DD142584A5 - Verbesserte ventilvorrichtung und verfahren zur verwendung derselben - Google Patents

Description

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Ventileinrichtung für Verbrennungsmotoren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung zur Regulierung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses für Verbrennungsmotoren und wird in der Kraftfahrzeugindustrie angewendet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß der moderne Verbrennungsmotor für Kraftfahrzeuge eine Hauptquelle der Umweltverschmutzung darstellt. Zur Regulierung von Emissionen aus dem Kurbelgehäuse und zur Entfernung von schädlichen Stoffen aus den Abgasen sind Vorrichtungen verschiedenster Art entwickelt worden. Ss wurde jedoch erkannt, daß nicht nur die Menge schädlicher Verunreinigungsstoffe erheblich verringert werden kann, sondern auch die Motorleistung und die Kraftstoffausnutzung erhöht werden können, wenn die Arbeitsweise des Motors so ist, daß unter allen Betriebsbedingungen eine im wesentlichen vollständige Verbrennung des Kraftstoffes stattfindet.

Um eine maximale Leistungsabgabe und eine hohe Kraftstoff Ökonomie von einem Verbrennungsmotor zu erhalten, ist das genaue Kraftstoff/Luft-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Ein Vergaser liefert das richtige Kraftstoff/ Luft-Verhältnis während eines Seiles des -Betriebsbereiches

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an den Motor· Jedoch wird das richtige Verhältnis nicht während aller 3?ahrbedingungen und nur bei einer bestimmten Luftdichte erzielt. Wenn das Kraftstoff/Luft-Gemisch zu fett oder zu mager ist, wird die Leistungsabgabe des Motors erheblich verringert, und die Zündung wird entweder zu schnell oder zu langsam sein. Außerdem wird der Wärmebereich der Zündkerze beeinflußt. Um ein Gleichgewicht zwischen diesen Bedingungen aufrechtzuerhalten und eine maximale leistungsabgabe bei einer bestimmten Dichte zu gewährleisten, muß das genaue Kraftstoff/Luft-Verhältnis eingehalten werden.

!Bemühungen, Vergaser auf ein so mageres Verhältnis einzustellen, daß die geforderte Werte hinsichtlich Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxid eingehalten werden, sind nicht zufriedenstellend erreicht worden. In dem Maße, wie das Mischungsverhältnis magerer wird, wird die Verteilung des Gemisches an die einzelnen Zylinder immer kritischer. Das könnte in einigen Zylindern zu einem überaus mageren Gemisch führen, wodurch Fehlzündungen entstehen können und unvermischter Kraftstoff durch den Motor geht, so daß der Kohlenwasserstoffanteil ansteigt und der Wirkungsgrad, die Leistungsabgabe und die Kraftstoffausnutzung verringern siehe

Wesentlich bessere Ergebnisse sind mit den Ventilen und den LuftZuführungseinrichtungen in den US-PS Nr. 3 693 650, 3 799 132 und 4 024 846 beschriebenen Lösungen erzielt worden, bei denen Luftstoße an den Motorkrümmer eines Verbrennungsmotors über ,fast den gesamten Drehzahlbereich des Motors zur Verbesserung der Motor-

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reaktion und der Beschleunigung geliefert werden. Derartige Ventile und Einrichtungen bieten eine automatische Verstellung infolge verschiedener Drosselklappensteilungen· Beschleunigung und Verlangsamung führten in der Vergangenheit gewöhnlich zu einem vorübergehend falschen Kraftstoff/Luft-Gemisch. Die bekannten Einrichtungen verhinderten die Abgabe übermäßiger Verunreinigungsstoffe, vor allem von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff dämpfen, an die Atmosphäre.

Bei richtiger Einstellung können die Ventile über den gesamten Betriebsbereich des Motors mitschwingen» d. h., sowohl während des Leerlaufs als auch während langen Fahrens sowie der Beschleunigung und Verlangsamung. Durch das Mitschwingen der Ventile werden Luftschwingungen erzeugt, die zur Turbulenz in der durch die Ventile und in den Vergaser strömenden Luft führen, so daß Druckwellen im unteren Teil des Vergasers und dem Krümmer entstehen. Diese Druckwellen tragen zur Verteilung des Kraftstoffes in kleinere gleichmäßigere ^xeilchengrößen sowie zur Aufrechterhaltung eines konstanten Kraftstoff/Luft-Gemischs über den gesamten Betriebsbereit bei, sowie zu besserer Verbrennung, besserem Wirkungsgrad, besserer KraftstoffÖkonomie und geringeren Abgasemissionen.

Die in dem bereits genannten US-PS ITr. 4- 024 846 beschrie bene Ventileinrichtung besteht aus einem Körper mit . einem hohlen zylindrischen Teil. In diesem ist ein mit einem Gevdnde versehenes, verstellbares rohrförmiges Gehäuse mit einer zylindrischen Kammer angeordnet. Diese Kammer dient zur Aufnahme von drei Kugeln, die

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unterschiedliche Elastizitätsgrade aufweisen. Die Dichte der Kugeln und im besonderen die letzte Kugel beeinflussen die Resonanzeigenschaften in einem großen Umfang.

Der Nachteil dieser Lösung besteht vor allem in der ungenügenden Kontrolle des zusätzlichen Luftstromes zum Motor. Das Kraft stoff/Luft-Verhältnis liegt iramer noch in einem , zu großen Bereich, so daß der Wirkungsgrad unbefriedigend ist und die Stärke der Auspuffgase eine Umweltverschmutzung darstellt. Außerdem wird noch keine vollständige Verbrennung und damit bessere Ausnutzung des Kraftstoffes erreicht*

Ziel der Erfindung ist es, einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen, die durch Abgasbelästigung hervorgerufene Umweltverschmutzung zu verringern_s die Kraftstoffausnutzung zu verbessern und die Motorleistung zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventileinrichtung für Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Körper mit einem hohlen zylindrischen Teil, in dem ein mit einem Gewinde versehenes₅ verstellbares rohrförmiges Gehäuse mit einer zylindrischen Kammer für die Aufnahme von drei Kugeln angeordnet ist, einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung, die in in entgegengesetzter Sichtung verlaufende Bohre mündet, wobei eines der Rohre mit einem Stopfen verschlossen ist_s zu schaffen» die ein auf einen

