DE2153816C2 - Vergaser für Brennkraftmaschinen mit Schallgeschwindigkeit an der Engstelle - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft 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 bei welchem Vergaser 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,
und bei welchem Vergaser eine Brennstoffzuführvorrichtung vorgesehen ist, deren Fördermenge sich in Abhängigkeit von der Querschnittsänderung der Engstelle ändert.

Ein solcher Vergaser nach dem Hauptpatent ermöglicht eine beträchtliche Reduktion aller unerwünschten Abgasemissionen einer damit arbeitenden Brennkraftmaschine durch Erzielung eines konstanten Brennstoff-Luftgemisches bei allen Laufbedingungen der Brennkraftmaschine, vor allem auch im üblichen intermittierenden Betrieb. Die Schallgeschwindigkeit an der Engstelle bewirkt dabei einmal eine Verteilung des Brennstoffes in der zugeführten Luft in der maximal möglichen, fein verteilten Form und zum anderen die Vermeidung einer Rückwirkung der unterschiedlichsten Drücke in der Brennkraftmaschine auf die Gemischbildung, weil sich der Druck an der Engstelle in Abhängigkeit von der vorbeiströmenden Luftmenge nicht mehr ändert, wenn dort Schallgeschwindigkeit herrscht. Dies bedingt dann allerdings die speziell ausgebildete Brennstoffzufuhrvorrichtung, weil bei Schallgeschwindigkeit nur noch der Querschnitt der Engstelle für die Luftmenge verantwortlich ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Vergasers nach dem Hauptpatent entspricht die Zunahme der Querschnittsfläche des Zerstäuberteils einem Kegel mit

einem öffnungswinkel von ungefähr 6" bis 8°, Dies ist zwar ein besonders günstiger, aber auch sehr enger Wertebereich, der an die Ausbildung des Zerstäuberteils hohe Genauigkeitsanforderungen stellt sowie hohe Gleichlaufanforderungen, wenn die Steuerung der Luftmenge durch ein Drosselglied im Luftkanal erfolgt

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Vergaser der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfacher zu fertigen ist und bei Verwendung eines Diosselgliedes über einen größeren Luftmengenbereich Schallgeschwindigkeit an der Engstelle zu erzielen gestattet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zunahme der Querschnittsfläche des Zerstäuberteils einem Kegel mit einem öffnungswinkel zwischen 8° und 18°, vorzugsweise zwischen 8° und 12° entspricht Dadurch wird der Winkelbereich, bei dem Schallgeschwindigkeit an der Engstelle erreicht werden kann, auf 6° bis 12° bzw. 18° vergrößert, was einen auch in der Praxis leicht einhaltbaren Toleranzbereich darstellt

V/eitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei sich weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben. Die einzige Figur zeigt ein A^führungsbeispiel eines Vergasers in senkrechtem Querschnitt, wie er im Grundprinzip dem Vergaser der Fig. 11 des Hauptpatents ähnelt

Durch die allmähliche Erhöhung der Querschnittsfläche des Luftkanals unterhalb der Stelle der maximalen Verengung der Engstelle wird ein Zerstäuber gebildet Mit dem Abstand von der Engstelle nimmt die Querschnittsfläche dieses Zerstäubers in ähnlicher Weise zu wie die eines Kegels mit einem spitzen Winkel, der zwischen ungefähr 6° bis 18°, vorzugsweise zwischen 8° bis 12° liegen kann. Die allmähliche Erhöhung der Querschnittsfläche durch den Zerstäuber macht es möglich, einen bet; äditlichen Teil der kinetischen Energie der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Ansaugluft als statischen Druck wiederzugewinnen. Dadurch wird der Entdrosselungspunkt des Ansaugverteilervakuums, bei dem Schallgeschwindigkeit durch die Engstelle erzielt wird, ganz wesentlich herabgesetzt.

Die Zeichnung zeigt eine Vergaserform, die in etwa so ausgebildet ist wie in den Fig. 9 bis 13 des Hauptpatents, allerdings mit dem Unterschied, daß Engstelleneinsatz 61 und Drosselglied 63 eine geänderte Form aufweisen, aber entsprechend der schematisch in Fig. 2A des Hauptpatents angegebenen Wirkungsweise arbeiten. Mit anderen Worten: die Stelle der größten Verengung in Form einer ringförmigen öffnung 65 zwischen der Engstelle und dem Drosselglied 63 ist in einer festen Ebene angeordnet, die durch die Linie 2-2 dargestellt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann oberhalb der Öffnung 63 der Konvergenzwinkel des Drosselgliedes 30° und 10° unterhalb dieser öffnung 65 sein.

