DE1931642A1 - Vergaser fuer Kraftstoffe - Google Patents

Description

• Die £rlinduq betrifft einen Vergaser fUr Kraftstoffe.
• Bei Verbrennungsmotoren werden Vergaser verschiedenster Konstruktionen verwandzt. Allen diesen Vergasern ist gemeinsam, daß ein an einer Düsenzündung vorbeigeführter Luftstrom aus der Düse Kraftstoff mitreißt, welcher anschließend infolge des Unterdrucks und der Luftgeschwindigkeit zerstäubt wird. Es besteht eine Abhängigkeit zwischen der angesaugten Kraftstoffmenge und der durchgesetzten Luftmenge bzw. dem der Luftmenge proportionalen Unterdruck.
• Ist der Querschnitt der Zerstäubungszone nicht veränderbar. denn steigt oder fällt die Qualität der Kraftstoffaufbereitung mit der durchgesetzten Luftmenge bzw. mit der Luftgeschwindigkeit. Es sind Einrichtungen bekannt, welche dieser Tatsache Rechnung tragen und die mit einen annähernd konstanten Unterdruck in der Zerstäubungszone arbeiten.
• Bei diesen Vergasern wird der Rohrquerschnitt oberhalb der Kraftstoffdüse reguliert durch einen Kolbenschieber, welcher mit einer Unterdruckkammer derart in Verbindung steht, daß mit ansteigenden Unterdruck der Kolbenschieber gehoben wird und dieser einen größeren Rorhquerschnitt freigibt. Bei geringerem Unterdruck senkt sich entsprechend der Kolbenschiber und vermindert an freien Durchströmquerschnitt in der Zerstäubungszone. Am Kolbenschieber ist eine konische Düsennadel befestigt, die - den Kolbenschieberbewegungen folgend - die Kraftstoffdüse mehr oder weniger öffnet.
• Die Steuerung des Unterdrucks bzw. der durchgesetzten Luftmenge erfolgt durch eine der Zerstäubungszone nachgeordnete Drosselklappe,mit welcher der freie Durchströmquerschnitt reguliert werden kann.
• Der Nachteil dieser bekannten Einrichtungen besteht u.a. darin, daß der Kraftstoff punktförmig aufgegeben wird und daher nur linear in Strömungsrichtung der Luft aufbereitzt werden kann. Die der Zerstäubungszone unmittelbar nachgeordnete Drosselklappe spaltet ausserdem die Strömung in zwei Teilströme, wobei je nach Stellung der Drosselklappe und des Kolbenschiebers der Kraftstoff bevorzugt dem einen oder dem anderen Teilstrom folgt. Diese ungleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs im Luftstrom kann auch durch Wirbel hinter der Drosselklappe nur unzulänglich behoben werden.
• Die Kraftstoffeinbringung von der Düse in den Luftstrom und der weitere Weg der Kraftstoffteilchen im Luftstrom entspricht - strömungstechnisch betrachtet- der Zusammensetzung von Quelle udn Parallelströmung (s.Eck@ Techn.Strömungsl@hre Abb.58 Seite 57).
• Mit den bisher bekannten Vergaserkonstruktionen kann wohl ein annähernd gleicher Unterdruck in der Zerstäubwng3zone erzielt werden, nicht aber eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs im luftstrom die notwendig ist zur optimalen Ausnutzung des Kraftstoffs und zur Minderung bisher üblicher CO- Bestandteile der Kraftfahrzeugabgase.
• Mit einem konstanten Unterdruck in der Zerstriubungszone allein sind aber die Probleme der bisher bekannten Vergaserkonstruktionen noch nicht beseitigt: Um die der Zerstäubungszone unmittelbar nachgeordnete Drosselklappe gruppieren sich eine Menge weiterer Schwierigkeiten. Diese - im aufbereiteten Gemischstrom angeordnete Drosselklappe - teilt zunächst den Gemischstrom in zwei Teilströme, die in der Regel kaum gleiche Kraftstoffbeimeflsungen enthalten können. Gleichgültig welchen öffnungszustand die Drosselklappe hat, - immer verursacht sie einen Rückstau der Strömung mit unsymmetrischen Sekundärströmungen und Sekundärwirbeln, die bis in den Luft trichter hinein wirksam sind unddaher eine gleichmässige Verteilung des