DE1926758A1 - Fallstromvergaser - Google Patents

Description

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PATENTANWALT* g_{ss den g m± 6g}

Dr. Andrejewski (^₂ 8lO/Ti)

Dr.-Ing. Honke
43 Essen, Kettwiger Str. 36

(Am Hauptbahnhol liditburg)
Telefon 225802/03

ACF Industries, Incorporated in New York (USA)

Fallstromvergaser

Viele Jahre hinduroh wurden die bei Automobilverbrennungsmotoren in Verwendung stehenden Vergaser mit annähernd stöchiometrischem oder sogar reicherem Gemischverhältnis betrieben. Unter sttichiometrischem Gemischverhältnis wird diejenige Menge von Kraftstoff und Luft verstanden, die in einen Verbrennungsraum in einen Verhältnis geleitet wird, das eine vollständige Verbrennung des Kraftstoff-Luftgeisiaches gewährleistet. Wird mehr Kraftstoff als Luft angeliefert, so wird das Gemisch als fett bezeichnet. Wird weniger Kraftstoff angeliefert als erforderlich ist, so spricht man von einem mageren Gemisch. Obwohl im Verbrennungsraum jedes Zylinder» eines Explosionsmotors auch bei kraftstoff» armen Gemischen der Verbrennungsvorgang eingeleitet werden kann, so gibt es doch eine Grenze, jenseits welcher dieser Verbrennungsvorgang entweder unsicher und zufällig oder aber Überhaupt nicht stattfindet. Sowohl die ungleichmäßige Zündung als auch das völlige Unterbleiben sles Verbrennungsvorganges müssen vermieden werden, weil

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beides eine Vermehrung der in die freie Luft gelangenden giftigen Abgase durch den Auspuff des Motors verursacht. In neuerer Zeit erlassene diesbezügliche gesetzliche Bestimmungen fordern eine Verminderung der giftigen Auspuffgase und alle modernen Vergasersysteme werden nach diesen Kriterien konstruiert.

Viele Hassnahmen wurden bereits vorgeschlagen, um den Verbrennungsvorgang im Verbrennungsraum des Zylinders zu verbessern und sowohl die Ansaugleitung als auch den Vergaser zu vervollkommnen. Dennoch weisen die heutigen Vergaserkonstruktionen gewisse Unzulänglichkeiten auf, die zumindest bei einem Teil des Betriebsbereiches, für den der Vergaser gebaut ist, zu nicht zufriedenstellenden Ergebnissen führen. Derzeit sind die Vergaser mit einem zumeist als Klappe ausgebildeten Drosselventil ausgestattet. Wenn nun auf einer Seite dieser Drosselklappe eine grössere Menge Kraftstoff angeliefert wird als auf der anderen, so kann, und meistens ist dies auch der Fall, eine ungenügende Vermischung zwischen Luft und Kraftstoff unter der Drosselklappe entstehen. Ausserdem liegt die Drosselklappe normalerweise unmittelbar über dem Befestigungsflansch des Sammelansaugrohres, wodurch weder genügend Zeit noch Raum vorhanden sind, um allfällige ungünstige Mischverhältnisse zwischen Luft und Brennstoff zu korrigieren.

Bei den Vergasern herkömmlicher Bauart ist die Einrichtung für die Kraftstoffversorgung im Leerlauf ein besonderes Problem. Im allgemeinen wird bei diesen Konstruktionen der Kraftstoff durch eine verlängerte Öffnung in der Mischkammerwand sowie durch eine Einstellöffnung eingeführt, die sich unter der verlängerten Öffnung ebenfalls in der Wand der Mischleitung befindet. Nun kommt es sowohl bei Standgasbetrieb als auch bei teilweiser Betätigung der Drosselklappe des öfteren vor, dass der Kraftstoff aus diesem Teil der Einrichtung mit ungenügender Ge-

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schwindigkeit in den Luftstrom eingeschleust wird. Dies hat zur Folge, dass ein Teil des Kraftstoffs an den Seiten der Mischkammer herabrieselt. Es liegt auf der Hand, dass dieser herabrieselnde Kraftstoff keiner guten Verdampfung oder Versprühung zugeführt werden kann.

