen dem Verbrennungsgas und dem Heizmedium, und die Menge der von dem Verbrennungsgas zu dem Heizmedium übertragenen Wärme wird verringert. Die Wärmetauschrate zwischen dem Verbrennungsgas und dem Heizmedium verringert sich nämlich.
Entsprechend erhöht sich in der somit konstruierten Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer eine Gesamtmenge des Verbrennungsgases wegen des Mischens mit der Druckluft, und somit verringert sich die Menge der zu dem Heizmedium von dem Verbrennungsgas in der Wärmetauscheinheit übertragenen Wärme, da die in dem Verbrennungsgas pro Mengeneinheit enthaltene Wärmemenge verringert wird. Deswegen wird eine Gesamtsumme der in dem gesamten Verbrennungsgas nach dem Wärmetausch enthaltenen Wärmemenge größer als in einem Fall, bei dem die Druckluft nicht gemischt wird.
Es ist anzumerken, dass die Drehzahl des Ventilators bevorzugt so gesteuert wird, dass die Druckluft auf eine Weise in den Verbrennungsgasdurchgangsweg fließen kann, die einem Druck in dem Verbrennungsgasdurchgangsweg widersteht, wenn der Verbrennungsheizer in Betrieb ist.
Darüber hinaus kann in der Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung der Ventilator bei einem Seitenende auf einer stromaufwärtigen Seite oder einer stromabwärtigen Seite in einer Fließrichtung des Verbrennungsgases innerhalb des Verbrennungsheizers installiert sein. Kurz kann der Ventilator in solch einem Abschnitt installiert sein, dass die frische Luft in die Verbrennungskammer gezwungen werden kann. In diesem Fall kann der Installationsabschnitt des Ventilators aus dem stromaufwärtsseitigen Ende und dem stromabwärtsseitigen Ende in der Fließrichtung des Verbrennungsgases ausgewählt werden, und es ist deswegen möglich, einen Freiheitsgrad bei der Konstruktion des Verbrennungsheizers zu erhöhen.
Darüber hinaus kann in der Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung der Ventilator bei dem Seitenende auf der stromaufwärtigen Seite in der Fließrichtung des Verbrennungsgases innerhalb des Verbrennungsheizers installiert sein.
In diesem Fall ist der Ventilator nicht dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas ausgesetzt, und deswegen ist keine besondere feuerfeste Behandlung erforderlich.
Weiter darüber hinaus kann die Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem ein Steuerventil zum Steuern einer Luftmenge umfassen, die durch das Durchloch fließt.
In der somit konstruierten Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer kann der mit Druck beaufschlagte Zustand in der Verbrennungskammer durch das Ändern eines Öffnungsgrads des Steuerventils geändert werden. Somit kann zum Beispiel die Menge des Verbrennungsgases und die Wärmemenge des Verbrennungsgases auf bevorzugte Mengen eingestellt werden, indem der Öffnungsgrad des Steuerventils gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geändert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Skizze, die eine innere Anordnung eines Verbrennungsheizers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Skizze, deren angewendetes Beispiel 1 eine Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Skizze, die ein angewendetes Beispiel 2 der Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Skizze, die ein angewendetes Beispiel 3 der Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5 ist eine Skizze, die ein angewendetes Beispiel 4 der Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beste Art die Erfindung auszuführen
Eine bestimmte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgendem mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
<Grundlegende Anordnung des Verbrennungsheizers>
Die Brennkraftmaschine mit dem Verbrennungsheizer gemäß der vorliegenden Erfindung weist Merkmale in einer Konstruktion der Brennkraftmaschine und auf die Weise den Verbrennungsheizer an der Brennkraftmaschine anzubringen auf. Somit wird zuerst der Verbrennungsheizer erläutert und im Folgenden werden Beziehungen mit dem Körper der Brennkraftmaschine beschrieben.
Ein Verbrennungsheizer 17 ist ein bekannter Verdampfungsverbrennungsheizer und weist in seinem Inneren, wie aus 1 ersichtlich ist, einen Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg 17a auf, der als Wärmemedium-Durchgangsweg definiert ist, durch den ein Maschinenkühlwasser als Heizmedium von einem Wassermantel (einem maschinenbezogenen Element) der Brennkraftmaschine fließt.
Das Maschinenkühlwasser (durch einen Pfeil mit gestrichelter Linie in 1 bezeichnet), das durch den Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg 17a fließt, geht vorbei, um so um eine Verbrennungskammer 17d zu zirkulieren, die als innerhalb des Verbrennungsheizers 17 ausgebildete Verbrennungseinheit dient. Das Maschinenkühlwasser empfängt die Wärme von der Verbrennungskammer 17d und wird für die Dauer seines Vorbeigehens aufgewärmt.
Die Verbrennungskammer 17d ist aus einem Verbrennungsrohr 17b als Verbrennungsquelle zum Erzeugen von Flammen und einer zylindrischen Teilwand 17c, die dazu dient, dass die Flammen nach außen fließen, indem sie das Verbrennungsrohr 17b abdeckt, konstruiert. Das Verbrennungsrohr 17b ist mit der Trennwand 17d abgedeckt, und dabei die durchgangswegartige Verbrennungskammer 17d innerhalb der Trennwand 17c definiert. Dann wird diese Trennwand 17c ähnlich mit einer äußeren Wand 43 des Verbrennungsheizers bei einem Abstand abgedeckt. Der Zwischenraum zwischen der Trennwand 17c und der äußeren Wand 43 ist bereitgestellt, und bildet dabei den Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg 17a zwischen einer Innenfläche der äußeren Wand 43 und einer Außenfläche der Trennwand 17c.
