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Dokumentenidentifikation DE19643943A1 22.05.1997
Titel Ansaugluftvorwärmer und Luftzuführaufbau für einen Motor
Anmelder Cummins Engine Co., Inc., Columbus, Ind., US
Erfinder Kohrt, April Gulbrandson, Columbus, Ind., US
Vertreter Patentanwälte Gesthuysen, von Rohr, Weidener, Schüll, Häckel, 45128 Essen
DE-Anmeldedatum 31.10.1996
DE-Aktenzeichen 19643943
Offenlegungstag 22.05.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.05.1997
IPC-Hauptklasse F02M 31/12
Zusammenfassung Es wird ein Ansaugluftzuführaufbau vorgeschlagen, der die gesamte Größe eines Motors minimiert, indem ein Ansaugluftverteiler und ein Ansaugluftvorwärmer in den Zylinderkopf des Motors integriert sind. Hierbei weist der Ansaugluftvorwärmer ein Heizelement und ein das Heizelement tragendes Rahmenteil auf, das mit einem Flanschabschnitt zwischen einer Luftzuführleitung und dem Ansaugluftverteiler bzw. dem Zylinderkopf des Motors angeordnet ist, so daß das Heizelement im wesentlichen im Ansaugluftverteiler angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Ansaugluftvorwärmeraufbau für einen Innenverbrennungsmotor, wobei der Aufbau eine einfache, effektive Befestigung eines Ansaugluftvorwärmers am Motor bei Minimierung der Größe des Motors gestattet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Ansaugluftvorwarmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Ansaugluftzuführaufbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 bzw. 15.

Es ist bekannt, daß ein Dieselmotor Unterstützung, wie das Vorwärmen der Ansaugluft, braucht, um starten zu können, wenn die Temperaturen der Umgebungsluft entsprechend niedrig sind. So sind Anstrengungen unternommen worden, um das Starten und Aufwärmen des kalten Motors zu verbessern, indem ein Mittel zur Erhöhung der Temperatur der Ansaugluft vorgesehen wird. Zusätzlich erfordern moderne aufgeladene und rückgekühlte Motoren ein Vorwärmen der Ansaugluft während bestimmter Betriebsbedingungen, um ein Auftreten von weißen Abgasen und anderen, unerwünschten Auspuffemissionen zu verhindern.

Die US-PS 3,977,377 offenbart einen Lösungsansatz zur Vorwarmung der Ansaugluft, bei dem ein Brenner zur Einspritzung eines Sprühnebels an Kraftstoff in einen Brenneraufbau zur Verbrennung mit Ansaugluft vorgesehen ist. Es wird eine Flamme erzeugt, die die Ansaugluft ausreichend erwärmt, um ein Anlassen oder Minimieren von Emissionen mit weißen Abgasen zu ermöglichen. Der Brenneraufbau erfordert jedoch ein separates Gehäuse, das an einem Ansaugkrümmer befestigt ist, der getrennt vom Motorzylinderkopf ausgebildet ist. Daher erhöht dieser Brenneraufbau unvorteilhafterweise die Gesamtgröße des Motors. Zudem ist festgestellt worden, daß Luftvorwärmer des Brennertyps anderen Vorwärmern in bestimmten Anwendungsfällen unterlegen und oftmals komplex und teuer im Vergleich zu anderen einsetzbaren Vorwärmsystemen sind.

Ein elektrischer Widerstandsluftvorwärmer, der eine Anordnung von Drähten verwendet, die Wärme erzeugen, wenn sie von elektrischem Strom durchflossen werden, stellt einen anderen Typ eines konventionellen Luftvorwärmers dar. Die US-PS 1,276,083 offenbart einen Typ eines elektrischen Vorwärmers für einen Motor mit einem in jedem Zylinder des Motors angeordneten Ring. Der Ring ist mit einer elektrischen Stromquelle verbunden und wird ausreichend heiß, wenn er einem Strom ausgesetzt wird, um die Temperatur innerhalb der Brennräume vor dem Starten des Motors zu erhöhen, wodurch ein Zünden des Kraftstoffs und ein Starten des Motors sichergestellt werden. Dieser Aufbau erfordert jedoch eine elektrische Platine in jedem Motorzylinder und ist daher teuer und schwierig zu warten. Deshalb kann dieser Vorwärmer in die meisten existierenden Motoren nicht nachträglich ohne unzumutbare Kosten, die entweder mit wesentlichen Modifikationen der existierenden Zylinderköpfe oder der Bereitstellung eines vollständig neuen Zylinderkopfes verbunden sind, eingebaut werden. Die US-PS 909,898, 909,899 und 1,327,384 offenbaren alle in den Motorzylindern angeordnete, elektrische Kraftstoffverdampfer zur Unterstützung der Zündung des Kraftstoffes. Alle diese Vorrichtungen weisen jedoch die gleichen Nachteile wie der vorgenannte Vorwärmer auf.