Wird nun die Drosselklappe weiter geöffnet, so wird die Hauptkraftstoffzuführung beginnen, Kraftstoff anzuliefern, u.zw. normalerweise zum Mittelpunkt des Gemischkanales an einer über der Drosselklappe befindlichen Stelle. Bei teilweiser Betätigung der Klappe und selbst wenn der Kraftstoff in das Zentrum der Leitung abgegeben wird, kann sich im Bereich der Drosselklappe eine ungleichmässige Luftströmung bilden, wodurch es wiederum im Bereich unter der Klappe selbst zu keiner homogenen Mischung von Luft und Kraftstoff kommen kann.

Aus diesen Überlegungen geht hervor, dass man mit einem im Hinblick auf eine bessere Vermischung von Kraftstoff und Luft konstruierten Vergaser günstigere Bedingungen schaffen kann.

Der erfindungsgeniässe Vergaser geht aus von einem Vergaser mit konstantem Kraftstoffniveau, Mischkanal und einer über dem Kraftstoffspiegel eingebauten Drosselklappe. Erfindungsgernäss sind zwei verschiedene Zufuhrkreise für den Brennstoff vorgesehen. Der erste liefert den Kraftstoff durch eine neben dem oberen Rand der Drosselklappe liegende Düse, der zweite liefert den Kraftstoff zu einer über der unteren Kante der Drosselklappe liegenden Stelle, wobei sich die Ausdrücke "obere" und "untere" Kante auf diejenige Stellung der Drosselklappe beziehen, in welcher der Motor im Leerlauf betrieben wird (Standgas), üs wird also ein Drosselklappenventil verwendet, das ziemlich weit weg vom Befestigun^sflane cn angebracht ist.· Das Drosselklappenventil wird vorzugsweise über dem kraftstoffspiegel im ichwimmergehäuse eingebaux. j£s sind zwei verschiedene Kraftstoffsufuhrkreise vorgese-.en,

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BAD ORlGUNAt

die beide mit den beweglichen Rändern der Drosselklappe zusammenwirken. Der erste dieser Kraftstoffzufuhrkreise führt zu einer Kraftstoffdüse, die teilweise durch eine der Drosselklappenkanten abgeschlossen ist. Der zweite führt zu einer Kraftstoffdüse, die unmittelbar über der oberen Fläche der Drosselplatte angebracht ist. Zusätzlich besitzt der zweite Kraftstoffzufuhrkreis eine zweite Düse, die über eine Einstellschraube für die Einstellung der Kraftstoff zufuhr bei Leerlauf sorgt. G-emäss einer Weiterbildung besitzt der Vergaser noch eine Kraftstoffdosiernadel, die von der Drosselklappe gesteuert ist und die gesamte Kraftstoffmenge für beide Zufuhrkreise einstellt. Eine weitere Kraftstoffdisiereinrichtung, die über das Drosselklappenventil gesteuert wird, ist in den ersten Zufuhrkreis für den Kraftstoff eingeschaltet, wodurch dieser in die Lage versetzt wird, den Kraftstoff über einen grösseren Bereich der Klappenöffnung anzuliefern. Vorzugsweise werden die beiden Kraftstoffdüsen beider Zufuhrkreise den Kraftstoff an solchen Stellen der Mischkammer einspritzen, die etwas weiter entfernt von der Wand der erwähnten Kammer liegen. Um eine noch bessere Vermischung der Luft mit dem Brennstoff herbeizuführen, ist zweckmässig, an einer Stelle zwischen der Drosselklappe und dem Befestigungsflansch des Vergasers ein Venturitrichter vorgesehen.

Weitere Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.

Fig. 1 stellt einen Schnitt eines Ausführungsbeispieles des Vergasers dar. Fig. 2 ist eine Detailansicht einer Kraftstoff düse. Fig. 3 ist eine Draufsicht auf ein Detail von Fig. 2. Fig. 4 stellt den Grundriss eines Zweikanalvergasers dar und Fig. 5 zeigt im Schnitt die Befestigung eines solchen Zweikanalvergasers am Sammelansaugstutzen.

