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Einrichtung zur Verbesserung der Speisung von Vergaserbrennkraftmaschinen und zur Verminderung ihrer Abgabe von giftigen Gasen
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freie Entflammung gewährleistet bleiben muss.
Diese Begrenzung der Schliessung der Drosselklappe des Vergasers ist ausserdem gemäss der Erfindung von einer Herabsetzung der Vorzündung begleitet.
Es ist auch an sich bekannt, die Zusatzluft vorzuwärmen, ebenso auch eine Luftentnahme vom Kur- belgehäuse, um sie dem angesaugten Gemisch zuzusetzen. Diese bekannten Massnahmen werden aber der erfindungsgemässen Einrichtung erst angepasst und nur mit dieser vorteilhaft kombiniert angewendet.
Es wurde auch schon eine Vorrichtung vorgeschlagen, die dem Brennstoffgemisch eine Zusatzluft- menge zusetzt, die gleichzeitig von der Drosselklappe des Vergasers und vom Unterdruck hinter dem Ver- gaser gesteuert wird. Es ist aber nicht bekannt, ob dabei diese Zusatzluft vor oder hinter der Drossel- klappe des Vergasers eingeleitet wird. Jedenfalls wird gemäss diesem Vorschlag die Regelung der Zusatz- luft durch zwei Kolben bewirkt, die voneinander getrennt und unabhängig durch den Unterdruck und durch die Drosselklappe beeinflusst werden. Diese Kolben bewirken durch ihre Verschiebung gegenüber festen Öffnungen eine allmählich fortschreitende Öffnung der Luftdurchgänge, die sich immer im gleichen Sinne verändert. Dabei gibt es aber keine gegenseitige Wechselwirkung und Beeinflussung der beiden Variablen (x = Öffnung der Drosselklappe und y = Unterdruck).
Die Gesamtwirkung ist g (x) + h (y), während durch eine bestmögliche Regelung gemäss der Erfindung eine einzige Funktion f (x, y) ein zufriedenstellendes
Ergebnis bringen kann.
Zur Erreichung des eingangs angegebenen Zweckes ist Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zur Verbesserung der Speisung von Vergaserbrennkraftmaschinen und zur Verminderung ihrer Abgabe von giftigen Gasen, bestehend aus einer Zufuhr von Zusatzluft in die Ansaugleitung mit einer Regelung dieser Zusatzluftmenge in Abhängigkeit von der Öffnung, der Vergaserklappe und vom Unterdruck in der Ansaugleitung, welche Einrichtung gemäss der Erfindung derart ausgestaltet ist, dass die Regelung der Zusatzluft durch ein Absperrorgan, wie einen Schieber, eine Klappe od. dgl. erfolgt, dessen Verstellung durch eine Vorrichtung gesteuert wird, die in Kopplung gleichzeitig durch die Drehung der Drosselklappe des Vergasers und durch einen auf den Unterdruck in der Ansaugleitung ansprechenden Balg od. dgl.
betätigt wird, und dass die Einrichtung einen Mechanismus zur Begrenzung des Schliessens der Drosselklappe und ein Getriebe zur Verminderung der Vorzündung, während der Motor in Verzögerung läuft, aufweist.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung ermöglicht es, den Motor mit einem Brennstoffgemisch zu beschicken, das einen höheren Luftüberschuss oder zumindest den geringstmöglichen Brennstöffüberschuss aufweist, ohne dass eine mangelhafte Arbeitsweise der Maschine, besonders eine Unregelmässigkeit in der Zündung auftritt, und weiters eine vollkommene Homogenisierung des Luft-Brennstoffgemisches von seinem Eintritt in den Motor herbeizuführen, u. zw. soweit dies durch eine mangelhafte Zerstäubung des Brennstoffes durch den Vergaser notwendig erscheint. Denn es ist bekannt, dass die Zündung eines einen geringen Brennstoffüberschuss oder einen mehr oder weniger bedeutenden Luftüberschuss aufweisenden Gemisches durch einen Zündkerzenfunken leichter erfolgt und es am gleichmässigsten und schnellsten verbrennt, wenn es sehr homogen ist.
