CH580753A5 - - Google Patents

Description

  
 



   Gegenstand des Patentanspruches des Hauptpatentes ist 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-Kraftstoffgemisch für den Ottomotor aufbereitet wird, die sich dadurch auszeichnet, 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.



   Bei einem solchen Vergaser ist die in der Zeiteinheit in die Mischkammer abgegebene Menge Kraftstoff proportional dem in der Zeiteinheit angesaugten Luftvolumen und der im Aufbau einfache und preisgünstig herstellbare Vergaser kann ohne Schwierigkeiten schnell und zuverlässig auf niedrigem CO Gehalt im Abgas eingestellt werden.



   Wesentlich für den Betrieb eines Ottomotors ist jedoch nicht nur die Kraftstoffdosierung, sondern auch die Aufbereitung des Luft-Kraftstoffgemisches. Für die Beurteilung der Qualität des erhaltenen Luft-Kraftstoffgemisches sind in der Praxis zwei Kriterien ausreichend: Tröpfchengrösse und Kraftstoffniederschlag an den Vergasenvandungen. Die Kraftstofftröpfchen sollten einen Durchmesser von ca. 10 ... 20   um    haben und die Vergaserwandungen sollten in jedem Falle trocken sein.

  Bei zu guter  Vergasung  des Kraftstoffes mit einer Tröpfchengrösse unterhalb 10 um fällt die Leistung des Motors ab und bei einer schlechten Vergasung mit Tröpfchendurchmessern oberhalb 20   ym    sowie Kraftstoffniederschlag an den Vergasenvandungen wird die Verbrennung mangelhaft, wobei eine solche unvollständige Kraftstoffverbrennung als Ursache für in den Abgasen vorhandene schädliche CH-Verbindungen angesehen wird. Bei einem ideal aufbereiteten Luft-Kraftstoffgemisch müssten demnach in der angesaugten Luft kleine Kraftstofftröpfchen gleicher bestimmter Grösse gleichmässig verteilt und relativ zur strömenden Luft in Ruhe sein.

  Ein derartiges ideales Luft-Kraftstoffgemisch lässt sich mit einem Spritzvergaser grundsätzlich nicht herstellen, doch ist es auch im Interesse des Umweltschutzes erforderlich, dass eine möglichst weitgehende Annäherung an dasselbe erreicht wird.



   Es hat sich gezeigt, dass die im Hauptpatent beschriebenen Ausführungsbeispiele für die Vergaservorrichtung den vorstehend genannten Kriterien nur bedingt entsprechen. Die aus den Spritzdüsen austretenden Kraftstoff-Sprühstrahlen sind zufolge der Rotation der Düsen in Form von Spiralarmen gekrümmt und ihre  Steifigkeit  wird mit zunehmender Drehzahl grösser. Ist bei verhältnismässig hohem Kraftstoffdruck (Entfernung der Düsenöffnungen von der Drehachse) und kleinem Düsendurchmesser der Kraftstoff im Leerlauf in feinste Tröpfchen vernebelt, so bilden sich bei hohen Drehzahlen des Flügelrades grosse Kraftstofftröpfchen und die Vergaserwandungen werden feucht.

  Durch Variation von Düsenzahl, Düsenquerschnitt, Abstand der Spritzdüsenöffnungen von der Drehachse, Anstellwinkel der Flügel usw. ist die Kraftstoffzerstäubung zwar beeinflussbar, ein wirklich befriedigendes, gut aufbereitetes Luft-Kraftstoffgemisch wird mit solchen Massnahmen jedoch nur in Ausnahmefällen zu erreichen sein.



   Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Vergaservorrichtung nach dem Hauptpatent unter Wahrung ihrer wirtschaftlichen Vorteile so zu verbessern, dass mit ihr ein gut aufbereitetes Luft-Kraftstoffgemisch erhalten wird.



   Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass in Strömungsrichtung nach jeder Spritzdüse des Flügelrades eine Zerstäubungsvorrichtung vorgesehen ist, um die aus den Spritzdüsen austretenden Kraftstoff-Sprühstrahlen in die Mischkammer zu zerstäuben. Die Zerstäubung, d.h. die Vergasung des Kraftstoffes, erfolgt damit unabhängig von der Dosierung des Kraftstoffes durch die Düsen und kann für sich durch eine entsprechende Ausgestaltung der Zerstäubungsvorrichtung optimiert werden.