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noch engeren Bereich begrenztes Kraftstoff/Luft-Verhältnis bei nahezu allen Betriebsbedingungen des Motors ermög-: licht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sinlaß mit einem von einem der Kugelelemente besetzbaren Ventilsitz versehen ist. Das Kugelelement, das sich an dem Einlaß befindet, besteht aus einem halbharten Werkstoff, und das am weitesten entfernte Kugelelement

ist etwas weicher und unter dem hohen Vakuumdruck an dem Auslaß elastisch verformbar. Das dazwischen liegende Kugelelement besteht aus einem härteren Merkstoff, um wie ein Kolben zwischen den beiden anderen Kugelelementen zu wirken. Außerdem soll es für eine sofortige Reaktion zur Erzeugung von Kurzwellen-Luftschwingungen durch das Ventil sorgen.

Die kugelförmigen Elemente erzeugen einen begrenzten pulsierenden Luftstrom, der zu jedem bestimmten Zeitpunkt in genau dosierten Mengen dem Kraftstoff/Luft-Gemisch des Motors zudosiert wird. Die Geschwindigkeit und der Frequenzbereich der Schwingungen werden erhöht, während gleichzeitig die Menge der durch die Einrichtung strömenden Zusatzluft durch die Schaffung der Ventileinrichtung mit der engen Einlaß- und Auslaßöffnung reduziert wird. Der Ventilsitz ist auch vorzugsweise konisch, so daß Linienberührung mit einem der kugelförmigen Elemente geschaffen wird, um die Erzielung einer erhöhten Mitscbwingung während des Betriebes zu unterstützen und eine bessere Abdichtung zu schaffen, wenn der Motor stillsteht.

Zur Verhinderung eines unbeabsichtigten Drehens der aus

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zwei zylindrishen Abschnitten bestehenden Ventilkammer, die zur Veränderung der Länge der Ventilkammer zusammengeschraubt sind, sind Mittel zur Begrenzung der relativen Drehung der zylindrischen Abschnitte vorgesehen. Außerdem ist noch zur Verhinderung einer unbeabsichtigten Demontage ein Anschlag zur Begrenzung der Drehbewegung angeordnet« Die zylindrischen Abschnitte sind aus Kunststoff gefertigt. Die genannten Mittel zur Begrenzung der relativen Drehung der Abschnitte bestehen aus einem Paar fest an einen der zylindrischen Abschnitte angeformten Bügel. Die Bügel verlaufen von diesem Abschnitt an entgegengesetzten Seiten nach außen und haben nach innen -weisende Verlängerungen, die Einkerbungen aufweisen. Zur Sinrastung in diese Einkerbungen besitzt der andere zylindrische Abschnitt einen gekerbten Plansch. Zur Drehung des anderen zylindrischen Abschnittes sind die Bügel mit ihren VerLängerungen flexibel ausgebildet.

Zur Einschränkung des durch die Ventilkammer gehenden Luftströmes sind die Einlaß- und die Auslaßöffnung verhältnismäßig eng ausgebildet. Außerdem ist der Zwischenraum zwischen den Kugelelementen und der Wand der Ventilkammer gering, um den durch das Ventil gehenden Luftstrom einzuschrauben. Am oberen Ende des zylindrischen Gehäuses ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Luftfilters angeordnet, um Staubteilchen aus der einströmenden Luft zu entfernen* Der gekerbte Plansch ist ein fester Bestandteil" dieses Luftfiltergehäuses.

Der gekerbte Plansch ist ein fester Bestandteil dieses Luftfiltergehäusesο Von diesem Gehäuse geht ein Luftschlauch aus» der für die Zufuhr von kühlerer Luft an das

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In dem einen der entgegengesetzt verlaufenden Rohre ist eine Wirbelkammer angeordnet, um die öffnung des Ventils zu verzögern und die Schwingungen der Kugelelemente zu unterstützen. Die Wirbelkammer ist mit einem Längskanal verbunden. Die Auslaßöffnung des Ventiles ist über eine Versorgungsleitung, die einen verhältnismäßig geringen Innendurchmesser zur Aufrecht erhaltung der Geschwindigkeit der Luftschwingungen hat, mit dem Vergaser verbunden»

Die Länge der Versorgungs- bzw. Luftzuleitung ist verhältnismäßig kurz, um die Stärke der Luftschwingungen während der Übertragung zum Vergaser aufrechtzuerhalten.

In der Nähe des Einlasses des Ventils ist zur Schaffung eines tföerdruckes ein Gebläse angeordnet, wodurch die Ventileinrichtung besser auf den Vakuumbedarf anspricht. Dies kann sich bei Einsatz des Motors in größeren Höhen als besonders vorteilhaft erweisen, da die Ventileinrichtung dadurch bei der Erfüllung ihrer Aufgabe in der gleichen Weise, wie es bei geringeren Höhen der Pail ist, unterstützt wird.

Die Ventileinrichtung ist mit einem mit einem Einlaßkrümmer und Vergaser ausgestatteten Verbrennungsmotor verbunden«-Der Vergaser ist mit einer Drosselklappe und Gasleerlaufdüsen sowie mit einem Einlaß für die Zuführung des im wesentlichen konstant pulsierenden Luftstromes versehen, Die pulsierende Luft erzeugt in dem in den Vergaser und den Krümmer eintretenden Luftstrom Turbulenzen

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zur Bildung von Stoßwellen, die das Zerteilen des Kraft-,stoffes in kleinere einheitlichere Teilchengrößen unterstützen und ein im wesentlichen konstantes Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Zuleitung zu den einzelnen Motor zylindern über einen solchen Betriebsbereich aufrechterhalten.