Außerdem weist der Verbrennungsheizer 17 eine Abgasabgabeöffnung 17d2 und eine Frischluftzufuhröffnung 17d1 auf, aus der und in die ein zirkulierendes Gas (dies ist ein generischer Begriff eines Verbrennungsgases a2 und einer Frischluft < 1, die in die Verbrennungskammer 17d hinaus- bzw. hineinfließt) innerhalb des Verbrennungsheizers 17 zirkuliert.
Ein Abschnitt in der Verbrennungskammer 17d, durch den das zirkulierende Gas tatsächlich fließt, ist mit einem Bezugszeichen 150 bezeichnet und wird ein Verbrennungsgasdurchgangsweg genannt. Das von dem Verbrennungsrohr 17b über den Verbrennungsgasdurchgangsweg 150 abgegebene Verbrennungsgas fließt außerhalb des Verbrennungsheizers 17. Das Verbrennungsrohr 17b ist mit der Trennwand 17c bedeckt, und bildet dabei den Verbrennungsgasdurchgangsweg 150 um das Verbrennungsrohr 17b.
Die frische Luft a1 ist, wenn sie den Verbrennungsheizer 17 von der Frischluftzufuhröffnung 17d1 betritt, für die Verbrennung in der Verbrennungskammer 17d zugeführt, wobei danach die Frischluft a1 zu einem Verbrennungsgas a2 wird und zu der Abgasabgabeöffnung 17d2 fließt.
Außerdem ist die äußere Wand 43 mit einem Gehäuse 148 bereitgestellt, das einen Luftblasventilator 149 zum Einblasen der Frischluft a1 in das Verbrennungsrohr 17b enthält, und einen Motor M, um diesen Frischluftventilator 149 drehend anzutreiben. Dann ist das Gehäuse 148 mit der Frischluftzufuhröffnung 17d1 bereitgestellt, wobei die das Gehäuse von der Frischluftzufuhröffnung 17d1 betretende Frischluft a1 durch den Luftblasventilator 149 in das Verbrennungsrohr 17b eingeblasen wird.
Das Verbrennungsrohr 17b ist an dem Verbrennungsheizer 17 durch eine geeignete Fixiereinrichtung wie zum Beispiel Anschweißen eines Flanschs 200 gesichert, der einstückig bei einem Seitenende des Verbrennungsrohrs 17b an einer Innenwandfläche der Trennwand 17c, usw bereitgestellt ist. Darüber hinaus ist der Flansch 200 mit einer Vielzahl von Einbringungslöchern 202 ausgebildet (nur zwei der Löcher sind in der Zeichnung dargestellt), um die Frischluft a1 in eine Flammenausbildungskammer 201 des Verbrennungsrohrs 17b einzubringen, wobei eine Vielzahl von Frischluftdurchlöchern 204 in der mit der Flammenausbildungskammer 201 ausgebildeten Wandfläche ausgebildet sind.
Darüber hinaus ist ein Abschnitt des Flanschs 200, der der Randkante näher liegt als das Einbringungsloch 202, mit einem Durchloch 205 ausgebildet, welches diesen Flansch 200 durchdringt, und somit gestattet, dass der Verbrennungsgasdurchgangsweg 150 und ein Inneres des Gehäuses 148 miteinander verbunden sind. Dieses Durchloch 205 ist mit einem Öffnungs-/Schließventil 206 als Steuerventil zum Steuern einer Fließrate der durch die Drehungen des Luftblasventilators 149 mit Druck beaufschlagten Luft zu steuern. In diesem Fall folgt, dass der Luftblasventilator 149 auf der Seite installiert ist, bei der das Durchloch 205 in dem Verbrennungsheizer 17 ausgebildet ist.
Es ist anzumerken, dass nur ein Durchloch 305 in dieser Ausführungsform gezeigt ist, jedoch kann eine Vielzahl der Durchlöcher 205 bereitgestellt sein. Die die Verbrennungskammer 17d über das Durchloch 205 betretende Frischluft a1 wird nicht direkt für die Verbrennung zugeführt sondern ist bestimmt mit dem Verbrennungsgas a2 gemischt zu werden und wird eine Druckluft, die dessen Fließrate erhöht. Dieses erhöhte Verbrennungsgas ist durch das Symbol a2' gekennzeichnet. Es ist anzumerken, dass das Verbrennungsgas a2 wird, dessen Fließrate nicht erhöht ist, wenn das Öffnungs-/Schließventil 206 geschlossen ist. Das Verbrennungsgas a2 oder a2' fließt über die Abgasabgabeöffnung 17d2 und wird zur Außenseite des Verbrennungsheizers 17 abgegeben. Eine Auswahl von entweder dem Verbrennungsgas wird durch das Schließen des Öffnungs-/Schließventils 206 das Verbrennungsgas a2 oder durch das Öffnen des gleichen Ventils 206 das Verbrennungsgas a2', und wird im Folgenden in einer Betrachtung von [angewendeten Beispielen des Verbrennungsheizer 17] erklärt, die im Folgenden gegeben wird.