   Im folgenden wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.



   Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein in einer Vergaser-Mischkammer angeordnetes Flügelrad mit Kraftstoffkammer, Spritzdüsen und diesen vorgesetzten Zerstäubungsvorrichtungen,
Fig. 2 schematisch ein Flügelrad anderer Ausführung mit Zerstäubungsvorrichtungen, die einen durch einen Spalt zur Mischkammer hin offenen Hohlraum aufweisen, und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Vergaservorrichtung mit Flügelrad und einer Zerstäubungseinrichtung in einer weiteren Ausführungsvariante.



   Im Hauptpatent ist eine Vergaservorrichtung näher beschrieben, bei welcher, wie Fig. 1 schematisch zeigt, in der Vergaser-Mischkammer 3 ein Flügelrad 9 mittels radialer Stege 14, 16 und Lager 12, 13, 15 so gehalten ist, dass es durch den angesaugten Luftstrom um die Kammerachse rotiert, wobei die sekundliche Umdrehungszahl proportional der Anströmgeschwindigkeit ist. Das Flügelrad 9 weist eine zylindrische Hohlwelle 10 auf, die unten durch einen Boden und oben durch eine Abschlusskappe 17 abgeschlossen ist und die am unteren Ende die Flügel 11 trägt. Der Hohlraum der Welle 10 bildet eine Kraftstoffkammer 19, von der oberhalb der Flügel 11 Düsenkanäle 20, z.B. in Form von an die Hohlwelle angesetzten Röhrchen, weg in die Mischkammer 3 hinein führen.

  Die Zuführung von Kraftstoff in die Kraftstoffkammer 19 erfolgt durch ein am Gehäuseoberteil 2 des Vergasers befestigtes und in die Hohlwelle 10 hineinragendes Leitungsrohr 18. Die aus den Düsenkanälen 20 bei rotierendem Flügelrad 9 je Sekunde ausgespritzte Kraftstoffmenge ist entsprechend den Ausführungen im genannten Hauptpatent im wesentlichen proportional der sekundlichen Luft-Durchflussmenge durch die Mischkammer 3.



   Die aus den Düsenkanälen 20 bei rotierendem Flügelrad 9 austretenden Kraftstoff-Sprühstrahlen sind, wie einleitend bereits erwähnt, in Form von Spiralarmen gekrümmt, wobei die Krümmung mit zunehmender Drehzahl des Flügelrades schwächer wird. Bei gegebener Drehzahl ist die abgegebene Kraftstoffmenge abhängig von der Anzahl der Düsenkanäle 20 und dem Querschnitt der Spritzdüsen 20a, d.h. der Düsenkanalöffnungen. Um zu einer guten Zerstäubung des Kraftstoffes zu kommen, wird der Durchmesser der Spritzdüsen 20a möglichst klein gewählt, z.B. 0,1 bis 0,2 mm, wobei dann die Kraftstoffmenge durch die Anzahl Düsenkanäle bestimmt wird, und ausserdem wird ein ziemlich hoher Kraftstoffdruck durch Wahl einer hohen Anfangs-Umdrehungszahl bei Leerlauf und verhältnismässig grosser Entfernung der Spritzdüsen 20a von der Drehachse. 

  Die Variation dieser Parameter ist jedoch auf einen ziemlich engen Bereich begrenzt. Bei den Spritzdüsen 20a kann einerseits der Durchmesser wegen der Gefahr des Verstopfens nicht beliebig klein und anderseits wegen der verhältnismässig geringen abzugebenden Kraftstoffmenge nicht so gross gewählt werden, dass die Spritzdüsen auf wirtschaftliche Weise z.B. mit einem die Zerstäubung fördernden Drall versehen werden. Bei der Wahl der Leerlauf-Umdrehungszahl ist von der Umdrehungszahl bei Vollast auszugehen, die aus mechanischen Gründen beschränkt ist. Der Unterschied in den Umdrehungszahlen bei Vollast und Leerlauf ist beträchtlich.



  Mit der Umdrehungszahl nimmt auch der Kraftstoffdruck zu  und, wie erwähnt, führt ein hoher Kraftstoffdruck zu steifen Sprühstrahlen, die schlecht zerstäuben und u.U. an die Mischkammerwandung gelangen.