Das Volumen des durch die Ventileinrichtung gehenden pulsierenden Luftstromes ist im -wesentlichen über den gesamten Betriebsbereich des Biotors gleich, mit Ausnahme während der Verlangsamung; hierbei ist der durch die Ventileinrichtung gehende Luftstrom etwas verengert,'während die Geschwindigkeit während der Verlangsamung höher ist. Ein derartiger pulsierender Luftstrom v;ird vorzugsweise unter der Drosselklappe unmittelbar unter den Gasleerlaufdüsen in den Vergaser geleitet, um die Turbulenz durch den Krümmer zu verstärken, die zum Vormischen und Zerstäuben des Kraftstoffes beiträgt, so daß ein im wesentlichen gleiches Kraftstoff/Luft-Verhältnis zu jedem Zylinder zur besseren Verbrennung geführt wird, so daß eine erhöhte Leistung, weniger Abgasverunreinigungen und verbesserte KraftstoffÖkonomie erzielt werden.

Die hohe Geschwindigkeit der in den Vergaser und den Krümmer und in geringerem Ausmaß in die Zylinder selbst gelangenden Luftschwingungen sorgt für ein gleichmäßiges Gemisch aus Kraftstoff und Luft, so daß im wesentlichen das gleiche Kraftstoff/Luft-Verhältnis in jedem Zylinder vorhanden ist, wodurch das Gesamtgemisch schneller und vollständiger verbrennt.

Die Geschwindigkeit der in den Motor gelangenden Luft-

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schwingungen kann durch die Anwendung einer Luftleitung mit geringerem'Durchmesser zwischen der Ventileinrichtung und dem Vergaser weiter erhöht und ihre Intensität durch die Anbringung der Ventileinrichtung in unmittelbarer Nähe des Vergasers besser aufrechterhalten',"werden, da das Stück, das die Luftschwingungen zurücklegen müssen, auf ein Mindestmaß reduziert ist. Im letzteren Fall sollte für die Zufuhr von kühlerer Luft zur Ventileinrichtung dadurch gesorgt werden, daß ein Schlauch von der Ventileinrichtung zur vorderen Querwand des Fahrzeuges geführt wird. Die kühlere Luft, die dichter ist, ist besser in der Lage, die durch die Ventileinrichtung verursachten Schwingungen zu übertragen, und außerdem übt sie eine leichte Kühlwirkung auf den Motor aus.

Ausf ührunpjsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils und Zusatzluftzufuhrsystems in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor,

Fig. 2: die vergrößerte Darstellung eines Teillängsschnittes durch die Ventileinrichtung von Fig. 1, die die Ventileinrichtung in geschlossener Stellung bei stillstehendem Motor zeigt,

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Fig. 3i die Darstellung eines Teillängsschnittes der Ventileinrichtung ähnlich Fig. 2, die aber die normale geöffnete Stellung des Ventils während im wesentlichen aller Betriebsbedingungen, außer der Yerlangsamung, zeigt,

Fig« 4-s die Darstellung eines Teiliängsschnittes durch die Ventileinrichtung ähnlich Fig. 3» die aber einen etvjas eingeschränkten Strömungsweg durch das Ventil zur Verringerung"des Luftstromes während der Verlangsamung zeigt,

Fig, 5>ϊ die schematische Darstellung eines Vergasers im Längsschnitt, die die Einlaßstelle in den Vergaser für die Luftschwingungen von der Ventileinrichtung in unmittelbarer Nähe der Vergaserleerlaufdüsen zeigt,

Fig.6: einen Querschnitt durch den Vergaser gemäß der Linie 6-6, in Fig. 5,

Fig. 7* die scheaatische Darstellung, die die unmittelbar neben dem Vergaser angebrachte Ventileinrichtung mit einem vom Ventileinlaß zur vorderen Querwand führenden Schlauch für die Zufuhr kühlerer Luft zur Ventileinrichtung zeigt,

Fig. 8s die schematische Darstellung einer modifizierten Form der Ventileinrichtung_s ähnlich der Ventileinrichtung der anderen Figuren, die jedoch mit einem daran angebrachten Zusatzgebläse

versehen ist«,

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In den Zeichnungen, und da zunächst in Fig. 1,ist zur Erläuterung ein herkömmlicher Verbrennungsmotor 1 für Kraftfahrzeuge mit einer bevorzugten Form eines Zusatzluftzuführungssystems 2 mit einem damit verbundenen Teil 3 gezeigt. Das Ventil und das System sind für die Anwendung bei einem Benzinmotor vorgesehen, dem ein Kraftstoff/Luft-Gemisch von einem Vergaser 4 zugeführt wird. Für Diesel- oder Motoren mit Kraftstoffeinspritzung ist es nicht geeignet.

Wie in den Fig. 2 bis 4 deutlich zu sehen ist, kann das Ventil aus einem normierten T-förmigen Plastekörper 6 mit einem hohlen zylindrischen Teil 7 und entgegengesetzt verlaufenden Rohren 8, 9 bestehen. In dem zylindrischen Körperteil 7 sitzt ein mit Ge?;inde versehenes, verstellbares rohrförmiges Gehäuse 12 mit einer zylindrischen Kammer 13 für die Aufnahme von drei Kugeln 16; 17; 18, die je einen etwas geringeren Durchmesser haben als der Innendurchmesser der zylindrischen Kammer 13 beträgt· An dem oberen Teil 19 der zylindrischen Kammer 13 befindet sich ein Ventilsitz 20, der einen konischen Verlauf 21 hat, so daß ein Ventilsitz für die benachbarte Kugel 16 geschaffen wird, die als kugelförmiges Ventilelement zur Schaffung einer besseren Abdichtung dient, wenn der Motor nicht läuft und das Ventil in der in Fig. 2 gezeigten geschlossenen Stellung steht,, Der konische Ventilsitz unterstützt auch eine bessere Reaktion für das verstärkte Mitschwingen der Kugeln während des Betriebes, wie anschließend noch ausführlicher beschrieben wird«

