DE2110506B2

DE2110506B2 - Vergaser fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2110506B2
Application number: DE19712110506
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Zusatz in: 21 53 816 Dresser Investments N.V., Willemsted, CuTacao, Niederländische Antillen (Niederlande)
Priority date: 1970-03-06
Filing date: 1971-03-05
Publication date: 1976-06-24
Also published as: CA940788A; AU463361B2; DE2153816A1; NL7112168A; FR2140972A6; DE2153816C2; GB1343311A; DE2110506A1; FR2084292A5; US3778038A; AU3284271A; GB1371802A; AR194824A1; CH552136A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einer Luftansaugleitung, in der eine willkürlich in ihrem Querschnitt veränderbare, z. B. ringförmige Engstelle angeordnet ist, der der Brennstoff in entsprechenden Mengen zuführbar ist, und an die sich ein im Querschnitt allmählich zunehmendes Zerstäuberteil anschließt.

Ein solcher Vergaser ist bekannt aus der US-PS 19 73 362. Dieser bekannte Vergaser ist so ausgebildet, daß im Ansaugkanal ein axial zu diesem verstellbares Luftdrosselorgan zur Einstellung des freien Strömungsquerschnittes vorgesehen ist. Die Position des Luftdrosselorgans im Ansaugkanal hängt von der Gaspedalstellung ab; im Inneren des Luftdrosselorgans, das im unteren Bereich konisch zulaufend geformt ist, befindet sich eine Schwimmerkammer und eine Brennstoffmeßeinrichtung, die in Abhängigkeit zur Stellung des Luftdrosselorgans den Brennstoffquerschnitt an den Luftdurchsatz anpaßt. Die Zuführung des Brennstoffs erfolgt über eine Ringnut am Luftdrosselorgan, die an der Stelle des geringsten Abstandes zur Wandung des Ansaugkanals angeordnet ist. Auf diese Weise soll eine besonders gleichmäßige Verteilung des Brennstoffs in der durch den Engquerschnitt strömenden Luft erzielt werden.

Bei diesem bekannten Vergaser wird zwar der sich stromabwärts vergrößernde Abstand zwischen Luftdrosselorgan und der Wandung des Ansaugkanals als Zerstäuberteil bezeichnet, andererseits strebt jedoch der bekannte Vergaser eine solche Ausbildung an, bei welcher anders als bei Drosselklappenvergasern dem Saugdruck der Brennkraftmaschine möglichst kein Widerstand entgegengesetzt wird, so daß sich eine bessere Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine mit dem explosiven Brennstoff/Luftgemisch ergibt. Hierzu soll die Anordnung zwischen Luftdrosselorgan und dem Ansaugkanal so getroffen sein, daß beispielsweise bei voller Öffnung des Strömungsquerschnittes, also bei Vollgas, der Luftdurchlaßbereich angrenzend zur den Brennstoff zuführenden Ringnut, und damit an der ringförmigen Engstelle so groß oder sogar größer sein soll als der freie Querschnitt der Ansaugleitung selbst. Es ist ersichtlich, daß bei einer solchen Auslegung ein eine Verjüngung aufweisendes Zerstäuberteil im Ansaugbereich nicht gewonnen werden kann (s. Seite 1, Zeilen 46 bis 60 und S. 2, Zeilen 70 bis 77 dieser US-PS 19 73 362).

Weitere Vergaser für Brennkraftmaschinen, die im Ansaugkanal ebenfalls ein axial zu diesem verstellbares Luftdrosselorgan aufweisen, sind beispielsweise bekannt aus der FR-PS 15 18 991, der FR-PS 15 79 278 oder der DL-PS 387; bei sämtlichen dieser bekannten Vergaser handelt es sich darum, den beim plötzlichen öffnen der stets vorhandenen Drosselklappe entstehenden Druckabfall im Ansaugkanal zu vermeiden, da dies anstelle einer Erhöhung der Motorleistung zu einem Abfall führt, weil aufgrund eines solchen plötzlichen Übergangs ein kraftstoffarmes Gemisch dem Motor zuströmt. Die Gemischzuführung ist bei diesen, wie auch bei allen anderen bisher bekannten Vergasern bestimmt durch den jeweils im Ansaugkanal herrschenden Unterdruck, wodurch sich die für die jeweilige Luftmenge benötigte Brennstoffmenge im wesentlichen selbsttätig einstellt.

Durch die Anordnung eines, dann notwendigerweise mit dem Ansaugkanal eine Engstelle bildenden Luftdrosselorgans gelingt es, einen zu abrupten Druckabfall zu verhindern, denn die Verstellung des Luftdrosselorgans erfolgt in Abhängigkeit zu dem jeweiligen Unterdruck im Ansaugkanal selbständig. Hierzu sind jeweils auf den Unterdruck reagierende Systeme vorgesehen.

Durch die selbsttätige Einregulierung des Lufttrichterquerschnittes bei jeglicher Betätigung der Drosselklappe gelingt ein einwandfreier und weicher

Übergang vom Leerlauf bis zur Höchstleistung des Motors ohne zusätzliche Beschleuniger. Bei der DL-PS 387 steht im übrigen im Teillastbereich das System der Kraftstoffzufuhr in der Weise mit der Betätigung der Drosselklappe in Verbindung, daß der Durchfluß des Brennstoffs durch eine besondere Drosseldüse in entsprechender Dosierung erfolgen kann, wobei dieser Durchfluß noch zusätzlich geregelt ist von der sich selbsttätig ändernden Position des Luftdrosselorgans, stets jedoch nur im Teillastbereich.

Im folgenden werden der Vollständigkeit halber weitere Vergaser angegeben, die ebenfalls jeweils im Ansaugkanal über Mittel verfügen, durch welche der freie Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals einer Veränderung unterworfen werden kann. Sämtliche dieser Veröffentlichungen ist jedoch gemeinsam, daß die Brennstoffzuführung auf den jeweils an bestimmter Stelle im Ansaugkanal herrschenden Druck reagiert und auf diese Weise versucht wird, das Brennstoff-Luftgemisch auf die der Brennkraftmaschine jeweils angesaugte Luftmenge abzustimmen. Veränderbare Krümmungsquerschnitte weisen auf die US-PS 27 11 884, die DT-PS 3 75 121, die DT-PS 6 26 755, die GB-PS 1 94 842, die der DT-PS 3 85 425 entspricht, die GB-PS 126 226, die OE-PS 2 28 011 und die US-PS 23 32 716.

Schließlich läßt sich der Veröffentlichung von A. P i e r b u r g »Vergaser für Kraftfahrzeugmotoren«, 4. Auflage, 1970 auf den Seiten 31 und 32 als bekannt entnehmen, daß die maximale Tropfengröße bei der Bildung eines Brennstoff-Luftgemisches außer von den Stoffkonstanten stark von der jeweils herrschenden Relativgeschwindigkeit Luft-Kraftstoff abhängt. Die Relativgeschwindigkeiten sind bekanntermaßen eine Funktion der im Vergaser herrschenden Druckdifferenzen, wobei sich im Leerlauf infolge der dann nahezu geschlossenen Drosselklappe und des sich dadurch bildenden sichelförmigen Spaltes Druckdifferenzen aufbauen können, die Geschwindigkeiten in Höhe der Schallgeschwindigkeit ermöglichen. Allerdings wird der dadurch auftretende Vorteil einer feinen Zerstäubung ^₀ durch die Wandnähe der Strömung beeinträchtigt, da sich ein hoher Wandniederschlag einstellt.

Abschließend seien noch zwei weitere Veröffentlichungen genannt, nämlich das Buch »Einführung in die technische Thermodynamik« von E. Schmidt, Ausgäbe 1953, insbesondere die Seite 279, und das Buch »Rocket Propulsion«, 1952, von Eric Burgess, Chapman and Hall-Verlag, London, Seiten 78 und 79.

Dem Buch »Einführung in die technische Thermodynamik« läßt sich auf der genannten Seite die Darstellung einer Lavaldüse entnehmen mit einem darunter angegebenen Diagramm, welches den statischen Druck längs der Achse der Lavaldüse bei verschiedenen Gegendrücken am Ende der Lavaldüse angibt. Darüberhinaus ist es, wie beispielsweise auf den Seiten 264 und folgende dieser Veröffentlichung ausgeführt ist, bekannt, daß die Geschwindigkeit eines strömenden Mediums an einer Engstelle eine Funktion der dort herrschenden Druckdifferenz ist, wobei beispielsweise für Luft dann Schallgeschwindigkeit der die Engstelle durchströmenden Luft besteht, wenn das sogenannte kritische Druckverhältnis erreicht ist. Das kritische Druckverhältnis beträgt dabei, wenn man von anderen Variablen absieht, etwa 0,54. Ist die in A b b. 167 auf Seite 267 dieser Veröffentlichung gezeigte Lavaldüse in ₆-bestimmter Weise ausgebildet, d. h., liegt der Öffnungswinkel des gebildeten Diffuserteils innerhalb vorgegebener Werte, dann wird im Bereich des Engquerschnittes auch dann Schallgeschwindigkeit erzielt, wenn der Gegendruck am Ende der Lavaldüse nicht im kritischen Druckverhältnis mit dem Einlaßdruck steht.