Die US-PS 4,682,576 und 2,177,840 offenbaren beide einen elektrischen Luftvorwärmer, der in einem Ansaugluftkrümmer angeordnet ist. Jedoch ist der elektrische Vorwärmer stromauf des Zylinderkopfes positioniert, und der Ansaugkrümmer ist separat vom Motorzylinderkopf ausgebildet. Folglich erhöht die Befestigung des Vorwärmers die Anzahl der Verbindungen entlang des Krümmers, die abgedichtet werden müssen. Zusätzlich tragen der Luftvorwärmer und der Krümmer zur äußeren Ausdehnung des Motors bei, wodurch oftmals die Größe des Motors über den verfügbaren Platz bei einer bestimmten Anwendung hinaus erhöht wird.

Die DE-A-41 21 075 offenbart einen Luftvorwärmer, der in einem Abzweigungskanal angeordnet ist, der nur mit einem Zylinder kommuniziert. Die US-PS 139,777, 4,108,953 und 4,325,344 offenbaren alle Kraftstoffverdampfervorrichtungen, die in separat vom Motorzylinderkopf ausgebildeten Ansaugkrümmern angeordnet sind. Die in diesen Referenzen offenbarten Vorwärmer und Luftzuführaufbauten leiden unter vielen der vorgenannten Nachteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ansaugluftvorwärmer und einen Ansaugluftzuführaufbau zu schaffen, die eine einfache kostengünstige integrierte Befestigung an einem Motor bei Minimierung der Größe des Motors ermöglichen, wobei eine effektive Vorwärmung von Ansaugluft bei geringen Gestehungskosten ermöglicht wird.

Die genannte Aufgabe wird für einen Ansaugluftvorwärmer gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßer Ansaugluftzuführaufbau zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruchs 7 bzw. 15 aus. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden und ein einfacher, kostengünstiger Luftvorwärmer und ein ebensolches Luftzuführsystem geschaffen werden, die die Motoransaugluft effektiv vorwärmen können.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Luftvorwärmer geschaffen wird, der in einem Ansaugluftverteiler angeordnet werden kann, der integriert in einen Zylinderkopf eines Motors ausgebildet ist.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Luftvorwarmer zur Montage in einem Luftzuführsystem geschaffen wird, so daß die Größe des Ansaugaufbaus und dadurch die Größe des Motors minimiert werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Luftvorwarmer geschaffen wird, der in einem länglichen Luftverteiler positioniert ist und die durch den länglichen Verteiler strömende Ansaugluft effektiv vorwärmen kann, so daß ein Kaltstart des Motors unterstützt wird.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Luftvorwärmer geschaffen wird, der einfach in existierende Motoren eingebaut werden kann, ohne die Größe eines Ansaugluftzuführaufbaus wesentlich zu beeinflussen, wodurch die Größe des Motors innerhalb des bei einer Motoranwendung verfügbaren Raumangebots gehalten wird.

Noch ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein zu einer Einheit zusammengefaßter Luftzuführaufbau mit einem Ansaugluftverteiler und dem in den Motorzylinderkopf integrierten Vorwärmer bereitgestellt wird.

Diese und andere Vorteile werden insbesondere dadurch erreicht, daß ein Ansaugluftvorwärmer bereit gestellt wird, der in einem Ansaugluftverteiler befestigbar ist, welcher in einem Zylinderkopf eines Innenverbrennungsmotors integriert gebildet ist, um entlang eines Ansaugluftströmungsweges zu mehreren Motorzylindern strömende Ansaugluft vorzuwärmen, wobei der Ansaugluftvorwärmer ein Vorwärmerrahmenteil zur Befestigung am Zylinderkopf und ein mit dem Vorwärmerrahmenteil verbundenes Heizelement zum Vorwärmen der Ansaugluft aufweist. Das Heizelement ist innerhalb des im Zylinderkopf gebildeten, integrierten Ansaugluftverteilers angeordnet, wenn der Vorwärmer am Motor befestigt ist. Das Rahmenteil umfaßt ferner einen Flanschabschnitt, der im wesentlichen in einer einzigen Befestigungsebene angeordnet ist, so daß das Heizelement auf einer Seite der Befestigungsebene entlang des Ansaugluftströmungsweges stromab vom Flanschabschnitt angeordnet ist. Das Rahmenteil kann eine längliche Form aufweisen, und der Flanschabschnitt kann sich peripher um das längliche Rahmenteil herum erstrecken. Das Rähmenteil kann auch zwei Seitenwandabschnitte umfassen, die sich quer zur Befestigungsebene vom Flanschabschnitt weg erstrecken. Das Heizelement ist zwischen den beiden Seitenwandabschnitten befestigt und kann einen elektrischen Widerstandsheizer umfassen. Ein Seitenwandabschnitt kann eine Zugangsöffnung umfassen, um einen Zugang zu einer elektrischen Verbindung zwischen einer elektrischen Quelle und dem Heizelement bereitzustellen.

