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Luftdüse für Verbreneungsmotoren mit konzentrisch und kontinuierlich
veränderbarem Durchlaßquerschnitt Die Erfindung betrifft eine Luftdüse für Verbrennungsmotoren
und insbesondere eine Luftdüse mit konzentrisch und kontinuierlich veränderbarem
Durchlaßquerschnitt.
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Die Bestrebungen, den Giftgasanteil in den Abgasen der Verbrennungsmotoren
herabzusetzen6 haben dazu geführt, der Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
eine erhöhte Aufmerksamkeit zu schenken.-Manihat hierbei erkannt, daß es für ein
in einer Rohrleitung transportiertes Kraftstoff-Luft-Gemisch von wesentlicher Bedeutung
ist, daß es während des Transports möglichst wenig mit den Rohrwandungen in Berührung
kommt.
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Streicht der Gemischstrom an der Rohrwand entlang, so läßt es sich
nicht vermeiden, daß Kraftstoffnebel an der Rohrwand kondensiert insbesondere, wenn
diese noch kalt ist. Wenn dann, z.B. beim Schließen der Drosselklappe, der Unterdruck
ansteigt, verdampft dieser Kraftstoff-Film plötzlich und das Gemisch wird so fett,
daß ein hoher Anteil von teilverbranntem Eohlenwasserstoff mit den Abgasen den Motor
verläßt.
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Da bei alle heutigen Drosselklappen der Gemischstrom direkt an die
Rohrwand geleitet wird, sind von einer Weiterentwicklung der Drosselklappe wesentliche
Fortschritte in Bezug auf eine bessere Regelung und eine Entgiftung von Otto-Motoren
nicht zu erwarten.
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Brfahrunger,die in letzter Zeit bei Versuchen mit Vergaser mit mittig
veränderbarem Durchlaßquerschnitt gemacht wurden haben indessen gezeigt, daß es
noch Nöglichkeiten gibt, um die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu verbessern
ans den Gehalt der Abgase an giftigen1unverbrannten Bestandteilen
herabzusetzen.
Es wurde weiterhin festgestellt, daß die zentrale Führung des Geinischtromes sich
auch in anderer Hinsicht günstig auswirkt.
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Bei der benutzten Konstruktion wird die Veränderung des Durchlaßquerschnitts
durch allmähliches Zu- oder Abschalten mehrerer ineinandergesteckter Luftdüsenrohre
erzielt (vgl. unsere Patentanmeldung P 15 26 660.1-13 vom 12.2.66). Die Herstellung
einer solchen Luftdüse erfordert jedoch eine große Sorgfalt und umfangreiche Handarbeit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Luftdüse so auszubilden,
daß bei gleichfalls zentraler Führung des Eraftstofffl Luft-Gemischstromes bei jeder
Durchlaßöffnung eine kontinuierliche Änderung (Vergrößerung oder Verkleinerung)
des engsten Querschnitts der Düse ermöglicht wird, daß aber der Aufbau einfacher
und für eine Serienherstellung besser geeignet ist.
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Erfindungsgemäß sind in einem Gehäuse zwei gegensinnig drehbare aufeinander
abrollende Walzenkörper von gleichem Querschnitt so gelagert, daß ihre Drehachsen
in einer senkrecht zur Strömungsachse des Vergasers stehenden Ebene und gleichweit
von dieser entfernt liegen, wobei die Walzenkörper mit je einer Ausfräsung an ihrem
Umfang versehen sind, deren Abwicklungen sich räumlich zu einem geschlossenen Trichter
ergänzen.
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Bei Drehung der Walzenkörper gegeneinander ergibt sich in diesem Falle
ein Durchlaßquerschnitt, der sich, ohne seine zentrale Lage zu ändern, je nach deDrehsinn
vergrößert oder verkleinert. Beim Durchgang durch den freigegebenen Querschnitt
gelangt der Gemischstrom stets zentral in die Rohrfortsetzung, wodurch die Kondensation
von Kraftstoffnebel an einer kalten Rohrwand verhindert wird.