Der Seite 79 der Veröffentlichung »Rocket Propulsion« läßt sich schließlich noch eine Winkelangabe zwischen 6 und 12° entnehmen, für welche öffnungswinkel bei einer Lavaldüse das kritische Druckverhältnis erreicht werden kann.

Nachteilig ist bei sämtlichen bisher bekannten Vergasern, daß diese sich nur für einen bestimmten Betriebsbereich optimal auslegen lassen und daß für beträchtlich unterschiedliche Motorlaufbedingungen wie Leerlauf, Beschleunigung, Vollgas und Schiebebetrieb Zusatzelemente erforderlich sind. Aber selbst dann sind bekannte Vergaserkonstruktionen nicht in der Lage, dem Motor bei sämtlichen Laufbedingungen die gewünschte Brennstoff-Luftmischung im angestrebten Verhältnis zuzuführen.

Das führt zu großen Unterschieden des Brennstoff-Luftgemisches von Zylinder zu Zylinder des Motors und von Arbeitstakt zu Arbeitstakt, selbst dann, wenn die Dosierfunktion des Vergasers anfangs das gewünschte Brennstoff-Luftverhältnis am Eingang des Ansaugverteilers ergibt. Der Grund liegt darin, daß die Mischfunktion trotz vieler Verbesserungen doch so schlecht ist, daß Ströme von flüssigem Brennstoff bis zum Ansaugverteiler gelangen, wodurch die Wände des Ansaugverteilers teilweise benetzt und sich in bestimmten Bereichen sogar Lachen an flüssigem Kraftstoff ansammeln können. Es ist einzusehen, daß auf diese Weise eine richtige Verbrennung nicht erzielt werden kann, da einige Zylinder ein zu fettes, andere unter Umständen ein zu mageres Gemisch erhalten, wobei hier die Begriffe zu fett oder zu mager bezogen sind auf das etwa stöchiometrische Brennluftverhältnis, bei welchem 15,5 Teile Luft auf einen Brennstoff kommen.

Besonders nachteilig ist in diesem Zusammenhang die durch die unvollständige Verbrennung oder durch sonstige Einflüsse entstehende umweltschädlichen Abgase, die im wesentlichen aus unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd (CO) und Stickoxiden(NOx) bestehen.

Die folgenden Ausführungen sind dazu bestimmt, einige zusätzliche Angaben bezüglich der Abgasanteile zu machen. So hatte vor Einführung der amerikanischen Bundes- und Ländernormen für zulässige Abgase ein normaler Automobilmotor in gutem Laufzustand in normalem Betrieb einen Durchschnitt von ungefähr 900 ppm Kohlenwasserstoff, 3,2% CO und 1200 bis 1500 ppm NO* erzeugt. Die auch im nachfolgenden verwendete Abkürzung »ppm« bedeutet »Teile pro Million«. Die amerikanischen Bundesnormen, die im Januar 1968 in Kraft getreten waren, befaßten sich nur mit Kohlenwasserstoff und CO-Abgaben und setzten als obere Grenze bei einem vorgeschriebenen Zyklus-Test mit sieben Betriebsarten, dem sogenannten California-Zyklus, der eine typische 20-Minuten-Fahrt eines Kraftwagens vom Kaltstart über Stadtverkehr bis zur vollen Betriebwärme auf dem Rollenprüfstand simuliert, 2,1 g/km Kohlenwasserstoff und 22 g/km CO fest, was bei einem durchschnittlichen amerikanischen Kraftwagen etwa 275 ppm Kohlenwasserstoff und 1,5% CO entspricht. Von Januar 1970 ab wurden diese Werte auf 1,4 g/km Kohlenwasserstoff und 14 g/km CO reduziert, was etwa 180 ppm Kohlenwasserstoff und 1%CO entspricht.

Im Jahre 1973 wird infolge der amerikanischen Bundesnormen auch NO* auf 1,9 g/km reduziert, und im

Jahre 1975 werden die zulässigen Abgase nochmals drastisch reduziert auf 0,31 g/km Kohlenwasserstoff, 6,8 g/km CO und 0,56 g/km NO*. Dies entspricht ungefähr 40 ppm Kohlenwasserstoff, 0,5% CO und 240 ppm NO* für ein durchschnittliches Automobil.

Die Hersteller von Kraftwagenmotoren waren mit einigen Schwierigkeiten in der Lage, die Abgasnormen für 1968 in erster Linie dadurch einzuhalten, daß eine oder mehrere der folgenden Motorabwandlungen eingeführt wurden:

1. Verzögerung der Frühzündung

2. Rekalibrierung des Vergasers zum Erreichen magerer Luft-Brennstoffmischungen,

3. Erwärmung des Ansaugverteilers,

4. Verringerung der Ventilüberschneidung,

5. Erhöhung des Verhältnisses von Hub zu Bohrung,

6. Einblasen von Luft in den Abgasverteiler und

7. Konstruktion von reineren Verbrennungskammern.

Weitere Verbesserungen in diesen Bereichen können es auch möglich machen, die Bundesnormen von 1971 bis 1974 zu erfüllen.

Die strengen Vorschriften der Abgasnormen für 1975 sind jedoch derart, daß angenommen wird, daß auch die günstigste Kombination all der oben erwähnten Maßnahmen nicht ausreicht und es wurden schon ernsthaft Überlegungen angestellt, ob ein Verbrennungsmotor überhaupt so verunreinigungsfrei gemacht werden kann, daß diese vorgesehenen Normen erfüllt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Vergaser in der Weise zu verbessern, daß eine solche Luft-Brennstoffmischung erzeugt wird, daß eine beträchtliche Reduktion aller unerwünschter Abgasemissionen erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs als bekannt vorausgesetzten Vergasern und besteht erfindungsgemäß aus der Kombination folgender Merkmale:

a) daß die Ausbildung des Zerstäuberteils und seiner zugeordneten Engstelle so getroffen ist, daß über einen wesentlichen Teil des Drehzahl- und Belastungsbereiches durch Aufrechterhaltung des kritischen Druckverhältnisses an der Engstelle Schallgeschwindigkeit vorliegt,

b) daß eine Brennstoffzuführvorrichtung vorgesehen ist, deren Fördermenge sich in Abhängigkeit von der Querschnittsänderung der Engstelle ändert.

Die Erfindung geht also erstmals einen Weg, der eine äußerst feine Vermischung und Verteilung des flüssigen Kraftstoffs in der Ansaugluft ermöglicht. Bisher wurde dies deshalb für unmöglich gehalten, weil die dem Vergaser zugeordnete Brennkraftmaschine durch ihren intermittierenden Betrieb am motorseitigen Ende des Ansaugkanals mit Abhängigkeit zu den jeweiligen Betriebsbedingungen derart unterschiedliche Drücke zur Verfügung stellte, daß die Erzielung des kritischen Luftverhältnisses im Vergaserbereich nicht möglich gewesen ist. Darüber hinaus ändert sich dann, wenn in einem bestimmten Bereich Schallgeschwindigkeit herrscht, der diesem Bereich zugeordnete Druck in Abhängigkeit zu der jeweils den Bereich der strömenden Mediumsmenge nicht mehr, so daß keine selbständige Abstimmung und Beigabe des Brennstoffs in die jeweils an der Düsenöffnung vorbeiströmende Luftmenge gewährleistet ist.

Sämtliche bekannten Vergaserausführungen nutzen jedoch die durch die vorbeiströmende Luftmenge und den herrschenden Unterdruck selbst gegebene Dosierwirkung für die Beigabe des Kraftstoffs in der einen oder anderen Form aus, d. h., die Dosierwirkung beruht auf der Saugwirkung der Brennkraftmaschine, die ja innerhalb eines allerdings recht groben Bereiches jeweils so viel Brennstoff aus dem Vergaserbereich heraussaugt, wie es angenähert dem gewünschten, gegebenenfalls stöchiometrischen Verhältnis zur angesaugten Luftmenge entspricht.

