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Vergaser für Brennkraftmaschinen Zusatz zu Pat.Anm. P 22 12 821.8-13
Das Hauptpatent betrifft einen Vergaser für Brennkraftmaschinen mit Einrichtungen
zur Aufbereitung der Abgase für Kaltstart, Leerlauf, Teillast und/oder Vollastgebiet,
wobei alle diese Einrichtungen so ausgebildet sind, daß eine Gemischbildung in diesen
Bereichen mit sehr hoher bzw. Schallgeschwindigkeit stattfindet.
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Durch die Dt-OS 1.934.404 ist es bereits bekannt, bei mit Brennstoffeinspritzung
arbeitenden Motoren an die Einspritzdüsen eine elektrische Spannung anzulegen. Dadurch
soll die Zerstäubung des eingespritzten Brennstoffs in kleinste Tröpfchen gefördert
werden.
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Diese Maßnahme muss aber als nicht ausreichend angesehen werden, weil
das Anlegen lediglich einer elektrischen Spannung an die Einspritzdüsen nicht ausreicht.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt eine weitere Ausgestaltung des
Vergasers nach dem Hauptpatent derart, daß die Abgase noch besser aufbereitet werden.
Dies soll insbes. selektiv in denjenigen Betriebsbereichen geschehen, in denen die
kritischen Abgaswerte noch relativ-hoch sind. Dies ist vorallem der Kaltstart- und
Leerlaufbereich. Dies soll ausserdem mit einer preisgünstig zu erstellenden Zusatzeinrichtung
ermöglicht werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß das Luft-Brennstoffgemisch im Strömungsbereich mit hoher bzw. Schallgeschwindigkeit
elektrisch aufgeladen wird.
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Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit wird eine verhältnismässig
hohe Reibung zwischen den einzelnen
Gemischkomponenten erzeugt,
wodurch die Feinstvernebelung bereits in hohem Maße hervorgerufen wird. Zusätzlich
wird nun eine elektrische Spannung an das Gemisch angelegt, wodurch die Oberflächenspannung
der Flüssigkeitströpfchen derart verändert ;wird, daß bei sonst gleichen Bedingungen
wesentlich kleinere Tropfen gebildet werden. Dazu trägt bei, daß die elektrische
Leitfähigkeit bzw. die Dielektrizitätskonstante der Luft bzw. des Kraftstoffes voneinander
verschieden sind. Dadurch ergeben sich elektrische Kräfte innerhalb des Gemischs,
die die Feinstvernebelung unterstützen.
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Es wird bevorzugt, wenn die Grösse der angelegten Spannung veränderlich
ist. Dadurch ist es möglich, bei besonders kritischen Fahrtbereichen, beispielsweise
Kaltstart und Leerlauf, die zusätzliche Aufladung mit einer stärkeren Spannung durchzuführen,
so daß die Unterstützung der Feinstvernebelung in diesen Bereichen besonders wirksam
ist. Natürlich kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß die elektrische
Spannung nur in diesen ausgesuchten Bereichen angelegt wird.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des Gegenstands der Erfindung sieht
zu demselben Zweck vor, die Elektroden
für die Spannungszufuhr an
Stellen im Vergaser anzuordnen, die nur vom Leerlaufgemisch bzw. Kaltstartgemisch
durchströmt sind.
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Ausserdem kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die abhängig von
der Betriebstemperatur und/oder der Drehzahl des Motors die Spannung ein- bzw. abschaltet.
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Diese Einrichtung kann so ausgelegt werden, daß die Spannung nur oder
bevorzugt bei Kaltstart bzw.
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Leerlauf angelegt wird.
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Um zu erreichen, daß die zusätzlich vorgesehenen Elektroden den Strömungswiderstand
nicht merklich erhöhen, soll wenigstens eine Elektrode in Längsrichtung eines Gemischkanals
angeordnet sein, dessen elektrisch leitende Wandung elektrisch isoliert ist. Diese
Elektrode bzw.