Wenn das Verbrennungsgas a2 oder a2' (falls diese beide Arten von Gas als Verbrennungsgase bezeichnet sind, sind diese Gase im Allgemeinen durch die Verwendung eines Bezugszeichens [A2] gezeigt. A2 ist jedoch der Einfachheit halber als Bezugszeichen verwendet und dargestellt) durch den Verbrennungsgasdurchgangsweg 150 fließt, wird die Wärme des Verbrennungsgases A2 zu dem Maschinenkühlwasser innerhalb des Zwischenheizer-Kühlwasserwegs 17a über die Trennwand 17c übertragen, wobei die Temperatur des Maschinenkühlwassers steigt. Entsprechend entsprechen der Verbrennungsgasdurchgangsweg 150, die Trennwand 17c und der Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg 17a einer Wärmetauscheinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
Es ist anzumerken, dass der Wärmetausch eine Wärmewanderung zwischen einem Hochtemperaturfluid und einem Niedertemperaturfluid wegen einer direkten oder indirekten Berührung zwischen den Fluiden, die verschiedene Temperaturen aufweisen impliziert, wie gut bekannt ist. Die unterschiedlichen Fluide in dieser Ausführungsform sind das Maschinenkühlwasser und das Verbrennungsgas. Das Verbrennungsgas weist eine Temperatur auf, die höher ist als die des Maschinenkühlwassers, und somit wandert die Wärme von der Verbrennungsgasseite zu der Maschinenkühlwasserseite, die Temperatur des Verbrennungsgases verringert sich, während die Temperatur des Maschinenkühlwassers ansteigt, falls der Wärmetausch ausgeführt wird. Außerdem wird ein Index, der bezeichnet, mit welcher Rate der Wärmetausch durchgeführt wird, eine Wärmetauschrate genannt, und die Wärmetauschrate wird höher, wenn ein Temperaturunterschied zwischen den Fluiden größer wird. Darüber hinaus weist der Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg 17a eine Kühlwassereinbringungsöffnung 17a1 und eine Kühlwasserabgabeöffnung 17a2 auf.
Es ist anzumerken, dass das Verbrennungsrohr 17b eine mit einer Brennstoffpumpe 26 verbundene Brennstoffzufuhrleitung 100 hat, wobei ein Brennstoff für die Verbrennung über einen Pumpendruck der Brennstoffpumpe 26 zugeführt wird. Der somit zugeführte Verbrennungsbrennstoff wird innerhalb des Verbrennungsheizers 17 verdampft und wird ein verdampfter Brennstoff, und dieser verdampfte Brennstoff wird durch eine Glühkerze (nicht gezeigt) als Zündquelle gezündet.
Als nächstes werden Anwendungsbeispiele für den Fall gegeben, dass der oben beschriebene Verbrennungsheizer 17 an der Brennkraftmaschine 1 angewendet wird.
<Anwendungsbeispiel 1>
Ein Anwendungsbeispiel 1 wird mit Bezug auf 1 und 2 erklärt.
Die Brennkraftmaschine 1 ist eine Vielzylindermaschine einer mageren Verbrennungsbauart wie zum Beispiel eine Dieselmaschine usw., wobei ein Ansaugkrümmer 2 mit jedem der nicht dargestellten Zylinder innerhalb des Maschinenkörpers 1a verbunden ist. Entsprechende Zweigleitungen des Ansaugkrümmers 2 sind über nicht dargestellte Ansaugöffnungen mit den Brennkammern der entsprechenden Zylinder verbunden. Der oben beschriebene Einlasskrümmer 2 ist mit einer Einlassleitung 3 als Einlassdurchgangsweg verbunden, und die Einlassleitung 3 ist mit einem Luftreiniger 4 verbunden, der einen Luftfilter enthält.
Ein Kompressorgehäuse 5a für einen Turbolader 5 als Zentrifugenturbolader ist stromabwärtiger von der Einlassleitung 3 als der Luftreiniger 4 vorgesehen. Ein Kompressorrad 5a1 ist drehbar innerhalb des Kompressorgehäuses 5a gelagert. Eine Drehwelle dieses Kompressorrads 5a1 ist einstückig mit einer Drehwelle eines Turbinenrads 5b1 verbunden, das innerhalb eines Turbinengehäuses 5b drehbar gelagert ist, das später erklärt werden wird, und bildet auf diese Weise ein Wellenteil 5c. Somit drehen das Kompressorrad und das Turbinenrad einstückig um das Wellenteil 5c.
Folglich ist ein Zwischenkühler 6 zum Kühlen einer Ansaugluft mit hoher Temperatur, wenn sie in dem Kompressorgehäuse 5a verdichtet wird, stromabwärtiger von der Einlassleitung 3 als das Kompressorgehäuse 5a bereitgestellt.
Darüber hinaus ist ein Drosselventil 7 zum Steuern einer Ansaugluftfließrate innerhalb der Einlassleitung 3 stromabwärtiger von der Einlassleitung 3 installiert als der Zwischenkühler 6. Das Drosselventil 7 ist mit einem nicht dargestellten Auslöser zum Antreiben eingepasst, um das Drosselventil 7 zu öffnen und zu schließen.
In dem somit konstruierten Einlasssystem der Brennkraftmaschine wird die in den Luftreiniger 4 fließende frische Luft über die Einlassleitung 3 zu dem Kompressorgehäuse 5a geführt, nachdem sie durch den Luftfilter von ihren Stäuben gereinigt wurde, und dann innerhalb des Kompressorgehäuses 5a verdichtet.
Die Frischluft, die eine hohe Temperatur aufweist, wenn sie innerhalb des Kompressorgehäuses 5a verdichtet wurde, wird durch den Zwischenkühler 6 abgekühlt und wird, nachdem eine Fließrate dieser Ansaugluft durch das Drosselventil 7 gesteuert wurde, wenn die Notwendigkeit entsteht, zu den Brennkammer der entsprechenden Zylindern durch den Einlasskrümmer 2 verteilt. Diese Frischluft wird als Luft für die Verbrennung des von einem nicht dargestellten Brennstoffeinspritzventils eingespritzten Brennstoffs zugeliefert.
Außerdem ist ein Auspuffkrümmer 9 mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden, und entsprechende Zweigleitungen des Auspuffkrümmers 9 sind über nicht dargestellte Abgabeöffnungen mit den Brennkammern der entsprechenden Zylinder in Verbindung. Der Auspuffkrümmer 9 ist mit einem, Auspuffrohr 10 als Abgasdurchgangsweg verbunden, und ein nicht dargestellter Auspufftopf ist stromabwärts von dem Auspuffrohr 10 angebracht. Dann ist ein katalytischer Umwandler 11 als Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Gehäusekörper, der einen Abgasreinigungskatalysator zum Reinigen des Abgases umgibt, stromaufwärtiger von der Auspuffleitung 10 installiert als der Auspufftopf. Ein Abgasreinigungskatalysator kann zum Beispiel ein „Lean NOx" ausgewählter Reduzierungskatalysator, ein „Lean NOx" Speicherreduzierungskatalysator oder Dreiwegekatalysator sein.