Im Gegensatz hierzu basiert die Erfindung auf der Erkenntnis, daß eine einwandfreie, auch strengen Vorschriften gerechtwerdende Zerstäubung nur dann erzielbar ist, wenn praktisch im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine die Verteilung des Brennstoffs in der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge in der maximal möglichen, feinverteilten Form erfolgt, also dann, wenn der zugeführte Brennstoff in mit Schallgeschwindigkeit vorbeiströmende Luft eingeführt wird. Andererseits bedarf es dann jedoch einer speziell ausgebildeten Brennstoffzuführvorrichtung, die nicht mehr auf den jeweils durch die angesaugte Luftmenge angesaugten Unterdruck abstellt, sondern den Brennstoff in Abhängigkeit zum Querschnitt der Engstelle zuführt, denn bei Schallgeschwindigkeit der zugeführten Luft an der Engstelle ist lediglich noch der Querschnitt der Engstelle für die Luftmenge verantwortlich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Zunahme der Querschnittsfläche des sich an die Engstelle anschließenden Zerstäuberteils einem Kegel mit einem öffnungswinkel von ungefähr 6 bis 8°. Dadurch gelingt es innerhalb eines Bereiches zu bleiben, in welchem Schallgeschwindigkeit an der Engstelle bzw. genauer gesagt, das hierfür erforderliche kritische Druckverhältnis auch dann in diesem Bereich gegeben ist, wenn sich die Druckverhältnisse vor und hinter Engstelle einerseits und Zerstäuberteil andererseits innerhalb weitester Grenzen ändert.

Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung auch, daß die Verteilung des Brennstoffes in der Luft derart fein erfolgt und eine so gleichmäßige und homogene Mischung gebildet werden kann, daß zum Verdampfen des Kraftstoffes keine Zusatzwärme erforderlich ist und sogar mit Brennstoff-Luftverhältnissen in der Größen-Ordnung 120 :1 oder mehr gearbeitet werden kann, wodurch die Verbrennung in den einzelnen Zylindern grundsätzlich unter Sauerstoffüberschuß stattfindet, was zu einer beträchtlichen Reduzierung der Schadstoffemissionen und selbstverständlich auch des Brenn-Stoffverbrauchs selber führt. Andererseits gelingt es jedoch trotz derart magerer Brennstoff-Luftmischungen, auch die Erzeugung von Stickstoffoxiden zu reduzieren, da der Verbrennungsvorgang aufgrund der Ausbildung des den Zylindern zugeführten Brennstoff-Luftgemisches bei niedrigeren Temperaturen, jedoch mit größerer Geschwindigkeit erfolgt. Auch die Anforderungen an die Oktanzahl des Brennstoffes, selbst bei Motoren mit relativ hoher Kompression, sind beträchtlich verringert.

Schließlich ist vorteilhaft, daß die Erfindung verhältnismäßig billig hergestellt, leicht einzubauen und instandzuhalten ist. Sie arbeitet störungsfrei und zuverlässig.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen

F i g. 1 eine schematische, schaubildliche Ansicht einer Einrichtung gemäß der Erfindung, die an einem Ansaugverteiler einer Brennkraftmaschine angebracht ist, die durch strichpunktierte Linien gekennzeichnet ist,

F i g. 2A und 2B vergrößerte schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausbildungen von Ansaugkanal und Engstelle,

Fig.3 einen senkrechten Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Vergasers,

Fig.4 und 5 Schnitte nach Linien 4-4 bzw. 5-5 der Fig.3,

F i g. 6 einen Schnitt ähnlich F i g. 3 durch eine zweite Ausführungsform eines Vergasers,

Fig.7 und 8 Schnitte nach Linie 7-7 bzw. 8-8 der F ig. 6,

F i g. 9 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines Vergasers, wobei einzelne Teile geschnitten sind,

Fig. 10 eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Darstellung der F i g. 9 nach deren Schnittlinie 10-10,

Fig. 11 und 12 Schnitte nach Linie 11-11 bzw. 12-12 der F i g. 9 und

Fig. 13 eine Unteransicht in Richtung 13-13 gemäß Fig. 10.

In F i g. 1 ist ein Vergaser zum Vermischen von flüssigem Brennstoff und Ansaugluft schematisch dargestellt, der am Ansaugverteiler 21 eines üblichen strichpunktiert angedeuteten Benzin- oder Otto-Motors angebracht ist. Der dort gezeigte Otto-Motor hat sechs Zylinder, doch sei darauf hingewiesen, daß der Vergaser 20 keineswegs auf die Verwendung mit einem solchen Motor beschränkt ist. Die Erfindung läßt sich in gleich günstiger Weise an Otto-Motoren mit unterschiedlichen Zylinderzahlen und Anordnungen benutzen, beispielsweise für 2, 4, 6, 8 und 12 Zylinder in Reihe, in V-Form oder in Boxeranordnung.

Wie bei vielen 6-Zylinder-Reihen-Motoren üblich, sind die Einlasse der vorderen, hinteren und mittleren Paare von Zylindern miteinander verbunden (die Zylinder sind nicht gezeigt). Damit hat der dargestellte Ansaugverteiler 21 drei Zweigleitungen 22, die jeweils zu den Einlassen des betreffenden Paares von Vorder, Hinter- und Mittelzylindern führen.

Der Vergaser 20 hat einen für die Ansaugluft dienenden Kanal 25, im folgenden Luftansaugleitung bezeichnet, der mit einer Vorrichtung versehen ist, um einstellbar den Strom der Ansaugluft zu drosseln, wodurch die Geschwindigkeit desselben vor dem Einlaß der Ansaugluft in den Ansaugverteiler 21 beträchtlich erhöht wird. Wie in F i g. 1 dargestellt, ist ein Drosselglied 26 vorgesehen, das konzentrisch und relativ zu einer konvergierenden Engstelle 27 der Luftansaugleitung 25 axial bewegbar angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind ferner das bewegliche Drosselglied 26 und die Engstelle 27 der Luftansaugleitung 25 im wesentlichen rotationssymmetrisch, so daß zwischen ihnen eine ringförmige Austrittsöffnung von veränderbarem Querschnitt vorhanden ist. Es können jedoch auch andere Formen von f,o Engstellen verwendet werden.

In den F i g. 2A und 2B sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, um die Austrittsöffnung der Luftansaugleitung 25 zu verengen. Wie in Fig. 2A dargestellt, hat die Luftansaugleitung 25a eine obere Verengung 27a mit einem in Stromrichtung konvergierenden Querschnitt. Die Stelle der maximalen Verengung der Luftansaugleitung 25a ist hier durch die Ebene 28a definiert, die quer durch die Luftansaugleitung 25a geht und unterhalb der Luftansaugleitung ein Kanalteilstück 29a von divergierendem Querschnitt hat. In dieser Ausführungsform ist das axial bewegliche Drosselglied 26a mit einem konvergierenden unteren Endstück versehen, das einen Konvergenzwinkel hat, der kleiner als der Konvergenzwinkel der Verengung 27a der Luftansaugleitung 25a ist. Da die konvergierende Verengung 27a der Luftansaugleitung und das Drosselglied 26a vorzugsweise kreisförmige Querschnitte haben, ergibt sich zwischen diesen eine veränderbare ringförmige Austrittsöffnung in der Ebene28a.

In Fig.2B ist, wie schematisch dargestellt, die Luftansaugleitung 256 ferner mit einer oberen, stromaufwärts angeordneten Verengung 276, jeweils mit Bezug auf die Engstelle gesehen, von in Stromabwärtsrichtung konvergierendem Querschnitt versehen, doch ist hier das axial bewegliche Drosselglied 266 mit einem konvergierenden unteren Endstück versehen, dessen Konvergenzwinkel größer als der Konvergenzwinkel der Verengung 27Zj ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Stelle der maximalen Verengung in der Luftansaugleitung 256 in einer beweglichen Ebene 2Sb liegt, die durch das weiteste Teilstück des Drosselgliedes 266 hindurchgeht und zwischen den Enden der konvergierenden Verengung 276 liegt. Es ergibt sich ferner, daß infolge der unterschiedlichen Konvergenzwinkel des Drosselgliedes 266 und der Verengung 276 ein ringförmiges Teilstück von divergierendem Querschnitt in der Luftansaugleitung 256 unterhalb der Ebene 286 gebildet wird. Die Luftansaugleitung 256 ist ferner vorzugsweise mit einem Kanalstück 296 von divergierendem Querschnitt in Stromabwärtsrichtung relativ zum konvergierenden Kanalstück 276 versehen.