Zur Verbindung mit dem Inneren der zylindrischen Kammer

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13 dient eine enge Einlaßöffnung 25 im oberen Teil 19 des rohrförmigen Gehäuses 12 und eine ähnliche enge Auslaßöffnung 26 im zylindrischen Körperteil 6. Zwischen einem Randflansch am rohrförmigen Gehäuse 12 und dem benachbarten Ende des Plastekörpers 6 sitzt ein Dichtring 23» damit keine Luft, außer durch die enge Einlaßöffnung 25> in. die Ventileinrichtung eindringen kann. Wie in Fig. gezeigt wird,-kann am oberen Ende des rohrförmigen Gehäuses 12 als. angeformtes Teil ein Gehäuse 27 zur Aufnahme eines Luftfilters 28 sitzen, damit frische gefilterte Luft direkt in das Ventil einströmen kann. Der Filter 28 ist im. Verhältnis zur Einlaßöffnung 25 für das Ventil ziemlich groß, damit die Ventileinrichtung längere Z_eit ohne Reinigung oder Austausch des Filters 28 verwendet werden kann* An dem rohrförmigen Gehäuse 12 können auch angeformte Rippen 30 vorhanden sein, die sich im wesentlichen über die gesamte Außenseite erstrecken.

Innerhalb der zylindrischen Kammer 13 befindet sich neben dem dem Ventilsitz 20 gegenüberliegenden Ende eine kegelstumpfförmige geriffelte Unterlegscheibe 31» die auf einem Absatz 32 am zylindrischen Körperteil 7 aufliegt und die darin befindliche Auslaßöffnung 26 umgihrb. Die Unterlegscheibe 31 kat eine runde Mittelöffnung 33 mit einem Durchmesser, der geringer als der Durchmesser der Kugeln.16; 17; 18 ist, und eine Anzahl am Außenrand befindlicher Kerben 34·· Durch Drehen des Gehäuses 12 in bezug auf den Körper 7 wird das Gehäuse 12 axial herein- oder herausgeschoben, um den Ventilsitz 20 in Richbung auf die Unterlegscheibe 31 ^&ci von dieser wegzubeweS^en» so daß die Länge der die Kugeln 16; 17; 18 enthaltenden

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Kammer 13 verändert wird und die Kugeln in einem bestimmten Ausmaß zusammengedrückt werden. Der Drehbewegung des Gehäuses 12 kann ein entsprechender Widerstand entgegengesetzt werden, um ein unerwünschtes Drehen infolge Vibrationen oder dergleichen auszuschalten, indem ein Paar Bügel 40; 41 vorgesehen sind, die an den zylindrischen Körper 7 fest angeformt sein können und von diesem an entgegengesetzten Seiten nach außen verlaufen. Die Bügel 40; 41 haben nach innen zeigende Verlängerungen 42; 43, die Einkerbungen 44 aufweisen, damit si/e mit einem gekerbten Flansch 45 am äußeren Ende des Gehäuses 27 in Eingriff kommen können» Die aus Kunststoff bestehenden Bügel 40; 41 sind so flexibel, daß zwischen den Kerben 44 und dem gekerbten Flansch 45 ein Sinrasteffekt erzielt wird, wenn ein für dessen Drehung ausreichendes Drehmoment BQf. das Gehäuse 12 wirkt. Geeignete Zeichen können auch auf dem gekerbten Flansch 45 als Hilfsmittel für eine solche Yentileinstellung angebracht sein. Bin Anschlag 46 an einer oder beiden Verlängerungen 42; 43 verläuft vom äußeren Rand des Flansches radial nach innen, um das Ausmaß der Ventileinstellung zu begrenzen und zu verhindern, daß das Ventil demontiert wird, außer wenn so viel Kraft angewendet wird, daß die Bügel 40; so weit auseinander gespreizt werden, daß der Gehäuseflansch 45 den Kontakt mit dem Anschlag 46 verliert, indem ein oder mehrere Kugelelemente herausfallen oder ihre bevorzugte Reihenfolge verändert wird, wie anschließend beschrieben wird.

Der von der Ventileinrichtung kommende Auslaßkanal 50 ist vorzugsweise mit einer rechtwinkligen Biegung verse-

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hen, die dadurch geschaffen wurde, daß ein längs im Querteil 52 verlaufender Kanal 51 im rechten Winkel zur Auslaß Öffnung 26 im mittleren zylindrishen Teil 7 des Körpers 6 angebracht ist. Ein Ende des Längskanals 51 steht mit einer Wirbelkammer 53 an einem Ende des Querteiles 52 in Verbindung, die durch eine zylindrische Senkbohrung 54- i& ciem einen Ende und einen in ihr äußeres Ende eingesetzten Stopfen 55 gebildet wird. In dem anderen Ende des Querteiles 52 befindet sich gleichfalls eine zylindrische Senkbohrung bzw. Auslaßöffnung 56 für die Aufnahme einer rohrförmigen Versorgungsleitung 57 für die Schaffung der Verbindung zwischen dem Ventilauslaß und dem Motorvergaser 4.

Der Ventilkörper 6 und das Gehäuse 13 sind möglichst aus einem geeigneten Plastwerkstoff wie Nylon oder Csslcon hergestellt, der sich unter warmen oder feuchten Betriebsbedingungen in Gegenwart von öl und Benzindämpfen nicht nachteilig verändert. Die Kugeln 16; 17; 18 sind auch aus einem geeigneten Plastwerkstoff hergestellt, der den Temperaturbereichen, denen die Kugeln ausgesetzt sind, ohne nachteilige Auswirkungen auf die Funktion der Kugeln standhalten kann_e Bei richtiger Einstellung wird das Ventilelement 16 durch Veränderungen des Druckes, die durch das auf das Ventil durch die Luftzufuhrleitung wirkende llotorvakuum hervorgerufen wei'den, vom Sitz abgehoben, und die Kugeln 16; 17; 18 werden infolgedessen über den gesamten Betriebsbereich des Motors vibrieren und Stoßwellen in dem durch das Ventil in den Motor gehenden Luftstrom erzeugen·

