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Einspritzvergaser für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf Einspritzvergaser für Brennkraftmaschinen mit zwei nacheinander geschalteten
Durchflußdüsen und mit zwei Zumeßventilen.
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Bei Flugmotoren werden Einspritzvergaser, d. h. solche, bei denen
die Brennstofförderung dadurch bemessen wird, daß Druckdifferenzen der strömenden
Luft und des strömenden Brennstoffs gegeneinander abgewogen und damit Zumeßventile
betätigt werden, vielfach verwendet. Die Anwendung bei Flugmotoren wird durch die
verschiedenen Vorteile der Einspritzvergaser und dadurch begünstigt, daß sich die
einem Flugmotor abverlangten Leistungen relativ wenig voneinander unterscheiden
und eine im ganzen Lastbereich glatte und stetige Förderkurve keine zwingende Notwendigkeit
ist. Die Anwendung des Einspritzvergasers auf Kraftfahrzeugmotoren erwies sich vor
allem deshalb als problematisch, weil wegen der bekannten Proportionalität der an
einer Düse auftretenden Druckdifferenz zum Quadrat der Durchflußmenge pro Zeiteinheit
bei geringer Leistung weniger als der tausendste Teil der Druckdifferenzen an den
Düsen bzw. der Kräfte an den Membranen entstehen, die bei Hochleistung wirksam sind,
und deshalb bei geringer Leistung eine fehlerhafte und streuende Dosierung auftritt.
Die Möglichkeit, den ganzen Lastbereich des Motors in zwei Teilbereiche aufzuteilen,
indem man zwei Einspritzvergaser verwendet, von denen der eine erst bei wachsender
Maschinenleistung eingeschaltet wird, hat schwere Nachteile, weil nämlich beim Einsetzen
des zugeschalteten Einspritzvergasers dessen Zumeßventil mittels geringer Druckdifferenzen
dosieren muß und eine Zone fehlerhafter und streuender Gemischbildung entsteht.
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Die gleichen Nachteile hat ein bekannter Einspritzvergaser mit zwei
parallelen Durchflußdüsen und zwei Zumeßventilen, bei denen zum Zweck der Anreicherung
bei Vollast hoher Drehzahl eine Durchflußdüse und ein Zumeßventil erst bei höherer
Leistung wirksam werden.
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Es werden Einspritzvergaser mit nur einem Zumeßventil gebaut, bei
denen man der Verarmung und fehlerhaften Gemischbildung bei geringer Leistung dadurch
entgegenwirkt, daß man die Kraft der Druckdifferenz der strömenden Luft durch eine
konstante Federkraft unterstützt und gleichzeitig bei abnehmender Leistung den hydraulischen
Widerstand der Brennstoffdurchflußdüse z. B. durch eine Nadeldüse erhöht. Diese
Maßnahme bedingt eine hohe mechanische Genauigkeit und schafft keine glatte und
stetige Förderkurve in Abhängigkeit vom Luftdurchsatz. Allgemein ist jeder Punkt
im Betriebsbereich eines Einspritzvergasers stets ein kritischer, in welchem ein
Zumeßventil mittels geringer Druckdifferenzen gesteuert wird. Diese geringen Druckdifferenzen
sind beim Einsetzen und kleiner Förderung an einer Durchflüßdüse vorhanden.
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Die Erfindung betrifft im einzelnen einen Einspritzvergaser für Brennkraftmaschinen
mit zwei zwischen einer Brennstoffpumpe oder einer anderen Druckquelle und dem Brennstoffaustritt
in das Ansaugrohr angeordneten Brennstoffdurchflußdüsen und mit zwei jeweils von
einem im Ansaugrohr herrschenden Luft-Differenzdruck und außerdem von den Brennstoff-Differenzdrücken
an den Durchflußdüsen derart beeinflußten, in der Brennstoffleitung parallel angeordneten
Brennstoff-Zumeßventilen, daß nur das eine im Bereich geringer Belastung der Maschine
wirksam ist, während das andere erst bei steigender Belastung zur Wirkung kommt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die bestehenden Mängel zu vermeiden.
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Der bekannte Einspritzvergaser wird erfindungsgemäß dadurch verbessert,
daß das bei geringer Belastung wirksame Brennstoff-Zumeßventil den Brennstofffluß
durch zwei nacheinander angeordnete Durchflußdüsen oder -düsensätze steuert, während
das erst bei höherer Belastung wirksam werdende Zumeßventil dann den Brennstofffluß
durch eine der beiden nacheinander angeordneten Durchflußdüsen (Sätze) und damit
auch die Gesamtbrennstofförderung allein bestimmt, wobei in an sich bekannter Weise
das Zumeßvetil von der Brennstoff-Druckdifferenz an der einen Durchflußdüse beeinflußt
wird.
