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Gemischanßaugender, fremdgezündeter Verbrennungsmotor Die Erfindung
bezieht sich auf einen gemischanaugenden, fremd ge zündeten Verbrennungsmotor mit
einem Vergaser mit einer Leerlauföffnung im Drosselorgan und einer über eine Düsennadel
gesteuerten Treibstoffdüse.
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Bei bekannten Verbrennungsmotoren mit herkömmlichen Vergasern wird
der Verbrennungsmotor im Leerlauf mit einem Treibstoff-Luft-Gemisch versorgt, dessen
Zusammensetzung sich mit der Motordrehzahl ändert. Der Verbrennungsmotor erhält
somit bei einer bestimmten Leerlaufdrehzahl ein zufriedenstellendes Treibstoff-Luft-Gemisch
während er bei einer anderen Leerlaufdrehzahl ein zu fettes Gemisch erhält. Ein
zu fettes Leerlaufgemisch führt jedoch zu einer Erhöhung der schädlichen Anteile
in den Abgasen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor mit einem
Vergaser derart zu verbessern, dass er im Leerlauf mit einem Treibstoff-Luft-Gemisch
versorgt wird, das eine Erhöhung der schädlichen Anteile in den Abgasen vermeidet.
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Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem die bei geschlossenem
Drosselorgan durch die Leerlauföffnung und über die Treibstoffdüse strömende Luftmenge
pro Zeiteinheit unabhängig von der Motordrehzahl ist.
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Der Vergaser wird hierbei im Verhältnis zum Verbrennungsmotor so
ausgelegt, dass die beim geschlossenen Drosselorgan durch die Leerlauföffnung und
über die Treibstoffdüse strömende Luft eine höhere Geschwindigkeit als die 0, 6fache
Schallgeschwindigkeit und vorzugsweise eine 0, 9 bis einfache Schallgeschwindigkeit
erreicht.
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Diese Geschwindigkeit wird erzielt, sobald der Druck hinter der Leerlauföffnung
unter einen bestimmten kritischen Wert abfällt, der erreicht wird, wenn der Motor
zu laufen beginnt. Jede Erhöhung der Leerlaufdrehzahl ergibt einen Abfall des Druckes
hinter der Leerlauföffnung, wobei dieser Druckabfall nicht zu einer Erhöhung der
Geschwindigkeit der Luftströmung über die einfache Schallgeschwindigkeit führt.
Somit bleibt das T reibstoff-luft- Gemisch infolge seiner Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
der Luftströmung und der Tatsache, dass die Geschwindigkeit der Luftströmung gleichbleibt,
ebenfalls gleich.
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Erwärmt sich der Verbrennungsmotor, so sinken die inneren Reibungswiderstände
und die Leerlaufdrehzahl neigt dazu anzusteigen.
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Vorzugsweise wird daher der Querschnitt der Leerlauföffnung und der
Treibstoffdüse mit zunehmender Leerlaufdrehzahl zunehmend verringert, um die Leerlaufdrehzahl
im wesentlichen konstant zu halten.
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Jeder Anstieg der Leerlaufdrehzahl wird durch einen Abfall des Druckes
hinter der Leerlauföffnung begleitet.
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Vorzugsweise wird daher der Druck im Ansaugsystem hinter der Leerlauföffnung
dazu herangezogen, die Stellung einer konischen Düsennadel zu steuern, die bei geschlossenem
Drosselorgan in die Leerlauföffnung und in die Treibstoffdüse einragt.
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Die Leerlauföffnung und die Düsennadel sind hierbei vorzugsweise in
einem Drosselschieber angeordnet, der mit dem Beschleunigungspedal des Verbrennungsmotors
verbunden ist und den Ansaugkanal absperrt und über das Beschleunigungspedal anhebbar
ist, um den Querschnitt des Ansaugkanales und der Treibstoffdüse zu vergrössern.
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Bevor der Motor zu laufen beginnt, befindet sich im Ansaugsystem ein
Treibstoff- Luft-Gemisch von unbekannter Menge und Qualität. Um somit ein sicheres
Starten des Verbrennungsmotors zu erzielen, ist ein Treibstoffauslass stromabwärts
des Drosselschiebers angeordnet, der über ein Ventil gesteuert wird, das über eine
Feder in Öffnungsstellung und über den Unterdruck stromabwärts des Drosselschiebers
in Schliessstellung bewegbar ist, wobei das Ventil bei einem Unterdruck der einer
Luftströmung von einfacher Schallgeschwindigkeit entspricht schliesst und beim Öffnen
des Drosselschiebers der Treibstoffauslass über ein über ein Gestänge mit dem Drosselschieber
verbundene8 Walzenventil von der Treibstoffzufuhr absperrbar ist.