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Es ist nicht erforderlich, daß die Ausfräsungen sich über den ganzen
Umfang der Walzen erstrecken. In vielen Fällen wird es gewogen, wenn nur etwa ein
Viertel des Walzenquerschnitts für die Ausfräsung herangezogen wird. Man kann hierbei,
da stets nur eine Drehung in der einen oder der anderen Richtung um 90a in Frage
kommt, die Walzenkörper auf je einen Walzenausschnitt
von etwa
900 beschränken.
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Bei dieser Bauart benötigt man nur wenig Platz Sür die Unterbringung
der Walzenkörper. Der Gehäusequerschnitt ist daher in seinen äußeren Abmessungen
nur wenig größer als der des tuftansaugrohres. Etwas nachteilig wirkt es sich aus,
daß bei jeder Einstellung des engsten Düsenquerschnitts mindestens ein Teil des
Gehäuseraumes vor dem Querschnitt und mindestens ein Teil des Gehäuseraumes hinter
dem Querschnitt mit dem Durchtrittskanal in Verbindung stehen. Dies kann zu Wirbelbildungen
führen, die sich als Turbulenz- und/oder Resonanzschwingungen bemerkbar machen.
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Die erwähnten Störungen der Strömung können eingedämmt und die Wirkungsweise
der Düse noch verbessert werden, wenn die Aussparungen der Trichterhälften aus ganzen
Walzen herausgearbeitet werden. Das Gehäuse-wird dadurch zwar etwas größer, aedoch
ist es dann möglich, die leeren Räume im Gehäuse zu verkleinern und dadurch die
Turbulenz-Erscheinungen mindestens für einen großen Teil der Einstellungen des Düsenquerschnitts
praktisch zu verhindern. Bei entsprechender Ausbildung der Ausfräsungen kann erreicht
werden, daß bei engstem Durchflußquerschnitt ein stetiger Ubergang von dem Walzentrichterquerschnitt
zum Querschnitt des Abflußkanals und bei größter Öffnung des Durchflußquerschnittes
ein stetiger Uebergang vom Zufiußkanal zum Abflußquerschnitt erhalten werden.
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Die gleichmäßige,gegensinnige Drehung der beiden Walzenkörper kann
in üblicher Weise durch Zahnräder oder andere geeignete Getriebe sichergestellt
werden. Die Verstellung erfolgt durch ein Gestänge mit Hilfe des Gaspedals. In die
Verstellung kann eine zusätzliche Regelung zur Berücksichtigung des Unterdruckes
eingebaut werden.
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Es besteht 2uch die Moglichkeit, die Verstellung durch einen Druckluftmotor
vorzunehmen, der in diesem Fall zweckmäßigerweise als Drehkolbenmotor ausgebildet
werden kann. Die Steuerung des Drucknittals könnte bei dieser Bauweise ebenfalls
durch Vermittlung des Gaspedals unter Einschaltung eines vom Unterdruck gesteuerten
Regelgliedes erfolgen.
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Besonders einfach gestaltet sich die Banweise, wenn die Walzen selbst
als Drehkolben herangezogen @@@den. In diesem Falle müßte etwa ein Viertel des Quersch?itbs'
der die Ausfräsung tragender. Walze für dIe Aufnahme des Steuermittels hergerichtet,
der entsprechende Raum durch eine radiale Dichtung unterteilt und der eine Teil
mit der Außenluft, der andere Teil mit dem Saugkanal verbunden werden.
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Drei Ausführungabeispiele für eine erfindungsgemäß ausgebildete Luftdüse
sind in den Figuren 1 bis 7 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 den Axialschnitt eines Walzentrichters in Richtung II - II von Fig. 2 Fig.
2 einen Achsnormalschnitt durch denselben Trichter in Richtung I - I von Fig. 1
Fig. 3 einen Walzenkörper als Einzelheit mit den Ansichten a, b, c.