In F i g. 1 wirken das Drosselglied 26 und die Engstelle 27 zusammen, um den Strom der durch die Luftansaugleitung 25 angesaugten Ansaugluft zu verengen, so daß sich eine beträchtliche Erhöhung der Geschwindigkeit der Ansaugluft vor ihrem Eintritt in den Ansaugverteiler 21 ergibt. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß während des normalen Laufes des Motors der Druck am Ansaugverteiler 21 unterhalb des atmosphärischen Drucks liegt, so daß also ein Vakuum im Verteiler vorhanden ist. Im allgemeinen liegt dieses Vakuum zwischen 150 und 600 mm Quecksilbersäule oder in anderen Worten: zwischen 0,2 und 0,8 kg/cm² in Abhängigkeit von der Motorgeschwindigkeit und den Lastbedingungen. Das Vakuum im Ansaugverteiler kann jedoch bei einer raschen Beschleunigung unterhalb von 150 mm Quecksilbersäule fallen und kann gegebenenfalls bei einer sehr raschen negativen Beschleunigung 600 mm Quecksilbersäule überschreiten.

Wenn der Druck im Ansaugverteiler 53% des atmosphärischen Druckes ist, bekommt der Ansaugluftstrom durch die zwischen dem Drosselglied 26 und der konvergierenden Verengung 27 gebildeten Engstelle Schallgeschwindigkeit. Da dies bei Verteilerdrücken von ungefähr 0,6 kg/cm² oder weniger eintritt, ergibt sich, daß die Ansaugluft bei laufendem Motor über einen erheblichen Teil des Vakuumbereiches im Ansaugverteiler auf Schallgeschwindigkeit erhöht wird.

Durch ein allmähliches Erhöhen der Querschnittsfläche der Luftansaugleitung unterhalb der Stelle der maximalen Engstelle in der Verengung 27 wird ein Zerstäuberteil gebildet. Vorzugsweise nimmt die Querschnittsfläche mit dem Abstand von der Verengung in ähnlicher Weise wie die eines Kegels mit einem Spitzenwinkel von ungefähr 6 bis 8° zu. Ein solcher

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Zerstäuberteil ist in übertrieben großer Form in beiden Ausführungsformen nach F i g. 2A und 2B dargestellt. Die allmähliche Erhöhung der Querschnittsfläche durch das Zerstäuberteil macht es möglich, einen beträchtlichen Teil der kinetischen Energie der eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Ansaugluft als statischen Druck wiederzugewinnen und damit den Bereich der Vakuumbedingungen im Ansaugverteiler zu erhöhen, bei dem eine Schallgeschwindigkeit durch die Engstelle erzielt wird.

Gemäß einem Ausgestaltungsmerkmal der vorliegenden Erfindung wird flüssiger Brennstoff in die Strombahn der Ansaugluft an der Stelle der maximalen Engstelle in der Verengung 27 des Vergasers 20 oder vorher eingeführt. Wenn die Ansaugluft ihre Geschwindigkeit durch die Verengung erhöht, wird der flüssige Brennstoff fein verteilt und von der eine hohe Geschwindigkeit, nämlich Schallgeschwindigkeit aufweisenden Ansaugluft mitgerissen. Es wurde festgestellt, daß durch Erhöhung der Luftgeschwindigkeit an der Engstelle auf Schallgeschwindigkeit ein beträchtlicher und ausnützbarer Teil des fein verteilten Brennstoffes in der Ansaugluft bei ihrem Weg durch den Ansaugverteiler und zu den Zylindern verbleibt und mitgenommen wird. Nach der Verteilung und Mitnahme des Brennstoffes an der Engstelle wird die Geschwindigkeit der Ansaugluft und des mitgeführten Brennstoffes durch Erhöhung des Querschnittes der Strombahn reduziert.

Es wurde festgestellt, daß im übrigen der übliche Otto-Motor, der mit einem Vergaser 20 versehen ist, beträchtlich niedrigere Werte an unerwünschten Abgasemissionen erzeugt als der gleiche Otto-Motor mit einem normalen Vergaser. Beispielsweise wurde ein Rambler American 220, Jahrgang 1963, mit einem 6-Zylinder-Reihenmotor von 3,2 Liter Hubraum und einem Kompressionsverhältnis von 8,7 :1 auf die vorhandenen Abgasemissionen geprüft, wobei dieser einmal mit einem normalen Einfach-Vergaser ausgestattet war und zum anderen einen Vergaser gemäß der Erfindung besaß.

ίο Der Wagen wurde auf einem üblichen Clayton-Chassis-Dynamometer geprüft, wobei die normale Straßenbelastung an den Hinterrädern des Wagens angriff. Die Köhlenwasserstoff-Abgasemissionen in Teilen pro Million wurden ständig mit einem nichtdispersiven Beckmann-Infrarotspektrometer gemessen, das auf Hexan sensibilisiert war. Der Prozentsatz des freien Sauerstoffs im Auspuff wurde ebenfalls ständig mit einem paramagnetischen Beckmann-Sauerstoff-Analysiergerät gemessen und überwacht. Der Prozentsatz des Kohlenmonoxids im Auspuff wurde periodisch punktweise mit einem Baberach-Kohlenmonoxid-Analysegerät geprüft. Eine modifizierte Saltzmannlösung wurde verwendet, um periodisch die Stickstoffoxide im Auspuff in Teilen pro Million zu bestimmen. Ein Vergleich der Abgasemissionen des Wagens unter Verwendung eines üblichen Vergasers und unter Verwendung des Vergasers gemäß der Erfindung ist in der Tabelle I beim Lauf des Wagens mit 48 und 80 Kilometer pro Stunden dargestellt. In allen Fällen stellen die Angaben einen Durchschnitt aus verschiedenen Proben dar.

Tabelle I	Kohlen	CO %	NO*	O20/0
	wasserstoff		ppm
	ppm
	48 km/h
Geschwindigkeit	360	0,10	1750	4,2
Normalver
gaser	35	0,27	395	6,2
Vergaser
Typ A	80 km/h
Geschwindigkeit	330	2,60	2500	1,5
Normalver
gaser	0*)	0,10	305	5,7
Vergaser
Typ A

*) Unterhalb der 30-ppm-Grenze, bei der Kohlenwasserstoffe zuverlässig mit diesem Prüfgerät geprüft werden konnten.

Es ergibt sich aus der obigen Tabelle, daß die unerwünschten Emissionen von Kohlenwasserstoff, CO und NO* beträchtlich reduziert waren und der Prozentsatz an freiem Sauerstoff im Auspuff während der 80 km/h-Prüfung erheblich erhöht war, wenn der Wagen mit einem Vergaser gemäß der Erfindung ausgerüstet war. Die Werte von Kohlenwasserstoff und NO* waren außerdem erheblich reduziert, wenn der Wagen zusammen mit einem Vergaser gemäß der Erfindung und Geschwindigkeit von 48 km/h aufwies.

Der erfindungsgemäße Vergaser, der mit dem Rambler-Motor für die obigen Untersuchungen verwendet wurde, ist im einzelnen in den F i g. 3 bis 5 dargestellt. Wie dort gezeigt, weist der Vergaser 30 eine Luftansaugleitung 31 mit einer Verengung 32 auf, die in Stromabwärtsrichtung konvergiert. Um nun den Strom der Ansaugluft durch die Verengung 32 weiter zu verengen, ist ein axial bewegliches Drosselglied 33 koaxial in der Verengung angeordnet. Das Drosselglied 33 hat ein konvergierendes unteres Endstück 34, das zusammen mit dem unteren Ende der konvergierenden Verengung 32 eine veränderliche ringförmige Austrittsöffnung 35 bildet (siehe F i g. 5).

Die Ansaugluft wird in die Luftansaugleitung 31 durch eine Leitung 36 eingesaugt, die tangential einen Deckel 37 am großen Ende des Luftkanals durchdringt. Die Ansaugluft strömt dann durch die Luftansaugleitung und die konvergierende Verengung 32, wo der Strom durch das Drosselglied verengt wird, so daß die Geschwindigkeit der Ansaugluft vor ihrem Durchgang

durch eine Auslaßleitung 38 und vor dem Eintritt in den Ansaugverteiler des Motors erheblich erhöht wird. Die Luftansaugleitung 31 hat ein divergierendes Kanalstück

39 in Flußabwärtsrichtung anschließend an die Stelle der maximalen Engstelle der Verengung 32. In dieser Beziehung ist der Vergaser 30 im wesentlichen ähnlich dem Vergaser nach F i g. 2A.

