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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches
mittels Schallenergie Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Mischung
von flüssigem, kohlenwasserstoffhaltigem Kraftstoff, wie Gasolin, Kerosin, Dieselkraftstoff
oder Kraftstoff für Düsentriebwerke mit Luft zur Bildung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches,
das zur Verbrennung in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung geeignet
ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Zerstäubung
und Verdampfung eines positiv gesteuerten Kraftstof flusses mittels-Schallvibrationsenergie,
die auf den Kraftstoff einwirkt, um ihn zu zerstäuben und zu verdampfen und dadurch
die Mischung des Kraftstoffes mit der Luft, die an der Vibrationseinrichtung vorbei
fließt, zu begünstigen, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu bilden.
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Einrichtungen für die Zufuhr eines Kraitstoif-Luit-Gemisches zu Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung müssen verschiedenen Anforderungen genügen. Erstens muß
der Kraftstoff so iein zerstäubt und so sorgfältig mit der Luft gemischt werden,
wie. nur möglich, um die vollständigste Verbrennung zu erhalten. Zweitens müssen
sowohl die Kraitstofi- und Luftdurchsätze als auch ihr Verhältnis über den gesamten
Bereich von Maschlnendrehzahlen und -leistungen steuerbar sein. Bei hohen Drehzahlen
benötigt eine Maschine mehr Luft und Kraftstoff als bei niedrigen Drehzahlen; bei
hohen Beanspruchungen benötigt sie gewöhnlich ein größeres Verhältnis von Kraftstoff
zu Luft als ohne Belastung.
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Drittens sollte das Gemisch zeitweise beim Beschleunigen angereichert
und vorzugsweise magerer beim Verzögern gemacht werden. Schließlich muß das Kraftstofi-Luit-Gemisch
gewöhnlich im Leerlauf angereichert werden, um den ungünstigen Wirkungen der Dichten
niedriger Ladungen und der hochgradigen Abgasverschmutzung bei Verbrennung entgegenzuwirken.
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Herkömmliche Automobilvergaser lieiern zerstäubten Kraftstoff aus
einer Sprühdüse in der Drossel eines Venturirohrs, das Teil eines Luftdurchflußwege
bildet.
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Die primäre Steuerung der Maschinendrehzahl eriolgt mittels eines
Drosselventils im Luitdurchgangsweg.
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Die Kraftstoffzufuhr wird in einer Schwimmerkammer auf konstanter
Höhe gehalten, und der Durchsatz an Kraftstoff stellt sich automatisch auf den Massendurchsatz
an Luitströmung ein, der durch die Binstellung der Drossel bestimmt ist, und zwar
infolge des eigentUmlichen, von dem Venturirohr entwickelten
Druck-Durchfluß-Verhältnis.
Das bedeutet, daß der Venturi-Drosseldruck mit anwachsendem Luftstrom abnimmt und
einen wachsenden Druckabfall über die Kraftstoff-Sprühdüse erzeugt und ein entsprechendes
Anwachsen des Kraftstofflusses Hervorruft. Das resultierende kraftstoff-Luft-Verhältnis
ist über ein4en weitn Bereich von Durchsäzten praktisch konstant.
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Um bei Beschleunigung eine Anreicherung mit Kraftstoff hervorzurufen,
besitzen die meisten Vergaser eine Beschleunigungspumpe, die direkt mit der Drosserventilsteuerung
verbunden ist und zusätzlichen Kraftstoff durch eine getrennte Sprühdüse einspritzt,
wenn das Drosselventil plützlich geöffnet wird. Dem Erfordernis zusätzlichen Kraftstoffs
im Leerlauf wird gewöhnlich mittels einer gesonderten leerlaufdüse nachgekommen,
die mittels eines Bypasses von der Leitung zu der Hauptkraftstoffsprühdüse gespeist
wird, wobei ihr Auslaß im Bereich hohen Unterdrucks nahe dem Rand des Drosselventils
angeordnet ist.