Im Sinne der Erfindung sind daher folgende Massnahmen vorgesehen :
1. Solche zur Verminderung von Ladungsverlusten bei grossem Brennstoffgasbedarf, d. h. bei grossen Leistungen, also zur Verminderung oder Unterdrückung von Leistungsverlusten, die besonders bei grossen Drehzahlen durch Gemische mit geringem Brennstoffanteil oder auch mehr oder weniger hohem Luftüberschuss auftreten können.
2. Solche zur Verminderung von Ölverlusten durch Aufsteigen von Öl zwischen Kolben und Zylinderwand, u. zw. sei es durch Absenkung des Druckes im Motorgehäuse unter den Umgebungsdruck, sei es durch Erzeugung eines Gegendruckes im Auspuff durch variables Verschliessen desselben.
3. Solche zur Verhinderung des vollständigen Verschliessens der Drosselklappe des Vergasers während Verzögerungen des Laufes der Maschine, welches Verschliessen zu übermässigen Unterdrücken führt, so dass die Zündungen und die Verbrennung des Brennstoffes unregelmässig werden und ganz auslassen können.
4. Solche zum Anpassen der Vorzündung, die aber bisher mit den bekannten Mitteln, nie ganz einwandfrei den optimalen Erfordernissen, entsprechend der Drehzahl und Belastung angepasst war.
5. Solche zur Wiedereinführung der im Motorgehäuse befindlichen Gase in den Motor selbst.
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kann, zweierlei Zielen dienen und gemeinsam oder einzeln angewendet werden können : a) Um die gewünschte Dosierung der Luft und des Brennstoffes herzustellen, kann gemäss der Erfindung die Einstellung des Vergasers durch Erhöhung des Venturi-Durchmessers und durch Anpassung des Brenn- stoffhauptdüsenquerschnittes und durch Änderung des Lufteinlassquerschnittes verändert werden, in der
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Weise, dass unter Berücksichtigung der weiters noch verwendeten Mittel normalerweise ein Luftüberschuss von 10 bis 4CJ1/o und in den andern Betriebsfällen (Start im kalten Zustand, bei Leerlauf, bei Verzögerung, bei Vollast usw.)
ein Luft- oder ein möglichst geringer Brennstoffüberschuss auftritt. b) Ebenfalls um die beste Dosierung des Brennstoffgemisches herzustellen, erfolgt am stromabwärtigen Ende des Vergasers eine gesteuerte Hilfsluftzufuhr, eventuell gemischt mit Dämpfe vom Kurbelgehäuse, u. zw. entweder
1. durch zwei in Serie geschaltete veränderbare Drosseleinrichtungen, von denen die eine direkt oder indirekt von der Stellung der Drosselklappe, die andere von einem System beeinflusst wird, das einerseits ein direkt oder indirekt wirkendes, auf den Unterdruck in der Ansaugeleitung des Motors ansprechendes Element (Balg, Membrane, Kolben usw.) anderseits eine dem entgegenwirkende Feder oder eine auf die Drehzahl des Motors ansprechende Einrichtung aufweist, oder
2. durch ein einziges veränderbares Drosselelement für das Zusatzgas (Schieber usw.
) das durch einen Taster gesteuert ist, der an einem zwei Bewegungen (zwei Drehungen, zwei Verschiebungen, Drehung und Verschiebung) ausführenden Profilkörper anliegt, welche Bewegungen einerseits von der Stellung der Drosselklappe anderseits vom Unterdruck in der Ansaugeleitung (oder auch von einem auf die Drehzahl des Motors ansprechenden Organ) abgeleitet werden. c) Im Verein mit oder unabhängig von den vorstehend unter a) und b) genannten Massnahmen und ebenfalls zur bestmöglichsten Dosierung der Luft und des Brennstoffes, kann noch von der Wirkung von variablen Drosseleinrichtungen im Strömungsweg des Gemisches, wie nachfolgend noch ausgeführt wird, Gebrauch gemacht werden, um die Homogenität zu verbessern ;
diese Einrichtungen wirken, wie noch zu erkennen sein wird, besonders bei Vollast (geringer Unterdruck) und bei geringer Gasabgabe in der Weise, dass keine übertriebene Anreicherung im Gemisch auftritt.