Flüssiger Brennstoff wird dem Vergaser 30 nach den F i g. 3 bis 5 über eine Brennstoffdüse 40 zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel ragt die Brennstoffdüse 40 axial in die Luftansaugleitung 31 unter Durchdringen des Deckels 37 hinein. Das Austrittsende der Düse ist mittig in der Luftansaugleitung in erheblichem Abstand oberhalb der Stelle der maximalen Engstelle der Verengung angeordnet. Der flüssige Brennstoff wird vorzugsweise in die Luftansaugleitung 31 aus dem Austrittsende der Düse im wesentlichen symmetrisch eingesprüht. Zu diesem Zweck ist die dargestellte Düse

40 als Ansaugdüse ausgebildet und weist ein Prallglied

41 auf, das rechtwinklig zum Ausgabeende der Düse angeordnet ist, um so den flüssigen Brennstoff in im wesentlichen radialer Richtung zu verteilen. Für die oben erwähnten Untersuchungen wurde der Düse Luft unter einem Druck von ungefähr 2,8 kg/cm² zugeführt, und der Brennstoffstrom durch die Düse wurde durch ein nicht dargestelltes Ventil geregelt.

Um nun sicherzustellen, daß der flüssige Brennstoff im wesentlichen symmetrisch in die Bahn der eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden, durch die Engstelle der Verengung 32 strömenden Ansaugluft eingeführt wird, sind die Luftansaugleitung 31 und die Verengung 32 vorzugsweise mit ihrer Achse im wesentlichen senkrecht orientiert. Bei dieser Anordnung läuft der flüssige Brennstoff, der aus der Düse 40 ausgesprüht wird und die Innenwand der Luftansaugleitung 31 und der Verengung 32 erreicht, nach unten entlang der schrägen Wand der Verengung im wesentlichen gleichmäßig bis zum Bereich der maximalen Engstelle zwischen der Verengung 32 und dem Drosselglied 33. An der Stelle der maximalen Engstelle (die durch die Schnittlinie 5-5 der F i g. 3 dargestellt ist) streift die eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Luft den flüssigen Brennstoffilrrf von der Maulwand, verteilt ihn fein und lädt die Ansaugluft mit diesem Brennstoff auf.

Um nun die Größe der Engstelle im Vergaser zu steuern und damit den Strom der Ansaugluft durch die Engstelle hindurch abzuwandeln, ist das Drosselglied 33 axial beweglich. In dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Drosselglied 33 auf einer Steuerstange 45 angeordnet, die in einen Ansatz 46 der Gemischleitung 38 eingeschraubt ist. Ferner ist ein gerändelter Knopf 47 am unteren Ende der Stange 45 vorgesehen, um so die Stange zum Anheben oder Absenken des Drosselgliedes 33 relativ zur Verengung 32 drehen zu können und damit die Fläche der Austrittsöffnung 35 zu erhöhen oder zu ermäßigen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vergasers ist in F i g. 6 bis 8 dargestellt. Der dort gezeigte Vergaser 50 ähnelt dem Vergaser 30 nach F i g. 3 bis 5, und es werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um die Luftansaugleitung 31, den Deckel 37, die tangentiale Ansaugleitung 36 und die Düse 40 zu bezeichnen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Verengung 52 und das Drosselglied 53 in dieser Ausführungsform der schematischen Anordnung nach F i g. 2B und nicht nach Fig.2A folgen. Mit anderen Worten: die maximale Engstelle in Form einer ringförmigen Austrittsöffnung 55, wie sie zwischen der Verengung 52 und dem Drosselglied 53 vorhanden ist, ist nicht in einer festen Lage, wie in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3, sondern in einer beweglichen Ebene angeordnet, die durch die Schnittlinie 8-8 in Fig.6 definiert ist, die durch das weiteste Teilstück des konischen unteren Endes des Drosselgliedes 53 hindurchgeht.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Vergaser 50, wie in den F i g. 6 bis 8 gezeigt, andere Mittel zum Anheben und Absenken des Drosselgliedes 53 an der Engstelle 52

ίο im Vergleich zum Vergaser 30 nach F i g. 3 aufweist. Die Vorrichtung zum Anheben und Absenken hat die Form eines Kurbelarmes 54, an dem das Drosselglied 53 durch eine Lasche 56 aufgehängt ist. Der Kurbelarm 54 ist von einer Querwelle 57 getragen, die die Luftansaugleitung 31 durchdringt. Ferner ist ein weiterer Kurbelarm 58 (siehe Fig. 7) am Ende der Querwelle angeordnet, um das Drosselglied 53 zu bewegen. Diese Anordnung gestattet nicht nur eine bequeme Steuerung der Bewegung des Drosselgliedes 53, sondern erlaubt auch eine Kupplung des die Drosselgliedstellung steuernden Steuergestänges mit einem nicht dargestellten Brennstoffventil, um so die dem Motor zugeführten Mengen an flüssigem Brennstoff und Ansaugluft miteinander zu koordinieren.

Der Vergaser nach den F i g. 6 bis 8 wurde ebenfalls in dem 1963-Rambler-Automobil, wie oben erwähnt, geprüft. Das Ergebnis der Prüfungen, die wiederum Durchschnittswerte mehrerer Proben beinhalten, sind in der Tabelle II niedergelegt.

Tabellen

1963 Rambler 220 mit Gemischeinrichtung Typ B

Ge- Kohlen- CO % NO* O2

schwindigkeit wasserstoff ppm

km/h ppm

40 24	30	0,10*)	15	6,8
32	0·)	0,10**)	10	5,8
56	0	0,10*)	58	5,6
72	0	0,10*)	170	5,8

*) Unterhalb der 30-ppm-Grenze, bei der Kohlenwasserstoffe mit dem Prüfgerät zuverlässig festgestellt werden konnten.
**) Die CO-Werte waren alle zwischen 0,05 und 0,15%.

Da die Geschwindigkeiten, bei denen der Wagen bei der Ausrüstung mit dem Vergaser 50 Typ B nach den F i g. 6 bis 8 geprüft wurde, nicht die gleichen waren wie die Untersuchungen mit dem Vergaser 30 Typ A nach Fig.3 bis 5, können die Ergebnisse nicht direkt verglichen werden. Es kann jedoch festgestellt werden, daß im allgemeinen die Abgasemissionen für einen Motor im Zusammenhang mit dem Vergaser 50 Typ B sogar niedriger waren als mit dem Vergaser Typ A.

Als weitere Prüfung eines Vergasers 50 Typ B wurde dieser mit einem Rambler verglichen, der mit einem üblichen Vergaser ausgerüstet war. Die Prüfung wurde bei einer Geschwindigkeit von 56 km/h durchgeführt. Dabei wurde das Dynamometer so eingestellt, daß ungefähr 20 PS Straßenbelastung an den Hinterrädern des Wagens angriffen, um so einen Lauf unter Last zu simulieren. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in Tabelle III dargestellt, die weiterhin die beträchtlichen Reduktionen in den Abgasemissionen zeigt.

Tabelle III

1936 Rambler bei 56 km/h und 20 PS Straßenbelastung

	Kohlen	CO %	NO*	02%
	wasserstoff		ppm
	ppm
Normalver	120	0,49	3360	4,0
gaser
Gemischein	0»)	0,15	650	6,2
richtung
Typ B

·) Unterhalb der 30-ppm-Grenze, bei der Kohlenwasserstoffe mit dem Prüfgerät zuverlässig festgestellt werden konnten.

Der Grund dafür, daß der erfindungsgemäße Vergaser solche beträchtlichen Reduktionen an unerwünschten Abgasemissionen aufweist, ergibt sich in erster Linie aus zwei zusammenhängenden Faktoren, nämlich der Art und der Gleichmäßigkeit der durch den Vergaser erzeugten Mischung aus mitgeführtem Brennstoff und Ansaugluft. Einmal wird durch eine feine Verteilung, ein gründliches Mischen und eine im wesentlichen vollständige Mitnahme des flüssigen Brennstoffes durch die Ansaugluft bei jedem Arbeitstakt eine im wesentlichen gleichmäßige Brennstoff-Luftmischung den einzelnen Zylindern zugeführt. Die Art und die Gleichmäßigkeit dieser Brennstoff-Luftmischung reduziert in erheblichem Maße die Unterschiede von Zylinder zu Zylinder und von Arbeitstakt zu Arbeitstakt, die Fehlzündungen erzeugen und eine unvollständige Verbrennung bei den üblichen Vergasersystemen ergeben können. Als Ergebnis ist die hier verwendete Brennstoff-Luftmischung wesentlich magerer als die bisher verwendete. Es ist allgemein bekannt, daß eine theoretisch vollständige Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Brennstoffverhältnis eintreten sollte, nämlich bei 15,5 :1. Es ist einleuchtend, daß in der Praxis dieser theoretische Idealzustand in den Zylindern von bekannten Motoren nicht vorhanden ist und daß infolgedessen die Vergaser bisher so eingestellt waren, daß Brennstoff-Luftmischungen zugeführt wurden, die fetter waren, als das dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht. Bei solchen fetten Brennstoff-Luftverhältnissen tritt eine vollständige Verbrennung nicht ein, und es tritt eine erhebliche Abgabe von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid auf. Da die Verbrennung bei diesen fetten Mischungen nicht vollständig ist und in den Zylindern ein Überschußbrennstoff vorhanden ist, ist die endgültige Verbrennungstemperatur niedriger, als wenn Brennstoff und Luft in stöchiometrischem Verhältnis verbrannt werden. Hierdurch wird wiederum die Erzeugung von Stickoxiden reduziert, da ihre Bildung durch hohe Verbrennungstemperaturen gefördert wird.