   Der Zerstäubungsgrad des Kraftstoffes wird bei einer solchen Vergaservorrichtung erfindungsgemäss dadurch verbessert, dass vor jeder Spritzdüse 20a des Flügelrades 9 eine Zerstäubungsvorrichtung 40 vorgesehen ist, um die aus den Spritzdüsen austretenden Kraftstoff-Sprühstrahlen in die Mischkammer 3 zu zerstäuben. In Fig. 1 sind die Zerstäubungsvorrichtungen 40 nur symbolisch angedeutet, da sie an sich aus für diesen Zweck konstruktiv abgewandelten bekannten Zerstäubungsorganen, wie Prallteilen, Spalten, Scheiben, Kanten usw. oder Kombinationen derselben, bestehen können.



  Für die Ausbildung der Zerstäubungsvorrichtungen von Bedeutung ist, dass sie mit dem Flügelrad 9 in der vom Ansaugluftstrom durchströmten Mischkammer 3 rotieren, so dass auch mit einfachen Mitteln bereits eine befriedigende Zerstäubung des aus den Spritzdüsen ausgespritzten Kraftstoffes erreicht wird. Ein Ausführungsbeispiel für ein Flügelrad mit Spritzdüsen und Zerstäubungsvorrichtungen ist schematisch in Fig. 2 wiedergegeben.



   Das in Fig. 2 gezeigte Flügelrad ist ähnlich wie das Flügelrad der Fig. 1 ausgebildet, die Anordnung der Flügel 11 und der Düsenkanäle 20 auf der zylindrischen Hohlwelle 10 ist hier jedoch umgekehrt, d.h. die Düsenkanäle 20 führen von dem unteren Teil der Kraftstoffkammer 19 weg und die Flügel 11 befinden sich oberhalb der Düsenkanäle. Die Spritzdüse 20a jedes Düsenkanals 20 mündet in einen in der verdickten Wandung der Hohlwelle 10 vorhandenen Hohlraum 41, der oberhalb der Spritzdüse 20a durch einen Spalt 42 zur Mischkammer hin offen ist. Das Flügelrad kann in der Mischkammer, wie in Fig. 1 gezeigt, gelagert sein. Bei rotierendem Flügelrad 9 wird aus den Spritzdüsen 20a Kraftstoff dosiert in die Hohlräume 41 abgegeben und dann durch die Spalte 42 in die Mischkammer zerstäubt. Die Spalte 42 kann horizontal verlaufen oder bezüglich der Horizontalen geneigt sein.



  Anstelle je eines separaten Hohlraumes 41 und Spaltes 42 für jeden Düsenkanal 20 kann auch ein für alle Düsenkanäle gemeinsamer Ringraum mit Ringspalt vorgesehen sein.



   Fig. 3 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel für eine Vergaservorrichtung mit Flügelrad, Düsenkanälen und einer Zerstäubungseinrichtung. Das Vergasergehäuse weist, wie bei bekannten Vergasern üblich, einen zylindrischen Gehäuseoberteil 2 auf, der über ein kegeliges Zwischenstück 4 in den Klappenstutzen 5 kleineren Durchmessers übergeht. Der Gehäuseoberteil 2 umschliesst die Mischkammer 3 und enthält das Flügelrad 9. Im Klappenstutzen 5 ist die um eine Achse 7 verstellbare Regelklappe 8 untergebracht.

  Der Gehäuseoberteil 2 enthält im Bereich des Flügelrades 9 eine ringförmige Einlage 47, vorzugsweise aus einem kraftstoffabweisenden Material, z.B. aus  Teflon , durch die der Gehäusedurchmesser im Bereich des Flügelrades 9 auf den Innendurchmesser des Klappenstutzens 5 verkleinert wird, so dass die angesaugte Luft eine grössere Geschwindigkeit erhält und das Flügelrad 9 im Leerlauf schneller dreht. Oberhalb der Regelklappe 8 sind im Gehäuse z.B. drei radiale Stege 14 befestigt, von denen einer als Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 ausgebildet ist. Auf den radialen Stegen ist ein Rohrstück 34 koaxial mit der Längsachse der Mischkammer 3 befestigt, das mit der Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 in Verbindung steht und als Drehachse für das Flügelrad 9 dient. Auf das Rohrstück 34 sind zwei Kugellager 35 aufgeschoben.