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die Elektroden sind hierbei also als sich parallel zur Wandung des
Kanals im Kanal erstreckende Draht-bzw. Sprühelektroden ausgebildet. Bevorzugt wird
es, wenn diese Elektroden an positives Potential gelegt werden, während die umgebende
Kanalwandung an negativem Potential liegt.
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Es ist natürlich auch eine Abwandlung der Art möglich, daß die Elektrode
im Kanal wegfällt, wobei dann der
Kanal in zwei elektrisch voneinander
isolierte und jeweils elektrisch leitende Wandteile zerfällt, die die Elektroden
bilden.
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Eine wichtige Ausgestaltung des Gegenstands der Erfindung wird darin
gesehen, daß die Elektrode heizbar ist. Auch diese Heizung der Elektrode sollte
bevorzugt bei bestimmten Betriebszuständen angelegt werden, vorzugsweise bei Kaltstart
bzw. bei Kaltstart und Leerlauf. Durch die Heizung der Elektrode wird die kinetische
Energie der Flüssigkeitsmoleküle weiterhin erhöht, so daß diese stärker zum Verdampfen
neigen. Ausserdem wird natürlich die Zündfähigkeit des Gemisches erhöht, was wiederum
fü-r den Kaltstart wichtig ist.
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Es können auch parallel zueinander mehrere Elektroden in einem Gemischkanal
angeordnet sein. Falls die Elektroden heizbar sind, kann dies durch eine geeignete
Dimensionierung der Elektroden und die Anlegung einer geeigneten Spannung und Stromstärke
erreicht werden. Es können aber auch mehrere der Elektroden untereinander kurzgeschlossen
werden, wodurch dann die Heizstrecke entsprechend vergrössert wird. Im allgemeinen
Fall ist dann im Kanal eine Gitterelektrode angeordnet.
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Bei einer Abänderung des Erfindungsgedankens wird das Gemisch im Bereich
der Abreisskante aufgeladen.
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An dieser Abreisskante tritt eine Verwirbelung auf, so daß sich dort
ein elektrostatisches Feld besser ausbilden kann als in einem Bereich mit hoher
Strömungsgeschwindigkeit. Diese im Bereich der Abreisskante bzw. der Abreisskanten
angeordnete Elektrode kann allein oder zusätzlich zu den vorher beschriebenen Elektroden
vorgesehen sein.
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Als Spannungsquelle kann in einfacher Weise die Zündspule des Verbrennungsmotors
dienen.
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Die elektrostatische Aufladung und/oder die elektrische Aufheizung
soll von zwei in Serie geschalteten Kontakten abhängig sein, von denen einer der
Zündkontakt ist, der durch den Zündschlüssel betätigt wird. Der andere Kontakt soll
ein von der Drehzahl abhängiger Kontakt sein, der beispielsweise bei Erreichen der
Leerlaufdrehzahl schaltet. Damit wird erreicht, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch
nicht schon im Vergaserteil zünden kann, weil die Spannung erst bei höheren Drehzahlen
angelegt wird, so daß das zündfähige Gemisch sehr schnell eingesaugt wird.
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Dadurch wird ein Vergaserbrand ausgeschlossen, da die Aufladung nur
dann erfolgt, wenn der Motor mit einer bestimmten Drehzahl läuft.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch die Gemischbildungsteile eines
Vergasers nach der Erfindung, der in wesentlichen Teilen ähnlich dem Vergaser nach
dem Hauptpatent ausgebildet ist; Fig. 2 den Schnitt A - B dieses VErgasers.; Fig.
3 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 bei einer abgeänderten Ausführungsform; Fig.
4 ein Prinzipschaltbild.
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Im Vergasergehäuse 1 befindet sich der Hauptmischkanal 2 mit einer
Drosselklappe 3 (vgl. Fig. 1, 2 und 3).
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über eine Hauptdüse und Mischrohr tritt aus dem Schwimmergehäuse eine
Kraftstoffemulsion in den Austrittsteil des Hauptdüsensystems durch die Bohrung
4. Diese Kraftstoffemulsion durchströmt den Austrittskanal 5. Dieser besteht aus
einem Rohr 6, welches innen zylindrisch ist.