Kraftstoffs über den ganzen Strömungsquerschnitt verhindern. Durch die entstehenden unsymmetrischen Wirbel -bei nur teilweise geöffneter Drosselklappe besonders stark ausgeprägt - werden Kraftstoffteilchen an die Kanalwand ausgeschleudert, was zu dem bekannten Kraftstoff-Film an der Wandung des Ansaugkanals führt.Es ist einleuchtend, daß dieser Film vorwiegend aus den schwererflüchtigen Anteilen des Krartstoffs besteht. Beim Gaswegnehmen und geschlossener Drosselklappe verdampft dieser Kraftstoff-Film infolge des plötzlich ansteigenden Unterdruck. Wegen des Luftmangels erfolgt nur eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffs mit der Folge sehr hoher CO-Emissionen im Abgas, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisher bekannten Vergaserkonstruktionen zu beseitigen, insbesondere aber ein Vergasersystem zu entwickeln, bei dem die Aufbereitung des Kraftstoffs nicht linear in Strömungerichtung der Luft (zweidimensional) sondern räumlich also dreidimensional.
• erfolgt.
• Gleichzeitig soll dieses System aber.auch über Regel- und Dosiereinrichtungen verfügen, die es gestatten, ohne Drosselklappe im. Gemischstromkanal die dem rotor zugeführte Verbrennungsluft und Kraftstoffmenge zu regulieren, d.h.
• daß nicht durch Regelung der Gemischmenge die Motorleistung reguliert wird, sondern durch direkte Regulierung der noch kraftstoff-freien Verbrennungsluftmenge, Die Luft ist das Trägermittel für den Kraftstoff.
• Wird vom Verbrennungsmotor eine bestimmte Leistung bei optimaler Kraftstoffnutzung verlangt, so ist es notwendig, ihm eine bestimmte Menge Verbrennungsluft und eine ebenso bestimmte Kraftstoffmenge - letztere im gasförmigen Zustand zuzuführen. Die Luft hat also nicht allein die Aufgabe, den ursprünglich flüssigen Kraftstoff irgendwie zum Verbrennungs raum zu transportieren, sondern sie muß diesen Kraftstoff auch im gasförmigen Zustand und gleichmässig in der Verbrennungsluft verteilt, dem Verbrennungsraum zuführen.
• Um den ursprünglich flüssigen Kraftstoff nicht nur zu zerstäuben, sondern um ihn auch zu vergasen, sind aber wesentlich größere spezifische Austauschflächen zwischen der Verbrennungsluft und den Kraftstoff notwendig als sie bei konventionellen Vergasern oder bei Einspritzanlagen erzielbar sind.
• Jie Erzielung großer spezifischer Austauschflachen zwischen Verbrennungsluft und Kraftstoff setzt zunächst voraus, daß Luft und Kraftstoffmoleküle vielschichtig miteinander reagieren können, d.h.daB ihre Bewegungsrichtungen und Geschwindigkeiten vorläufig nicht übereinstimmen.
• Das ist verfabrensmäßig zu verwirklichen durch eine (uellenströmung (Wirbelquelle) für die Verbrennungsluft, welcher in der ähe des Wirbelkerns der flüssige Kraftstoff aus mehreren Öffnungen zugeführt wird. Die von innen nach aussen geringerwerdenden Fliehkraft und die ebenfalls von innen nach aussen abnehmende WinkelgeschwindiGkeit der Luftströmung wirken auf die zunächst flüssigen Kraftstoffteilchen wie eine mehrschichtige Scherströmung mit der Folge sehr schneller Tropfenauflösung und anschließender Diffundierung der Kraftstoffioleküle, so daß eine echte räumliche Vergasung des Kraftstoffs erfolgt.
• Soweit gegenüber der Kraftstoffzerstäubung für die Vergasung mehr Wärmeenergie erforderlich ist, kann diese ohne Schwierigkeiten dem Wärmepotential des thermischen Motorprozesses entnonen werden. Durch die der besseren Vergasung proportionale Verdunstungskälte wird eine Temperaturzunahme des Gemisches vermieden und es ergibt sich kein i?üllW0ösverlust für die Motorzylinder.