Die Wirkung des Erfindungsgegenstandes läßt sich am leichtesten
aus der Zeichnung (Ab b. 2) erkennen. In dieser Abbildung stellt die Kurve
a die von dem bei geringerer Leistung wirksamen Zumeßventil (System A) gelieferte
Brennstoffmenge GB in -Abhängigkeit von einer Druckdifferenz (im Ansaugrohr)
dar, welche ein Maß für die jeweils-angesaugte Luftmenge darstellt. Die Kurve b
stellt diejenige Brennstoffmenge dar, welche dann gefördert würde, wenn nur das
für höhere Leistung maßgebend dosierende Zumeßventil (System B) allein fördern würde.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Durchflußdüsen und Zumeßventile erzielt
man eine Gesamtförderung des Brennstoffs, welche sich jeweils auf den oberen Ästen
der Kurven a und b bewegt, d. h., bei ansteigender Druckdifferenz
wird die Brennstoffmenge zunächst nach der Kurve a bestimmt, nach dem Schnittpunkt
der beiden Kurven hingegen nach der Kurve b.
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Bei Parallelschaltung der beiden Durchflußdüsen würde die gesamte
Förderkurve b des bei höherer Leistung einsetzenden Zumeßventils wirksam werden,
im Fall der Erfindung hingegen fällt der untere Ast (bis zum Schnittpunkt) der Kurve
b weg. Dies ist ein großer Vorteil, weil nämlich die Brennstofförderung längs dieses
unteren Astes der Kurve b sonst mittels geringer Druckdifferenzen gesteuert werden
müßte, was bekanntlich zwangläufig eine fehlerhafte Dosierung und schlechte Gemischbildung
zur Folge hat. Es ergibt sich bei der Erfindung ein weicher und streuungsarmer -Übergang
beim Einsetzen der Förderung des für höhere Leistung die Gesamtförderung bestimmenden
Zumeßventils (System B).
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Das beschriebene Prinzip läßt sich auf Einspritzvergaser übertragen,
bei denen die Zumeßventile ihren Brennstoff nicht stromabwärts der Durchflüßdüsen
beziehen, sondern bei denen die Zumeßventile die stromabwärts nachgeordneten Durchfiußdüsen
speisen.
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Die Erfindung soll an Hand von Abbildungen erläutert werden.
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A b b. 1 a, 1 b und 1 c zeigen schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen
Einspritzvergasern; A b b. 2 stellt Förderkurven dar, wie sie mit Ein-Spritzvergasern
nach den A b b. l a, 1 b .und 1 c erzielt werden; Ab b.3 zeigt eine
Schemazeichnung eines Einspritzvergasers, der den Brennstoff auf die einzelnen Zylinder
verteilt.
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Die A b b. 1 a zeigt das Ansaugrohr eines Einspritzvergasers. Die
von außen, Druck L+, eintretende Luft strömt durch den großen Lufttrichter 1, Druck
L1-, und durch den engeren Durchlaß, nämlich den hier diffusorärtig ausgebildeten
kleinen Lufttrichter 2, Druck L2-, und bei höherer Leistung auch durch den von der
Klappe 4 beherrschten, parallelgeschalteten Luftdurchlaßkanal (»Parallelluftdurchlaß«)
6 weiter zu der vom Fahrer betätigten Drosselklappe 5 und zum Motor. In einem Raum,
der durch Bohrungen mit der Saugleitung an der Drosselklappe verbunden ist, entsteht
ein Druck L3-. Der kleine Lufttrichter 2 wird hier durch zwei parallele Trennwände
3 oder einen Zylindermantel abgeteilt. Die Klappe 4 beginnt den Parallelluftdurchlaß
zu öffnen, wenn z. B. die Druckdifferenz L+ -L,-, der Luftdurchsatz oder der. Öffnungswinkel
der Drosselklappe 5 gewisse Beträge erreicht haben. Es ist nicht unbedingt erforderlich,
daß der kleine Lufttrichter und der Parallelluftdurchlaß durch Trennwände 3 voneinander
geschieden werden. Es genügt z. B., wenn die Klappe 4 einen Ringspalt oder Bohrungen
freiläßt, welche dann den kleinen »Trichter« bilden.
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In A b b. 1 b ist die Brennstoffseite eines Einspritzvergasers mit
zwei Durchflußdüsen und zwei Zumeßventilen dargestellt, bei denen die Zumeßventile
den Durchflußdüsen stromabwärts nachgeschaltet sind.
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Der von der Brennstoffpumpe mit dem Druck B1+ kommende Brennstoff
fließt zunächst durch die Durchflußdüse 10, wobei eine Druckdifferenz B1+-Bi- entsteht,
die an die Membran 11 gelegt wird und diese nach rechts zu drücken versucht (Brennstoffkraft).