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Innerhalb dieses Rohres befindet sich ein Einsatz 7, der zusammen
mit der Wand des Rohres 6 zuerst einen konvergierenden, dann einen parallelen und
danach einen divergierenden Durchströmungsquerschnitt bildet. Die Aussenwand des
Rohres 6 verjüngt sich am unteren Ende. Um dieses Rohr 6 ist ein konisch nach unten
sich verjüngender Mantel 8 angeordnet, wobei dieser Mantel an seinem oberen Ende
mit dem Rohr 6 einen konvergierenden und an seinem unteren Ende einen parallelen
öffnungsquerschnitt bildet. Das untere Ende dieses Mantels 8 befindet sich im engsten
Teil eines Lufttrichters 9.
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Von der Hauptdüse kommt über die Bohrung lo und den Steigkanal 11
der Kraftstroff zur Leerlaufdüse 12.
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Über die Düse 13 tritt Luft in den Kanal 14 und vermischt sich in
der Leerlaufdüse 12 und dem Kanal 15 mit dem Kraftstoff zu einer Leerlaufgemisch-Fettemulsion.
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Diese Emulsion tritt im Vergaserfuß 16 in den Kanal 17.
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Von da aus strömt die Kraftstoffemulsion in den Kanal 18, von wo sie
über eine oder mehrere Bohrungen 19 in den Schlitz 20 eintritt. In einer Bohrung
befindet sich eine Dosierschraube 21,mit der die Menge des Leerlauf-Fettgemisches
reguliert werden kann.
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Der Schlitz 20 hat am Eingang einen konvergierenden, etwa
in
der MItte einen parallelen und danach einen divergierenden Teil.
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Aus der Schwimmerkammer (nicht gezeichnetZ tritt Kraftstoff durch
den Kanal 22 in das Steigrohr 23 und von dort über die Düse 24 in den Kanal 25.
Luft tritt durch die Bohrung 26 ebenfalls in den Kanal 25. Durch entsprechende Grösse
der Kraftstoffdüse 24 und der Luftbohrung 26 wird ein in seiner Zusammensetzung
gewünschtes Gemisch für den Kaltstart gebildet. Eine Drosselklappe 27 im Kanal 28
schliesst diesen gegenüber dem Einlaß 29 zum Hauptmischkanal 2 ab. Bei Kaltstart
wird die Drosselklappe 27 geöffnet und lässt über den Schlitz 30 das Kaltstartgemisch
in den Hauptmischkanal 2 unterhalb der Drosselklappe 3 einströmen. Der Schlitz 30
besteht ebenfalls aus einem in Strömungsrichtung zuerst konvergierenden, danach
parallelen und danach divergierenden Teil.
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Die Drosselklappe 3 ist schwenkbar auf ihrer Welle gelagert. Sie liegt
im geschlossenen Zustand mit ihren Kantenflächen an der Vergaserwand an.
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In Fig. 1 ist eine Aufladestrecke in den Kanälen 20 und 30 vorhanden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Sprühelektroden 40 und 41 in diese Kanäle etwa
mittig eingelegt. Ihre Halterung und ihre Stromzuführung sind in
diesen
Fig. nicht gezeigt.
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Der die Wandung der Kanäle 20 und 30 umgebende Teil ist über eine
Zwischenlage 42 bzw. 43 elektrisch isoliert. Diese isolierten Teile 44 und 45 liegen
beim gezeigten Ausführungsbeispiel an Minuspotential 46. Die zweckmässigerweise
als Draht ausgebildeten Sprühelektroden 40 und 41 liegen dann an positivem Potential
47.
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Es können auch mehrere Elektroden 40, 41, 48, 49 nebeneinander angeordnet
sein, wie es in Fig. 2 angedeutet ist.
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Diese Elektroden sollen dann so angeordnet sein, daß zwischen den
Elektroden durchströmendes Gemisch sich auflädt und die Entladung über das negative
Potential 46 erfolgt. Die Spannung soll aber im allgemeinen nicht so gross sein,
daß ein überschlag auftritt, um eine Zündung zu vermeiden. Dagegen kann das Gemisch
in bestimmten Fahrbereichen, z. B. zur Unterstützung des Kaltstarts, teilvorgezündet
werden.