Die vorliegende Erfindung sieht auch einen Ansaugluftzuführaufbau zur Zuführung von Ansaugluft zu mehreren Zylindern eines Innenverbrennungsmotors mit einem Motorblock vor, wobei der Ansaugluftzuführaufbau einen am Motorblock angebrachten Zylinderkopf und eine darin gebildete, integrierte Ansaugluftverteilerkammer zur Zuführung von Ansaugluft zu mehreren Zylindern des Motors umfaßt. Der Ansaugluftvorwärmer ist zumindest teilweise in der integrierten Ansaugluftverteilerkammer angeordnet, die in einer oberen Oberfläche des Zylinderkopfs gegenüberliegend einer bodenseitigen mit dem Motorblock in Eingriff stehenden Oberfläche des Zylinderkopfs ausgebildet sein kann. Der Zylinderkopf umfaßt vorzugsweise eine in einer seiner seitlichen Oberflächen gebildete Verbinderausnehmung zur Aufnahme eines elektrischen Verbinders, der das Heizelement mit einer Stromquelle verbindet. Der Vorwärmerrahmen umfaßt einen Befestigungsflansch, der sich entlang der oberen Oberfläche des Motorblocks erstreckt, und Seitenwände, die sich vom Befestigungsflansch in die integrierte Ansaugluftverteilerkammer zur Halterung des Heizelementes erstrecken. Der Luftzuführaufbau kann des weiteren eine Luftzuführleitung umfassen, die benachbart zur oberen Oberfläche des Zylinderkopfes angebracht ist. Die Zuführleitung umgrenzt einen Luftzuführdurchgang, der mit dem integrierten Ansaugluftverteiler in Verbindung steht, und umfaßt einen Leitungsflansch. Der Leitungsflansch, der Vorwärmerbefestigungsflansch und die obere Oberfläche dieses Zylinderkopfes umfassen jeweils eine Vielzahl von Befestigungsausnehmungen, von denen Gruppen fluchtend ausgerichtet sind, um entsprechende Befestigungsbolzen zum Zusammenziehen der Flansche aufzunehmen.

Die vorliegende Erfindung sieht auch einen Ansaugluftzuführaufbau mit einem Zylinderkopf vor, der eine integrierte Ansaugluftverteilerkammer zur Zuführung von Ansaugluft zu mehreren Zylindern des Motors aufweist. Der Zylinderkopf umfaßt eine erste Oberfläche zur Anlage am Zylinderblock und eine zweite Oberfläche, die gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche gebildet ist. Der Ansaugluftzuführaufbau umfaßt weiter eine Luftzuführleitung, die am Zylinderkopf benachbart zu der zweiten Oberfläche zur Umgrenzung eines Luftzuführdurchganges angeordnet ist. Der Aufbau umfaßt auch einen Ansaugluftvorwärmer mit einem Heizelement, das im integrierten Ansaugkrümmer und/oder der Zuführleitung angeordnet ist. Der Vorwärmer umfaßt auch ein Vorwärmerrahmenteil zur Halterung des Heizelementes, wobei das Vorwärmerrahmenteil einen Flanschabschnitt aufweist, der zwischen der Luftzuführleitung und der zweiten Oberfläche des Zylinderkopfes komprimiert anliegend angeordnet ist. Der Flanschabschnitt des Rahmenteils weist eine vorbestimmte minimale Dicke zur Minimierung des Abstands zwischen der Luftzuführleitung und der oberen Oberfläche des Zylinderkopfes auf.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Endseitenansicht eines Motors mit einem Luftvorwärmer und einem Luftzuführaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schräge Draufsicht in Sprengdarstellung, die die Verbindung der Komponenten des Luftzuführaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Luftvorwärmers gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 4 eine Teilschnittansicht des Luftzuführaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Ansaugluftvorwärmer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung und einen Luftzuführaufbau 12 gemäß der vorliegenden Erfindung, die an einem 6-Zylindermotor mit einem Motorblock 14 angebracht sind, der (nicht dargestellte) Motorzylinder enthält. Der Luftzuführaufbau 12 umfaßt den Ansaugluftvorwärmer 10, der zwischen einem Zylinderkopf 16 des Motors und einer Luftzuführleitung 18 gehalten ist, wobei der Vorwärmer 10 wahlweise mit Energie beaufschlagt werden kann, um in den Motor strömende Ansaugluft zu erwärmen bzw. vorzuwärmen.

Der Zylinderkopf 16 weist eine erste bzw. untere Oberfläche 20, die am Motorblock 14 anliegt, eine zweite bzw. obere Oberfläche 22, die gegenüberliegend der unteren Oberfläche 20 gebildet ist, und seitliche Oberflächen 24 auf, die die untere Oberfläche 20 und die obere Oberfläche 22 verbinden. Der im wesentlichen lang gestreckte Ansaugluftverteiler 26 ist integriert in den Zylinderkopf 16 gebildet bzw. in diesen eingeformt und erstreckt sich von einer von dem Zylinderblock 14 angewandten Oberfläche 22, 24 des Zylinderkopfes 16, beim Darstellungsbeispiel von der oberen Oberfläche 22, aus einwärts. Der integrierte Ansaugluftverteiler 26 ist so konstruiert und ausgelegt, daß von der Luftzuführleitung 18 erhaltene Ansaugluft den verschiedenen, zu jedem Motorzylinder führenden Einlaßkanälen zugeführt wird.