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Ein herkömmlicher Vergaser besitzt bezüglich des Zurverfügungstellens
von kraftstoff-Luft-Gemisch einen Hauptnachteil. Ein herkömmlicher Vergaser zerstäubt
nämlich den flüssigen Kraftstoff nicht genügend, un eine vollständige und gleichmäßige
Verteilung des Kraftstoffs innerhalb des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu gewährleisten.
Als Folge davon trennt sich ein Teil des kraftstoffes aus dem Kraftstoff-Luft-Grmisch
bzw. kondensiert auf den Wänden des Ansaugrohrs, während das kraftstoff-Luft-Gemisch
zu der Brennkammer der Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung transportiert
wird. Zusätzlich ist das Drosselventil normalerweise stromabwärts vom Zerstäubungsabschnitt
des
Vergasers angeordnet, um das Venturirohr von den Wirkungen der Veränderung des Einlaßdrucks
im Saugrohr zu isolieren. Der Drosseldruck (und die resultierende Kraftstoffzumeßwirkung)
ist somit eine Funktion allein des Mengendurchsatzes des Luftstroms durch den Vergaser.
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Diese Anordnung der Drossel stromabwärts hat jedoch einen aufwiegenden
Nachteil. Die adiabatische Expansion des Kraftstoff-Luft-Gemlsches, wenn dieses
durch das Drosselventil fließt, kühlt die Mischung und kondensiert einen Teil des
verdampften Kraftstoffs zu einem Flüssigkeitsfilm sowohl auf dem Aufbau der Drossel
selber als auch auf den Wänden des Ansaugrohrs. Eine derartige Kraftstoffkondensation
verringert die Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches, was einen verringerten
Verbrennungswirkungsgrad und größere Mengen an unerwünschten Verbrennungsprodukten
im Abgas der Maschine zur Folge hat. Wird das ungenügend gemischte Kraftstoff-Luit-Gemisch
in einem Zylinder gezündet, verbrennt es nicht vollständig und wirkungsvoll, sondern
hinterläßt unverbrannte Verbrennungsprodukte und unerwünschte Abgasprodukte im Abgas.
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Ein zweiter Nachteil einer herkömmlichen, mit einem Vergaser ausgerüsteten
Maschine tritt in Perioden starker Verzögerung der Maschine auf. Das hohe Vakuum
im Saugrohr der Maschine während des Verzögerns verursacht die Zufuhr überschüssigen
Kraftstoffs zur Maschine, was weiterhin zu einer Erhöhung der Menge an unerwünschten
Abgasprodukten im Abgas führt.
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Ein dritter Nachteil einer herkömmlichen, mit einem Vergaser ausgerüsteten
Maschine tritt während Zeiten auf, in denen die Maschine angelassen oder aufgewärmt
wird.
Während dieses -Zeitraums wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis mittels Choke auf
einem hohen Niveau gehalten, so daß demzufolge die Menge an unerwünschten Abgasprodukten,
beispielsweise an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, sehr hoch ist.
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Diese Nachteile führen zu verschiedenen unerwünschten Folgen. An erster
Stelle führt die unvollständige bzw.
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ineffiziente Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches, das vom herkömmlichen
Vergaser geliefert wird, zu einem größeren speziiischen Kraftstoffverbrauch der
Brennkraftmaschine, als bei einer vollständigeren Zerstäubung des Kraftstoffs mittels
eines Vergasers erforderlich wäre.
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Zweitens, noch wichtiger aus ökologischer Sicht, ist die Tatsache,
daß Sauerstoff, der sich im Verbrennungsprozeß nicht mit Kohlenstoff verbunden hat,
sich mit Stickstoff- und auch mit Kohlenstoffatomen verbinden kann, die in der Brennkammer
vorhanden sind, um unerwünschte Produkte im Abgas zu bilden, beispielsweise Kohlenmonoxyd
und Stickstoffoxyd. Zusätzlich kann Kraftstoff, der sich nicht mit Sauerstoff verbunden
hat, im Abgas als unverbrannter Kohlenwasserstoff erscheinen.
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Es sind in der Vergangenheit bereits Vorschläge gemacht worden, Schallenergie
oder Vibrationen zu benutzen, um eine feinere Kraftstoffzerstäubung und das mit
ein verbessertes Kraftstofi-Luit-Gemisch für Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung
zu erreichen.
