Die Erfindung betrifft eine Vergaservorrichtung für einen Ottomotor, mit einer von dem mittels einer Regelklappe geregelten Ansaugluftstrom durchströmten Mischkammer, in welcher durch Düsen dosiert zugeführter Kraftstoff zum Luft-Kraftstoff-Gemisch für den Ottomotor aufbereitet wird.
Eines der erstrangigen gegenwärtigen Anliegen ist die Herabsetzung der in den Abgasen von Ottomotoren enthaltenen Schadstoffanteile. Zur Lösung dieses Problems wurde in letzter Zeit viel Mühe aufgewandt, und es sind demgemäss viele Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden, die schadstoffarme, ja sogar schadstofffreie Abgase gewährleisten sollen. Es hat sich gezeigt, dass auch bei Verwendung eines herkömmlichen Vergasers unter konstanten Betriebsbedingungen zumindest nahezu schadstofffreie Abgase erhalten werden, wenn dieser sehr genau eingestellt ist. Der hohe Schadstoffanteil im Abgas eines Ottomotors ist daher offenbar vor allem auf eine unrichtige Dosierung des Kraftstoffes zurückzuführen, d. h. für den Schadstoffanteil ist nicht so sehr der Motor selbst, sondern vor allem der Vergaser bzw.
die Einspritzvorrichtung verantwortlich, und auch bei einem üblichen Motor sind ohne Änderungen an demselben in dieser Hinsicht wesentlich bessere Resultate zu erwarten, wenn der Kraftstoff in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen genau dosiert wird.
Bei einem Ottomotor werden für die Verbrennung von 1 kg Kraftstoff je nach Betriebsbedingungen (Leerlauf, Teillast, Vollast) ungefähr 11 bis 18 kg Luft benötigt. Die Bereitung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erfolgt in der Mischkammer, in der in einer angesaugten Luftmenge eine jeweils bestimmte Kraftstoffmenge möglichst homogen verteilt wird.
Die Zugabe von Kraftstoff wird im allgemeinen in der Hauptsache in Abhängigkeit von dem im Ansaugrohr erzeugten Unterdruck geregelt. Die Abhängigkeit der angesaugten Luftmenge vom Unterdruck in bekannten Vergasern wird durch eine ziemlich komplizierte Funktion wiedergegeben. Im grossen und ganzen gesehen kann man hierfür eine quadratische Funktion annehmen, während die Kraftstoffmenge (im grossen und ganzen) linear mit der Luftmenge zunimmt. Dies führt dazu, dass bei einem solchen Vergaser zur Erzielung einer genauen Kraftstoffdosierung ein erheblicher Aufwand erforderlich ist. Das vorliegende Problem dürfte daher durch eine druckabhängig geregelte Kraftstoffdosierung kaum gelöst werden können. Es sind noch verschiedene andere Vergasereinrichtungen bekannt bzw. vorgeschlagen worden, denen jedoch ebenfalls die Nachteile ungenau und (oder) teuer zukommen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vergaservorrichtung für Ottomotoren zu schaffen, bei der von vornherein die Kraftstoffdosierung in Abhängigkeit vom Unterdruck ausgeschlossen ist und bei der durch eine der linearen Abhängigkeit von Kraftstoffmenge und angesaugter Luftmenge konformeren Regelung mit einfachen Mitteln eine befriedigend genaue Kraftstoffdosierung erreicht wird.
Die Vergaservorrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer ein vom Ansaugluftstrom angetriebenes Flügelrad angeordnet ist, und das Flügelrad eine Kraftstoffkammer enthält, in die ein Kraftstoff Zuführungskanal mündet, und dass von der Kraftstoffkammer seitlich Spritzdüsen wegführen, die mit dem Flügelrad rotieren und aus denen bei rotierendem Flügelrad durch Zentrifugalkrafteinwirkung Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer in die Mischkammer gespritzt wird.