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In Fig. 2 ist in der linken Hälfte zusätzlich gezeigt, daß die beiden
Elektroden 40 und 48 über einen Kurzschlussbügel 50 miteinander verbunden sind.
Die aus den Strecken 40, 48 und 50 geschaffene einheitliche Elektrode eignet sich
besonders gut als Heizelektrode. Dabei kann
dann das freie Ende
der Elektrode 48- beispielsweise an positives und das freie Ende der Elektrode 40
an negatives Potential gelegt werden.
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In Fig. 3 ist eine Abänderung der in Fig 1 gezeigten Anordnung dargestellt,
wobei anstelle der Elektroden 40, 41, 48, 49, 50 Elektroden 51 und 52 im Bereich
der Abreisskante angeordnet sind. Auch in diesem Fall sollten die Zwischenlagen
42 und 43 vorgesehen werden, damit die Teile 44 und 45 elektrisch von den anderen
Bauteilen isoliert werden. Die Elektroden 51 und 52 können natürlich auch in einer
anderen Winkelstellung angeordnet werden, beispielsweise parallel zu der dort herrschenden
Strömung, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu bieten.
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Durch die in Fig. 3 gezeigte Anordnung wird also ein elektrisches
Feld gerade in der Nähe der Ansaugkanalwandung erzeugt, das einen Niederschlag auf
diese Wandung verhindert.
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Die Polarität der an die Elektroden angelegten Spannung muss dann
hierzu entsprechend gewählt werden.
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In Fig. 4 ist schematisch die Zündspule 53 des Verbrennungsmotors
gezeigt. Sie ist elektrisch mit einem ersten Schalter 54 verbunden, der vom Zündschlüssel
betätigt wird. In Serie
damit ist ein zweiter Schalter 55 vorgesehen,
der drehzahlabhängig geschaltet wird. Dieser Schalter 55 schliesst beispielsweise
erst, wenn die Motordrahzahl über der Leerlaufdrehzahl liegt. Dadurchwerden Vergaserbrände
für Betriebszustände ausgesilossen, in denen an den Elektroden verhältnismässig
hohe Spannungen liegen.
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Beim Betrieb eines derartigen Vergasermotors wird bei Einschaltung
der Zündung und kaltem Motor beispielsweise eine Leistung von etwa loo Watt in die
Einrichtung gegeben. Diese Leistung bzw. die damit verbundene Spannung wird entweder
nur zur Heizung, nur zur elektrostatischen Aufladung oder bei Kaltstart, bevorzugt
für beide Zwecke abgegeben. Die Leistung von ca. loo Watt wird erhöht, wenn der
Motor aus der Leerlaufdrehzahl heraus in höheren Leistungen und Drehzahlen betrieben
wird.
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Ist der Motor warmgelaufen, so kann die Heizung abgeschaltet werden,
wodurch die Leistungsaufnahme wesentlich herabgeht, da die elektrontatische Aufladung
praktisch leistungslos erfolgt. Dies ist aber nur ein Ausführungsbeispiel; der Fachmann
wird die zeitliche Aufeinanderfolge der beschriebenen Vorgänge und auch die elektrische
und mechanische Dimensionierung den jeweils gegebenen Verhältnissen anpassen.
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Während beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die elektrische
Aufladung
in einem Bereich erfolgt, in dem das Gemisch mit Schallgeschwindigkeit oder zumindest
mit sehr hoher Geschwindigkeit strömt, ist dies beim Ausführungsbeispiel der Fig.
2 nicht notwendigerweise der Fall, d. h.
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eine Aufladung in einem Bereich geringerer Strömungsgeschwindigkeit
kann ebenfalls Vorteile bieten.
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Es kann daher die elektrische Aufladung auch vor oder hinter dem Bereich
hoher Strömungsgeschwindigkeit bzw. einer Strömung mit Schallgeschwindigkeit erfolgen.
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Wichtig ist es, daß sich beide Effekte, nämlich Feinstvernebelung
durch hohe Schallgeschwindigkeit und durch ein elektrisches Feld, unterstützen und
ergänzen.
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Patentansprüche