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Fig. 4 eine andere Form des Walzentrichters im Axialschnitt in Richtung
IV - IV von Fig. 5 Fig. 5 einen Achsnormalschnitt des Walzentrichters gemäß Fig.
4 in Richtung V - V von Fig. 4 Fig. 6 den Axialschnitt eines mit einer Drehkolbeneinstellvorrichtung
kombinierten Walzentrichters in Richtung VI - VI von Fig. 7 Fig. 7 einen Achanormalachnitt
des Walzentrichters nach Fig. 6 in Richtung VII - VII von Fig. 6 Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß den Fig.l und 2 sind zwei Walzenkörper 1 und 2 in einem aus den Teilen 3,
4 bestehenden Gehäuse schwenkbar gelagert und zwar derart, daß die Schwenkachsen
parallel zueinander liegen und die Walzenkörper mit den Außenrand ihres Umfanges
bei einer Schwenkbewegung aufeinander abrollen. Die Bezeichnung "Walzentrichter"
ist daraus abgeleitet, daß aus beiden Walzenkörpern am Unfang symmetrische Aussparungen
11, 12 herausgearbeitet sind, die in der räumlichen Abwicklung jeweils die Hälfte
eines in der Längsrichtung geteilten Trichters durstellen.
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In den Fig. 1 und 2 sind die Walzenkörper in der Stellung dargestellt,
in der die Durchîlußöffnung 22 den engsten Querschnitt hat Durch Drehen des linken
Walzenkörpers in Uhrzeigersinn und des rechten um jeweils den gleichen Winkel in
entgegengesetzter Richtung erweitert sich der Durchtrittsquerschnitt In der Mitte
stetig bis er in der Endstellung - wenn beide Walzenkörper nach unten geschwenkt
sind -seine größte Durchtrittsöffnung erreiht;, die (siehe Fig. 3 b) nur unwesentlich
kleiner ist als der Querschnitt des Eintrittsstutzens 13 und des Austrittsstutzens
14.
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Will man erreichen, daß in der in Fig.l dargestellten Endstellung
die Durchtrittsöffnung 22 vollständig geschlossen ist, so müssen die Ausfräsungen
am Umfang der Walzenkörper so gestaltet sein, wie es in den Fig. 3a bis c dargestellt
ist. Die Ausfräsungen 11 und 12 enden dann nicht in einer engsten Aussparung 22,
sondern laufen in eine Spitze aus, wie es in Fig. 3c dargestellt ist.
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Der Durchlaß 21, 22 muß nicht unbedingt kreisförmig sein, er kann
auch quadratisch ausgebildet sein. Dann müssen allerdings die beiden Ausfräsungen
aus dem Walzenkörper so gestaltet sein, daß die räumliche Abwicklung beider Aussparungshälften
zusammengesetzt die Gestalt einer Pyramide ergibt.
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Da bei einem Vergaser mit Abkühlung gerechnet werden muß, kann man
die Walzenränder nicht so gegeneinander drücken, daß jederzeit eine synchrone Bewegung
beider Walzenkörper gesIchert ist. Vielmehr wird es erforderlich sein, daß zwischen
den Rändern ein kleines Spiel erhalten bleibt, dessen Größe nach der zu erwartenden
Temperaturänderung und dem Ausdehnungskoeffizienten des benutzten Werkstoffes zu
bemessen ist. Die phasenrichtige und auch synchrone Bewegung der beiden Walzenkörper
kann in einfacher Weise durch am Walzenumfang angebrachte Zahnkränze oder durch
Zahnriemen oder dergleichen gesichert-werden.
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Bc Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel anes Walzentrichters.