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Beispielsweise zeigt die US-Patentschrift 2 908 443 eine kraftfahrtechnische
Kraitstoff-Luft-Miseheinrichtung, die eine flache, aufwärts weisende
Vibratorplatte
aufweist, die am Boden einer geschlossenen Kammer montiert ist, die zum Ansaugrohr
einer Maschine führt. Ein Kraitstofieinlaßrohr oberhalb der Vibratorplatte gibt
Kraitstofitropien auf die Platte ab, wo sie zerstäubt werden. Der resultierende
Kraftstoffdampf strömt dann unter dem Einfluß des Einlaßsogs im Ansaugrohr aus dem
Behälter aus, um sich mit der Luft zu mischen, die durch das Ansaugrohr zur Maschine
strömt.
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Ein Ventil in dem Kraitstofieinlaßrohr steuert die Geschwindigkeit
der Kraitstofiabgabe an die Vibratorplatte. Es ist keine positive Einrichtung für
die Steuerung der Kraftstoffmenge vorhanden, die die Kammer verläßt, um sich mit
dem Luftstrom zur Maschine zu mischen.
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Ferner scheint die bekannte Vorrichtung eine Rekondensation des Kraftstoffs
in der Kammer zu erlauben, bevor das Mischen mit dem Luftstrom zur Maschine auitritt,
wodurch sie ihren Zweck verfehlt.
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D.A. Drayser und andere diskutieren in einem Bericht mit dem Titel
"A Study oi the Iniluence oi Fuel Atomization, Vaporization and Mixing Processes
on Pollutant Emissions irom Motor-Vehicle Powerplants", veröffentlicht vom Battelle
Memorial Institute, Columbus, Ohio, am 30. April 1969, den Einiluß der Gestaltung
bzw. des Aufbaus von herkömmlichen Vergasern auf die Kraftstofikondensation mit
resultierenden, ungleichmäßigen Kraftstoff-Luft-Gemischen, die den Zylindern einer
Maschine zugeführt werden.
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Eine der Anregungen der Drayser-Studie besteht darin, die Hauptzerstäubungsdüse
in einem herkömmlichen Vergaser durch einen piezoelektrischen Ultraschallzerstäuber
zu ersetzen. Der vorgeschlagene Ultraschallzerstäuber
besitzt eine
zylindrische Schalltrichterverkleidung (horn faclng) aus Aluminium stromabwärts
in einem verengten Bereich eines Luftdurchlaßkanals, Eine am stromaufwärtigen Ende
montierte piezoelektrische Scheibe veranlaßt das stromabwärtige Ende des Schalltrichters
dazu, in radialer Weise zu vibrieren.
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Durch einen Ring schmaler Öffnungen, die in Abstand rund um das obere
Ende des Zerstäubers angeordnet sind, fließt Kraftstoff auf die zylindrische äußere
Oberfläche des Schalltrichters und fällt nach unten in Richtung auf den radial vibrierenden
unteren Rand, wo er zerstäubt wird und sich mit zum mischt die durch den verengten
Durchflußkanal strömt.
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Der Kraftstoffdurchsatz wird bei der von Drayser vorgeschlagenen Einrichtung
vom Druckabfall gesteuerte der durch die durch den verengten Bereich strömende Luftmenge
erzeugt wird, gerade wie in einem herkömmlichen Vergaser. Die Luft wird wiederum
von herkömm lichen Drosselplatten unterhalb des Zerstäubers gesteuert, wodurch der
anhaftende Nachteil einer Kraftstoffkondensationsoberfläche, die stromabwärts der
Zerstäubungseinrichtung angeordnet, ist, verbleibt.