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Durch die unterschiedliche Härte der Kugeln I6j 17; 18 kann eine bessere Regulierung des zum Motor gehenden Zusat zluft stromes erzielt v/erden. Der Ha up tmit schwing effekt tritt am kugelförmigen Ventilelement 16 auf, das den Ventilsitz 20 berührt und nach Bedarf den Durchgang geringer dosierter Luftmengen zuläßt. Da das Ventil auf das Motorvakuum anspricht, wird das kugelförmige Ventilelement 16 infolge seiner Herstellung aus halthartem Werkstoff und eines dafür vorgesehenen konischen Ventilsitzes 20 auf geringere Motorvakua besser ansprechen und für ein erhöhtes Mitschwingen v;ährend aller Betriebsbedingungen sorgen. Das halbharte, mit dem konischen Ventilsitz 20 in Berührung stehende kugelförmige Ventilelement 16 bietet auch eine sehr gute Abdichtung, indem es das Ventil vollständig abdichtet, wenn der Motor nicht läuft, und Feuchtigkeit fern hält. Winzige Staubteilchen und dergleichen in der Luft ermöglichen keinen jjuftdurchgang durch das geschlossene Ventil, wie es der Fall wäre, wenn das Material für das kugelförmige Ventilelement zu hart wäre.

Die Härte des Kugelelementes 18, das am weitesten von dem kugelförmigen Ventilelement 16 entfernt ist, ist vorzugsweise etwas geringer, so daß das während der Verlangsamung in dem Krümmer erzeugte hohe Vakuum bewirkt, daß das Kugelelement 18 zusammengedrückt und seitlich stärker als die anderen beiden Kugeln ausgebeult wird, wie in Fig. 4- gezeigt γ,/ird, und zwar in einem Ausmaß, daß der durch das Ventil strömende Zusatzluftstrom während der Verlangsamung etwas eingeschränkt wird. Wenn das Vakuum abfällt, wird die dazwischen liegende Kugel

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durch die N_eigung des Kugeleiementes 18, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, fest gegen das kugelförmige Ventilelement 16 gedrückt und die Öffnung geschlossen. Die Zwischenkugel 17 besteht vorzugsweise aus einem viel härteren Werkstoff als die beiden anderen Kugeln 16; 18 und wirkt dadurch wie ein Kolben zwischen ihnen, um eine sofortige Reaktion zwischen den beiden anderen Kugeln zu schaffen und Kurzwellenschwingungen der Einrichtung zu erzeugeno

Wie bereits erwähnt, haben die enge Einlaß-· und Auslaß-Öffnung 25; 26 die Wirkung, daß sie den durch die Einrichtung gehenden Luftstrom einschränken, während gleichzeitig die Geschwindigkeit der Luftschwingungen erhöht wird, so daß die durch die Kugeln 16; 17; 18 erzeugte Druckwelle beim Austritt der Luft aus der Einrichtung nicht verloren geht. Die Menge der durch die Einrichtung strömenden Luft kann.ebenfalls durch die Verringerung des Abstandes zwischen den Kugeln 16; 17; 18 und der Kammerwand 60 verringert werden. Ein solcher durch die Einrichtung strömender Luftstrom kann selbstverständlich innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden, indem das Gehäuse 12 in bezug auf den Körper 7 zur Veränderung der auf die Kugeln 16; 17; 18 wirkenden Vorbelastung in der zuvor beschriebenen V/eise gedreht wird. Das Ventil kann beispielsweise so eingestellt werden, daß annähernd 90 Standardkubikfuß Luft pro Stunde an einen 383 Kubikzoll Standardmotor mit 8 Zylindern und mager eingestelltem Vergaser geliefert werden können. Einem solchen Motor werden etwa 200 Standardkubikfuß Primärluftstrom pro Minute durch den Vergaser bei Leerlauf zugeführt..Ist dör Vergaser für die Zuführung eines fetteren Gemische eingestellt, müßte die Einstellung des

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Ventils für die Zuführung von mehr Zusatzluft verändert •werden. B_ei kleineren Motoren sollte der von dem Ventil gelieferte Zusatzluftstrom verringert werden.

Y/ährend des ersten Startens, wenn der Motor zuerst angekurbelt wird, wirkt die Kammer 53 in der Ventileinrichtung als Verzögerungskammer, die mithilft, das Öffnen der Ventileinrichtung solange zu verzögern, bis der Motor gestartet ist. Das hat den Vorteil, daß das in den Motor gelangende Kraftstoff/Luft-Gemisch vorübergehend, fett ist und das leichte Starten unterstützt.

Wenn der Motor läuft, bleibt die Ventileinrichtung offen, und der durch die Einrichtung gehende Luftstrom wird im wesentlichen über den gesamten Betriebsbereich des Motors gleich bleiben, bis auf die Verlangsamung, wie vorher erklärt wurde. Die Frequenz der durch die Kugelbewegungen hervorgerufenen Luftschwingungen wird unter den verschiedenen Fahrbedingungen über einen breiten Bereich schwanken, zum Beispiel von einer Frequenz von etwa 1500 Hz, die unter Reisebedingungen bei höheren Luftströmungsgeschwindigkeiten überwiegen... wird, und einer Frequenz von etwa 520 Hz, die bei den geringeren Luftströmungsgeschwindigkeiten unter Leerlauf und bei der Verlangsamung anzutreffen sein wird. Die Schwingungen werden gleichfalls unter den verschiedenen Fahrbedingungen unterschiedlich sein.

Sobald der Motor 1 mit dem L_auien beginnt, beginnen die Kugeln 16; 17; 18 mitzuschwingen und erzeugen in dem durch die Ventileinrichtung 3 zu dem Vergaser M- gehenden Luftstrom Stoßwellen« Das Einspritzen von zusätzlicher pulsierender Luft in den Vergaser 4- und den Krümmer 61

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erhöht die Turbulent des Kraftstoff/Luft-Gemischs und vermischt die erforderliche Luftmenge mit dem Kraftstoff an der kritischen Stelle innerhalb des Motors gründlich, so daß sich verbesserte Verbrennung und schnelles Ansprechen bei im wesentlichen allen Motordrehzahlen, ergeben. Die äußeren Randkerben 34 in ^er Unterlegscheibe 31 verursachen gleichfalls eine firbe lwirkung der durch das Ventil strömenden Luft, so daß die Luft in den Vergaser 4 und den Krümmer 61 in Schallwellen in Verbindung mit einer"Wirbelbewegung zur Erhöhung der Turbulenz eintritt·

Die rechtwinklige Biegung der AuslaßÖffnungen 26; 51 von der Ventileinrichtung und die sich entgegengesetzt erstreckende Kammer 53 tragen ebenfalls dazu bei, die Kugeln 16; 17; 18 über einen größeren Bereich zum Mitschwingen zu bringen. Die Geschwindigkeit der in den Vergaser gelangenden Luftschwingungen kann auch durch die Verwendung eines Plasteschlauches mit einem geringen Innendurchmesser für die Luftzuführleitung 57 erhöht werden. Je kürzer die.Luftzuführleitung 57 ist, umso größer wird die Druckwelle bei ihrem Eintritt in den Vergaser 4 sein.