Hier sind die hllssparungen 11 und 12 der Trichter-Hälften aus ganzen Walzenkörpern
herausgearbeitet,
wobei die Einlauföffnung 21 se verlängert ist
daß bei der Stellung größter Öffnung die Durchtrittsöffnung durch einen sich stetig
erweiternden Trichter unm ttel be.r. an den Einlaßstutzen 13 angeschlossell ist.
dadurch erhält man bei der Stellung größter Öffnung eine laminare Strömung vom Eintrittsstutzen
bis zur Durchtrittsöffnung, die im wesentlichen auch bis zum Austrittsstutzen 14
erhalten. bleibt.
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Bei Einstellung der engsten Durchtrittsöffnung wie sie in den Fig.
4 und 5 dargestellt ist, ist die Bildung von Resonarzschwingungen dadurch vermieden,
daß die Walzenkörper auf der Rückseite ebenfalls mit Aussparungen ausgestattet sind,
die sich nach allmählicher Erweiterung zu einem Kanal vom Querschnitt des Austrittsstutzens
14 ergänzen. Auch bei dieser Stellung können daher urbulenz-Erscheinungen hinter
der Durchtrittsöffnung kaum auftreten.
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Die Verstellung der Walzenkörper erfolgt bei den bisher beschriebenen
Beispielen durch Betätigung es Gaspedals, dessen Gestänge an einem der Walzenkörper
unmittelbar angreift. Eine Zusatzregelung in Abhängigkeit von dem im Saugstutzen
vorhandenen Unterdruck kann hierbei durch ein in das Gestänge eingebautes Regel
glied bewirkt werden.
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Man kann zur Einstellung auch einen Servo-Motor benutzen, der mit
Hilfe des Gaspedals gesteuert wird. Auch hier läßt sich ohne Schwierigkeit eine
der Gaspedalregelung überlagerte Zusatzregelung in Abhängigkeit vom Druck im Saugkanal
bewerkstelligen.
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Besonders einfach gestaltet sich die Ausführung, wenn nach den Fig.
6 und 7 die Verstelleinrichtung mit den Walzen körpern kombiniert wird. Zu diesem
Zweck sind aus den beiden Walzenkörpern zwei Unterdruckräume 7 und 8 ausgespart.
Die Unterdruckräume werden gegen den äußeren BuPtdruck durch auf den Achsen 17,
18 gleitende Dichtungen 33, 34 und gegen den im Saugkanal herrschenden Druck durch
in dem Walzenkörper angeordnete Dichtungen 35, 36 abgedichtet. Die Dichtungen 33,34
gleiten in Zwischenböden 9 und 10 und werden durch Federn 57, 38 gegen die Achsen
gedrückt.
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Als Kolbenboden wirken die Flächen 31 und 32 in den Walzenkörpern
1 und 2. In die Räume 7, 8 münden Kanäle 27, 28, durch die, gegebenenfalls biber
Schlauchleitungen, der Unterdruck oder der Überdruck in die Kammern 7, 8 geleitet
wird.
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Wenn nur mit Unterdruck gearbeitet wird, dient eine Rückstellfeder
19 dazu, über einen Heben 20, der auf der Achse 17 sitzt, die Einstellung der Walzenkörper
vorzunehmen.
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Um eine synchrone und phasengleiche Bewegung der beiden Walzenkörper
sicherzustellen, werden die Walzenkörper 1 und 2 zweckmäßig mit ineinandergreifenden
Verzahnungsbogen 29 und 30 ausgestattet. Es genügt in diesem Fall, wenn das Verstellgestänge
an einem der beiden Walzenkörper angreift. Werden, wie bei der Ausführung nach den
Fig. 6 und 7, beide Walzenkörper 1 und 2 mit Drehkolben kombiniert, so gewährleisten
die Verzahnungsbogen 29 und 30 eine synchrone und phasengleiche Bewegung der beiden
Drehkolben Die Abdichtung der Kammern 7, 8 erfolgt zweckmäßig mit Hilfe von Dichtleisten,
welche einmal an den Trennwänden 9, 10 sowie an den Walzenkörpern l und 2 vorgesehen
sind.
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- Patentansprüche-