Man kann feststellen, dass die Massnahme a) (Regelung des Vergasers), wenn sie auch nicht immer notwendig ist, fast nie ausreicht, um eine vollkommene Dosierung für jeden Betriebsfall (Drehzahl und Belastung) herbeizuführen, aber dass die erzielbaren Ergebnisse bereits sehr befriedigend sind, wenn die
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und c)). d) Zwecks vollständiger Homogenisierung des Brennstoff-Luft-Gemisches sind gemäss der Erfindung folgende Massnahmen vorgesehen :
1) entweder wird die Zusatzluft in den Ansaugekanal an der vom Vergaser stromabwärts gelegenen Seite durch kleine radial geführte und gleichmässig um den Kanal verteilte Öffnungen zugeführt und hiebei zweckmässig vorgewärmt,
2) oder es werden im Strömungsweg der aus dem Vergaser austretenden Gase variable Drosselelemente (Flügel, Klappen, Schieber) verwendet, die sich automatisch in der Weise ändern, dass der Gasweg hauptsächlich bei geringer Abgabe und bei geringen Unterdrücken - also dann, wenn der Vergaser für sich allein schlechte Zerstäubung und besonders ungleichmässige Vermischung ergibt-verengt wird,
3) oder die Zusatzluft und die variablen Drosseleinrichtungen gleichzeitig werden angewendet, um das Gemisch zu vergleichmässigen.
e) Um das ansonsten aus dem Motorgehäuse ins Freie entweichende Gas zu beseitigen und zu verwerten, kann dieses gemäss der Erfindung der Zusatzluft beigefügt werden, so dass es das Gemisch aufwärmt und mit diesem verbrennt. f) Um das Aufsteigen von Öl zwischen Kolben und Zylinderwand zu vermeiden, welche das Entweichen von Kohlenwasserstoffen durch den Auspuff begünstigen, kann 1) entweder ein Unterdruck im Gehäuse erzeugt oder dieses mit der Zusatzluftansaugung hinter dem Vergaser verbunden und vorzugsweise dieser Unterdruck durch dosierte Luftzufuhr zum Gehäuse begrenzt werden, u. zw.
mit Hilfe eines Ventils, das einem Steuerelement unterliegt, welches auf den Unterdruck im Ansaugekanal anspricht, in der Weise, dass der Unterdruck im Gehäuse etwa 2/3 des Unterdruckes im Ansaugekanal ist, wobei gleichzeitig ein Ventil vorgesehen ist, welches einen Überdruck im Gehäuse ins Freie oder zum Luftfilter ableitet,
2) oder es wird eine variable Drosselung des Auspuffkanals z.
B. beim Ausgang des Auspufftopfes vorgesehen, die in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugekanal verstellt bzw. aufgehoben wird, wenn dieser Unterdruck verschwindet oder einen bestimmten Wert unterschritten hat,
3) können die eben unter 1) und 2) angegebenen Massnahmen vereint angewendet werden. g) Um das Entweichen merklicher Mengen von Brennstoffdämpfen durch den Auspuff im Augenblick des Verzögerns der Maschine zu verhindern, wird ein auf den Unterdruck im Ansaugerohr ansprechendes
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Organ vorgesehen und derart eingesetzt, dass es entweder direkt oder zweckmässig durch Vermittlung eines
Servomotors auf die Drosselklappe des Vergasers einwirkt oder auf den Anschlag, der die Mindestöffnung derselben bestimmt.
h) Zur Herbeiführung der sichersten und regelmässigsten Zündung im Verein mit den übrigen erfin- dungsgemässen Dosierungsmassnahmen kann weiters ein zweiter, mit der ersten verbundener Profilkörper vorgesehen sein, der in zwei verschiedenen Richtungen durch die Drosselklappe und den Unterdruck zum
Einstellen der Zusatzluft bewegt wird und auf dem ein Taster aufliegt, der auf sonst bekannte Weise eine
Zündpunktverstellung im Sinne der Herbeiführung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben herbei- führt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 einen für eine einfache Anwendung der Erfindung ausgestatteten Vergaser,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer andern Vergaseranordnung, Fig. 3 ein Schema zur Erklärung der
Aufheizung der Zusatzluft, Fig. 4 die Aufnahme der Zusatzluft im Gehäuse, Fig. 5 den Mechanismus für das Wiederöffnen der Vergaserklappe, Fig. 6 in Perspektive die Gesamtanordnung, die in Verbindung mit dem Vergaser die Regelung der Beaufschlagung des Motors sichert.