In der Theorie gilt, je näher die Ventileinrichtung am Vergaser ist, um so besser ist ihre Wirkung. Die Ventileinrichtung muß aber entweder an einer Stelle untergebracht sein, an der sie nicht übermäßiger Hitze ausgesetzt ist, zum Beispiel an der vorderen Querwand, oder in einem anderen kühlen Abschnitt des Motorraumes, wofür eine ziemlich lange Zuleitung gebraucht wird, wie aus .Fig* 1 hervorgeht,. oder wenn sie'näher am Vergaser 4 sitat, wie es Fig« 7 zeigt,

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muß ein Luftschlauch 65 mit größerem Durchmesser von der vorderen Querwand zum Ventileinlaß (Luftfiltergehäuse 27) für die Zufuhr von kühlerer Luft zu der Einrichtung 3 vorhanden sein. Die kühlere Luft verhindert selbstverständlich, daß die Ventileinrichtting 3 zu heiß wird, und übt gleichzeitig noch eine gewisse Kühlwirkung auf den Motor aus. Die kühlere Luft ist auch dichter und daher besser in der Lage, die ihr von der Ventileinrichtung 3 verliehenen Schwingungen zu übertragen. Je näher die Ventileinrichtung 3 am Vergaser 4 untergebracht ist;, um so kürzer ist natürlich der Weg, den die Schwingungen zurücklegen müssen und 'um so weniger werden sie reduziert.

Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung ist auch besser geeignet, Veränderungen des Luftdruckes oder Veränderungen der Außenlufttemperatur festzustellen, wenn sich das Ventil selbst oder zumindest die Luftzuleitung für das Ventil in der Nähe der vorderen Querwand befinden, so daß die Ventileinrichtung auf Veränderungen der Luftdichte sowie der Temperatur anspricht und dazu beiträgt, das Kraftstoff/Luft-Verhältnis über den vollen Betriebsbereich des Motors trotz Veränderungen des Luftdruckes und der Temperatur konstant zu halten.

Bs wurde ebenfalls festgestellt, daß, wenn sich der Einlaß 66 sum Vergaser 4, durch den die Luftschwingungen von der Ventileinrichtung 3 zugeführt werden, in unmittelbarer Nähe der Leerlaufgasdüsen 67 des Vergasers 4 unter der -Drosselklappe 68 befindet, wie in den Fig., 5, 6 und 8 gezeigt wird, eine bessere Zerstäubung der Kraftstofftröpfchen und ein gleichmäßigeres Vermischen

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der Luft- und 6_asteilchen nicht nur im Vergaser, sondern auch im gesamten Krümmer 61; und in den Mo tor zylindern selbst erzielt werden, so daß eine gleichmäßigere Vertex-. lung des Kraftstöff/Luft-Cxemisches zu den verschiedenen Zylindern erfolgt und deswegen eine bessere Kraftstoffverbrennung stattfindet. Da sich die Sekundär- und Hauptvergaserdüsen (nicht dargestellt) oberhalb aier außerhalb der Drosselklappe 68 befinden, liegt der Lufteinlaß 66 von der Ventileinrichtung nicht in ihrer unmittelbaren Nähe. Trotzdem strömt das Kraftstoff/Luft-Gemisch von diesen Düsen nach unten am Einlaß 66 der pulsierenden Luft vorbei zum Vergaser 4·, so daß die Luftschwingungen äas Vormischen und Zerstäuben von Kraftstoff und Luft, wenn sich diese zu trennen beginnen, unterstützen. Durch die Anbringung des Lufteinlasses 66 im Vergaser unterhalb der Drosselklappe 68 haben die eintretenden Luftschwingungen das Bestreben, alle Niederdruckbereiche unterhalb der Drosselklappe, die sonst bei teilweiser Drosselung auftreten könnten, auszuschalten,

Wennauch die Abmessungen der verschiedenen Ventilbestandteile zur Erzeugung" unterschiedlicher Luft strömungsgeschwindigkeit en und verschieden starker Luftschwingungen von dem Ventil verändert werden können, so haben die Kugeln 16t 17; 18 doch vorzugsweise einen Durchmesser von annähernd 1/2 Zoll.

DSR Innendurchmesser der zylindrischen Kammer. 13 ist etwas größer als der Durchmesser der Kugeln 16; 17; 18, beispielsweise um 15 bis 30 Hundertstel Zoll. Auch die Eingangsöffnung 25 sollte möglichst einen Durchmesser

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von 1/8 Zoll haben, und die Ausgangsöffnung 26, der Kanal 51 in dem Körperabschnitt 6 und die Luftzuleitung 15 von der Ventileinrichtung 3 zum Vergaser 4 sollten vorzugsweise einen Durchmesser von 13/64· Zoll aufweisen· Der Durchmesser der im Körperabschnitt 6 befindlichen Wirbelkammer 53 beträgt etwa 3/8 Zolle

Das kugelförmige^Ventilelement 16 besteht vorzugsweise aus einem geeigneten Warmehartbaren Polyurethanwerkstoff mit einer Härte von etwa 89 auf der Shore-Scala. Die Kugel 18 besteht am besten aus dem gleichen Werkstoff mit einer etwas geringeren Härte, zum Seispiel 0,5 weniger eder etwa 88,5 nach Shore, wenn das kugelförmige Ventilelement eine Härte von 89 aufweist. Die dazwischen liegende Kugel 17 sollte vorzugsweise aus einem härteren YsJerkstoff wie Nylon, Teflon oder Oelcon mit wenig oder ohne Sückprallelastizität bestehen.