Für eine genaue Dosierung des Kraftstoffes ist ein bei rotierendem Flügelrad konstanter statischer Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer nötig. Um diesen statischen Druck konstant zu halten, können dem Kraftstoff-Zuführungskanal Ausgleichsmittel vorgeschaltet sein, durch die der Kraftstoffspiegel in der Kraftstoffkammer auf konstanter Höhe gehalten wird.
Beim Starten des Motors, insbesondere bei Kaltstart, ist ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch erforderlich. Zur Gewinnung eines solchen fetten Luft-Kraftstoff-Gemisches kann dem Kraftstoff-Zuführungskanal eine Kraftstoff-Förderpumpe vorgeschaltet und beim Starten des Motors der Druck in der Kraftstoffkammer durch den Druck dieser Pumpe bestimmt sein.
Hierbei ist es vorteilhaft, am Kraftstoff-Zuführungskanal hintereinander eine Ausgleichskammer und die Kraftstoff-Förderpumpe anzuschliessen, wobei die Ausgleichskammer eine Überlauföffnung aufweisen kann, die über ein Ventil und eine Überlaufleitung mit dem Eingang der Kraftstoff-Förderpumpe verbunden ist, und wobei die Ausgleichskammer in bezug auf das Flügelrad so angeordnet sein kann, dass die Überlauföffnung tiefer liegt als die Spritzdüsen, wodurch bei stehendem Flügelrad und ausgeschalteter Pumpe der Kraftstoffspiegel in der Kraftstoffkammer sich auf ein Niveau unterhalb der Düsen einstellt und ein Auslaufen des Kraftstoffes vermieden ist, und bei laufender Förderpumpe in der Kraftstoffkammer durch Schliessen des Ventils der durch den Pumpendruck bestimmte Überdruck und durch Öffnen des Ventils der konstante Kraftstoffspiegel eingestellt werden kann.
Um ein Einstellen der Vergaservorrichtung zu ermöglichen, kann die Mischkammer durch einen Luft-Nebenkanal überbrückt sein und der Luft-Nebenkanal von Hand verstellbare Justiermittel zur Verstellung der Durchflussöffnung ent halten.
Für eine Regelung der Kraftstoffdosierung nach äusseren Parametern, wie Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit usw. können für das Flügelrad durch elektrische Signale steuerbare Bremsmittel vorgesehen sein, um die Umdrehungszahl des Flügelrades von aussen beeinflussen zu können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfüh rungsbeispieles mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt sche matisch im Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform einer
Vergaservorrichtung nach der Erfindung.
Wie in der Zeichnung ersichtlich ist, sind die wesentli chen Teile der Vergaservorrichtung in ein rohförmiges Ge häuse 1 ein- bzw. an dieses angebaut. Bei dem Gehäuse 1 geht ein zylindrischer Gehäuseoberteil 2, der die Mischkam mer 3 enthält, über ein kegeliges Zwischenstück 4 in einen
Klappenstutzen 5 kleineren Durchmessers über, der die um eine Achse 7 verstellbare Regelklappe 8 enthält. Der Klap penstutzen 5 trägt einen Aussenflansch 6 zur Befestigung des Gehäuses 1 auf dem Ansaugrohr (nicht dargestellt) des
Motors. Auf den Gehäuseoberteil 2 wird der Luftfilter aufge setzt.
In der Mischkammer 3 ist ein Flügelrad montiert, das hier als ganzes mit 9 bezeichnet ist. Im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel weist das Flügelrad 9 eine in Form eines unten abgeschlossenen Hohlzylinders 10 ausgebildete Hohlwelle auf, die in der Mischkammer 3 um eine zur Kammerachse koaxiale Drehachse drehbar gelagert ist. Am unteren abge schlossenen Ende des Wellen-Hohlzylinders 10 sind die Flü gel 11 des Flügelrades 9 befestigt. Am unteren abgeschlosse nen Ende ist der Wellen-Hohlzylinder 10 durch eine Lagerku gel 12 in einem Lager 13 abgestützt, das von an der Innen wand des Gehäuseoberteiles 2 befestigten radialen Stegen
14 gehalten wird. Am oberen Ende ist der Wellen-Hohlzylin der 10 in einem Lager 15, z. B. einem Kugellager geführt, das ebenfalls von an der Innenwand des Gehäuseoberteiles
2 befestigten radialen Stegen 16 gehalten ist.