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Als eine Alternative schlägt Drayser jedoch eine Entfernung der Drosselplatten
und eine Steuerung der Luftströmung mittels axialer Bewegung des Zerstäubers vor,
um die Durchflußfläche durch den verengten Bereich zu variieren. Es würde ein gesondertes
Kraftstoffventil benötigt werden, das durch das Gestänge eingestellt wird, das die
axiale Stellung des Zerstäubers steuert, um das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis
über den Belastungs- bzw. Leistungsbereich zu gewährleisten. Für diese alternative
Ausführung wären gesonderte Kraftstofföffnungen und
Luitlöcher für
den Leerlauf erforderlich, sobald der Körper des Zerstäubers den verengten Durchgang
vollständig abschließt.
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Die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung schafft eine Einrichtung
für ein wirkungsvolles Mischen positiv gesteuerter Mengen an flüssigem, kohlenwasserstoffhaltigem
Kraftstoff, beispielsweise Benzin, Kerosin, Dieselkraftstoff oder Ddsentrlebwerkskraitstoff
mit Luit, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu schaffen, das für eine wirkungsvolle
Verbrennung in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung hochgradig geeignet
ist. Die Vorrichtung erhält den Kohlenwasserstoffkraftstoff in seinem flüssigen
Zustand und wirkt mittels Schallvibrationsenergie auf den Kraftstoff ein und führt
ihn in einen hochgradig zerstäubten Zustand über. Der Kraftstoff kann danach sehr
wirksam mit Luft gemischt werden, um ein gleichmäßigeres Kraftstoti-Luit-Gemisch
zu bilden. Der hochgradig zerstäubte Zustand des Kraftstoffs fördert die Verdampfung
flüchtiger Kohlenwasserstoiikraftstoffe und begünstigt dadurch zusätzlich die Mischung
des Kraftstoffs mit der Luft.
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Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeitet die Vorrichtung
anstelle eines Vergasers und Chokes, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch für die Verbrennung
in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung zur Verfügung zu stellen. Die
Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse mit einer Luftstromsteuerung an der Spitze, um dem
Gehäuse einen kontrollierten Luftstrom zuzuführen, und einen Auslaß am Boden illr
die Abgabe eines innerhalb des Gehäuses gebildeten Kraitstoti-Luit-Gemlsches, und
zwar entweder direkt in
die Zylinder oder in das Einlaß-Ansaugrohr
der Maschine.
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Ein erregbarer, innerhalb des Gehäuses montierter Schallumformer überträgt
sonare Vibrationsenergie auf einen Schallkopf, der an seinem unteren Ende eine Kraftstoffzerstäubungsoberfläche
aufweist. Die Montage des-Umformers innerhalb des Gehäuses schaft den zusätzlichen
Vorteil einer Kühlung des Umformers seitens der Luft, die durch das Gehäuse zur
Maschine fließt.
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Ein dünner, seitlich unbehinderter Kraftstoffilm wird von einer ringförmigen
Kraftstoffleitung innerhalb des Gehäuses auf die Zerstäubungsoberflächen gerichtet,
Die Schallvibrationsenergie des Schallkopfes wirkt auf den Film ein, während dieser
sich längs der Zerstäubungsoberfläche bewegt, und veranlaßt dadurch den Kraftstoff,
zu zerstäuben und zu verdampfen. Die Zerstäubungsoberfläche ist dem durch die Vorrichtung
passierenden Luftstrom ausgesetzt; der zerstäubte Kraftstoff, der von der Oberfläche
emittiert wird, mischt sich mit der Luft, um ein hochgradig geeignetes Kraftstoff-Luft-Gemisch
für eine wirkungsvolle Verbrennung in der Maschine zu bilden.
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Der Ausdruck "sonar", wie er hierin verwendet wird, soll die Vibrationsfrequenzen
der Vorrichtung nicht auf den hörbaren Bereich beschränken, er wird vielmehr benutzt,
um einfach und zweckmäßig sowohl hörbare Frequenzen, d.h. unterhalb 20 khz, als
auch Ultraschallfrequenzen, d.h. oberhalb 20 khz, zu beschreiben. Ferner soll der
Ausdruck "Schallkopi", wie er hier verwendet wird, als allgemeiner Ausdruck angesehen
werden, wie er auf dem Gebiet des Schalls angewendet wird; wo nicht anderes angegeben
worden ist, schließt der Ausdruck "Schallkopf" den Teil des Kopfes ein, der bequemerweise
weiter unten als "Schallstück" bezeichnet ist.