Die Luftzuführleitung 18 umfaßt eine Einlaßöffnung 28 zur Aufnahme von Ansaugluft, beispielsweise von einem Turbolader 30, und einen länglichen Auslaß 29, um die Ansaugluft in den Verteiler 26 zu leiten. Die Leitung 18 umfaßt auch einen Leitungsflansch 32, der sich um die Peripherie des Auslasses 29 herum erstreckt, um eine im wesentlichen rechteckige Befestigungsfläche zu bilden, die zu der um die Peripherie des Ansaugluftverteilers 26 herum angeordneten, oberen Oberfläche 22 des Zylinderkopfes 16 korrespondiert. Die Luftzuführleitung 18 umfaßt Befestigungsausnehmungen 34, die in dem Leitungsflansch 32 zur fluchtenden Ausrichtung mit korrespondierenden, in der oberen Oberfläche 22 des Zylinderkopfes 16 gebildeten Ausnehmungen 36 ausgebildet sind. Die sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel fächerartig verbreiternde Luftzuführleitung 18 kann nicht nur als eine Abdeckung des Ansaugverteilers dienen, um Ansaugluft in den integrierten Ansaugverteiler 26 zu richten, sondern auch als ein Rückkühler oder Wärmetauscher fungieren. Als Rückkühler dient die Leitung 18 dazu, die Ansaugluft abzukühlen, um die Ladungsdichte der Luft zu erhöhen, wodurch eine erhöhte volumetrische Effizienz für eine verbesserte Motorleistung ermöglicht wird. Die Leitung bzw. der Rückkühler 18 umfaßt Motorkühlmittel Einlaß- und Auslaßverbindungen 38 und 40, die einen Motorkühlmittelfluß durch ein Bündel von innerhalb der Leitung 18 angeordneten (nicht dargestellten) Röhren, Wärmetauscherdurchgängen o. dgl. ermöglichen.

Um eine optimale Funktion des Ansaugluftvorwärmeraufbaus 12 gemäß der vorliegenden Erfindung sicherzustellen, ist der Ansaugluftvorwärmer 10 zwischen der Leitung bzw. dem Rückkühler 18 und den Einlaßkanälen jedes Motorzylinders angeordnet. Der Ansaugluftvorwärmer 10 umfaßt ein Vorwärmerrahmenteil 42 und ein Heizelement 44, das vom Rahmen 42 getragen ist. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, umfaßt der Vorwärmerrahmen 42 einen Befestigungsflanschabschnitt 46, der im wesentlichen der Form des Leitungsflansches 32 entspricht. Der Flanschabschnitt 46 umfaßt Befestigungsausnehmungen 48, die zu den Befestigungsausnehmungen 34 und 36 des Leitungsflansches 32 bzw. des Zylinderkopfes 16 korrespondieren, um mit diesen fluchtend ausgerichtet zu werden. Eine Dichtung 49 ist vorgesehen, um eine abgedichtete Verbindung zwischen dem Flansch 46 und dem Zylinderkopf 16 herzustellen. Bolzen 51 erstrecken sich durch jede fluchtend ausgerichtete Gruppe von Befestigungsausnehmungen 34, 36 und 48, um die Leitung 18 und den Vorwärmer 10 am Zylinderkopf 16 zu befestigen. Der Flanschabschnitt 46 ist im wesentlichen in einer einzigen Befestigungsebene angeordnet, um zwischen dem Leitungsflansch 32 und der oberen Oberfläche 22 positioniert zu werden. Der Rahmen 42 umfaßt ferner gegenüberliegende Seitenwände 50, die sich jeweils quer in eine Richtung von der inneren Kante des Rahmenteils 42 bzw. des Flanschabschnittes 46erstrecken. Die Seitenwände 50 verlaufen hier also im wesentlichen parallel zueinander und erstrecken sich in den Verteiler 26 hinein. Jede Seitenwand 50 umfaßt zwei zueinander beanstandete Schienen 52, die jeweils zu der gegenüberliegenden Seitenwand 50 vorspringen, wobei die Schienen 52 im wesentlichen in der Längserstreckung des Auslasses 29 bzw. des Verteilers 26 verlaufen und einander gegenüberliegende, sich längs erstreckende Befestigungsnuten 54 bilden.

Das Heizelement 44 ist zwischen den Seitenwänden 50 in den Befestigungsnuten 54 angeordnet. Das Heizelement 44 ist vorzugsweise durch einen elektrischen Widerstandsheizer gebildet, der aus einem länglichen Streifen eines elektrischen Widerstandsmaterials hergestellt und so gebogen ist, daß mehrere zueinander beabstandete, sich zwischen den Seitenwänden 50 erstreckende Heizflächen 56 gebildet werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist das Heizelement 44 vom Rahmen 42 mit Ausnahme einer Masseverbindung über eine Schraube 58 elektrisch an einem Ende des Vorwarmerrahmens 42 isoliert. An das gegenüberliegende Ende 60 des Heizelementes 44 ist eine elektrische Stromquelle über einen elektrischen Verbinder 62 angeschlossen. Der Vorwärmerrahmen 42 ist durch ein Masseband 61 an Masse angeschlossen, das an einem Ende mit einer vom Flansch 46 abragenden Nase 63 und am gegenüberliegenden, anderen Ende mit dem Motor verbunden ist.