In der Fig. l ist der Vergaser mit seinen hauptsächlichsten Bestandteilen dargestellt : die Düse l und die Klappe 2. An der stromabwärtsgerichteten Seite der Klappe 2, im Ansaugekanal 3 des Motors für das Brennstoff-Luft-Gemisch sind Einschnürungen A für den Gasstrom vorgesehen. Diese Einschnü- rungen bestehen z. B. aus schwenkbaren Klappen.
Die kalibrierten Düsen des Vergasers, die Hauptdüse und die Leerlaufdüse sind vorzugsweise derart bemessen, dass der Überschuss des Brennstoffes unter 5% gesenkt oder ganz unterdrückt ist.
Weiters ist bei 5 eine Hilfsluftöffnung an der stromabwärts gerichteten Seite der Klappe 2 vor- gesehen und mit einem Regelorgan 51 (z. B. Ventil, Klappe, Schieber) verschlossen, welches zugleich mit der Klappe 2 bewegt wird. Beispielsweise ist das Organ 51 mit einem Gestänge 11 und einem Hebel 12 mit der Welle 9 der Klappe 2 verbunden.
Wie die Fig. 2 zeigt, kann das Regelorgan 51 für die Zusatzluft, statt einfach mit der Klappe 2 verbunden zu sein, auch vom Unterdruck gesteuert werden, der am stromabwärtigen Ende des Vergasers herrscht. Zwischen dem Vergaser (dargestellt durch die Venturidüse 1 und die Klappe 2) und dem Ansaugekanal 3 für das Gemisch ist ein Ringkanal 4 mit Löchern 5 für die Zusatzluft vorgesehen und über einen Stutzen 6 und eine Rohrleitung 7 an den Luftfilter des Motors angeschlossen.
Die Luftleitung 7 besitzt ein Regelorgan, das aus einem mit einem Fenster 50 versehenen Schieber 51 besteht. Dieser Schieber ist durch einen Winkelhebel 52 betätigbar, der bei 53 drehbar gelagert ist und einen Taster 54 aufweist, der mit seinem vorzugsweise kugeligen Ende elastisch an einem Profilkörper 55 anliegt.
Der Profilkörper 55 sitzt auf einem Sektor 56, der um die Achse 57 nach vorn und nach hinten schwenkbar ist, welche Achse ihrerseits auf einem vertikal verschieblichen Gleitstück 58 angebracht ist.
Die Bewegung des Gleitstückes 58 ist über eine Stange 16 mit einem Balg 17 verbunden, in den ein Kanal 18 mündet, der an den Unterdruckraum hinter dem Vergaser angeschlossen ist. Anderseits ist der Sektor 56 durch eine Gelenkverbindung 59,62 mit der Drehwelle 15 der Klappe 2 verbunden.
Es ist zu erkennen, dass der Schieger 51 sowohl von der Bewegung der Klappe als auch vom Unterdruck hinter dem Vergaser betätigt wird.
Die bei den Öffnungen 5 zuströmende, und je nach den Betriebsverhältnissen des Motors dosierte Zusatzluft wird vorzugsweise vorgewärmt, um flüssige Brennstoffteilchen besser zu vergasen und auch um äussere Temperatureinflüsse, etwa bei Kälte, auszugleichen. Diese Vorwärmung, die vorteilhaft im Mittel 1500C betragen kann, wird vorteilhaft durch den Auspuff des Motors geliefert. Zu diesem Zwecke ist, wie die Fig. 3 zeigt, die Luftleitung 7 über einen Kanal 63 mit einem Rohrstück 64 verbunden, das mindestens einseitig offen einen heissen Abschnitt des Auspuffrohres 65 umgibt.