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Bei bekannten Vergaser werden unterschiedliche Mengen von zerstäubtemim
Gegensatz zu verdampftem Treibstoff an den Wänden der Ansaugrohre der verschiedenen
Zylinder niedergeschlagen. D. h., mehr Treibstoff ist an den Wänden eines Ansaugrohres
für einen Zylinder als an den Wänden des Ansaugrohres für einen anderen Zylinder
niedergeschlagen. Entsprechend erhält der eine Zylinder ein mageres Gemisch als
der andere Zylinder. Wird der erste Zylinder hierbei mit einem ausreichenden Treibstoff-Luft-Gemisch
versorgt, so heisst das,
dass der andere Zylinder mit einem zu fetten
Gemisch versorgt wird, was wieder die schädlichen Anteile in den Abgasen erhöht.
Diese Schwierigkeiten treten insbesondere im Leerlauf während der Anwärmzeit und
im Ubergangsbereich auf.
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Die erfindungsgemäss vorgesehene wesentlich höhere Geschwindigkeit
der Luftströmung über der Treibstoffdüse er zeugt eine wesentlich gerössere Verdampfung
als bisher und die grosse Verzögerung der Geschwindigkeit des Gemisches hinter der
Treibstoffdüse erzeugt eine homogene Wolke eines Treibstoff/Luft-Dampfes. Die Kombination
einer besseren Verdampfung und einer grösseren Homogenität des Gemisches führt zu
einem geringeren Niederschlag von Treibstoff an den Wänden der Ansaugrohre. Somit
ist das Treibstoff-Luft- Gemisch, das die verschiedenen Zylinder erhalten, wesentlich
gleichförmiger und es ist nicht mehr notwendig, ein fetteres Treibstoff-Luft-Gemisch
zu liefern um sicherzustellen, dass alle Zylinder ein ausreichend zündfähiges Gemisch
erhalten.
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Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt entlang der Durchflussachse
eines Verglasers.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1.
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Fig. 4 zeigt teilweise eine Ansicht tod einen Schnitt des Ansaugsystems.
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Fig. 5 a, b, c zeigen Schnitte entlang der Linie C-C in Fig. 4 bei
ver-5 chiedenen Stellungen des Walzenventils 59.
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In den Zeichnungen ist ein Vergaser eines Verbrennungsmotors und ein
Teil des Ansaugsystems gezeigt.
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Das Ansaugsystem besteht aus einem Ansaugrohr 1, an dessen Flansch
2 ein Vergaser 3 befestigt ist. Der Vergaser 3 besitzt ein im Querschnitt rechtreckiges
Gehäuse aus Metall, in dem ein Ansaugkanal ausgebildet ist. Im Ansaugkanal ist eine
Schwelle 5 angeordnet und gegenüberliegend der Schwelle 5 befindet sich eine Öffnung
7.
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Ein Treibstoffrohr 9 ist in einer Öffnung 11 in der Schwelle 5 befestigt
und bildet eine Treibstoffdüse 13. Eine konische Düsennadel 15 erstreckt sich in
die Treibstoffdüse 13 und ist axial bewegbar um den freien Querschnitt der Treibstoffdüse
13 zu steuern. Die Düsennadel 15 wird durch eine Anordnung 1? getragen.
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Die Anordnung 17 besteht aus einer Befestigungsplatte 19, die die
obere Öffnung 7 im Gehäuse 3 abschliesst. Die Befestigungsplatte 19 ist einstückig
mit zwei sich nach unten erstreckenden U-förmigen Wänden 21 ausgebildet.
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U-förmige Führungsteile 23 aus einem Kunststoffmaterial mit einem
niedrigen Reibungskoeffizienten sind in den U-förmigen Wänden 21 angeordnet und
erstrecken sich in eine rechteckigeÖffnung 25 in der Befestigungsplatte 19.
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U-förmige Gleitteile 27, die ebenfalls aus einem Kunststoff mit niedrigem
Reibungskoeffizienten bestehen, umfassen die Längs seiten der rechteckigen Öffnung
25. Auf diese Weise sind die Kanten der rechteckigen Öffnung 25 durch die U-förmigen
Führungsteile 23 und die U-förmigen Gleitteile 27 (siehe Fig.
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3 ) vollständig verkleidet.
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Ein rechteckiger Drosselschieber 29 ist in der Öffnung 25 und in den
U-förmagen Führungsteilen 23 verschiebbar und ist über einen Bowdenzug 28 mit dem
Be schleunigspedal des Verbrennungsmotors verbunden.