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ORlGlNAl. INSPECTED

Der Vergaser Io "besteht aus einer Mischkammer, die allenfalls mit einem Venturitrichter 14 ausgestattet sein kann, der sich unter der Drosselklappe und über dem üblichen Befestigungsflansch 16 befindet. Der flansch 16 dient zur Befestigung des Vergasers an einem Sammelansaugrohrsystem in der herkömmlichen Weise. Der Vergaser besitzt 'ferner einen Kraftstoffbehälter 2o, der mit dem üblichen Schwimmer 21 und einem Nadelventil 23 ausgerüstet ist, welches den Kraftstoffzufluss in den Schwimmerbehälter regelt. Der Schwimmer 21 und die Nadel 23 sorgen dafür, dass im Schwimmerbehälter 2o stets ein konstanter Brennstoffstand herrscht.

In der Mischkammer 12, über dem Brennstoffspiegel im Schwimmergehäuse befindet sich eine drehbar gelagerte Welle 28, auf der eine Drosselklappe 3o befestigt ist. An der

ist
Welle 28/ein Hebelarm 32 mit einer Bohrung 34 befestigt, die zur Verbindung mit einer Drosselventilsteuerstange dient, welche ihrerseits mit dem bekannten 3?usshebel des Automobils verbunden ist.

Eine mechanisch gesteuerte Reglerstange 36 ist im Schwimmergehäuse aufgehängt. Sie hat an ihrem unteren Ende verschiedene Durchmesser, um den Kraftstoffzufluss durch die Reglerdüse 38 einzustellen, sodass der Zufluss des

Brennstoffes in die Leitung 39 gesteuert wird. Die Stange 36 wird durch die Bewegung der Drosselklappe betätigt und zwar durch Verbindung mit dem in Lagern 42 drehbar gelagerten Arm 4o. Ein Ende des Armes 4o ist mit dem Drosselhebel mittels der Stange 44 verbunden. Wenn der Hebel 32 im Uhrzeigersinn schwenkt, wird die Verbindungsstange 44 nach unten gezogen und der Arm 4o hebt sich, um die Einstellnadel 36 nach oben zu ziehen. Wenn die Stange 36 nach oben bewegt wird, tritt ein kleinerer Durchmesser der Stange in die Düse 38, wodurch eine grössere Menge Brennstoff in die Leitung 39-einfliessen kann. An einem ihrer Enden gabelt sich die Leitung 39 in zwei getrennte Leitungen 5o, 52.

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Die leitung 5o mündet in eine Kraftstoff düse 54, .die an der Innenseite der Gemischleitung unmittelbar über der Drosselplatte 3o angebracht ist. Von einem horizontalen Abschnitt der leitung 5o geht eine zweite Leitung 55 aus, die in die Düse 56 mündet, welche ebenfalls um einen kleinen Betrag in die Mischleitung 12 herausragt. Eine Einstellschraube 57 mit einem konischen Ende 58 regelt im Zusammenwirken mit dem inneren Ende der Düse 56 den Zufluss des Brennstoffes.