Vorteilhafterweise ist weiters ein zweites Rohr 66 vorgesehen, das vom Rohr 63 abzweigt und ins Freie mündet bzw. besser in das Luftfilter. Die Temperatur der durch die Leitung 7 angesaugten Luft kann durch die Regelung der Mischung der über 63,64 angesaugten warmen und der kalten Aussenluft, die bei 66 angesaugt wird, eingestellt werden, zu welchem Zwecke eine um 68 schwenkbare Klappe 67 am Zusammenstoss der Rohre 63 und 66 vorgesehen ist, die vorzugsweise in Abhängigkeit von der Aussentemperatur verstellt wird, etwa mit Hilfe eines Thermostaten.
Das also bei 5 und 7 und den Schieber 51 angesaugte Zusatzgas kann ganz oder teilweise dem
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Kurbelgehäuse 70 entnommen werden (Fig. 4) mit dem Ziele, das Aufsteigen von Öl und von Kohlenwasserstoffdämpfe zu vermindern, das sich zufolge der Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse und den Zylinden während des Ansaugehubes zu bilden trachtet.
Die Entnahme des Zusatzgases aus dem Gehäuse 70 vollzieht sich über die Rohrleitung 71, die eine Einrichtung enthält, welche den Unterdruck im Gehäuse begrenzt und eine Gefährdung der Schmierung der Kolben verhindert. Diese Einrichtung besteht aus einem Gehäuse 72, das zwischen die Leitun- gen 7 und 71 eingeschaltet ist und ein Ventil 73 enthält, das das Gehäuse 72 mit der Aussenluft verbindet, wenn der Ansaugedruck unter einen vorbestimmten Wert sinkt.
Das Ventil 73 ist dem Unterdruck im Vergaserkanal unterworfen, u. zw. ist sein Ventilstössel 74 mit einem bei 76 schwenkbaren Hebel 75 verbunden, dessen anderes Ende 77 über einen Bowden- zug 78, 79 betätigt wird, dessen Kabel bei 80 festgelegt ist und mit seinem ändern Ende 27 am von Balg 17 betätigten Hebel 26 hängt.
Der Unterdruck, der also das Ventil 73 zu öffnen trachtet, ist automatisch ausgeglichen durch die
Kraft, die auf das Ventil durch den Hebel 75 übertragen wird, bis zu dem Augenblick, in dem dieser
Unterdruck einen bestimmten Wert (z. B. 2/3 des Unterdruckes unterschreitet, der im Ansaugkanal im stromabwärtigen Teil des Vergasers herrscht. Das Ventil 73 bleibt geschlossen, solange dieser Wert nicht erreicht wird.
An dem Gehäuse 72 ist ferner eine Klappe 81 vorgesehen, die ein Schnüffelventil bildet, das wohl eine Verbindung des Gehäuses 70 mit der Aussenluft oder dem Luftfilter herstellt, aber eine Rückkehr von Luft in das Gehäuse verhindert.
Anderseits ist es von Interesse, ein Wiederöffnen der Klappe 2 herbeizuführen, im Falle wenn der Unterdruck an dessen stromabwärtigen Seite über den Wert steigt, der bei Leerlauf im warmen Zustand normalerweise vorhanden ist, d. h. wenn der Motor vom Wagen angetrieben wird (Talfahrt).
Die Fig. 5 und ein Teil der Fig. 6 zeigen eine Ausführungsform einer Einrichtung, die dieses Wieder- öffnen zufolge des über die Leitung 18 im Balg 17 herrschenden Unterdruckes bewirkt.
Am Ende 27 des Hebels 26, der vom Balg 17 bewegt wird, ist eine Gleitstange 82 vorgesehen, die durch eine Feder 83 abwärts gedrückt ist. Diese Feder ist mit einer Anfangsvorspannung versehen, die im warmen Leerlauf des Motors genügt, um zu überwiegen und die Stange 82 an ihren Anschlag 84 anzulegen. An den Hebel 26 liegt ein Kolbenschieber 85 an, der eine Ausnehmung 87 hat und in einem Zylinder 86 gleitet, der über einen Kanal 88 mit der Unterdruckentnahmeleitung 18 und ausserdem über einen Kanal 89 mit einem Balg 90 verbunden ist, der einen Servomotor bildet. Schliesslich steht der Zylinder 86 mit seinem oberen Ende 91 auch noch mit der Aussenluft in Verbindung. Der Kolbenschieber 85 ist mit einer Feder 92 belastet, die ihn nach unten drückt.