Im Gegensatz zu bekannten Venturi-Bereichen bei Vergasern, die eine Dosierfunktion ausüben, ist der vorliegende Vergaser in der Lage, Schallgeschwindigkeit an der Verengung und Überschall-Spitzengeschwindigkeiten und anschließende plötzliche Schockfronten im Zerstäuber über im wesentlichen den ganzen Bereich der Motorlaufbedingungen zu erzeugen sowie bei Zunahmen der Zerstäuberteilquerschnittsfläche, die

einem Kegel mit einem zwischen 6° bis 18° Hegenden öffnungswinkel entsprechen. Dabei zerbricht die Scherwirkung, wie sie durch diese scharfen Geschwindigkeitsgradienten erzeugt wird, den flüssigen Brennstoff in fein verteilte Tröpfchen. Infolge der Art und der Gleichmäßigkeit des sich ergebenden Luft/Kraftstoff-Gemisches ist die Verbrennung Ober einen weiten Bereich von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen vollständiger und erfolgt bei niedrigeren Temperaturen und führt möglicherweise überhaupt zu einem modifizierten Verbrennungsvorgang. Als Ergebnis sind die unerwünschten Abgasemissionen beträchtlich reduziert und gleichzeitig ist der Motor in der Lage, mit bleifreiem Kraftstoff von erheblich niedrigerer Oktanzahl zu laufen.

Die Einlaßluft, die durch den Vergaser an der maximalen Verengung strömt, wird auf Schallgeschwindigkeit und innerhalb des Zerstäubers auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und sodann plötzlich mit abnehmender Geschwindigkeit weitergeführt, wenn sie durch eine Schallschockfront hindurchgeht

Infolge des allmählich ansteigenden Querschnittes des Zerstäubers wird überdies die Geschwindigkeit des Luftstromes bis über die Schallgeschwindigkeit hinaus erhöht

Dieser starke Anstieg von der Schallgeschwindigkeit bis zu einem Spitzenwert bei Oberschallgeschwindigkeit erfolgt längs eines sehr kurzen axialen Abstandes in den Verengungsbereich des betreffenden Vergasers hinein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß sich dieser Abstand entsprechend der speziellen Formgebung des Vergasers ändern kann.

Von dem Spitzenwert bei Überschallgeschwindigkeit an sinkt die Luftgeschwindigkeit dann plötzlich ab, unri zwar innerhalb einer Strecke von ungefähr 2,5 mm, so daß sich ein scharfer Abfall im Vakuumprofil ergibt, wenn auf das Vakuum zurückgekehrt wird, wie es im allgemeinen im Ansaugverteiler herrscht. Der Geschwindigkeitsabfall ist sogar noch größer als der Abfall des Vakuums und die Luftgeschwindigkeit fällt im Verteiler erheblich unter die Schallgeschwindigkeit ab. Sowohl die schnelle Beschleunigung der Luft auf Überschallgeschwindigkeit als auch der plötzliche Abfall auf Unterschallgeschwindigkeit ergeben auf die größeren Tröpfchen des mitgeführten flüssigen Kraftstoffs die hohen Scherkraftein Wirkungen, so daß sich auf die schweren Kraftstoffteilchen, die in der Luft mitgeführt werden, aufeinanderfolgende Druckzugkräfte ausbilden. Diese hohen Scherkräfte führen dazu, daß größere Flüssigkeitstropfen in feinere Tropfenform übergeführt und unterteilt werden.

Die durch den Vergaser und die nachfolgende Schockwirkung im Zerstäuber be«'=rkte Überschallgeschwindigkeit wird auch bei Vakutimbedingungen im Verteiler aufrechterhalten, die unterhalb der jenigen Bedingungen liegen, bei denen normalerweise durch ein einfaches Drosselklappenventil Schallgeschwindigkeit erreichbar wäre. Der Zerstäuber wirkt innerhalb der angegebenen Winkel auch bei niedrigen Vakuumbedingungen im Ansaugverteiler so, daß eine Spitzengeschwindigkeit im Überschallgebiet und anschließend ein Abfall auf Geschwindigkeiten unterhalb der Schallgeschwindigkeit erzeugt wird.

Hierzu I Blau Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einer Luftansaugleitung, in der eine willkürlich in ihrem Querschnitt veränderbare Engstelle angeordnet ist, der der Brennstoff in entsprechenden Mengen zuführbar ist und an die sich ein im Querschnitt allmählich zunehmendes Zerstäuberteil anschließt,
   bei welchem Vergaser 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,

   und bei welchem Vergaser eine Brennstoffzuführvorrichtung vorgesehen ist, deren Fördermenge sich in Abhängigkeit von der Querschnittsänderung der Engstelle ändert, nach Patent 21 10 506,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Querschnittsfläche des Zerstäuberteils (69) einem Kegel mit einem öffnungswinkel zwischen 8° und 18° entspricht
2. 2. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Querschnittsfläche des Zerstäuberteils (69) einem Kegel mit einem öffnungswinkel zwischen 8° und 12° entspricht