Um nun die Erzeugung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und von Kohlenmonoxid herabzusetzen, wurden die Vergaser in der letzten Zeit so eingestellt, daß sie Brennstoff-Luftmischungen ergeben, die so nahe wie möglich an dem stöchiometrischen Verhältnis liegen. Zwar war dies insofern wirksam, als die Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidemissionen wegen der vollständigeren Verbrennung der Brennstoff-Luftmischung herabgesetzt wurden, doch wurde auch die Erzeugung von Stickoxiden als Ergebnis der höheren Verbrennungstemperatur erhöht. Tatsächlich wurde festgestellt, daß die Erzeugung der Stickoxide am höchsten bei stöchiometrischen Verhältnissen oder bei etwas magererem Zustand als bei stöchiometrischen Verhältnissen ist.

Ein wichtiges Ergebnis der Erfindung besteht darin, daß infolge der erheblich verbesserten Gleichmäßigkeit der Brennstoff-Luftmischungen, wie sie durch die erfindungsgemäßen Vergaser erzeugt werden, der Motor nun bei Luft-Brennstoffmischungen laufen kann, die erheblich magerer als das stöchiometrische Verhältnis sind, ohne daß Fehlzündungen eintreten, die üblicherweise dann vorkommen, wenn intermittierend die Magerkeitsgrenzen eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses von Zylinder zu Zylinder oder von Arbeitstakt zu Arbeitstakt überschritten werden. Tatsächlich wurde festgestellt, daß ein so ausgestatteter Motor bei Luft-Brennstoffverhältnissen von der Größenordnung von 20 :1 bis 30 :1 gut läuft, also mit Luft-Brennstoff mischungen, die viel magerer sind als dies bei vollständiger Verdampfung der Luftbrennstoffmischung für möglich gehalten wurde.

Ein Brennstoff-Luftverhältnis von 20 :1 ergibt ungefähr 30% mehr Sauerstoff für die Verbrennung, als nach dem stöchiometrischen Verhältnis erforderlich ist. Wenn daher eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes stattfindet, so enthalten die Abgase ungefähr 5% freien Sauerstoff. Es wurde festgestellt, daß dieser freie Sauerstoff in bedeutsamer Weise mit der Reduzierung der maximalen Verbrennungstemperatur und der Bildung von Stickstoffoxiden zusammenhängt. Hier sei darauf hingewiesen, das bei einer Abgassteuerung, wie sie heute im Gebrauch ist, freie Luft in den Abgaskrümmer eingeführt wird. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich jedoch von dieser Anordnung in einer sehr wichtigen Hinsicht. Hier wird nämlich der überschüssige Sauerstoff zusammen mit dem Brennstoff eingeführt als Ergebnis der Verwendung eines Brennstoff-Luftverhältnisses in der Größenordnung von 20 :1 oder größer, so daß also der Sauerstoff während des ganzen Verbrennungsprozesses vorhanden und verfügbar ist.

In bezug auf einen zweiten wichtigen Faktor der Erfindung, nämlich die Art der Brennstoff-Luftmischung, wird angenommen, daß dieser eine gleich große, wenn nicht größere Rolle bei der Herabsetzung von unerwünschten Abgasemissionen an Motoren spielt, die die neuartige Einrichtung verwenden.

Dadurch, daß der Brennstoff in Berührung mit der eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Ansaugluft gebracht wird, die durch die Verengung des Vergasers hindurchströmt, wird der flüssige Brennstoff in fein verteilte Tröpfchen zerbrochen und dann die Ansaugluft damit beladen. Dies gestattet zusammen mit der gründlichen Mischung von Brennstoff und Luft die Weitergabe einer im wesentlichen gleichmäßige Luft-Brennstoffmischung an alle Zylinder bei jedem einzelnen Arbeitstakt, ohne daß es nötig ist, den Brennstoff im wesentlichen vollständig vor dem Eintritt in diese Zylinder zu verdampfen. Dies wiederum führt zu beträchtlichen Verbesserungen gegenüber den jetzt bekannten Brennstoff-Luft-Ansaugsystemen, die ein hohes Maß von Brennstoffverdampfung erfordern, um brauchbare Resultate zu erzielen.

Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Brennstoff nicht außerhalb der Zylinder verdampft werden muß, ist die Luft-Brennstoffmischung, wie sie den Zylindern zugeführt wird, sowohl kühler, da sie nicht die zum Verdampfen notwendige Wärme absorbiert hat, als auch aus diesem Grunde dichter, und ist

schließlich auch deswegen dichter, weil der fein verteilte Flüssigkeitsbrennstoff weniger Volumen einnimmt als ein verdampfter Brennstoff. Es ist einleuchtend, daß eine dichtere Brennstoff-Luft-Mischung mehr Leistung als eine weniger dichte erzeugt. Damit wird die Leistung des Motors durch diesen Faktor erhöht.

Die Temperatur der Brennstoff-Luft-Mischung am Ende der Kompression ist als Folge der Erfindung ebenfalls niedriger als bei den üblichen Motoren, die eine Erwärmung der Ansaugluft zum Verdampfen des Brennstoffs benötigen. Teilweise hängt die niedrigere Endkompressionstemperatur gemäß der Erfindung mit der niedrigeren Temperatur der Brennstoff-Luftmischung zusammen, wie sie zu Beginn — wie oben erwähnt — in die Zylinder eingesaugt wird. Die Endkompressionstemperatur wird weiter dadurch reduziert, daß ein Teil der Kompressionswärme zur Verdampfung des Brennstoffes innerhalb der Zylinder verwendet wird. Da außerdem die Endkompressionstemperatur niedriger ist, so ist die Verbrennungstemperatur ebenfalls gemäß der Erfindung im Vergleich zu den übrigen Systemen niedriger. Wie bereits erwähnt, werden so weniger Stickoxide bei niedrigeren Verbrennungstemperaturen gebildet.

Die niedrigere Kompressionstemperatur scheint auch einen Einfluß auf die Oktanerfordernis des Brennstoffes bei einem bestimmten Motor zu haben. Wenn die Kompressionstemperatur niedriger ist als die Luft-Brennstoffcharge für einen Motor mit einem bestimmten Kompressionsverhältnis, so ist es weniger wahrscheinlich, daß diese Charge sich selbst entzündet. Damit kann der gleiche Brennstoff für Motoren mit höheren Verdichtungen verwendet werden, oder es kann für einen Motor mit einem bestimmten Kompressionsverhältnis ein Brennstoff mit einer niedrigeren Oktanzahl benutzt werden. Der letztere Vorgang gestattet eine Ersparnis an Brennstoffkosten, weil ein Brennstoff mit einer niedrigeren Oktanzahl normalerweise zu einem Preis verkauft wird, der unter dem von gutem Brennstoff mit einer hohen Oktanzahl liegt.

Es wird ferner angenommen, daß die Art der Luft-Brennstoffcharge gemäß der Erfindung ebenfalls

ίο mit einem Herabsetzen der Oktanbedingung für den verwendeten Brennstoff zusammenhängt. Anscheinend rührt dies von einer rascheren Verbrennungsreaktionsgeschwindigkeit der Luft-Brennstoffcharge gemäß der Erfindung im Vergleich zu den Verhältnissen bei üblichen Vergasersystemen her. Es wurde beispielsweise festgestellt, daß in einem Buick-V8-Motor, Jahrgang 1963, mit 3,5 Liter Hubraum und einem Kompressionsverhältnis von 11 :1 die vorliegende Erfindung ausgezeichnete Resultate sowohl hinsichtlich der Leistung als auch hinsichtlich niedrigerer Abgasemissionen bei bleilosem Normalbenzin von ungefähr 84 bis 86 Oktanzahl und ferner bei höherwertigem, Blei enthaltendem Normalbenzin mit einer Oktanzahl von ungefähr 91 bis 93 ergibt. Wenn andererseits der Motor mit einem üblichen Vierkanal-Vergaser ausgestattet wird, benötigt er ein hochwertiges bleihaltiges Benzin mit einer Oktanzahl von ungefähr 98 bis 100.