Fig. 4 ist zu entnehmen, daß der Vorwärmerahmen 42 weiter eine obere und eine untere Querwand 64 bzw. 66 aufweist, die sich zwischen den Seitenwänden 50 am gegenüberliegenden Ende 60 des Heizelementes 44 erstrecken. Eine vertikale Wand 68, die zwischen den Seitenwänden 50 angeordnet ist, verbindet die obere und untere Querwand 64, 66. Die vertikale Wand 68 weist einen zentralen Durchgang 70 auf, in dem eine isolierende Durchführungshülse 72 angeordnet ist. Die Seitenwände 50 des Rahmens 42 weisen jeweils eine Zugangsöffnung 74 auf, die fluchtend zu dem zentralen Durchgang 70 angeordnet ist. Der elektrische Verbinder 62 umfaßt eine Kopfschraube 76 und eine längliche bzw. hülsenartige Mutter 78 mit einer zentralen Bohrung 80. Die Kopfschraube 76 erstreckt sich durch eine am gegenüberliegenden, hier streifenförmigen Ende 60 des Heizelementes 44 gebildete Ausnehmung und durch den zentralen Durchgang 70 in die zentrale Bohrung 80, um mittels eines Gewindes in die Mutter 78 einzugreifen. Zwischenlagscheiben sind auf beiden Seiten der vertikalen Wand 68 angeordnet, um die Mutter 78 und das gegenüberliegende Ende 60des Heizelementes 44 von der vertikalen Wand 68 des Rahmens 42 zu isolieren. Des weiteren sind die Kopfschraube 76 und die Mutter 78 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, während die Durchführungshülse 72 und jeweils zumindest eine der Zwischenlagscheiben auf beiden Seiten der Wand 68 aus einem isolierendem Material hergestellt sind, so daß die Mutter 78, die Kopfschraube 76 und das gegenüberliegende Ende 60 des Heizelementes 44 untereinander elektrisch kontaktiert, vom Rahmenteil 42 aber elektrisch isoliert sind.

Eine Verbinderausnehmung 82 ist in einer Seitenwand des Zylinderkopfes 16 in fluchtender Ausrichtung zu den Zugangsöffnungen 74 gebildet. Der elektrische Verbinder 62 umfaßt einen Adapterstopfen 84, der mittels eines Gewindes am Zylinderblock 16 in der Verbinderausnehmung 82 befestigt ist. Der Adapterstopfen 84 weist einen zentralen Durchgang 86 zur Aufnahme einer hohlen Isolierhülse 88 auf. Ein Gewindestab 90 erstreckt sich durch den zentralen Durchgang 86 und die hohle Isolierhülse 88 in die zentrale Bohrung 80 der Mutter 78 unter Eingriff in das auf der inneren Oberfläche der Mutter 78 gebildete komplementäre Gewinde. Eine auf den Stab 90 geschraubte oder mit diesem einstückig ausgebildete Kontermutter 92 liegt an der isolierenden Hülse 88 an, um die Hülse 88 und den Stab 90 in ihrer Lage zu sichern. Folglich wird eine gegenüber dem Zylinderkopf 16 isolierte, elektrische Verbindung zwischen dem gegenüberliegenden Ende 60 des Heizelementes 44 und dem äußeren Ende des Stabs 90 erzeugt, der dann an ein Steuersystem o. dgl. zur Versorgung des Heizelementes 44 mit Strom angeschlossen werden kann.

Beim Betrieb kann der Luftvorwärmer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wahlweise mit Energie durch ein konventionelles und wohl bekanntes Steuersystem beaufschlagt werden, um die durch die Leitung oder den Rückkühler 18 strömende Ansaugluft vorzuwärmen, um das Kaltstarten des Motors zu verbessern und das Aufwarmen des Motors zu beschleunigen. Der Ansaugluftvorwärmer 10 kann auch während bestimmter Perioden des Motorbetriebs verwendet werden, um den Verbrennungsprozeß zu verbessern. Das Heizelement 44 weist hier eine längliche Form auf, um sich über einen wesentlichen Abschnitt des integrierten Ansaugluftverteilers 26 zu erstrecken, wodurch eine sehr gute, gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht wird.