• Ist der Kraftstoff erst einmal vergast, dann besteht auch keine Gefahr mehr, daß dieser in den Ansaugleitungen zum Rotor wieder aus dem Verbrennungsluftstrom ausfällt. Die Vergasung des Kraftstoffs bereits im Vergaser hat den weiteren Vorteil, daß die einzeln Motorzylinder mit einem spezifisch gleichen Gemisch versorgt werden und dadurch die mittlere spezifische Notorleistung verbessert wird. leine weitere Folge der besseren Vergasung und der daraus resultierenden besseren Verbrennung ist die Reduzierung der toxischen Anteile in den Motorabgasen.
• Ausführungsbespiele der Erfindung werden beschrieben anhand der Zeichnungen Figur 1 bis 3.
• PiS. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
• Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine automatische Regulierung der Kraftstoffzufuhr in Abhängigkeit von der zugeführten Luftmenge.
• Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit vorgeschaltetem Luftförderer.
• Gemäß Fig. 1 wird der bei 1 von der Kraftstoffpumpe 2 angesaugte Kraftstoff durch die Leitung 3 in die Kraftstoffkammer 11 gefördert, welche mit einem Druckkonstanthalter 5 versehen sein kann. Ein Teil des Kraftstoffs strömt durch die Rücklaufleitung 4 wieder zur Ansaugseite der Kraftstoffpumpe 2.
• Zentral zwischen den beiden axial verstellbaren Scheiben 14 ist eine Kugel 16 stationär angeordnet. Sie hat Düsenbohrungen 20 für den Kraftstoff sowie Luftkanäle 17.
• Durch Betätigen des Gaspedals sind mit Hilfe einer nicht dargestellten Vorrichtung die beiden Scheiben 14 axial verschiebbar so daß die Durchströmquerschnitte 12 und 13 stufenlos veränderbar sind.
• Die beiden elastischen Ringe dichten den Innenraum des Vergasers gegen die Gehäusewand ab.
• Die Verbrennungsluft strömt bei A beidseitig, vom Luftfilter kommend - und mit Drall in den Innenraum des Vergasers.
• Die einströmende iiuftmenge ergibt sich aus dem freien Durchströmquerschnitt 12 zwischen der Kugeloberfläche und den abgerundeten Innenseiten der Scheiben 14. An dieser engsten Stelle münden auch die Düsenbohrungen 20. vin geringer Teil der zentral einströmenden Luft gelangt durch die Kanäle 17 infolge des Staudrucks zunächst in den Innenraum der Kugel, nimmt dort den Kraftstoff mit, welcher aus dem Zuführungsrohr 1o in die Kugel strömt und vereinigt sich wieder mit dem Hauptluftstrom im Bereich des Querschnitts 12, Die Kraftstoffdosierung erfolgt mit Hilfe der axial verschiebbaren Düsennadel 19, deren Verschiebung entweder in Abhängigkeit vom Öffnungszustand derbeiden Scheiben 14 auf rein mechaninischem Wege erfolgt, oder aber mit Hilfe bekannter Mittel der Technik in Abhängigkeit vom Unterdruck an einer geeigneten Meßstelle, vorzugsweise im zentralen Ansaugrohr vom Luftfilter zum Vergaser.
• Die um die Kugel rotierende Strömung verteilt und zerstäubt erstmalig den noch flüssigen Kraftstoff im engsten Querschnitt 12. Sinne weitere Auflösung eventuell noch vorhandener kleinster Flüssigkeitstropfen erfolgt im Querschnitt 13. Hier kommen die beiden Teilströme zusammen. Sie rotieren als Gesamtströmung zwischen den beiden Scheiben 14 um die Vergaserachse und gelangen bei B - tangential abgesaugt - in die Ansaugleitungen zu den Verbrennungsräumen.
• Infolge der innerhalb der rotierenden Strömung von innen nach aussen abnehmenden Fliehkräfte, sowie der ebenfalls von innen nach aussen abnehmenden Winkelgeschwindigkeit wirkt die Strömung auf die Kraftstoffteilchen wie eine vielschicheçige Scheratrömung, so daß eine restlose Auflösung des Flüssigkeits.
• verbandes erfolgt und ein absolut homogen aufbereitet es Kraftstoff-Luftgemisch bei B den Vergaser verläßt.