Das obere Ende des Balges 90 ist mit einem bei 94 drehbaren Winkelhebel 93 verbunden, der bei 95 an eine Stange 96 angelenkt ist, die einen Schlitz 97 aufweist. In diesem Schlitz 97 gleitet ein Bolzen 98, der am Ende eines auf der Welle der Klappe 2 befestigten Stange 99 sitzt.
Wenn die Stange 82 in ihrer tiefsten, durch den Anschlag 84 bestimmten Stellung ist (darge- stellt), kann der Unterdruck bei 88 nicht in den Balg 90 gelangen und der Kanal 89 steht vielmehr mit der Aussenluft in Verbindung über den Spalt, der am oberen Ende des Kolbens 85 frei ist.
Wenn der Unterdruck genügend angewachsen ist, um die Stange 82 durch die Wirkung des Balges 17 durch den Hebel 26 unter Zusammendrücken der Feder 83 anzuheben, geht der Kolben 85 nach oben. Die Ausnehmung 87 kommt gegenüber den Kanal 89 und verbindet den Balg 90 mit dem Unterdruck im Kanal 88. Der Balg 90 zieht sich zusammen und verursacht über die Verbindung 93 bis 96 das Öffnen der Klappe 2.
Der Schlitz 97 ist lang genug, dass sich die Klappe bis voll öffnen kann, gleichgültig, welchen Wert der Unterdruck auch annimmt.
Es ist weiterhin auch von Interesse, die Zündung des Motors in Abhängigkeit von der Regelung der Zusatzluft durch den Schieber 51 zu beeinflussen. Zu diesem Zwecke ordnet man dem Sektor 56, der den Profilkörper 58 trägt, einen weiteren Profilkörper 104 (Fig. 6) zu. Auf diesem Körper liegt ein Taster 105 auf, dessen Bewegungen über eine flexible Verbindung 106 eine Zündpunktverstellung bewirken.
Die Zusammenstellung aller oben beschriebenen Einrichtungen kann in der in Fig. 6 gezeigten Weise erfolgen, u. zw. auf einer zwischen dem Vergaser l, 2 und der Ansaugeleitung 3 zum Motor vorgesehenen Platte 32. In dieser Platte befindet sich eine Öffnung 33, die den Ringkanal 34 mit
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den Zusatzluftöffnungen 5 aufnimmt. Dieser Ringkanal kommuniziert mit einem Rohrstutzen 100, an dem die Leitung 7 angesetzt ist. Auf diesem Rohrstutzen 100 ist der Schieber 51 befestigt, der durch den Hebel 52 betätigt wird.
Auf der Platte sind weiters die Bälge 17 und 90 und verschiedene Halterungen befestigt : der
Arm 101 trägt die Achse 53, die Führung 102 das Gleitstück 58, der Halter 103 die Stange 82 mit ihrer Feder 83 und den Kolbenschieber 85.
Diese gedrängte Konstruktion lässt sich, ohne den Motor verändern zu müssen, auf ihm anbringen.
Selbstverständlich kann sie verschiedentlich abgeändert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verbesserung der Speisung vonVergaserbrennkraftmaschinen und zur Verminderung ihrer Abgabe von giftigen Gasen, bestehend aus einer Zufuhr von Zusatzluft in die Ansaugleitung mit einer Regelung dieser Zusatzluftmenge in Abhängigkeit von der Öffnung der Vergaserklappe und vom Unterdruck in der Ansaugleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Zusatzluft durch ein Absperrorgan (51), wie einen Schieber, eine Klappe od. dgl. erfolgt, dessen Verstellung durch eine Vorrichtung (55) gesteuert wird, die-in Kopplung gleichzeitig durch die Drehung der Drosselklappe (2) des Vergasers und durch einen auf den Unterdruck in der Ansaugleitung (3) ansprechenden Balg (17) od.
dgl. betätigt wird, und dass die Einrichtung einen Mechanismus (85 - 99) zur Begrenzung des Schliessens der Drosselklappe (2) und ein Getriebe (104 - 106) zur Verminderung der Vorzündung, während der Motor in Verzögerung läuft, aufweist.