Zur Erzielung bester Ergebnisse sollte die Ventileinrichtung vorzugsweise mit Hilfe eines Emissionsanalysators verstellt werden, um die Ventileinrichtung am Kreuzungspunkt, an dem die CO- und HC-Emissionen v.on dem Motor am geringsten sind, einzustellen. Bei richtiger Einstellung liefert das Ventil einen im wesentlichen konstant pulsierenden Luftstrom über den nahezu vollständigen Betriebsbereich des Motors, zum Beispiel 25 bis 30 Standardkubikfuß (scfh) pro Stunde bei kleinen europäischen Motoren, 30 bis 4-0 schf bei Motoren mit Emissionsregelvergasern und 90 bis 120 scfh bei den größten Motoren mit Voremissionskontrolle. Dadurch wird gewährleistet, daß die Einstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des

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Vergasers, wie dieses auch sein mag, innerhalb eines, engen Bereiches nahezu konstant gehalten wird, beispielsweise 14,6 zu 1, plus oder minus 0,1 % bei allen Fahrbedingungen.

Bei einem Yerbrennungsmotor muß das Kraftstoff/Luft-Verhältnis zur Erzielung maximaler Leistungsabgabe oder der besten KraftstoffÖkonomie, die mit den geringsten möglichen Emissionen vereinbar ist, aufrechterhalten werden« Im allgemeinen ist es das Kraftstoff/Luft-Verhältnis, bei dem auch katalytische Auspufftöpfe mit ihrem maximalen Wirkungsgrad arbeiten. Bei praktischen Tests war es möglich, CO im wesentlichen auf Null zu reduzieren und Kohlenwasserstoffe aus den Emissionen bei der Anwendung der Ventileinrichtung bei einem mit einem katalytischen Auspufftopf ausgestatteten Motor im wesentlichen auszuschalten. Die CO- und HO-Emissionen bei einem Motor mit katalytischem Auspuff topf, jedoch ohne die Ventileinrichtung, betrugen etwa 0,090 Gramm CO pro Meile und 0,050 Gramm HC pro Meile. Mit Hilfe der Ventileinrichtung waren der CO-Anteil auf Null gesenkt und die Kohlenwasserstoffe auf etwa 0,040 Gramm pro Meile verringerte Bei anderen Tests mit der Ventileinrichtung,, aber ohne den katalytischen Umwandler, wurden die CO- und Kohlenwasserstoffanteile von etwa 30 bis 40 Gramm CO pro Meile und 1,5 bis 2,5 Gramm HC pro Meile auf etwa 4,6 bis 5 Gramm CO pro Meile und etwa 0,8 bis 1,0 Gramm HC pro Meile reduziert«,

Je magerer der Vergaser eingestellt ist, um so weniger zusätzliche pulsierende Luft sollte durch die Ventileinrichtung in den Kraftstoff/Luft-Weg des Motors zur

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Aufrechterhaltung des vorgesehenen Kraft st off /Luft -Verhältnisses innerhalb enger Grenzen bei allen Fahrbedingungen geliefert werden. Wenn dem Motor fettere Kraftstoff /Luft-Gemische zugeführt werden, wie es bei älteren Kraftfahrzeugen der Fall ist, müßte zur Erzielung der besten Ergebnisse die Menge zusätzlicher pulsierender, mit Hilfe der Ventileinrichtung zugeführter Luft erhöht werden, indem die Einstellung der Ventileinrichtung zur Erhöhung des hindurchgehenden Luftstromes verändert wird.

In Figo 8 ist eine modifizierte Form der erfindungsgemäJSen Ventileinrichtung 3^f gezeigt, die im wesentlichen der beschriebenen Ventileinrichtung gleich ist, so daß die gleichen Bezugsziffern, denen ein Strichsymbol folgt, aur Bezeichnung gleicher Teile verwendet wurden. Außerdem ist noch ein Zusatzgebläse 70 außerhalb des Ventils 3¹ zur Schaffung eines Überdruckes an der Einlaßöffnung 25' des Ventils vorhanden. Durch ein Zusatzgebläse spricht das Ventil besser auf den Vakuumbedarf an, und bei praktischen Tests wurde ermittelt, daß das Ventil mit eingeschaltetem Gebläse zu eip.er weiteren Verminderung der Emissionen und folglich zu besserer Leistung und besserer Kraftstoffausnutzung führt. Das Gebläse 70, das als Turbolader wirkt, ist so nah wie möglich am Ventileinlaß anzubringen, indem es z. B. direkt am oberen Ende 71 des rohrförmigen Gehäuses 12 · außerhalb des Filters 28· untergebracht wird. Eine solche Kombination von Ventil und Gebläse hat sich ganz besonders günstig für die Erzielung besserer Motorleistung bei Bergfahrten oder beim Betreiben des Motors in großen Höhen erwiesen, da das Gebläse einen Überdruck an der Einlaßöffnung er- zeugt«

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Wenn auch, die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Aus führung sf ο πα beschrieben ?jorden ist, so ist doch klar, daß geeignete Veränderungen Oder Modifikationen dem Fachmann heim Lesen und Verstehen dieser Spezifikation einfallen werden. Die Erfindung umfaßt alle derartigen Modifikationen und Abänderungen und ist lediglich durch den Geltungsbereich der Ansprüche begrenzt.