Die Ergebnisse der Prüfungen an dem mit hoher Kompression arbeitenden Buick-V8-Motor, Jahrgang 1963, beim Vergleich eines üblichen Vergasers mit der Gemischeinrichtung Typ B sind in Tabelle IV niedergelegt. Auch hier wurden die gleichen Prüfeinrichtungen und Verfahren wie bei dem Rambler-Motor verwendet.

Tabelle IV	Brennstoff	Kohlen	CO %	NO*	Ο2%	Luft-	Verbrauch
		wasserstoff		ppm		Brennstoff-	1/100 km
		ppm				Verhältnis

Leerlauf	hochwertig	310	3,60	60	1,3
Normalver
gaser	normal	120	0,15	11	4,6
Gemischein	bleilos	30	0,15	0	4,7
richtung
Typ B
56 km/h	hochwertig	350	0,40	1200	2,2	12,5/1	10,9
Normalver
gaser	normal	0	0,15	15	6,8	24,2/1	9,2
Gemischein	bleilos	15	0,15	35	5,4	23,6/1	12,4
richtung
Typ B
72 km/h	hochwertig	300	1,20	1450	1,6	12,5/1	13,1
Normalver
gaser	normal	0	0,15	135	8,5	25,2/1	11,0
Gemischein	bleilos	0	0,15	180	5,0	23,2/1	11,0
richtung
Typ B

Aus Tabelle IV ergibt sich wiederum, daß eine beträchtliche Verminderung der Abgasemissionen durch Verwendung der Erfindung erzielt werden kann. Aus den Prüfungen bei 56 und 72 km/h ergibt sich, daß erfindungsgemäße Vergaser einen Lauf des Motors bei beträchtlich höheren Brennstoff-Luftverhältnissen und mit etwas niedrigerem Brennstoffverbrauch gestattet.

Nach Feststellung dieser Ergebnisse wurde der

Buick-Motor mit einer Gemischeinrichtung Typ B ausgerüstet und bei 64 km/h bei normaler Straßenbelastung gefahren, ferner wurde das Brennstoff-Luftverhältnis weiter reduziert. Diese Ergebnisse sind in der Tabelle V niedergelegt und bestätigen die Verbesserung im Motorwirkungsgrad, die Fähigkeit des Motors, bei bleilosem Benzin zu laufen, und die Herabsetzung der Abgasemissionen.

609526/61

Tabelle V	Brennstoff	Kohlen wasserstoff ppm	CO %	NO* ppm	O2°/0	Luft- Brennstoff- Verhältnis	Verbrauch 1/100 km
	normal bleilos	15 0	0,07 0,05	70 260	11,2 12,1	27,8/1 31,2/1	7,2 6,3
Gemischein richtung Typ B

Bei sämtlichen vorerwähnten Prüfungen wurde der Brennstoff in den Vergaser durch die Düse 40 mit ungefähr 2,7 kg/cm² Luftdruck eingespritzt, um den Brennstoff aus der Düse zu verteilen. Es wurde jedoch festgestellt, daß es nicht wesentlich ist, daß der

Tabelle VI

Brennstoff in die Vorrichtung eingesprüht wird. Gemäß Tabelle VI wurde der Buick-Motor ebenfalls mit ungefähr 20 PS geprüft, die an den Hinterrädern angriffen, um den Wirkungsgrad zu untersuchen.

'5

Brennstoff Kohlen- CO % NO*
wasserstoff ppm

O2<

Leistung
PS

Normalvergaser Typ B
Bei Luft von 2,7 kg/cm²
Ohne Zusatz-Luft

Tatsächlich reduzierte unter diesen Leistungsverhältnissen der Vergaser Typ B ohne Luftdruck an der Düse die Erzeugung von Stickstoffoxiden im Vergleich zu der Anordnung, bei der die Düse mit Druckluft arbeitete.

Dieser Umstand führt zu der Konstruktion des Vergasers 60, wie er in den F i g. 9 bis 13 dargestellt ist. Wie aus F i g. 11 hervorgeht, hat diese Ausführungsform, ähnlich wie die vorher beschriebenen Ausführungsformen 20 und 30, eine konvergierende Verengung 62 und ein Drosselglied 63, zwischen denen eine Ringöffnung 65 gebildet ist. In F i g. 11 ist das Drosselglied 63 in seiner obersten Lage in der Verengung 62, und die Austrittsöffnung 65 hat ihre größte Querschnittsfläche.

Das Drosselglied 63 hat ein unteres konvergierendes Endstück 64 mit einem Konvergenzwinkel, der kleiner als der Konvergenzwinkel der Verengung 62 ist. Wie bereits oben erklärt, bilden damit diese beiden Teile einen Zerstäuber, um einen beträchtlichen Teil der kinetischen Energie der eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Luft in statische Energie überzuführen, so daß die Luft Schalluftgeschwindigkeit über einen großen Bereich des Ansaugverteilervakuums annehmen kann. Die Verengung 62 hat ferner ein divergierendes, unteres Kanalstück 66, um die Länge des Zerstäubers weiter zu vergrößern. Die Ähnlichkeit dieser Anordnung mit der schematischen Darstellung nach F i g. 2B ist offensichtlich.

Flüssiger Brennstoff wird dem Vergaser 60 über eine Leitung 68 zugeführt, die an eine Hülse 69 angeschlossen ist, in der sich die Verengung 62 befindet. Die Hülse 69 hat eine Ringnut 70, die mit der Leitung 68 kommuniziert, um so den Brennstoff auf der Außenseite der Verengung 62 zu verteilen. Oberhalb der Ringnut 70 hat die Hülse 69 einen solchen Innendurchmesser, daß ein freier Ringraum 71 zwischen der Hülse 69 und der Verengung 62 gebildet wird. Der Brennstoff fließt von der Ringnut 70 nach oben durch den Ringraum 71 und über eine Ringlippe 72 zum oberen Ende der Verengung 62.

Wenn das Drosselglied 63 in seiner obersten Stellung ist, wird der über die Ringlippe 72 einströmende Brennstoff unmittelbar dem Strom der eine hohe

hochwertig	180	1,1	2200	2,0	24
normal	0	0,15	1020	7,0	23
normal	15	0,15	270	6,0	23

Geschwindigkeit aufweisenden Ansaugluft ausgesetzt, die durch die enge Austrittsöffnung 65 fließt. Die eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Ansaugluft reißt den flüssigen Brennstoff von der Ringlippe und nimmt ihn in feinverteilter Form mit. Die Geschwindigkeit der Ansaugluft wird dann erheblich reduziert, wenn diese Luft durch den Zerstäuber des Vergasers 60 hindurch in den Ansaugverteiler einströmt, derart, daß ein wesentlicher und ausnutzbarer Teil des feinverteilten Brennstof-

fes von der Ansaugluft bei ihrem Weiterfließen zu den Motorzylindern mitgeführt wird.

Um die Größe der Engstelle der ringförmigen Austrittsöffnung 65 zu verändern und zu regeln, kann das Drosselglied 63 axial in der Verengung 62 bewegt

werden. Wie aus den F i g. 9 bis 11 hervorgeht, ist das Drosselglied 63 in der Verengung 62 durch Arme 75 zentriert, die am Oberende der Hülse 69 verbunden sind. Das Drosselglied trägt ferner eine Kugelmutter 76 in der Art eines Kugelkopflagers, in die das Gewindeende

einer Stange 77 eingeschraubt ist. Eine Drehung des Drosselgliedes 63 wird durch einen Stift 78 verhindert, der sich nach unten von einem Arm 75 in eine öffnung des Oberteils des Drosselgliedes erstreckt. Wenn die Stange 77 gedreht wird, so wird durch die Kugelmutter

76 das Drosselglied 63 je nach der Drehrichtung der Stange auf- oder abbewegt, wodurch die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 65 geändert werden kann.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Drehung der Stange 77 durch eine eine Zahnstange und

ein Ritzel aufweisende Betätigungsvorrichtung bewirkt, die als Ganzes mit 80 bezeichnet ist. Wie aus F i g. 9 hervorgeht, ist ein hin- und herbewegbares Steuerglied 81 mit einer Zahnstange 82 an einem Ende ausgestattet (siehe insbesondere F i g. 12). Die Zahnstange 82 kämmt

mit einem Ritzel 83, das auf einer Welle 84 befestigt ist, die in Lagern des Körpers 85 der Betätigungsvorrichtung 80 gelagert ist. Diese Welle trägt ein weiteres Zahnrad 85, das mit einem auf einer Welle 87 angeordneten Zahnrad 86 kämmt (siehe F i g. 9 und 12).