Das durch einen Druck des Abgases betätigte Turbinengehäuse 5b ist stromaufwärtiger von dem Abgasrohr 10 vorgesehen als der katalytische Umwandler 11, der oben beschrieben wurde. Der Einlasskrümmer 2 und der Abgaskrümmer 9 sind mittels einem EGR (Abgasrezirkulation) Rohr 12 verbunden, um einen Teil des innerhalb des Auspuffrohrs 10 fließenden Abgases von dem Auspuffkrümmer 9 nach unten zu dem Einlasskrümmer 2 zu rezirkulieren. Die EGR Leitung 12 weist ein EGR Ventil 13 als Ventil zum Steuern einer rezirkulierten Abgasmenge auf.
In dem somit konstruierten Abgassystem der Brennkraftmaschine wird ein in der Brennkammer von jedem Zylinder verbranntes Luft/Brennstoffgemisch über jede der Zweigleitungen des Abgaskrümmmers 9 zu der Auspuffleitung 10 geführt, und fließt folglich in das Turbinengehäuse 5b. Das in das Turbinengehäuse 5b fließende Abgas wird von dem Turbinengehäuse 5b auf eine Weise abgegeben, wie das Turbinenrad 5b1 dreht, wobei es danach zu dem katalytischen Umwandler 11 fließt. Bei dieser Gelegenheit reinigt der Katalysator in dem katalytischen Umwandler 11 das Abgas, falls eine Katalysatortemperatur des katalytischen Umwandlers 11 gleich oder höher als eine Aktivierungstemperatur ist.
Wenn das EGR Ventil 13 geöffnet ist, wird darüber hinaus einiges von dem durch die Auspuffleitung 10 fließenden Abgas über die EGR Leitung 12 zu der Einlassleitung 3 geführt, und weiter zu der Brennkammer der Brennkraftmaschine 1 geführt, während es mit der Frischluft a1 gemischt wird, die von stromaufwärts von der Einlassleitung 3 einfließt, wobei das gemischte Gas weiter mit dem von dem nicht dargestellten Brennstoffeinspritzventil eingespritzten Brennstoff vermischt wird und wieder für die Maschinenverbrennung zugeführt wird.
Als nächstes hat die Brennkraftmaschine 1 den oben beschriebenen Verbrennungsheizer 17.
Die Verbindung des Verbrennungsheizers 17 mit der Brennkraftmaschine 1 wird stromabwärtiger als der Zwischenkühler 6 von der Einlassleitung 3 durch eine Frischlufteinbringungsleitung 15 und eine Verbrennungsgasabgabeleitung 18 durchgeführt.
Die Frischlufteinbringungsleitung 15 ist ein Durchgangsweg, der die Frischluftzufuhröffnung 17d1 des Verbrennungsheizers 17 mit der Einlassleitung 3 verbindet, und ein Verbindungsabschnitt der Einlassleitung 3 zu der Frischlufteinbringungsleitung 15 ist stromaufwärtiger positioniert als das Drosselventil 7 und in der Nähe dieses Drosselventils 7.
Darüber hinaus ist eine Verbrennungsgasabgabeleitung 18 ein Durchgangsweg, der sich in Zweige gabelt und somit zu der Einlassleitung 3 und zu der Auspuffleitung 10 von der Abgasabgabeöffnung 17d2 des Verbrennungsheizers 17 erstreckt. Bei den Gabelungs-Verzweigungspunkten ist ein Dreiweg-Schaltventil 40 bereitgestellt, das mit einem Einlass und Auslässen für das Verbrennungsgas in drei Richtungen ausgebildet ist, und als Verbindungsgasroutenumschalteinrichtung zum Umschalten der Auslässe für das Verbrennungsgas durch das Bewegen des Ventils derart dient, dass eine Fließroute des hereinkommenden Verbrennungsgases zur Auspuffleitung 10 oder der Einlassleitung 3 umgeschaltet wird.
Eine mit der Einlassleitung 3 über das Dreiwege-Schaltventil 40 verbundene einlassseitige Abgabeleitung 50 der Verbrennungsgasableitung 18 ist mit der Einlassleitung 3 bei einem Abschnitt verbunden, der stromabwärtiger als der Installationsabschnitt des Drosselventils 7 der Einlassleitung 3 angeordnet ist. Außerdem ist eine mit der Auspuffleitung 10 über das Dreiwege-Schaltventil 40 verbundene abgasseitige Abgabeleitung 52 der Verbrennungsgasableitung 18 bei einem Abschnitt zwischen dem Installationsabschnitt des katalytischen Umwandlers 11 und dem Turbinengehäuse 5b der Auspuffleitung 10 mit der Auspuffleitung 10 verbunden.
Dann schließt das Dreiwege-Schaltventil 40 ausgewählt eine beliebige aus der einlassseitigen Abgabeleitung 50 oder der abgabeseitigen Ableitung 52, und schaltet dabei eine Fortführung (oder Abschaltung) der Verbrennungsgasabgabeleitung 18 zu der Einlassleitung 3 und eine Fortführung (oder Abschaltung) der Verbrennungsgasabgabeleitung 18 zu der Auspuffleitung 10. Mit anderen Worten wird das Verbrennungsgas ausgewählt zu einem stromaufwärtigeren Abschnitt abgegeben als der Installationsabschnitt des katalytischen Umwandlers 11, der Auspuffleitung 10 oder zu der Einlassleitung 3. Mit dieser Vorrichtung kann das Verbrennungsgas sicher zu der Einlassleitung 3 oder zu der Abgasleitung 10 fließen.