• Dieses homogen aufbereitete Kraftstoff-Luftgemisch kann, da es gasförmig ist, auch durch periodische Schwingungen der lauf tsäule im Saugkanal nicht zur Entmischung gebracht werden, so daß die einzelnen Verbrennungsräume mit qualitativ gleichem Gemisch versorgt werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Motors verbessert wird.
• Das erfindungsgemäße Vergaserprinzip bietet außer den Vorteilen der besseren Kraftstoffvorgang weitere Vorteile in Konstruktiver Hinsicht und in der Regeltechnik.
• Die Regelungsmöglichkeiten gestatten es, sowohl die Drehmomentenkurve als auch die CO-Emissionen der Kraftfahrzeugmotoren gezielt zu beeinflussen, weil stets automatisch ein optimale Verhältnis zwischen der Verbrennungsluftmenge und der Kraftstoffmenge einzuhalten ist, bei gleichzeitiger echter Vergasung des Kraftstoffs.
• Nach dem in Fig.2 gezeigten Beispiel erfolgt die Regulierung der Kraftstoffzufuhr bzw. der Verschiebung der Kraftstoffreguliernadel 19 mit Hilfe eines Meßwertumwandlers 21. Die durch das Pilter 22 angesaugte Luftmenge wird ii zentralen Ansaugrohr zwischen Luftfilter und Vergaser bei 23 gemessen, bzw. ein der Luftmenge äquivalenter Meßwert wird vom Meßwertumwandler 21 erfaßt, der seinerseits diesen Meßwert in einen Regelimpuls auf die Kraftstoffdosiereinrichtung überträgt. Der Meßwertumwandler 21 kann sowohl ein pneuaatisch betätigtes Stellglied sein, als auch ein elektronischer Rechner mit angeschlossenem mechanischem Verstellglied, der außer dem der Luftmenge äquivalenten Meßwert weitere, den Motorbetrieb beeinflussende Fakten, wie Temperatur, barometrische Druckhöhe und Luftfeuchtigkeit u. dergl. berücksichtigt und entsprechend korrigierte Regelimpuls auf die Kraftstoffdosiereinrichtung überträgt. Ebenso erfolgt die Sperrung der Kraftstoffzufuhr im Schubbetrieb und die Kraftstoffanreicherung beim Kaltstart mit Hilfe des Meßwertumwandlers.
• Gemäß Fig. 3 ist vorgesehen, der erfindungsgemäßen Einrichtung einen mechanisch angetriebenen Luftförderer vorzuschalten, durch den die aus den Strömungsverlusten resultierenden Ladungsverluste bei Vollast vermieden werden.
• Die bei 24 angesaugte und das Filter 22 passierende Luft wird durch den wo Motor 25 angetriebenen Rotor 26 beschleunigt bs.
• erfährt sie eine Druckerhöhung. Mittels einer Verstellklappe 29 wird ein mehr oder weniger großer Anteil von der das Rotorgehäuse verlassenden Luft abgesweigt und im Kreislauf durch das Verbindungsrohr 30 zurück in das Filter 22 geführt. Wird das Pedal 31 durchgetreten, dann schließt die Verstellklappe 29 entsprechend den Durchlaß zum Verbindungsrohr 3o, so daß eine größere Luftmenge zum Vergaser gefördert wird.
• Die Jeweils dem Vergaser zugeführte Luftmenge bzw. ein ihr äquivalenter Meßwert bei 23, wird vom Meßwertumwandler 21 in einen Regel impuls umgewandelt auf die Kraftstoffreguliernadel 19 sowie auf ein mechanisches Stellglied 32. Die Krattstoffreguliernadel dosiert den Kraftstoffzufluß proportional zur durchgesetzten Luftmenge. Das mechanische Stellglied 32 wirkt über die Hebel 33, 34 und 35 auf die in Fig. 1 gezeigten Verstellscheiben 14 so ein, daß diese sich axial verschieben und den Querschnitt 12 so einstellen, daß die Luftgeschwindigkeit darin unabhängig von der durchgesetzten Menge stets annähernd konstant ist.
• Das mechanische Verstellglied 32 kann auch so ausgebildet sein, daß es direkt in Abhängigkeit vom Luftdruck bei 23 die Verstellung der. Scheiben 14 bewirkt.
• Durch die Förderwirkung des Rotors 26 wird das Ansaugen des Gemisches durch die Kolben im Verbrennungsraum unterstützt und dadurch eine wesentlich bessere Zylinderfüllung, besonders bei Vollast erzielt gegenüber einer Vorrichtung, bei welcher die Gemischförderung allein durch den von den niedergehenden Kolben erzeugten Unterdruck erfolgt.