Der Ansaugluftvorwärmer 10 und der Luftzuführaufbau 12 gemäß der vorliegenden Erfindung weisen deutliche Vorteile gegenüber konventionellen Luftvorwärmern und Zuführaufbauten auf. Viele konventionelle Luftzuführaufbauten sehen ein Luftvorwarmergehäuse vor, das entlang der Luftzufuhrleitung angeordnet ist, so daß die Höhe oder Breite des Luftvorwärmergehäuses wesentlich zu der gesamten Höhe oder Breite des Motors beiträgt. Diese Erhöhung der Motorgröße führt jedoch oftmals zu einem Überschreiten des bei einer bestimmten Motoranwendung verfügbaren Platzes. Zudem können die konventionellen Ansaugluftgehäuse in existierende Motoren nicht einfach nachträglich eingebaut werden.

Die vorliegende Erfindung führt zu vielen Vorteilen gegenüber konventionellen Luftzuführaufbauten, indem ein Ansaugluftvorwärmer 10 vorgesehen ist, der in einen im Zylinderkopf 16 des Motors gebildeten, integrierten Ansaugluftverteiler 26 einhängbar ist. Durch Kombination der Verwendung des integrierten Ansaugluftverteilers 26 mit dem unübertrefflich konstruierten Ansaugluftvorwärmer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Luftzuführaufbau 12 erhalten, der vorteilhafterweise den Raum des integrierten Ansaugluftverteilers 26 zur Unterbringung des Ansaugluftvorwärmers 10 nutzt. Folglich ist im wesentlichen der gesamte Vorwarmer 10 einschließlich des Rahmenteils 42 und des Heizelements 44 innerhalb des integrierten Ansaugluftverteilers 26 angeordnet. Durch Überlappung des Luftfilters und des Zylinderkopfes 16 und Begrenzung des Abschnitts des Rahmenteils 42, der sich außerhalb des integrierten Ansaugluftverteilers 26 erstreckt, minimieren der Luftzuführ- und Vorwärmeraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung die Größe des Motors, wodurch eine Verwendung des Motors bei einer größeren Anzahl von Anwendungsfällen mit begrenztem Platzangebot für den Motor ermöglicht wird.

Zusätzlich kann durch Verwendung einer einfachen Flanschanordnung der Luftvorwärmer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in existierende Motoren ohne wesentliche Vergrößerung der Größe des Motors nachträglich leicht eingebaut werden. Der Befestigungsflanschabschnitt 46 weist im wesentlichen eine Dicke von nur 3 mm auf und beeinflußt daher die Größe des Motors nur sehr wenig. Der Flansch 46 kann auch sehr einfach mit einer bestimmten Anzahl und Verteilung von Befestigungsausnehmungen 48 ausgebildet werden, um den Befestigungsausnehmungen 34, 36 des Zylinderkopfes 16 und der Zuführleitung 18 eines existierenden Motors zu entsprechen. Bei vielen konventionellen Motoren fungiert die Luftzuführleitung 18 als ein Rückkühler mit Wärmetauscherröhren oder -flächen, die von einem Motorkühlmittel durchströmt und in der Leitung 18 verteilt angeordnet sind. Viele dieser Motoren weisen auch Ansaugverteiler bzw. -krümmer auf, die durch separate, am Zylinderkopf des Motors angebrachte Leitungen gebildet sind. Die vorliegende Erfindung vermeidet die Notwendigkeit für ein weiters, getrenntes, großes Gehäuse, das an der Luftansaugleitung angebracht werden muß, indem sowohl der Ansaugluftvorwärmer 10 als auch der Ansaugluftverteiler 26 in den Zylinderkopf 16 integriert sind. So stellt die vorliegende Erfindung einen einfachen, kostengünstigen Ansaugluftvorwärmer 10 zur Verfügung, der nachträglich sehr einfach an einem existierenden Motor angebracht werden kann. Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung einen kompakten, ästhetisch ansprechenderen Luftzuführaufbau 12 zur Verfügung, der vorteilhafterweise die Größe des Motors minimiert.

Der vorschlagsgemäße integrierte Luftzuführaufbau 12 und der Ansaugluftvorwärmer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung können praktisch bei jedem Innenverbrennungsmotor, wie einem Reihen- oder V-Motor, eingesetzt werden, der die Zuführung von Ansaugluft erfordert. Der Ansaugluftvorwärmer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere als ein Ersatzteil zur Nachrüstung existierender Motoren vorteilhaft.


Anspruch[de]
  1. 1. Ansaugluftvorwärmer zur Anordnung in einem in einen Zylinderkopf (16) eines Innenverbrennungsmotors integrierten Ansaugluftverteiler (26) zur Vorwärmung von entlang eines Ansaugluftströmungsweges zu mehreren Motorzylindern strömender Ansaugluft, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Ansaugluftvorwärmer (10) ein Vorwärmerrahmenteil (42) zur Anlage am Zylinderkopf (16) aufweist und