  Am oberen Ende ist das Rohrstück 34 unter Bildung einer ringsumlaufenden Schulter auf einen kleineren Aussendurchmesser abgesetzt.



   Das Flügelrad 9 weist eine auf die Kugellager 35 passende Hohlwelle 10 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel oben durch eine halbkugelförmige Stirnwand 38 abgeschlossen ist. Unterhalb der Stirnwand 38 liegt die Kraftstoffkammer 19 des Flügelrades, die nach unten durch eine innerhalb der Hohlwelle 10 befestigte Ringscheibe 36 abgeschlossen ist.



  Der Innendurchmesser der Ringscheibe 36 ist nur wenig grösser als der Aussendurchmesser des abgesetzten Endes des Rohrstückes 34, so dass bei auf die Kugellager 35 aufgesetzter Hohlwelle 10 die Ringscheibe 36 mit wenig Spiel das Rohrstückende umschliesst und durch die Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 und das Rohrstück 34 Kraftstoff in die rotierende Kraftstoffkammer 19 eingeleitet werden kann. Die Ringscheibe 36 hat eine Kraftstoff abweisende Oberfläche und auf ihrer in der Kraftstoffkammer 19 liegenden Seite radiale Rillen 37, wodurch - zusammen mit dem geringen Spiel zwischen Scheibe 36 und Rohrstück 34 - gewährleistet ist, dass während des Betriebes kein Kraftstoff über die Kugellager 35 in die Mischkammer 3 gelangen kann und der Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 19 bei rotierendem Flügelrad mitdreht. Die Ringscheibe 36 wird zweckmässig aus  Teflon  hergestellt.

  In der zylindrischen Wandung der Kraftstoffkammer 19 befinden sich als Düsenkanäle 20 radiale Bohrungen. Die Zerstäubungseinrichtung 40 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Ring 43, der auf der Hohlwelle 10 befestigt ist. Im oberen Teil weist der Ring 43 eine ringsumlaufende Ausnehmung 43a auf, so dass zwischen Ring 43 und Hohlwelle 10 ein durch einen Ringspalt 45 zur Mischkammer 3 hin offener ringförmiger Hohlraum 46 vorhanden ist, in den die Düsenkanäle 20 münden. Die in einer zur Hohlwellenachse senkrechten Ebene liegende Stirnfläche 44 des Ringes 43 hat Einfluss auf die Zerstäubung des Kraftstoffes, wobei für das jeweilige Vergasermodell durch Variation der Stirnflächenbreite, der Lage der Stirnfläche in bezug auf die Düsenkanäle und der oberflächlichen Beschaffenheit der Stirnfläche optimale Verhältnisse erreicht werden können.

  Die Weite des Ringspaltes 45 bestimmt wesentlich die Tröpfchengrösse des zerstäubten Kraftstoffes und beträgt z.B. 0,1 mm. Zur Feineinstellung der Vergaservorrichtung ist im Scheitel der halbkugelförmigen Stirnwand 38 der Kraftstoffkammer 19 eine Luftdüse 39 vorgesehen. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung der Vergaservorrichtung sind die Flügel 11 des Flügelrades 9 auf der Hohlwelle unterhalb der Düsenkanäle angeordnet, so dass, entsprechend Fig. 1, der zerstäubte Kraftstoff die rotierenden Flügel 11 passiert. Stattdessen können entsprechend Fig. 2 die Flügel 11 auch oberhalb der Düsenkanäle angeordnet werden.



   Die Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 führt zu einer Ausgleichskammer 21, die zur Aufrechterhaltung eines knapp unterhalb des Bodens der Kraftstoffkammer 19 liegenden Kraftstoffniveaus auf bekannte Weise eingerichtet ist.



   Sobald das Flügelrad 9 durch den angesaugten Luftstrom zu rotieren beginnt, gelangt Kraftstoff aus der Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 und dem Rohrstück 34 in die Kraftstoffkammer 19, von dort durch die Düsenkanäle 20 in den ringförmigen Hohlraum 46 und aus diesem durch den Ringspalt 45 und über die Stirnfläche 44 in Form einer schirmförmigen Sprühwolke in die Mischkammer 3. Der Spalt 45 kann hierbei unabhängig von der Kraftstoffdosierung für die gewünschte Tröpfchengrösse dimensioniert werden, wobei eventuell vorkommende lokale Verstopfungen des Ringspaltes die Betriebstüchtigkeit der Vergaservorrichtung nicht beeinträchtigen.