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Befindet sich das Beschleunigungspedal des Verbrennungsmotors in seiner
Ruhestellung, so liegt der Drosselschieber 29 mit seiner Unterkante gegen die Schwelle
5 im Ansaugkanal. In dieser Stellung sperrt der Drosselschieber 29 den Ansaugkanal
des Vergasers. Der Drosselschieber 29 ist jedoch mit einer Leerlauföffnung 30 versehen,
die oberhalb der Treibstoffdüse 13 liegt und die auch bei geschlossenem Drosselschieber
29 einen bestimmten Luftdurchtritt ermöglicht.
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Der Drosselschieber 29 ist mit Zylinderbohrungen 31 und 32 versehen,
die in die Leerlauföffnung 30 führen. Die Düsennadel 15 weist hierbei zylindrische
Abschnitte 33 und 34 auf, die in den entsprechenden Zylinderbohrungen 31 und 32
gleiten. Eine Feder 37 liegt mit einem Ende gegen den Grund der Zylinders bohrung
32 und mit ihrem anderen Ende gegen einen Absatz 36 an der Düsennadel 15 und sucht,diese
nach oben zu drücken. Die Zylinderbohrung 32 steht hierbei über eine Öffnung 38
mit dem Ansaugkanal stromabwärts des Drosselschiebers 29 in Verbindung.
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Befindet sich im Ansaugsystem kein Unterdruck, so befindet sich die
Düsennadel 15 im Drosselschieber 29 in ihrer oberen Stellung, In dieser Stellung
ragt nur ein kleiner Teil des zylindrischen Abschnittes 33 in die Leerlauföffnung
30. Befindet sich im Ansaugsystem ein Unterdruck, so wird der Atmosphärendruck,
der auf die obere Seite des zylindrischen Abschnittes 34 der Düsennadel 15 einwirkt,
diese nach unten verschieben. Diese Bewegung der Düsennadel 15 bewirkt zweierlei:
erstens wird der Querschnitt der Treibstoffdüse 13 verringert und zweitens wird
der Querschnitt der Leerlauföffnung 30 verringert. Somit wird bei einer Bewegung
der Düsennadel 15 relativ zum Drosselschieber 29 nach unten sowohl die Luft- als
auch die Treibstoffmenge rerringert, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
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Der Drosselschieber 29 ist mit. einer Dämpfeinrichtung 39 versehen,
die aus einem in einer Bohrung 41 im zylindrischen Abschnitt' 34 verschiebbaren
Kolbenteil 43 besteht. Der Bowdenzug 28 ist mit einer Mutter 45 verbunden, die das
obere Ende der Zylinderbohrung 32 im Drosselschieber 29 abschliesst und der Kolbenteil
43 ist über einen Draht 44 mit der Mutter 45 verbunden. Die Bohrung 41 ist mit Öl
gefüllt. Die Mutter 45 weist einen Flansch 47 auf, gegen den eine Schraubenfeder
49 liegt. Die Schraubenfeder 49 liegt mit ihrem anderen Ende gegen das Gehäuse 51,
das mit der Befestigungsplatte 19 verbunden ist. Der Bowdenzug 28 erstreckt sich
durch das obere Ende des Gehäuses 51 und ist darin verschiebbar geführt. Die Feder
49 drückt den Drosselschieber 29 in seine in den Figuren gezeigte Schliessstellung.
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Ein Flansch 2 ist mit einem Treibstoffkanal 53 versehen, der über
ein federbelastetes Ventil 55 gesteuert wird. Eine Feder 57 drückt hierbei eine
Kugel 59 in die Öffnungsstellung des Ventiles 55. Der Treibstoffkanal 53 steht in
Verbindung mit einem Kanal 54 (siehe Fig. 5) im Gehäuse 3 des Vergasers. Eine Verbindung
zwischen dem Treibstoffkanal 53 und dem Ansaugsystem wird hierbei über ein Walzenventil
59 gesteuert. Das Walzenventil 59 ist im Gehäuse 3 des Vergasers drehbar gelagert
und besitzt eine axiale Bohrung 61 und einen radialen Kanal 63, der in Ubereinstimmung
mit dem Kanal 54 im Gehäuse 3 des Vergasers bringbar ist und weist weiterhin einen
Treibstoffauslass 65 auf.
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Das Walzenventil 59 ist über ein Gestänge 67 mit dem Drosselschieber
29 verbunden. Befindet sich der Drosselschieber 29 in seiner Schliessstellung, so
steht der Kanal 54 im Gehäuse 3 in Verbindung mit dem radialen Kanal 6-3, so dass
Treibstoff zum Treibstoffauslass 65 fliessen kann. Wird der Drosselschieber 29 geöffnet,
so wird das Walzenventil 5,9 gedreht und unterbricht eine Verbindung des Kanales
54 mit dem radialen Kanal 63.