Claims (9)

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   - 25 Erfindung; sanspruch

   Ventileinrichtung für Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Körper mit einem hohlen zylindrischen Teil, in dem ein mit einem Gewinde versehenes, verstellbares rohrförmiges Gehäuse mit einer zylindrischen Kammer für die Aufnahme von drei Kugeln angeordnet ist, einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung, die in in entgegengesetzter Richtung verkaufende Rohre mündet, -wobei eines der Rohre mit einem Stopfen verschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Einlaß (19) mit einem, von einem der Kugelelemente (16; 17; 18) besetzbaren Ventilsitz (20) versehen ist, der einen konischen Verlauf (21) hat, wobei das Kugelelement (16) zur Erreichung einer Reaktion bei geringeren Vakuumdrücken an dem Einlaß (19) aus einem halbharten Werkstoff besteht, und das aus weitesten von dem Kugelelement (16) entfernte Kugelelement (18) zur Verringerung des durch das Ventil gehenden pulsierenden Luftstromes unter den Bedingungen eines hohen Vakuumdruckes an dem Auslaß etwas weicher und unter dem hohen Vakuumdruck an dem Auslaß elastisch verformbar ist, und daß das zwischen den beiden Kugelelementen (16; 18) sitzende Kugeleleinent (17) aus einem härteren Werkstoff besteht, um wie ein Kolben zwischen den beiden anderen Kugeleleinenten (16; 18) zu wirken und dazwischen für eine sofortige Reaktion zur Erzeugung von Kurzwellen Luftschvängungen durch das Ventil zu sorgen.

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3. 2. Ventileinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet

   dadurch, daß zur Verhinderung eines unbeabsichtigten Drehens der aus zwei zylindrischen Abschnitten (12; 7) bestehenden Ventilkammer» die zur Veränderung der Länge der Ventilkammer zusammengeschraubt sind, Mittel zur Begrenzung der relativen Drehung der zylindrischen Abschnitte (12; 7) vorgesehen sind, sowie zur Verhinderung einer unbeabsbhtigten Demontage ein Anschlag (4-6) zur Begrenzung • der Drehbewegung.

   3» Ventileinrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die zylindrischen Abschnitte (12; 7) aus Kunststoff bestehen und die Mittel zur Begrenzung der relativen Drehung .dieser Abschnitte (12; 7) aus
   einem Paar .fest an einen der zylindrischen Abschnitte (12; 7) angeformten Bügel (40; 41) bestehen - und von diesem an entgegengesetzten Seiten nach außen verlaufen, wobei die Bügel (40; 41) mit nach innen weisenden Verlängerungen (42; 43)» die Einkerbungen (4¹O aufweisen, versehen sind, und daß
   zur Einrastung in die Einkerbungen (44) der andere zylindrische Abschnitt einen gekerbten Flansch
   (45) besitzt, wobei zur Drehung des anderen zylindrischen Abschnittes die Bügel (40; 41) mit ihren
   Verlängerungen (42; 43) flexibel ausgebildet sind,

   4» Ventileinrichtung nach den Punkten 1 bis 3> gekennzeichnet dadurch, daß zur Einschränkung des durch
   die Ventilkammer gehenden Luftstromes, die Einlaßöffnung (25) und die Auslaß öffnung (26) verhältnis*-·

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   mäßig eng ausgebildet sind.

   5· Ventileinrichtung nach den Punkten 1 bis 4-, gekennzeichnet dadurch, daß zur Einschränkung des durch die Ventilkammer gehenden Luftstromes der Abstand zwischen den Kugelelementen (16; 17; 18) und der Wand (60) der Ventilkammer gering ist.
5. 6. Ventileinrichtung nach den Punkten 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß am oberen Ende des zylindrischen Gehäuses (12) ein Gehäuse (27) zur Aufnahme eines Luftfilters (28) angeordnet ist, wobei der gekerbte Flansch (4-5) ein fester Bestandteil dieses Gehäuses (27) ist.

   ,7. Ventileinrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß ein Luftschlauch (65) von dem Gehäuse (27) für die Zufuhr von kühlerer Luft an das Ventil ausgeht. .
6. 8. Ventileinrichtung nach den Punkten 1 bis 71 gekennzeichnet dadurch, daß in dem einen der entgegengesetzt verlaufenden Rohre (8; 9) zur Verzögerung der Öffnung des Ventils und zur Unterstützung der Schwingungen der Kugelelemente (16; 17; 18) eine 1irbeikammer (53) angeordnet ist, die mit einem Längstunnel (51) in Verbindung steht.
7. 9. Ventileinrichtung nach den Punkten 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Auslaßöffnung (56) über eine Versorgungsleitung (^7). die einen verhältnis-

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   mäßig geringen Innendurchmesser zur Aufrechterhaltung der Geschwindigkeit der Luftschwingungen hat, mit dem Vergaser (3) verbunden ist.

   10» Ventileinrichtung nach Punkt 9> gekennzeichnet dadurch, daß die Länge der Versorgungs- bzw. Luftzuleitung (57) verhältnismäßig kürz ist, um die Stärke der Luftschwingungen während der Übertragung zum Vergaser (4) aufrechtzuerhalten.
9. 11. Ventileinrichtung nach den Punkten 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß in der Nähe des Einlasses zur Schaffung eines Überdruckes ein Gebläse (70) angeordnet ist.

   12c Ventileinrichtung nach den Punkten 1 bis 11, gekennzeichnet d_adurch, d_aß diese mit einem mit Einlaßkrümmer (61) und Vergaser (4) ausgestattetem Verbrennungsmotor (1) verbunden ist, v;obei der Vergaser (4) mit einer Drosselklappe (68) und Gasleerlaufdüsen (67) sowie mit einem Einlaß für die Zuführung des im wesentlichen konstant pulsierenden Luftstromes versehen ist, und daß die pulsierende Luft in dem in den Vergaser (4) und den Krümmer (61) eintretenden Luftstrom Turbulenzen zur Bildung von Stoßwellen erzeugt, die das Zerteilen des Kraftstoffes- in kleinere einheitlichere Teilchengrößen unterstützen und ein im wesentlichen konstantes Kraftstoff/Luft-Gemisch zur Zuleitung zu den einzelnen Motorzylindern über einen solchen Betriebsbereich aufrechterhalten.

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   13o Venti!einrichtung nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß diese dicht neben dem Vergaser (4) angebracht ist und der Luftschlauch (65) zur Zuführung kühlerer Luft vom Motor (1) wegführt·

   .Seilen Zeichnungen