Darüber hinaus sind die Frischlufteinbringungsleitung 15 und die Verbrennungsgasabgabeleitung 18 miteinander durch eine Brückenleitung 60 verbunden, die ein Regelventil 54 zum Beenden eines übermäßigen Druckunterschieds aufweisen, um einen zwischen diesen beiden Leitungen verursachten übermäßigen Druckunterschied zu verhindern. Zum Beispiel wird das Regelventil 54 zum Beenden eines überschüssigen Druckunterschieds, das in der Brückenleitung 60 vorhanden ist, nur wenn ein Druck der Frischlufteinbringungsleitung 15 wegen einer Betätigung des Turboladers 5 größer wird als ein Druck der Abgasabgabeleitung 18 betätigt, um zu verhindern, dass überschüssige Luft zu dem Verbrennungsheizer 17 zugeführt wird, um dabei die Zündung zu erleichtern. Mit anderen Worten, wenn überschüssige Luft in die Frischlufteinbringungsleitung 15 fließt, öffnet sich das Sperrventil 54 zum Beenden eines überschüssigen Druckunterschieds derart, dass die überschüssige Luft eine Umleitung zu der Verbrennungsgasabgabeleitung 18 nimmt, ohne die überschüssige Luft durch den Verbrennungsheizer 17 zu lassen, um dabei eine Schwierigkeit bei der Zündung zu verhindern.
Das Sperrventil 54 zum Beenden eines überschüssigen Druckunterschieds schließt automatisch, wenn der Druck der Frischlufteinbringungsleitung 15 höher wird als ein vorbestimmter Druck, so dass die in die Frischlufteinbringungsleitung 15 fließende Luft verzweigt wird und somit aus der Verbrennungsgasabgabeleitung 18 fließt.
Andererseits ist in dem Verbrennungsheizer 17, wie aus 2 ersichtlich ist, die Kühlwassereinbringungsöffnung 17a1 über die Maschinenkühlwassereinbringungsleitung 22 mit dem nicht dargestellten Wassermantel der Brennkraftmaschine 1 verbunden, und die Kühlwasserabgabeöffnung 17a2 über die Maschinenkühlwasserabgabeleitung 23 mit dem Wassermantel verbunden.
Eine elektrisch angetriebene Wasserpumpe 24 ist in der Mitte der Maschinenkühlwassereinbringungsleitung 22 bereitgestellt. Die Wasserpumpe 24 kann gezwungen das Maschinenkühlwasser zu dem Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg 17a aus der Kühlwassereinbringungsöffnung 17a1 senden, sogar wenn die Brennkraftmaschine 1 nicht in Betrieb ist.
Ein Heizerkern (ein maschinenbezogenes Element) 25 einer Heizvorrichtung für einen Innenraum ist in der Mitte der Maschinenkühlwasserabgabeleitung 23 vorgesehen, und die durch das Maschinenkühlwasser gehaltene Wärme wird zum Heizen zu der Luft übertragen während eines Zeitraums, für den das durch den Verbrennungsheizer 17 erwärmte Maschinenkühlwasser durch den Heizerkern 25 durchgeht, wobei die Raumheizvorrichtung funktioniert.
In der somit konstruierten Brennkraftmaschine 1 wird verhindert, dass die Frischluft a1 von der frischen Luft durch Löcher 204 in die Brennkammer 17d geliefert wird, in dem das Öffnungs-/Schließventil 206 des Verbrennungsheizers 17 geschlossen wird, zum Beispiel falls eine Notwendigkeit besteht, die Temperatur des Maschinenkühlwassers zu erhöhen, um ein Aufwärmen des Körpers der Brennkraftmaschine zu beschleunigen oder einen Wirkungsgrad der Innenraumheizvorrichtung zu verbessern. Dann wird eine Menge der in die Brennkammer 17d gelieferten Frischluft a1 kleiner als in dem Fall, bei dem die Frischluft a1 aus dem Durchloch 205 durch das Öffnen des Öffnungs-/Schließventils 206 in die Brennkammer 17d geliefert wird, und das Verbrennungsgas wird zu dem Verbrennungsgas a2 und wird aus der Abgasabgabeöffnung 17d2 zu dem Äußeren des Heizers abgegeben.
Das Verbrennungsgas a2 ist ein Gas, das keine Frischluft enthält, welche die Verbrennungskammer 17d über das Durchloch 205 betritt, und weist deswegen eine Temperatur auf, die höher ist als die des Verbrennungsgases a2', das die über das Durchloch 205 die Brennkammer 17d betretende Frischluft enthält.
Jedoch hat der Verbrennungsheizer 17 den Zwischenheizer-Kühlwasserdurchgangsweg 17a, und falls die Temperatur des Maschinenkühlwassers konstant gehalten wird, ist ein Temperaturunterschied zwischen dem Verbrennungsgas a2 und dem Maschinenkühlwasser größer als ein Temperaturunterschied zwischen dem Verbrennungsgas a2' und dem Maschinenkühlwasser. Somit weist ein zwischen dem Verbrennungsgas a2 und dem Maschinenkühlwasser durchgeführter Wärmetausch eine höhere Wärmetauschrate auf als ein zwischen dem Verbrennungsgas a2' und dem Maschinenkühlwasser durchgeführter Wärmetausch. Deswegen weist der erstere eine höhere Temperatur des Maschinenkühlwassers auf, das von dem Verbrennungsheizer 17 abgegeben wird, als der letztere. Somit ist es in diesem Fall bevorzugt, dass dieses Hochtemperatur-Maschinenkühlwasser zum Beschleunigen des Aufwärmens der Maschine und zum Verbessern des Wirkungsgrads der Raumheizvorrichtung geliefert wird.