    daß der Ansaugluftvorwärmer (10) ein mit dem Vorwärmerrahmenteil (42) verbundenes Heizelement (44) zur Vorwärmung von Ansaugluft aufweist, wobei das Heizelement (44) zumindest teilweise innerhalb des integrierten Ansaugluftverteilers (26) angeordnet ist, wenn der Ansaugluftvorwärmer (10) in den Motor eingebaut ist.
  2. 2. Ansaugluftvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmerrahmenteil (42) einen Flanschabschnitt (46) umfaßt, der sich im wesentlichen in einer einzigen Befestigungsebene erstreckt, wobei das Heizelement (44) auf einer Seite der Befestigungsebene bezüglich des Ansaugluftströmungsweges stromab des Flanschabschnitts (46) angeordnet ist.
  3. 3. Ansaugluftvorwärmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmerrahmenteil (42) zwei Seitenwände (50) umfaßt, die sich ausgehend vom Flanschabschnitt (46) im wesentlichen quer zur Befestigungsebene erstrecken, wobei das Heizelement (44) zwischen den beiden Seitenwänden (50) angeordnet und vorzugsweise an diesen befestigt ist.
  4. 4. Ansaugluftvorwärmer nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (44) als ein elektrischer Widerstandsheizer ausgebildet ist.
  5. 5. Ansaugluftvorwärmer nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seitenwand (50) eine Zugangsöffnung (74) zur Bereitstellung eines Zugangs für eine elektrische Verbindung zwischen einer Stromquelle und dem Heizelement (44) aufweist.
  6. 6. Ansaugluftvorwärmer nach Anspruch der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmerrahmenteil (42) eine längliche, vorzugsweise im wesentlichen rechteckige Form aufweist und daß sich der Flanschabschnitt (46) peripher um das längliche Vorwärmerrahmenteil (42) herum erstreckt.
  7. 7. Ansaugluftzuführaufbau zur Zuführung von Ansaugluft zu mehreren Zylindern eines Innenverbrennungsmotors mit einem Motorblock (14), dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftzuführaufbau (12) einen am Motorblock (14) angebrachten Zylinderkopf (16) mit einem darin integriert ausgebildeten Ansaugluftverteiler (26) zur Zuführung von Ansaugluft zu mehreren Zylindern aufweist und daß der Ansaugluftzuführaufbau (12) einen zumindest teilweise im Ansaugluftverteiler (26) angeordneten Ansaugluftvorwärmer (10) zur Vorwärmung von Ansaugluft aufweist.
  8. 8. Ansaugluftzuführaufbau nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (16) eine untere, am Motorblock (14) anliegende Oberfläche (20), eine gegenüberliegende obere Oberfläche (22) und mehrere seitliche Oberflächen (24) aufweist, wobei mehrere seitliche Oberflächen (24) die untere und die obere Oberfläche (20, 22) miteinander verbinden, und daß der Ansaugluftverteiler (26) in einer der seitlichen oder vorzugsweise in der oberen Oberfläche (24, 22) gebildet ist.
  9. 9. Ansaugluftzuführaufbau nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftvorwärmer (10) ein Heizelement (44) in Form eines elektrischen Widerstandsheizers umfaßt und daß der Zylinderkopf (16) eine in einer der seitlichen Oberflächen (24) gebildete Verbinderausnehmung (82) und einen sich durch die Verbinderöffnung (82) erstreckenden elektrischen Verbinder (62) aufweist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Heizelement (44) und einer elektrischen Stromquelle herzustellen.
  10. 10. Ansaugluftzuführaufbau nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftvorwärmer (10) ein das Heizelement (44) tragendes Vorwärmerrahmenteil (42) mit einer Zugangsöffnung (74) umfaßt, wobei sich der elektrische Verbinder (62) durch die Zugangsöffnung (74) erstreckt, um das Heizelement (44) elektrisch anzuschließen.
  11. 11. Ansaugluftzuführaufbau nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftvorwärmer (10) ein Heizelement (44) und ein dieses haltendes Vorwärmerrahmenteil (42) mit einem Flanschabschnitt (46) umfaßt, der sich im wesentlichen entlang einer den integrierten Ansaugluftverteiler (26) aufweisenden Oberfläche (22) des Zylinderkopfes (16) erstreckt, und daß Seitenwände (50) vorgesehen sind, die sich vom Flanschabschnitt (46) in den Ansaugluftverteiler (26) zur Halterung des Heizelementes (44) erstrecken.
  12. 12. Ansaugluftzuführaufbau nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmerrahmenteil (42) eine längliche, vorzugsweise im wesentlichen rechteckige Form aufweist und daß sich der Flanschabschnitt (46) peripher um das längliche Vorwärmerrahmenteil (42) herum erstreckt.
  13. 13. Ansaugluftzuführaufbau nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (44) vollständig innerhalb des Ansaugluftverteilers (26) angeordnet ist.
  14. 14. Ansaugluftzuführaufbau nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftzuführaufbau (12) eine an die den Ansaugluftverteiler (26) aufweisende Oberfläche (22) des Zylinderkopfes (16) anschließend angeordnete Luftzuführleitung (18) aufweist, die einen mit dem Ansaugluftverteiler (26) in Verbindung stehenden Luftzuführdurchgang bestimmt und einen Leitungsflansch (32) aufweist, wobei der Leitungsflansch (32), der Flanschabschnitt (46) und die den Ansaugluftverteiler (26) aufweisende Oberfläche (22) des Zylinderkopfes (16) jeweils eine Vielzahl von Befestigungsausnehmungen (34, 36, 48) und eine Vielzahl von sich jeweils durch entsprechende Gruppen der Befestigungsausnehmungen (34, 36, 48) erstreckende Befestigungsbolzen (51), die in den Zylinderkopf (16) eingreifen, aufweisen, um die Luftzuführleitung (18) und das Vorwärmerrahmenteil (42) am Zylinderkopf (16) zu befestigen.
  15. 15. Ansaugluftzuführaufbau zur Zuführung von Ansaugluft entlang eines Ansaugluftströmungsweges zu mehreren Zylindern eines Innenverbrennungsmotors mit einem Motorblock (14), insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftzuführaufbau (12) einen am Motorblock (14) angebrachten Zylinderkopf (16) mit einem integriert darin ausgebildeten Ansaugluftverteiler (26) zur Zuführung von Ansaugluft zu den Zylindern aufweist, wobei der Zylinderkopf (16) eine erste, am Motorblock (14) anliegende Oberfläche (20) und eine zweite, vorzugsweise gegenüberliegend gebildete Oberfläche (22) aufweist,