Die Kraftstoffleitung 52 reicht bis auf die gegenüberliegende Seite des Vergasers und steht mit einem senkrechten Durchlass 6o in Verbindung, der seinerseits wieder mit einem waagrechten Kanal 61 und mit der Kraftstoffeintrittskammer verbunden ist. Der Kanal 61 besitzt eine Entlüftungsöffnung 63f eine Spardüse 64 sowie eine zweite -Entlüftungsöffnung Eine Düse 66 ist in die Wand der Gemischkammer eingepresst und stellt somit die Verbindung zwischen dieser und der Kraftstoffeintrittskammer 62 her. Von den beiden Entlüftungs— öffnungen 63, 65 kann die eine oder die andere mit Luftreglsreinrichtungen ausgestattet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Lufteinstellung bei der Öffnung 65 durchgeführt. Ein Einstellventil 7o ist mit einem Schwenkarm 71, der bei 72 drehbar gelagert ist, verbunden. Das andere Ende des Armes 71 ist mittels einer Stange 74 mit dem Hebel der Drosselklappe 32 in der Weise verbunden, dass, sobald die Klappe geöffnet wird, das Einstellventil 7o die Öffnung 65 nach und nach schliesst. Die Düse 66 hat einen rechtwinkligen Querschnitt (Fig. 2, 3) und tritt in den Schlitz 31 der Drosselklappe 3o ein, wenn sich diese in geschlossener Stellung (Leerlauf) befindet. Das innere Ende 33 des Schlitzes wirkt mit dem äusseren Ende der Düse 66 in annähernd gleicher Weise zusammen, wie die Kante der Drosselklappenplatte mit der Kraftstofföffnung für Standgasbetrieb bei den Vergasern herkömmlicher Art.

Der beschriebene Vergaser eignet sich für alle normalen Betriebsbedingungen, d.h. für einen Bereich, der von der Standgas-(Leerlauf-)Stellung bis zur weit geöffnetem Droesel-

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klappe reicht. In der beschriebenen Ausführungsform sind hingegen keine Einrichtungen vorgesehen, die zum Ausgleich von Übergangs-oder zeitweise auftretenden Betriebsbedingungen dienen.

Selbstverständlich können eine Beschleunigungspumpe sowie Einrichtungen zum Kaltstarten und Anwärmen des angereicherten Gemisches eingebaut werden, um den Kraftstoffzufluss bestimmten Übergangs- oder zeitweise auftretenden Betriebsbedingungen anzupassen. Die Steuerung der Einstellnadel kann noch dadurch verbessert werden, dass deren Bewegung in Abhängigkeit von dem in der Ansaugleitung des Motors bestehenden Vakuum gebracht wird. Diese Art der Steuerung einer Einstellnadel ist aus der US-Patentschrift Nr. 2,329.748 bekannt. Diese Steuereinrichtung gestattet die Einstellung eines maximalen Kraftstoff/lusses, wenn der Unterdruck in der Ansaugrohrleitung des Motors unter einen vorbestimmten Wert fällt, wie dies bei teilweise geöffnetem Drosselventil und hoher Belastung des Motors auftreten könnte.

Der erfindungsgemässe Vergaser arbeitet wie folgt: Bei mit Standgas laufendem Motor strömt eine für den Betrieb unter diesen Bedingungen genügende Luftmenge durch den Vergaser. Die Drosselklappe 3o ist im wesentlichen geschlossen und etwas Luft streicht an ihr vorbei. Dabei strömt Luft in den oberen Teil der -Uüse 66 und am Rande des Schlitzes 33 der Drosselklappe vorbei. Eine gewisse Kraftstoffmenge wird dadurch mitgerissen und es strömt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch unter dem Drosselventil ein. An der gegenüberliegenden Seite der Mischkammer nimmt die bei der Düse 54 eintretende Luft aus dem Kanal 5o eine gewisse Menge Kraftstoff mit und vermischt sich mit diesem im Kanal 55» worauf das Gemisch durch die Düse 56 einströmt. Die endgültige Einstellung der Leerlauf kraft stoff menge geschieht mittels der Einstellschraube Unter diesen Betriebsbedingungen strömt also der erforderliche Kraftstoff nicht nur von beiden Seiten der Gemischkamiaer ein, sondern es findet dies an Stellen statt, die von den Gehäuse-