Die radialen
Stege 14 und 16 weisen zweckmässig ein aerodynamisches
Profil auf, so dass sie keinen nennenswerten Widerstand für den die Mischkammer 3 durchströmenden Ansaugluftstrom bilden. Eine z. B. am oberen Lager 15 befestigte Abschlusskappe 17 schliesst den Wellen-Hohlzylinder 10 am oberen Ende ab und ein durch die Abschlusskappe 17 und durch die Wandung des Gehäuse-Oberteiles 2 geführtes Leitungsrohr 18 verbindet den Innenraum des Wellen-Hohlzylinders'10 mit einer Ausgleichskammer 21, die durch ein Leitungsrohr 22 mit dem Ausgang 24 einer Kraftstoff-Zuführpumpe 23 üblicher Bauart verbunden ist.
Aus der Ausgleichskammer 21 gelangt durch das Leitungsrohr 18 Kraftstoff in den Wellen-Hohlzylinder 10, dessen Innenraum die Kraftstoffkammer 19 bildet. Oberhalb der Flügel 11 führen von der Kraftstoffkammer 19 zwei Spritzdüsen 20 schräg nach oben weg, die einander diametral gegen über liegen. Die Spritzdüsenkanäle 20 können an den Wellen Hohlzylinder 10 angesetzte Röhrchen sein. Der Durchmesser der Düsenöffnungen beträgt z. B. 0,1 bis 0,2 mm.
Die Ausgleichskammer 21 weist eine seitliche Überlauföffnung 27 auf, die über ein Ventil 28 durch eine Überlaufleitung 29 mit dem Eingang 25 der Kraftstoff-Zuführpumpe 23 verbunden ist. An den Eingang der Kraftstoff-Zuführpumpe 23 ist ferner die Kraftstoff-Versorgungsleitung 26 angeschlossen.
Die Ausgleichskammer 21 ist in bezug auf das Flügelrad 9 so angeordnet, dass ihre Überlauföffnung 27 etwas unterhalb der Horizontalebene liegt, in der die Austrittsöffnungen der Spritzdüsen 20 liegen. Enthalten bei geöffnetem Ventil 28 Ausgleichskammer 21, Leitungsrohr 18 und Kraftstoffkammer 19 Kraftstoff, so liegt der Kraftstoffspiegel bei stehendem Flügelrad 9 knapp unterhalb der Spritzdüsen 20, und es tritt kein Kraftstoff aus diesen in die Mischkammer 3 aus.
Die Vergaservorrichtung, soweit sie vorstehend beschrieben wurde, arbeitet wie folgt:
Beim Starten des Motors wird das Ventil 28 kurzzeitig geschlossen. Der von der Zuführpumpe 23 geförderte Kraftstoff füllt die Ausgleichskammer 21 und durch das Leitungsrohr 18 die Kraftstoffkammer 19 des Flügelrades 9. Durch die Regelklappe 8 ist der Klappenstutzen 5 etwas geöffnet und durch das Vergasergehäuse 1 strömt der Ansaugluftstrom, der das Flügelrad 9 in Drehbewegung versetzt.
Wegen des zu dieser Zeit schwachen Ansaugluftstromes dreht sich das Flügelrad 9 nur verhältnismässig langsam, und der Druck in der Kraftstoffkammer 19 ist im wesentlichen durch den Pumpendruck der Zuführpumpe 23 bestimmt.