Eine Temperatur des aus dem Verbrennungsheizer 17 herauskommenden Maschinenkühlwassers, wenn das Verbrennungsgas a2' abgegeben wird, ist niedriger als eine Temperatur des aus dem Verbrennungsheizers 17 herauskommenden Maschinenkühlwassers, wenn das Verbrennungsgas a2 abgegeben wird, jedoch wird eine Abgabemenge des Verbrennungsgases a2' größer als das Verbrennungsgas a2, und zwar zu einem Ausmaß, dass die Frischluft a1 in die Brennkammer 17d über das Durchloch 205 fließt, das nicht den Einbringungslöchern 202 entspricht.
Außerdem ändert sich eine Menge der Frischluft a1 abhängig von den Drehungen des Luftblasventilator 149. Dann ändert sich die Wärmetauschrate, wie oben beschrieben wurde, da sich die Menge der Frischluft a1 ändert, und die Menge der Frischluft a1 ändert sich abhängig von einer Größe und Form des Durchlochs 205 als auch von den Umdrehungen des Luftblasventilators 149. Mit dieser Vorrichtung kann die Wärmetauschrate verringert werden, und es kann deswegen gesagt werden, dass der Luftblasventilator 149 und das Durchloch 205 als Wärmetauschverringerungseinrichtung zum Verringern der Wärmetauschrate in einer Wärmetauscheinheit definiert sind. Darüber hinaus dreht der Luftblasventilator 149, wobei die Luft als Frischluft von außerhalb des Verbrennungsheizers gezwungen in die Brennkammer 17d über das Durchloch 205 fließt. Dann erhöht sich die Luftmenge in der Brennkammer 17d und das Innere der Brennkammer 17d gerät in einen mit Druck beaufschlagten Zustand. Somit wird diese einfließende Luft der Einfachheit halber Druckluft genannt.
Die Temperatur des Verbrennungsgases wird nämlich in einem Fall niedriger, bei die Wärmetauschrateverringerungseinrichtung zum Funktionieren gebracht wird, als in einem Fall, bei die gleiche Einrichtung nicht zum Funktionieren gebracht wird, jedoch erhöht sich die Verbrennungsgasmenge entsprechend wie stark Druckluft in den Verbrennungsgasdurchgangsweg 150 fließt, und eine Strahlmenge zu dem Maschinenkühlwasser verringert sich entsprechend dazu. Deswegen mag die gesamte Wärmemenge, die durch das Verbrennungsgas gehalten wird, mit ihrer erhöhten Menge größer werden als eine gesamte Wärmemenge des Verbrennungsgases in einem Fall, bei dem die Druckluft nicht in den Verbrennungsgasdurchgangsweg 150 eingebracht wird, in dem die Funktion des Durchlochs 205 und des Luftblasventilators 149 angehalten wird, die die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung bestimmen. Wenn nämlich das Verbrennungsgas a2' über die Verbrennungsgasabgabeleitung 18, die das Dreiweg-Schaltventil 40 aufweist, in die Abgasleitung 10 und die Einlassleitung 3 fließt, erhöht sich die Menge der in den katalytischen Umwandler und die Zylinder eingebrachten Wärme insgesamt, wobei deswegen die Verbrennung innerhalb der Zylinder stabilisiert werden kann, wenn sie mit einer niedrigen Last betätigt werden, und eine Katalysatortemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung kann ebenfalls wirkungsvoll erhöht werden.
Außerdem wird in einem Fall, bei dem die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung nicht zum Funktionieren gebracht wird, das Verbrennungsgas zu einem Verbrennungsgas a2, welches eine hohe Temperatur aufweist, und das dem Wärmetausch mit diesem Verbrennungsgas a2 unterliegende Maschinenkühlwasser fließt in den Wassermantel und zu dem Heizerkern 25, und macht es dabei möglich, das Aufwärmen des Brennkraftmaschinenkörpers zu beschleunigen und den Wirkungsgrad der Innenraumheizvorrichtung zu verbessern.
Das die erhöhte Temperatur aufweisende Maschinenkühlwasser wird nämlich von der Kühlwasserabgabeöffnung 17a2 zu der Maschinenkühlwasserabgabeleitung 23 abgegeben und durch den Heizerkern 25 zu dem Wassermantel des Maschinenkörpers 1a zurückgeführt, und zirkuliert somit innerhalb des Wassermantels. In dem Heizerkern 25 wird ein Teil der durch das Maschinenkühlwasser gehaltenen Wärme zu der Luft zum Heizen übertragen, wobei eine Temperatur der Luft zum Heizen steigt.
Als Ergebnis wird die Wärme des innerhalb des Wassermantels fließenden Maschinenkühlwassers der Brennkraftmaschine 1 zu den Bauteilen der Brennkraftmaschine 1 übertragen, der Aufwärmwirkungsgrad wird verbessert und die Temperatur der Luft zum Heizen in dem Heizerkern 25 steigt, wobei der Heizwirkungsgrad der Innenraumheizvorrichtung verbessert wird.
Somit wird in der Brennkraftmaschine 1 ein Sinken der durch das Verbrennungsgas gehaltenen Wärmemenge durch die Verwendung der Wärmetauschratenverringerungseinrichtung unterdrückt, falls die Notwendigkeit auftritt, dass die Temperatur des in dem katalytischen Umwandlers enthaltenen Katalysators zu erhöhen, wobei die Temperatur des Verbrennungsgases sogar nicht so stark sinkt, wenn der Wärmetausch zwischen dem Verbrennungsgas und dem Maschinenkühlwasser ausgeführt wird.