Claims (9)

P a t e n t a n s p r ü c h e .

1. Vorrichtung zur Aufbereitung von Vergaserkraftstoffen, bei welcher der Querschnitt der Zerstäubungszone regulierbar ist, gemäß Patent Nr... (Hauptpatentanmeldung Nr. P 1776 156.? Klasse 46 c 2 ) dadurch gekennzeichnet, daß die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge mit an sich bekannten Mitteln der Technik reguliert wird, in AbhCngigkeit von dem zwischen liuftfilter und Vergaser gemessenen Unterdruck, bzw. einem der durchgesetzten Luftmenge äquivalenten Meßwert.

2. Vorrichtung zur Aufbereitung von Vergaserkraftstoffen, bei welcher der Querschnitt der Zerstäubungszone regulierbar ist, gemäß Patent Nr.. . (Hauptpatent -anmeldung Nr. P 1776 156.7 Klasse 46 c 2 ) dadurch gekennzeichnet, daß die den Motor zugeführte Kraftstoffmenge mit an sich bekannten Mitteln der Technik reguliert wird, in Abhängigkeit von dem zwischen Luftfilter und Vergaser einerseits und zwischen Vergaser und Motor andererseits gemessenen Differenzdruck, bzw. einem der durchgesetzten Luftmenge äquivalenten Meßwert.

3. Vorrichtung zur Aufbereitung von Vergaserkraftstoggen, bei welcher der Querschnitt der Zerstäubungezone regulierbar ist, gemäß Patent Nr... (Hauptpatentanmeldung Nr. P 1776 156.7 Klasse 46 ¢ 2 ) dadurch gekennzeichnet, daß die den Motor zugeführte Kraftstoffmenge mit an sich bekannten Mitteln der Technik reguliert wird, in Abhängigkeit von dem zwischen Vergaser und Motor genessenen Unterdruck, bzw. einem der durchgesetzten Luftmenge äquivalenten Meßwert.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem elektronischen Rechner ausgestattet ist, der die ihm aufgegebenen, der durchgesetzten Luftmenge äquivalenten Meßwerte in einen Regelimpuls auf di.e Kraftstoffdosiereinrichtung umwandelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Rechner mit einer Einrichtung zur Erfassung weiterer, den Motorbetrieb beeinflussender Fakten, wie Temperaturen, barometrische Druckhöhe und Luftfeuchtigkeit ausgestattet ist und die Kraftstof£-zufuhr zum Motor entsprechend korrigiert.

6, Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Rechner Einrichtungen besitzt zur Steuerung zusätzlicher Kraftstoffzufuhr bei Kaltstart und zur Kraftstoffsperrung bei Schubbetrieb,

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehehnden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer vorgeschalteten, mechanisch angetriebenen Luftf..ördereinrichtung versehehn ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß. zwischen Luftförderer und Vergaser eine abzweigende Rohrleitung vorhanden ist, durch welche die gesamte, oder ein Teil der Luft zur Saugseite des motors zurückgeführt werden kann, wobei die im Kreislauf geführte Lftmenge durch Regelorgane einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, aß die Verstellung der Scheiben 14 in Abhängigkeit vom Unterdruck, oder einem der durchgesetzten Luftmenge äquivalenten Meßwert mit an sich bekannten Mitteln der Technik erfolgt.