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Wirkungsweise Wird der Verbrennungsmotor abgestellt und der Drosselschieber
29 befindet sich in seiner Schliessstellung, so ist das Ventil 55 (Fig. 3) offen
und die Düsennadel 15 befindet sich in ihrer gegenüber dem Drosselschieber 29 angehobenen
Stellung. Die einzige Verbindung zwischen dem Ansaugsystem hinter dem Drosselschieber
29 und vor dem Drosselschieber 29 besteht in der Leerlauföffnung 30 im Drosselschieber
29.
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Wird der Verbrennungsmotor gestartet, so saugt der Unterdruck im Ansaug-System
Treibstoff über den Treibstoffauslass 65 und Luft über die Leerlauföffnung 30 an.
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Sobald der Verbrennungsmotor zu laufen beginnt und sich seine Drehzahl
erhöht, steigt der Unterdruck in Ansaugsystem an. Die Feder 57 des Ventiles 55 ist
hierbei eo ausgelegt, dass sie bei einem Unterdruck im Ansaugrohr, dem eine Luftströmung
durch die Leerlauföffnung 30 von einfacher Schallgeschwindigkeit entspricht, das
Ventil 55 schliesst. Dieser Unterdruck wird ale kritischer Druck bezeichnet. Ist
der Unterdruck geringer als der kritische Wert, so entspricht die Geschwindigkeit
der Luftströmung durch die Leerlauföffnung 30 der einfachen Schallgeschwindigkeit,
ist der Unterdruck jedoch grösser als der kritische Druck, so entspricht die Geschwindigkeit
der Luftströmung durch die Leerlauföffnung 30 ebenfalls der einfachen Schallgeschwindi
gkeit.
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Erwärmt sich der Verbrennungsmotor bei geschlossenem Drosselschieber
29, so sinken die inneren Reibungswiderstände ab und die Leerlaufdrehzahl des Motors
steigt somit an. Ein Anstieg der Leerlaufdrehzahl bewirkt einen entsprechenden Anstieg
des Unterdruckes im Ansaugsystem und damit in der Zylinderbohrung 32 unter dem zylindrischen
Abschnitt 34 der Düsennadel 15.
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Die Düsennadel 15 bewegt sich somit mit steigendem Unterdruck nach
unten und verringert hierdurch den Querschnitt der Leerlauföffnung 30 als auch der
Treibstoffdüse 13. Dadurch wird die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors wieder
soweit verringert, dass sie im wesentlichen konstant bleibt. Die Geschwindigkeit
der Luftströmung oberhalb der Treibstoffdüse 13 bleibt hierbei im Bereich der einfachen
Schallgeschwindigkeit.
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Wird nun der Drosselschieber 29 nach oben bewegt, um den Verbrennungsmotor
zur Drehmomentabgabe zu bringen, so wird die Düsennadel 15 gleichzeitig nach oben
bewegt. Zwischen der unteren Kante des Drosselschiebers 29 und der Schwelle 5 im
Ansaugkanal entsteht somit ein Luftquerschnitt, der sich weiter vergrössert und
mit dem eine weitere Vergrösserung des Querschnittes der Treibstoffdüse -13 einhergeht.
Der Verbrennungsmotor wird somit mit einer grösseren Menge eines Treibstoff-Luft-Gemisches
versorgt. Bei einer bestimmten Öffnung des Drosselschiebers 29 fällt der Unterdruck
stromabwärts des Drosselschiebers 29 unterhalb den kritischen Druck'und die Geschwindigkeit
der Luftströmung über der Treibstoffdüse 13 sinkt unter die Schallgeschwindigkeit.
Die Qualität des Treibstoff-Luft- Gemisches wird mit sinkender Luftgeschwindigkeit
etwas schlechter, ist jedoch nach wie vor zufrieden stellend.
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Der Rauminhalt des Ansaugsystems stromabwärts der Treibstoffdüse beträgt
hierbei vorzugsweise das drei- bis fünffache des Hub raums eines Zylinders.
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Der grosse Rauminhalt des Ansaugsystems bildet ein Reservoir für ein
brennbares Treibstoff-Luft-Gemisch und macht hierdurch eventuell eine spezielle
Anreiche run gsvor richtung für einen B e schleuni gun gsvor gang entbehrlich.
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Ist der Drosselschieber 29 etwa halb geöffnet, so ist der Unterdruck
im Ansaugsystem eo gross, dass das Ventil 55 über die Feder 57 geöffnet würde,.
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zu diesem Zeitpunkt ist jedoch die Treibstoffzufuhr über das mit dem
Drosselschieber 29 verbundene Gestänge 67 und das Walzenventil 59 bereits unterbunden.
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Das Start- und Leerlaufsystem, wie es im Vorhergehenden beschrieben
wurde, kann als ein vollständiges System an jedem bekannten Vergaser Verwendung
finden, wie z. B. an einem Vergaser mit Drosselklappe.