Mit dieser Vorrichtung erhält das Verbrennungsgas eine größere Wärmemenge als in einem Fall, bei dem keine Wärmetauschratenverringerungseinrichtung bereitgestellt ist, oder in einem Fall, bei dem die gleiche Einrichtung nicht betrieben wird, sogar falls sie bereitgestellt ist. Deswegen kann die Verbrennung innerhalb der Zylinder stabilisiert werden, wenn sie mit niedriger Last betrieben werden, falls das eine vergleichsweise große Wärmemenge aufweisende Verbrennungsgas in die Zylinder innerhalb des Körpers 1a der Brennkraftmaschine und in den katalytischen Umwandler 11 eingebracht wird, und die Katalysatortemperatur des katalytischen Umwandlers 11 kann ebenfalls wirkungsvoll erhöht werden. Die Verbrennungsgasabgabeleitung 18, die das Dreiweg-Schaltventil 40 aufweist, ist in der Lage, ausgewählt das wärmegetauschte Verbrennungsgas zu einem stromaufwärtigeren Abschnitt der Abgasleitung 10 als der Installationsabschnitt des katalytischen Umwandlers 11, der in der Abgasleitung 10 bereitgestellt ist, oder zu der Einlassleitung 3 abzugeben, und deswegen kann das Verbrennungsgas konzentriert auf die ausgewählte Seite geliefert werden, falls ein Abgabebestimmungsort des Verbrennungsgases durch das Dreiweg-Schaltventil 40 gewählt wird, so dass das Verbrennungsgas zu der Seite fließt, bei der eine gewünschte Temperatur noch nicht erreicht ist. Somit kann die Verbrennung in den Zylindern stabilisiert werden, wenn sie mit niedriger Last betrieben werden, und die Katalysatortemperatur des katalytischen Umwandlers 11 kann ebenfalls erhöht werden. Es ist anzumerken, dass die gewünschte Temperatur eine Temperatur ist, die ausreichend ist, das Aufwärmen in dem Fall der Brennkraftmaschine 1 zu beschleunigen, und ebenfalls eine Temperatur, die ausreichend ist, um den Katalysator in dem Fall des katalytischen Umwandlers 11 zu aktivieren.
Dann ist wünschenswert, dass die Drehung des Luftblasventilators 149 entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 variabel ist, um so die durch den Betrieb des Luftblasventilators 149 erzeugte Druckluft in die Brennkammer 17d zuzuführen. In der somit konstruierten Brennkraftmaschine 1 wird die durch den Betrieb des Luftblasventilators 149 erzeugte Druckluft in dem Verbrennungsgasdurchgangsweg 150 über das Durchloch 205 eingebracht, und deswegen sinkt die Temperatur des Verbrennungsgases entsprechend dem Einfließen der Druckluft. Somit schrumpft ein Temperaturunterschied zwischen dem Verbrennungsgas und dem Maschinenkühlwasser entsprechend dem Sinken der Temperatur des Verbrennungsgases, so dass die Wärmetauschrate, die zwischen dem Verbrennungsgas und dem Maschinenkühlwasser durchgeführt wird, niedriger wird als bei einem Fall, bei dem die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung nicht zum Funktionieren gebracht ist. Als Ergebnis wird die Temperatur des Verbrennungsgases niedriger als bei dem Fall, bei dem die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung nicht zum Funktionieren gebracht ist, und die Strahlmenge des Maschinenkühlwassers ist reduziert, jedoch steigt die Verbrennungsgasmenge entsprechend danach, wie viel Druckluft den Verbrennungsgasdurchgangsweg 150 betritt.
Deswegen kann die gesamte durch das Verbrennungsgas gehaltene Wärmemenge mit dessen erhöhter Menge größer werden als die gesamte Wärmemenge des Verbrennungsgases in einem Fall, bei dem die Druckluft nicht in den Verbrennungsgasdurchgangsweg 150 eingebracht wird, indem die Funktion des Durchlochs 205 und des Luftblasventilators 149 angehalten wird, die die Wärmetauschratenverringerungseinrichtung bestimmen.
Es steigt nämlich die in den katalytischen Umwandler 11 und die Zylinder eingebrachte Wärmemenge insgesamt, und deswegen ist es möglich, die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung zu erhöhen, und die Verbrennung in den Zylindern zu stabilisieren, wenn diese mit niedriger Last betrieben werden.
Der Luftblasventilator 149 ist in einer Fließrichtung des zirkulierenden Gases stromaufwärts angeordnet, wenn er auf der Seite des Verbrennungsheizers 17 installiert ist, die mit dem Durchloch 205 ausgebildet ist. In diesem Fall ist der Ventilator nicht dem Hochtemperaturverbrennungsgas ausgesetzt und muss deswegen weder mit einem hoch feuerfestem Material ausgebildet sein noch eine besondere Maßnahme gegen eine Wärmebeschädigung erhalten.
Es ist anzumerken, dass die gleiche Auswirkung ebenfalls durch das Installieren des Luftblasventilators 149 auf der Seite gegenüber der Seite des Verbrennungsheizers 17, die mit dem Durchloch 205 ausgebildet ist, erhalten werden kann. Somit kann ein Freiheitsgrad, den Verbrennungsheizer 17 zu konstruieren, durch das Vermeiden des Problems auf eine Weise ausgedehnt werden, dass der Installationsabschnitt des Luftblasventilators 149 entweder stromaufwärts oder stromabwärts liegt.
Außerdem weist das Durchloch 205 das Öffnungs-/Schließventil 206 als Steuerventil zum Steuern der Fließrate der durch die Drehungen des Luftblasventilators 149 mit Druck beaufschlagten Luft auf, und deswegen wird der mit Druck beaufschlagte Zustand in der Brennkammer 17d durch das Steuern des Öffnens und Schließens des Öffnungs-/Schließventils 206 gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 variabel. Dann kann eine Verbrennungsgasmenge und eine Verbrennungsgastemperatur beibehalten werden, die optimal für den Betriebszustand der Maschine sind, falls eine Variabilität des mit Druck beaufschlagten Zustandes in der Brennkammer 17d bevorzugt entsprechend dem Betriebszustand der Maschine gesteuert wird.