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wänden entfernt sind, sodass die an der Drosselklappe vorüberstreichende Luft den Kraftstoff mitreisst und sich mit diesem zu einem homogenen Gemisch verbindet. Der Ventuitrichter 14 unter den Düsen fördert die Vermischung der -Luft mit dem Brennstoff. Sobald die Drosselklappe aus der Leerlaufstellung bewegt wird, öffnet sich die Düse 66 immer mehr und in dem Augenblick, wo die Klappe über der Düse zu liegen kommt, ist die Düse 66 dem Unterdruck der Ansaugleitung ausgesetzt, wodurch der Zufluss von Brennstoff'durch diese Düse zunimmt. Kurz nachdem die Drosselklappe die Düse 66 verlassen hat, setzt der Kraftstoffzufluss durch die ^üse 54 ein, weil die bei der Düse 54 vorbeis&reichende Luft am Drosselende einen Unterdruck erzeugt, der genügt, um den Brennstoffzufluss einzuleiten. In diesem Augenblick strömt Kraftstoff aus den Düsen 66, 54 und 56. Da aber, wie oben erwähnt, die gesamte Kraftstoffmenge an Stellen austritt, die von der Gehäusewand entfernt sind, findet eine besonders homogene Vermischung des Kraftstoffes mit der Luft statt.

Bei weiterem Öffnen der Drosselklappe und Einströmen des Kraftstoffes durch alle drei Düsen, wie oben beschrieben, wircP die Einstellnadel 36 durch die mechanische Verbindung mit der Drosselklappe allmählich aus der Düse 38 herausgezogen, wodurch einer der schwächeren Durchmesser des Nadelendes 36 derart in der Düsenöffnung zu liegen kommt, dass die richtige Menge Kraftstoff durch die Leitung 39 fliessen kann.- Bei ganz geöffneter Drosselklappe liegt der schwächste Durchmesser der Nadel 36 in der Düse. Der in der Leitung 39 befindliche Brennstoff wird weiterhin an alle drei -^sen 54, 56 und 66 verteilt.

Man würde nun erwarten, dass der Kraftstoffzufluss durch die Düse 66 abnehmen sollte, sobald die Klappe 3o diese ^üse verlassen hat. Dies ist jedoch nicht der Fall, weil daa Ventil 7o, in Abhängigkeit von der Drosselbewegung die Entlüftungsöffnung 65 für den Leerlaufbetrieb zu schliessen beginnt. Nun

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hat aber das Drosseln der Öffnung 65 eine Gemischanreicherung im Raum 62 zur Folge, was wiederum den Zufluss von Kraftstoff durch die Düse 66 erhöht. Der Ventilteil 70 und die öffnung 65 bilden daher eine Regelvorrichtung für den Kraftstoffkreis, der die Düse 66 versorgt. Man könnte diese Einstellung auch durch andere Mittel erzielen, z.B. durch eine Bohrung mit veränderlichem Durchmesser beim Economizer oder durch Einbau eines Ventils ähnlich wie Ventil 70 bei der öffnung 63 oder sogar durch Anbringen einer Einstellnadel im Kanal 6Oo

Der beschriebene Vergaser bietet viele Vorteile gegenüber den herkömmlichen Konstruktionen. Die Tatsache, dass die Kraftstoffdüsen an von der Gehäusewand entfernten Stellen angeordnet sind, sichert eine gute Vermischung von Luft und Kraftstoff, wenn die Luft an der Drosselklappe vorbeistreicht. In den von der Drosselklappe bestrichenen Teilbereichen sind ausserdem die Mengen an Luft und Kraftstoff die an jeder Seite der Drosselklappe vorüberstrechen, annähernd gleich und zwar in einem bisher nicht erreichten Masse. Dies ist besonders wichtig, wenn man die Auspuffgasentwicklung berücksichtigt, die bei der im Bereiche der Grosstadt, wo die Luftverunreinigung ein Problem darstellt, allgemein üblichen Geschwindigkeitsbegrenzungen von 80 km/h auftritt. Eine Geschwindigkeit von 80km/h entspricht aber nur einer teilweisen öffnung des Drosselklappenventils. Es muss ferner darauf hingewiesen werden, dass die Vermischung und damit die Verteilung des Kraftstoffes an die einzelen Zylinder durch den als Venturitriohter gestalteten Teil 14 des Vergasergehäuses, der ein gutes Stück unter der Drosselklappe liegt, noch gefördert werden·