Ein weiteres Rad 88 auf der Welle 87 kämmt mit einem Zahnrad 89 auf einer Welle 90, deren unteres Ende ein Kettenrad 91 trägt (siehe F i g. 12). Das untere Ende der Stange 77 trägt ebenfalls ein Kettenrad 92, das mit dem

Kettenrad 91 durch eine Kette 93 gekuppelt ist (siehe F i g. 13). Wenn die Stange 81 gemäß F i g. 9 nach rechts bewegt wird, so wird das Drosselglied 63 gemäß F i g. 11 nach unten bewegt und umgekehrt. Die maximalen oberen und unteren Stellungen des Drosselgliedes sind einstellbar durch einen Anschlagstift 95 bzw. % der Stange 77 festgelegt, die gegen Einstellschrauben 97 und 98 des Gestells 99 anschlagen können.

Die Steuerung des dem Vergaser 60 zugeführten Brennstoffes steht im Zusammenhang mit der Engstelle der Verengung 62 des Drosselgliedes 63. Zu diesem Zweck wird durch eine nicht dargestellte Pumpe Brennstoff unter Druck einem Regelventil 100 zugeführt, das an die Leitung 68 angeschlossen ist, die zur Hülse 69 führt. Das Regelventil 100 weist eine Dosieröffnung 101 und eine konische Ventilnadel 102 auf, die den Fluß des Brennstoffs durch die Austrittsöffnung regeln. Die Ventilnadel ist in einer Stopfbuchsenpackung 103 des Regelventils 100 hin- und herbewegbar angeordnet.

Das Zusammenwirken des Regelventils 100 mit dem Drosselglied 63 wird über eine Lasche 105 erzielt, die die Stange 81 mit der Ventilnadel 102 verbindet. Die Lasche 105 ist an einem mittleren Teil durch einen Stift mit einem Block 106 verbunden, in den das Gewindeende 107 der Nadel eingeschraubt ist. An einem Ende ist die Lasche 105 mit einem Schlitz 108 versehen, in den ein Stift 109 der Stange 81 eingreift, und am anderen Ende hat die Lasche einen Schlitz 110 zur Aufnahme einer Einstellvorrichtung in Form eines Schwenkzapfens 111, der an einem Block 112 befestigt ist, der hin- und herbewegbar in einem am Gestell 99 angeordneten Führungskanal 113 montiert ist. Wenn die Stange 81 gemäß Fig.9 nach rechts verschoben wird, dreht sich die Lasche 105 um den Stift 111 und bewegt die Ventilnadel 102 nach rechts, so daß der Durchgang durch die Dosieröffnung 101 vermindert wird.

Um den Brennstofffluß für eine bestimmte Stellung des Drosselgliedes einzustellen, kann das Gewindeende 107 der Ventilnadel in den Block 106 hinein oder aus

diesem heraus geschraubt werden, um so den Brennstofffluß durch die Austrittsöffnung 101 herabzusetzen oder zu erhöhen. Die Änderung des Brennstoffflusses im Zusammenhang mit Änderungen in der Lage des Drosselgliedes kann auch dadurch bewirkt werden, daß die Lage des Schwenkzapfens 111 geändert wird, um den die Lasche 105 geschwenkt wird. Dies wird durch Drehen einer Schraube 115 bewerkstelligt, die von einem Schieber 112 getragen und in eine Stirnplatte 116 des Gestells 99 eingeschraubt ist. Durch Änderung des Schwenkpunktes der Lasche 105 wird die Größe der Bewegung der Ventilnadel 102 relativ zur Stange 81 geändert.

Um das Vakuum im Ansaugverteiler zu kompensieren, durch das das Drosselglied 63 nach unten in das Maulteil 62 hineingezogen wird, ist die Gemischeinrichtung 60 mit Teilen mit Servowirkung ausgestattet. Hierzu ist eine Vakuumöffnung 120 in der Grundplatte 121 der Gemischeinrichtung angeordnet, und eine Vakuumleitung 122 verbindet diese Vakuumöffnung 120 mit einem Zylinder 123, dessen Kolben 124 eine Zahnstange 125 trägt, die mit dem Zahnrad 85 zusammenwirkt. Wenn sich nun das Vakuum an der Vakuumöffnung 120 erhöht, so bewegt der Kolben 124 die Zahnstange 125 in einer solchen Richtung, daß das Drosselglied 63 angehoben und dadurch das Vakuum reduziert wird. Durch diese Anordnung braucht nun eine viel kleinere Kraft auf die Stange 81 ausgeübt zu werden, um die Lage des Drosselgliedes 63 zu verstellen.

Der Vergaser 60 gemäß den F i g. 9 bis 13 wurde an einem Motor Ford Torino, Baujahr 1970, angebracht. Dieser Motor hatte einen Hubraum von 5,8 Liter und ein Kompressionsverhältnis von 10,7 :1. Er hatte ferner einen Vierkanal-Vergaser als Normalausrüstung, und es wurde empfohlen, einen hochwertigen Brennstoff zu verwenden.

Mit diesem Ford-Motor wurde nun die gleiche Prüfeinrichtung und das gleiche Verfahren wie oben beschrieben verwendet, die Ergebnisse sind in Tabelle VII zusammengefaßt.

Tabelle VII	Brennstoff	Kohlenwasser stoff ppm	CO Vo	NOx ppm	O2%

Leerlauf	hochwertig normal bleilos	300 48 15	4,25 0,68 0,50	25 -) -)	0 6,0 4,6
Normalvergaser Gemischeinrichtung TypC
72 km/h	hochwertig normal bleilos	170 30 0	0,45 0,25	2600 480 220	0,7 6,5 7,0
Normalvergaser Gemischeinrichtung TypC

*) keine Ablesung vorgenommen.

Die Ergebnisse der Tabelle VII zeigen wiederum deutlich, daß eine beträchtliche Reduktion der Abgasemissionen durch Anwendung der Erfindung erzielt

wurde. Gleichzeitig wurde die Oktanforderung in bezug auf den Motor erheblich reduziert und damit die Brennstoffwirtschaftlichkeit verbessert.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einer Luftansaugleitung, in der eine willkürlich in ihrem Querschnitt veränderbare, z. B. ringförmige Engstelle angeordnet ist, der der Brennstoff in entsprechenden Mengen zuführbar ist, und an die sich ein im Querschnitt allmählich zunehmendes Zerstäuberteil anschließt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale,

a) daß die Ausbildung des Zerstäuberteils (28a, b) und seiner zugeordneten Engstelle so getroffen ist, daß über einen wesentlichen Teil des Drehzahl- und Belastungsbereiches durch Aufrechterhaltung des kritischen Druckverhältnisses , an der Engstelle Schallgeschwindigkeit vorliegt,

b) daß eine Brennstoffzuführvorrichtung (40, 41) vorgesehen ist, deren Fördermenge sich in Abhängigkeit von der Querschnittsänderung der Engstelle (28a, Rändert.

2. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Querschnittsfläche des Zerstäuberteils einem Kegel mit einem öffnungswinkel von ungefähr 6° bis 8° entspricht.

3. Vergaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführvorrichtung als Brennstoffdüse (40) stromaufwärts der Engstelle (28a, b) derart angeordnet ist, daß der Brennstoff an der Innenwand des sich verengenden Teils (32) der Luftansaugleitung (31) zur Engstelle fließt.

4. Vergaser nach Anspruch 1 oder 2, mit einem der Engstelle zugeordneten Drosselglied, das mit Hilfe einer Betätigungsvorrichtung axial bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung zum Steuern der Brennstoffzufuhr mit der Brennstoffzuführvorrichtung gekoppelt ist.

5. Vergaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Betätigungsvorrichtung durch eine Vakuumleitung (120) von einem Ansaugverteiler (21) eine einer durch ein Vakuum in der Luftansaugleitung (31) auf das Drosselglied (63) ausgeübten Kraft entgegenwirkende Kraft ausübbar ist.

6. Vergaser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung zum Steuern der Brennstoffzufuhr eine Einstelleinrichtung (Ul, 115) zum Einstellen der Zunahme des bei einer eine Zunahme der Luftströmung bewirkenden Bewegung des Drosselgliedes (63) zugeführten Brennstoffes aufweist.

7. Vergaser nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Engstelle in der Luftansaugleitung (31) unabhängig von der Stellung des Drosselgliedes ist.