<Anwendungsbeispiel 2>
Als nächstes wird ein Anwendungsbeispiel 2 mit Bezug auf 3 beschrieben.
Ein unterschiedlicher Punkt dieses Anwendungsbeispiels 2 von dem Anwendungsbeispiel 1 ist die Möglichkeit auf eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader angewendet zu werden. Die gleiche Wirkung wie die des Anwendungsbeispiels 1 kann in diesem Anwendungsbeispiel 2 erhalten werden.
<Anwendungsbeispiel 3>
Als nächstes wird ein Anwendungsbeispiel 3 mit Bezug auf 4 erklärt.
Ein unterschiedlicher Punkt dieses Anwendungsbeispiels 3 zu dem Anwendungsbeispiel 2 ist, dass die Frischlufteinbringungsleitung 15 sich zur Umgebungsluft öffnet, wobei die angesaugte Luft direkt von der Umgebungsluft zugeführt wird. Die gleichen Auswirkung wie die der Anwendungsbeispiele 1 und 2 können in diesem Anwendungsbeispiel 3 erhalten werden.
<Anwendungsbeispiel 4>
Als nächstes wird ein Anwendungsbeispiel 4 mit Bezug auf 5 erklärt.
Ein unterschiedlicher Punkt dieses Anwendungsbeispiels 4 von dem Anwendungsbeispiel 3 ist, dass die Verbrennungsgasabgabeleitung 18 nicht mit der Einlassleitung 3, sondern nur mit der Abgasleitung 10 verbunden ist, und dass ein bekanntes Öffnungs-/Schließventil 300 als Ersatz für das Dreiwegeventil 40 bereitgestellt ist.
Die Einlassöffnung des Brennheizers 17 öffnet sich zur Umgebungsluft, so dass die angesaugte Luft direkt von der Umgebungsluft zugeführt wird, jedoch bedeutet dies nicht, dass die Konstruktion des Verbrennungsheizers 17 selbst geändert ist. Entsprechend können in diesem Anwendungsbeispiel 4 die gleichen Auswirkungen erhalten werden wie bei den Anwendungsbeispielen 1, 2 und 3.

Claims

Einen Verbrennungsheizer (17) aufweisende Brennkraftmaschine, mit: einer Brennkammer (17d) zum Verbrennen eines Brennstoffs; einem zwischen dem Verbrennungsheizer (17) und einem der Maschine zugeordneten Element zirkulierenden Heizmedium; einer Wärmetauschereinheit mit einem Verbrennungsgasdurchtrittsweg (150), um das erzeugte Verbrennungsgas zu einer Außenseite des Verbrennungsheizers (17) zu führen, und einen um den Verbrennungsgasdurchtrittsweg (150) herum ausgebildeten Heizmediumdurchtrittsweg, um ein Heizmedium in den Verbrennungsheizer (17) hinein- und daraus herauszusenden, und einen Wärmetausch zwischen dem Heizmedium und einem Verbrennungsgas durchzuführen, gekennzeichnet durch eine Verringerungseinrichtung (149, 205) für die Wärmetauschrate, um eine Wärmetauschrate in der Wärmetauscheinheit durch das erzwungene Fließen von Luft von der Außenseite des Verbrennungsheizers (17) in den Verbrennungsgasdurchtrittsweg (150) zu verringern.
Einen Verbrennungsheizer (17) aufweisende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, außerdem mit einem Verbrennungsgasabgabedurchtrittsweg (18), um das Verbrennungsgas selektiv zu einem Abschnitt, der stromaufwärtiger vorgesehen ist als eine Abgasreinigungsvorrichtung (11) in einem Abgasdurchtrittsweg (10) der Brennkraftmaschine, oder zu einem Einlassdurchtrittsweg der Brennkraftmaschine abzugeben, nachdem es einem Wärmetausch in der Wärmetauschereinheit unterzogen wurde.
Einen Verbrennungsheizer (17) aufweisende Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei der Verbrennungsgasabgabedurchtrittsweg (150) ein Durchtrittsweg ist, der sich in Zweige gabelt und sich somit von dem Verbrennungsheizer (17) zu dem Abgasdurchtrittsweg (10) und zu dem Einlassdurchtrittsweg (3) erstreckt, und eine Umschalteinrichtung (40) für die Verbrennungsgasroute, um einen Fluss des Verbrennungsgases zu der Seite des Abgasdurchtrittswegs (10) oder zu der Seite des Einlassdurchtrittswegs (3) umzuschalten, bei dem Verzweigungspunkt des Verbrennungsgasabgabedurchtrittswegs (150) bereit gestellt ist.
Einen Verbrennungsheizer (17) aufweisende Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einrichtung (149, 205) zum Verringern der Wärmetauschrate ein Durchloch (205) hat, das bei einem Seitenende des Verbrennungsgasdurchtrittswegs ausgebildet ist und einen Ventilator (149), um ein erzwungenes Einfließen der Luft (a1) in den Verbrennungsgasdurchtrittsweg (150) von außerhalb des Verbrennungsheizers (17) über dieses Durchloch (205) zu verursachen.
Einen Verbrennungsheizer (17) aufweisende Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, wobei der Ventilator (149) bei einem Seitenende auf einer stromaufwärtigen Seite oder einer stromabwärtigen Seite in einer Fließrichtung des Verbrennungsgases innerhalb des Verbrennungsheizers (17) installiert ist.
Einen Verbrennungsheizer (17) aufweisende Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, wobei der Ventilator (149) bei dem Seitenende der stromaufwärtigen Seite in der Fließrichtung des Verbrennungsgases innerhalb des Verbrennungsheizers (17) installiert ist.
Einen Verbrennungsheizer (17) aufweisende Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, außerdem mit einem Steuerventil (206), um eine Menge der durch das Durchloch (205) fließenden Luft zu steuern.