Der Vergaser kann auch als Zwei-oder Vierkanal-Vergaser hergestellt werden. Eine zweikanalige Ausführung ist in Draufsicht in Pig. 4 dargestellt. Hier sind untereinander gleich ausgebildete Vergaserkanäle Seite an Seite angeordnet. Die in dieser Pig. verwendeten Bezugsziffern sind dieselben wie in Pig. 1, nur mit dem Unterschied, dass die zu einer Vergaaerseite gehörenden Teile den Buchstaben A

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tragen. /V

Pig. 5 zeigt eine Teilansicht eines Ansaugsystems _r wie es üblicherweise bei 8-Zylinder-V-Motoren verwendet wird. Der Gemischkanal 12 des Doppelkanalvergasers lässt die Kraft-Luftmischung in eine Sammelleitung 82 einströmen, von wo eine Zweigleitung 83 das Gemisch in die verschiedenen Zylinder führt. In ähnlicher Weise führt die Leitung 12A das Gemisch in die Sammelleitung 84, von wo.es durch die Leitung 85 zu den einzelnen Zylindern gelangt. Bei. V-Motoren ist es im allgemeinen üblich, die betreffenden Gemischräume derart zu trennen, dass eine Zylinderreihe von der einen, die zweite Zylinderreihe von der anderen Gemischleitung gespeist werden. Es können jedoch auch die Ansaugleitungen so angeordnet sein, dass die tiammelleitung einer Seite der Ansaugleitung zwei Zylinder einer Reihe und zusätzlich zwei Zylinder der anderen Reihe versorgt.

Patentansprüche:

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Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE :

1.) Fallstromvergaser mit einer eine Mischkammer ent—

Bohrung, einem Kraftstoffzufuhrsystem zur Beibehaltung eines konstanten KraftStoffniveaus sowie einem Drosselklappenventil, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (30) sich an einer dem Kraftstoffniveau naheliegenden Stelle in $er Kraftstoffzuführung befindet, wodurch eine verlängerte Mischzone unter der Drosselklappe (30) entsteht, und dass ein erster Kraftstoffkreis zur Anlieferung von Kraftstoff neben der höheren Seite der Drosselklappe (30) und ein zweiter Kraftstoffkreis in der Nähe der niedrigeren Seite der Drosselklappe (30) vorgesehen sind.

2. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Drosselklappe (30) eine verengte Zone mit einem Venturitrichter (14) angeordnet ist.

3. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düse (66) für den ersten Kraftstoffkreis vorgesehen ist, wobei diese Düse um einen kleinen Betrag in dem G-emischkanal (12) hineinragt und dort mit der höheren Seite der Drosselklappe (30) zusammenwirkt.

4. Vergaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlitz (31) in der höheren Seite der Drosselklappe (30) vorgesehen ist, der die Düse (66) teilweise umgibt (Fig. 3).

5. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Entlüftungsöffnung (63, 65) für den ersten Kraftstoffzufuhrkreis vorhanden ist, in dem eine Einrichtung (70, 71, 74) zur Anreicherung des Gemisches vorgesehen ist, wobei diese Anreicherungseinrichtung mit der Bewegung der Drosselklappe (30) gekoppelt ist.

6. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den zweiten Kraftstoffzufuhrkreis ein oberes und ein unteres Kraftstoffauslassrohr (54» 56) vorgesehen ist, wobei das obere Rohr (54) über der niedrigeren Seite der

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Drosselklappe (30) und das untere Rohr (56) unter der Drosselklappe (3.0) angebracht ist, und wobei beide Rohre (54, 56) den Kraftstoff von den Bohrungswänden weg einlassen.

7. Vergaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leerlaufkraftstoffeinstelleinrichtung (57,58) vorhanden ist, die mit dem unteren Rohr (56) zusammenwirkt.

8. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kraftstoffzufuhrkreise Abzweigungen der Brennstoffhauptzufuhrleitung bilden, deren Einlassöffnung mit einer Einstellnadel (38) versehen ist, die von der Drosselklappe (30) gesteuert ist.

pae Dr. Andrejewski, Dr.Honke

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