Dies hat den Zweck, dass beim Starten des Motors das hierzu erwünschte fette Luft-Kraftstoff-Gemisch durch Einspritzen einer entsprechenden Menge Kraftstoff in die Mischkammer 3 bereitet wird. Nach dem Starten des Motors wird das Ventil 28 geöffnet, so dass aus der Ausgleichskammer 21 Kraftstoff durch die Überlaufleitung 29 abfliesst und sich der Kraftstoffspiegel in der Ausgleichskammer 21 und in der Kraftstoffkammer 19 im Flügelrad 9 auf die durch die Überlauföffnung 27 bestimmte konstante Höhe einstellt. Der Überdruck im Innern der Kraftstoffkammer 19 ist nun hauptsächlich durch die bei rotierendem Flügelrad 9 auftretende Zentrifugalkraft bestimmt.
Rein überblicksmässig ergeben sich hierbei folgende Beziehungen: a) bei dem Flügelrad 9 ist die sekundliche Umdrehungszahl n direkt proportional zur sekundlichen Luft-Durchflussmenge QL.
b) die aus dem Düsenkanal 20 sekündlich ausfliessende Kraftstoffmenge QK ändert sich in direkter Proportion zu dessen Drehzahl n.
Hieraus ergibt sich: Die aus den Spritzdüsen 20 sekundlich ausfliessende Kraftstoffmenge QK ist proportional der sekundlichen Luft-Durchflussmenge QL. Eine solche lineare Funktion zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge ermöglicht eine genaue Dosierung des Kraftstoffes, wobei die Genauigkeit über den gesamten Bereich der Ansaugluftstrom Geschwindigkeiten praktisch gleich ist. Es ist somit ausreichend, wenn der Vergaser an einem Arbeitspunkt richtig eingestellt wird.
Für die Einstellung des Vergasers ist im dargestellten Ausführungsbeispiel für die Mischkammer 3 ein Nebenkanal 30 vorgesehen, dessen freier Querschnitt durch eine Stellschraube 31 verändert werden kann, so dass vom Ansaugluftstrom ein bestimmter Anteil abgezweigt und damit die Geschwindigkeit des Flügelrades 9 justiert werden kann.
Es kann erwünscht, unter Umständen auch erforderlich sein, den Proportionalitätsfaktor a für die Umdrehungszahl n (n=aQL) und damit den Proportionalitätsfaktor b für die Kraftstoffmenge (QL=bQK) von äusseren Parametern abhängig zu machen. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen.
Im einfachsten Falle kann, wie in der Zeichnung veranschaulicht ist, in die Mischkammerwandung in Höhe der Flügel 11 ein Magnetkern 32 mit einer Spule 33 eingesetzt werden.
Durch Erregung dieses Elektromagneten 32, 33 mit einem z. B. den Werten äusserer Parameter analogen Gleichstrom kann dann die Umdrehungszahl des Flügelrades entsprechend geregelt werden.
Vorstehend ist anhand eines einfachen Ausführungsbeispieles nur der prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Arbeitsweise der Vergaservorrichtung beschrieben worden. Je nach speziellen Erfordernissen hinsichtlich einer wirtschaftlichen Fertigung und Genauigkeit der Dosierung können verschiedene Änderungen vorgenommen werden. So können beispielsweise mehr als zwei Düsenkanäle vorgesehen werden, und die Düsenkanäle können auch in die Flügel selbst verlegt sein. Es können zusätzliche Strömungsleitbleche eingebaut werden, und die Düsenkanäle können auch gebogen sein. Schon aus diesen Beispielen ist ersichtlich, dass mit einfachen Mitteln die Dosiergenauigkeit ohne Schwierigkeiten erreichbar ist.
Neben der Dosiergenauigkeit ergibt sich zufolge der rotierenden Düsenkanäle auch eine bessere Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, was gegenüber bekannten Vergasern ein weiterer Vorteil des Zentrifugal-Vergasers nach der Erfindung ist.