An der Membran 12 liegt die Druckdifferenz der strömenden Luft im großen Lufttrichter
L+-Li= und versucht -diese nach links zu drücken (Luftkraft). Die Membranen sind
miteinander und mit dem Zumeßventil 13 (System B) verbunden, und dieses gibt jeweils
so viel Brennstoff den Weg zur Austrittsöffnung in das Ansaugrohr frei, daß an der
Düse 10 eine Druckdifferenz entsteht, die der Luftkraft gerade die Waage hält. Die
Brennstoffkraft kann dabei durch die kleine, einstellbare Kraft der Feder 19 unterstützt
werden. .
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Im Bereich geringerer Belastung, höchstens soweit wie die Klappe 4
noch geschlossen ist, ist das Zumeßventil 15 (System A) allein wirksam. An
der zugehörigen Luftmembran liegt die am kleinen Trichter entstehende Druckdifferenz
L+-L2-, welche auch bei sehr geringer Leistung genügend groß ist, wenn nur der kleine
Trichter eng genug ist. Die die Membranen verbindende Stange stellt das Zumeßventi115
stets so ein, daß die an der Durchflußdüse 14 bzw. an der Brennstoffmembran entstehende
Druckdifferenz B2+-B2- der Luftkraft das Gleichgewicht halten kann. Wenn die Luftkraft
durch eine einstellbare konstante Spannung der Feder18 unterstützt wird, so wirkt
sich das bei abnehmender Leistung stärker aus und gestattet eine Anpassung der Brennstoffförderung
besonders im Leerlauf.
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Im Bereich .geringer Leistung ist die Brennstoffförderung, welche
sich über das Zumeßventil 15 (System A) ergibt, höher eingestellt als diejenige,
welche sich in diesem Bereich über das Zumeßventil 13 (System.B) ergeben
würde.
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Eine bei fallender Motorleistung stärkere Abnahme der Durchflußzahl
der Brennstoffströmung durch die Durchflußdüsen als derjenigen der Luftströmung
durch die Lufttrichter bewirkt, daß vom System B bei geringer Leistung ein zu armes
Gemisch geliefert werden würde. Im. gleichen Sinn wirkt die Kraft der Feder 19.
Der durch das Zumeßventil 15 strömende Brennstoff verursacht an der Düse
10 eine Druckdifferenz, die das Zumeßventi113 so lange geschlossen hält und
das System B unwirksam läßt, wie die Förderung des Systems A höher eingestellt ist.
Sowie bei ansteigender Maschinenleistung das Zumeßventi113 zu öffnen begonnen hat,
dosiert das System B allein die durch die Düse 10 fließende Gesamtförderung, . und
es spielt keine Rolle, welcher Bruchteil über das Zumeßventi115 zum Motor gelangt.
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Die Brennstoffseite eines Einspritzvergasers, die in A b b. 1 c dargestellt
ist, entspricht weitgehend derjenigen in A b b. l b, wenn man die Strömungsrichtung
des Brennstoffs umkehrt. Das Zumeßventi125 (System A) speist die nachgeschalteten
Durchflußdüsen
22 und 21. Seine Förderung bei sehr geringer Leistung
kann durch die einstellbare Feder 27 beeinflußt werden. Nur bei höherer Leistung
speist das Zumeßventil 24 (System B) zusätzlichen Brennstoff für die ihm nachgeordnete
Durchflußdüse 21 ein und bestimmt damit die Gesamtförderung in Abhängigkeit
von einer Druckdifferenz am Lufttrichter und der Druckdifferenz an Düse 21, wobei
letzte noch durch die einstellbare Feder 28 unterstützt werden kann. Einspritzvergaser
nach A b b. 1 c ermöglichen günstig eine Aufteilung des Brennstoffs auf die einzelnen
Motorzylinder (Ab b. 3).
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In A b b. 2 ist die von einem Einspritzvergaser nach A b b. 1 geförderte
Brennstoffmenge GB in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz am Lufttrichter des
Ansaugrohrs L+-Li-, welche ein Maß für den Luftdurchsatz ist, dargestellt. Die Kurven
a bzw. b stellen diejenigen Fördermengen dar, welche die Systeme A bzw.
B jeweils allein ergeben würden, und die Kurve der Gesamtförderung folgt,
wie schon zuvor gesagt, den jeweils am höchsten gelegenen Ästen der Kurven
a und b. Bei geringer Leistung wird die Förderung längs der Kurve
a mittels Luft-Druckdifferenzen bemessen, die weit höher sind als diejenigen, die
dort auf das erst bei höherer Leistung dosierende Zumeßventil (System B) einwirken.