    daß der Ansaugluftzuführaufbau (12) eine benachbart zu der zweiten Oberfläche (22) am Zylinderkopf (16) angebrachte Luftzuführleitung (18) aufweist, wobei die Luftzuführleitung (18) einen mit dem Ansaugluftverteiler (26) in Verbindung stehenden Ansaugluftdurchgang bestimmt, und

    daß der Ansaugluftzuführaufbau (12) einen entlang des Ansaugluftströmungsweges angeordneten Ansaugluftvorwärmer (10) aufweist, der ein in dem Ansaugluftverteiler (26) und/oder der Luftzuführleitung (18) angeordnetes Heizelement (44) und ein das Heizelement (44) haltendes Vorwärmerrahmenteil (42) umfaßt, wobei das Vorwärmerrahmenteil (42) einen Flanschabschnitt (46) aufweist, der zwischen der Luftzuführleitung (18) und der zweiten Oberfläche (22) des Zylinderkopfes (16) festgelegt und vorzugsweise eingespannt ist.
  16. 16. Ansaugluftzuführaufbau nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschabschnitt (46) eine möglichst geringe Dicke zur Minimierung des Abstandes zwischen der Luftzuführleitung (18) und der zweiten Oberfläche (22) des Zylinderkopfes (16) aufweist.
  17. 17. Ansaugluftzuführaufbau nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschabschnitt (46) im wesentlichen in einer einzigen Befestigungsebene angeordnet ist und daß das Heizelement (44) auf einer Seite des Flanschabschnittes (46) bezüglich des Ansaugluftstromweges stromab der Befestigungsebene angeordnet ist.
  18. 18. Ansaugluftzuführaufbau nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmerrahmenteil (42) und das Heizelement (44) eine längliche, vorzugsweise im wesentlichen rechteckige Form aufweisen und daß sich der Flanschabschnitt (46) peripher um das längliche Vorwärmerrahmenteil (42) herum erstreckt.
  19. 19. Ansaugluftzuführaufbau nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmerrahmenteil (42) zwei Seitenwände (50) aufweist, die sich vom Flanschabschnitt (46) in den Ansaugluftzuführverteiler (26) erstrecken, wobei das Heizelement (44) zwischen den beiden Seitenwänden (50) angeordnet und vorzugsweise befestigt ist und ein elektrischer Widerstandsheizer ist.
  20. 20. Ansaugluftzuführaufbau nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführleitung (18) einen Leitungsflansch (32) aufweist, wobei der Leitungsflansch (32), der Flanschabschnitt (46) und die den Ansaugluftverteiler (26) aufweisende Oberfläche (22) des Zylinderkopfes (16) jeweils eine Vielzahl von Befestigungsausnehmungen (34, 36, 48) und eine Vielzahl von sich jeweils durch entsprechende, fluchtend ausgerichtete Gruppen der Befestigungsausnehmungen (34, 36, 48) erstreckende Befestigungsbolzen (51), die in den Zylinderkopf (16) eingreifen, aufweisen, um die Luftzuführleitung (18) und das Vorwärmerrahmenteil (42) am Zylinderkopf (16) zu befestigen.
  21. 21. Ansaugluftzuführaufbau nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugluftvorwärmer (10) ein Heizelement (44) in Form eines elektrischen Widerstandsheizers umfaßt und daß der Zylinderkopf (16) mehrere seitliche, die erste und zweite Oberfläche (20, 22) verbindende Oberflächen (24) umfaßt, wobei der Zylinderkopf (16) eine in einer der seitlichen Oberflächen (24) gebildete Verbinderausnehmung (82) und einen sich durch die Verbinderöffnung (82) erstreckenden elektrischen Verbinder (62) aufweist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Heizelement (44) und einer elektrischen Stromquelle herzustellen.
  22. 22. Ansaugluftzuführaufbau nach einem der Ansprüche 7 bis 21, gekennzeichnet durch einen Ansaugluftvorwärmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.






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