 

   Ein besonderer Vorteil der vorstehend anhand von beispielsweisen Ausführungen beschriebenen Vergaservorrichtung besteht darin, dass eine optimale Gemischaufbereitung nicht durch Einstellungen von irgendwelchen Organen, z.B.



  Düsen, sondern durch konstruktive Massnahmen erreicht wird, wodurch eine stets gleichbleibende Betriebsweise gewährleistet ist. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Vergaservorrichtung für einen Ottomotor nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung nach jeder Spritzdüse (20) des Flügelrades (9) eine Zerstäubervorrichtung (40) vorgesehen ist, um die aus den Spritzdüsen (20) austretenden Kraftstoff-Sprühstrahlen in die Mischkammer (3) zu zerstäuben.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Vergaservorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubervorrichtung (40) einen nach jeder Spritzdüse (20) angeordneten, durch einen Spalt (42; 45) zur Mischkammer (3) hin offenen Hohlraum (41; 46) aufweist, in den die Spritzdüse (20) mündet.

   2. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (46) ein Ringraum ist, in den alle Spritzdüsen (20) münden, und der ringförmige Hohlraum (46) durch einen Ringspalt (45) zur Mischkammer (3) hin offen ist.

   3. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mischkammerseitige Öffnung des Ringspaltes (45) in einer zur Drehachse der Kraftstoffkammer (19) senkrechten Ebene liegt.

   4. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mischkammerseitige Öffnung des Ringspaltes (45) von einer in ihrer Ebene liegenden Stirnfläche (44) eines Ringes (43) umgeben ist.

   5. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (42) der Zerstäubungsvorrichtung (40) sich um eine mit der Drehachse der Kraftstoffkammer (19) koaxialen Zylinder-Mantelfläche erstreckt.

   6. Vergaservorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (9) eine zylindrische Hülse (10) aufweist, die auf ihrer einen Stirnseite durch eine Stirnwand (38) abgeschlossen ist, dass die Kraftstoffkammer (19) einerseits von der Stirnwand (38) und andererseits von einer innerhalb der Hülse angeordneten Innenwand (36) begrenzt ist, und dass die Düsen (20) radiale Bohrungen in der Mantelwandung der Kraftstoffkammer (19) sind.

   7. Vergaservorrichtung nach den Unteransprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (10) im Bereich der Düsen (20) eine Büchse (43) mit einer ringsumlaufenden inneren Ausnehmung (43a) trägt, die den ringförmigen Hohlraum (46) und den Ringspalt (45) begrenzt.

   8. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (9) mit seiner Hülse (10) in der Mischkammer (3) auf einem zur Mischkammer (3) koaxialen Rohrstück (34) der Kraftstoffzuführungsleitung (18) mittels Kugellager (35) drehbar gelagert ist, wobei die Stirnwand (38) entgegen dem Ansaugluftstrom nach oben gerichtet und das Ende des koaxialen Rohrstückes (34) mit Spiel durch die Innenwand (36) geführt ist.

   9. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (36) eine Kraftstoff abweisende Oberfläche besitzt.

   10. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (36) auf der in der Kraftstoffkammer (19) liegenden Seite radiale Rillen (37) trägt.

   11. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffkammer (19) mit einer Luftdüse (39) zum Zwecke einer Feineinstellung ausgestattet ist.

   12. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (11) auf der Hülse (10) oberhalb der Düsen (20) im Bereich der Kraftstoffkammer (19) angeordnet sind.

   13. Vergaservorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (2, 4, 5) vorgesehen ist, das einen die Mischkammer enthaltenden zylindrischen Oberteil (2) und einen die Regelklappe (8) enthaltenden Klappenstutzen (5) aufweist, wobei der Innendurchmesser des Gehäuseoberteils (2) vor der Mischkammer (3) grösser als der des Klappenstutzens und im Bereich der Mischkammer (3) gleich dem des Klappenstutzens (5) ist.

   14. Vergaservorrichtung nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (3) mindestens im Bereich des in ihr angeordneten Flügelrades (9) eine kraftstoffabweisende Oberfläche hat.