Das waagerechte Stück der Kurve a entsteht, wenn die Klappe 4 bei einem bestimmten
Druck L2- öffnet. Durch Federkräfte (18, 27), die die Luftkraft unterstützen, wird
der untere Teil der Förderkurven angehoben, durch solche (19, 28), die die Brennstoffkraft
unterstützen, wird der untere Teil gesenkt. Eine Anhebung des oberen Teils der Kurve,
z. B. b bei Vollast und hoher Drehzahl, erwirkt man dadurch, daß man gleichzeitig
die Brennstoffkraft durch eine Federkraft unterstützt und die Durchflußdüse vergrößert.
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Die A b b. 3 zeigt die Schemazeichnung eines Einspritzvergasers, der
dem der A b b. 1 c entspricht, zusätzlich aber eine Verteilung des Brennstoffs auf
die einzelnen Zylinder ermöglicht. Im Bereich geringer Belastung ist allein das
Zumeßventil 37 (System A) wirksam und steuert den Brennstoffdurchfluß durch die
drei parallelen Düsen 32, wobei es von der Druckdifferenz B2+-B2- an einer dieser
parallelen Düsen und der Druckdifferenz der Luft L+-L2- am kleinen Lufttrichter
beeinflußt wird.
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Die Rückschlagventile 35 trennen die drei Brennstoffleitungen stromabwärts
dieser Durchflußdüsen voneinander. Diese sind erforderlich, wenn die Aufteilung
der Düse 32 einen Sinn haben soll und das System A bei geringer Leistung neben der
Dosierung des Brennstoffs auch die richtige Aufteilung gewährleisten soll. Bei höherer
Leistung steuert das Zumeßventil 36 (System B) den Durchfluß des Brennstoffs durch
die drei parallelen Düsen 31 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz Bi +-B1- an
einer dieser Düsen und der Druckdifferenz der Luft L+-Li- am großen Lufttrichter.
Die Druckleitung Bi- kann dabei mit der Saugleitung verbunden werden und die aus
den Düsen 31 austretenden Brennstoffstrahle können dann direkt auf die Einlaßventile
der Zylinder gerichtet werden. Zweckmäßigerweise verbindet man weiterhin die Druckleitung
B2-, anstatt wie in A b b. 3 gezeigt, mit einem Punkt stromabwärts der Düsen 31
bzw. mit der Saugleitung. Für die Brennstofförderung des Zumeßventils 37 ist dann
nicht mehr die Fläche der Durchflußdüse 32 allein, sondern eine resultierende Fläche
maßgebend, die sich aus den Flächen der Düsen 31 und 32 berechnen läßt. Die Brennstoffzuteilung
für die anderen Zylinder wird nicht verändert, wenn irgendeine der Durchflußdüsen
verstopft.
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Die Einspritzvergaser nach A b b. 1 können mit mehr als zwei Zumeßventilen
ausgestattet werden, und die Kurve der Gesamtförderung setzt sich dann aus der entsprechenden
Anzahl der jeweils am höchsten gelegenen Äste zusammen. Im allgemeinen jedoch kann
man bei Verwendung von zwei Zumeßventilen allen Anforderungen gerecht werden. In
manchen Fällen ist es ausreichend, wenn das bei geringer Leistung. wirksame Zumeßventil
vom Druck L3- (Ab b. l a) beeinflußt wird. Mit zwei Zumeßventilen,
die beide vom Druck im großen Lufttrichter L1- beeinflußt werden, kann man auch
eine, aus den zwei jeweils höher gelegenen Kurvenästen zusammengesetzte Förderkurve
und z. B. eine Anreicherung des Gemisches bei Vollast hoher Drehzahl bewirken. Man
wird jedoch meist sehr großen Wert darauf legen, daß das bei geringerer Leistung
wirksame Zumeßventil von einer hohen Luft-Druck-Differenz beeinflußt wird, wie sie
bei geringer Leistung nur an einem, in diesem Lastbereich engen Querschnitt des
Ansaugrohrs entsteht.
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Zur Steuerung der Zumeßventile können alle bekannten und denkbaren
Arten durch Druckdifferenzen beeinflußter Regelvorrichtungen verwendet werden. Wenn
man z. B. in A b b.1 den Brennstoff stets unter genau konstantem Druck 8i+ zuführt,
so benötigt man für die Steuerung der Zumeßventile 13 und 15 nur jeweils eine Membran,
an welche die Minusdrücke des Brennstoffs und der Luft gelegt werden.
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Den Einspritzvergaser der A b b. 1 c kann man so abändern, daß das
für geringere Leistung wirksame Zumeßventil 25 nicht den Durchlaßquerschnitt zu
den nachgeschalteten Durchflußdüsen regelt, sondern daß es den Querschnitt einer
Rückströmleitung zur Saugseite der Brennstoffpumpe verändert und dadurch den richtigen
Druck für die gespeisten Durchflußdüsen einstellt. Eine Steuermembran kann dabei
durch einen Kolben ersetzt werden, der gleichzeitig als Ventil dient.