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Die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung kann den herkömmlichen
Vergaser oder eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Herstellung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
für Brennkraftmaschinen ersetzen. Die Drossel für die Steuerung der Luft und die
Kontrolleinrichtung für die Steuerung der Kraftstoffmenge sind beide stromaufwärts
von der durch Schall vibrierenden Oberfläche angeordnet, an der die Zerstäubung
stattfindet. Der zerstäubte Kraftstoff und die Luft strömen sodann durch herkömmliche
Leitungen, wie Ansaugrohre, zur Brennkraftmaschine, ohne daß irgendeine einstellbare
Drosseleinrichtung stromabwärts von der Stelle der Kraftstoffzerstäubung eriorderlich
wäre. Die Vorrichtung ist vorzugsweise zwischen dem Luftfilter und dem Einlaß-Ansaugrohr
einer Brennkraftmaschine an der Stelle des vorhandenen herkömmlichen Vergasers angeordnet,
wobei das einzige zusätzliche Blement der durch Elektrizität betätigte Schal los
zillator ist, um die sonare Vibrationsenergie dem Umformer der Vorrichtung zuzuführen.
Es sind einige Abwandlungen des sich vom Gaspedal erstreckenden Gestänges eriorderlich,
um es mit der stromaufwärts angeordneten Binrichtung zur Auswahl der Ansaugluftmenge
und der von der Vorrichtung zur Verfügung gestellten Kraftstoffmenge zu verbinden.
Wie weiter unten näher ausgeführt werden wird, eriolgt ein schnelles Starten der
Maschine ohne die Verwendung eines herkömmlichen Chokes.
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Die perfektere Zerstäubung erzeugt ein Gemisch mit Luft, das mit einem
größeren Wirkungsgrad verbrennt und den Kraftstoffverbrauch der Maschine verringert.
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Die im Abgas einer Maschine enthaltende Menge an Verschmutzern bzw.
Giftstoffen wird erheblich verringert, wie weiter unten im einzelnen beschrieben
werden wird.
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Der vollständiger zerstäubte Kraftstoff und die Luft verwenden die
in der Luft vorhandenen Sauerstoffatome eher dazu, Kohlendioxyd zu bilden als Kohlenmonoxyd.
Kohlendioxid ist ein verhältnismäßig erwünschtes Verbrennungsprodukt im Vergleich
mit Kohlenmonoxyd und Stickstofioxyden.
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Die schnellere Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erlaubt eine
Einstellung des Zündzeitpunktes im Zylinder einer Brennkraftmaschine, um das Zeitintervall
zu verringern, in dem die'gezündeten Kohlenwasserstoffe im Zylinder vorhanden sind.
Der korrekte Zeitpunkt der Zündung des Kraitstoff-Luft-Gemisches verringert die
Verunreinigungen im Abgas erheblich, insbesondere Stickstofioxyd, da es nicht nötig
ist, mit einem großen obere schuß an Sauerstoff zu arbeiten.
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Stickstoffoxyde werden erzeugt, wenn die Temperatur 165o0C erreicht
oder überschreitet. Die Erzeugung von Stickstoffoxyden wird auch bei jeder gegebenen
Temperatur bewirkt, wenn die Zeit der Brenndauer in dem Zylinder der Maschine wächst.
Mit der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung wird die Spitzentemperatur im Motorzylinder
beachtlich gesenkt, und zwar über diejenige hinaus, die sich ergibt, wenn einberkömmlicher
Vergaser verwendet wird. Ferner wird die für die Bildung von Stickstoffoxyd zur
Verfügung stehende Zeit verringert-, da die Zündung nicht so weit vorverlegt werden
muß.
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Schließlich verringert die vollständigere Verbrennung der Kohlenstoffatome
erheblich die Anzahl der freien Sauerstoffatome, die für die Verbindung mit Stickstoffatomen
zur Verfügung stehen, um Stickstoffoxyd zu bilden. Der Kraftstof fluß auf die Zerstäubungsoberflächen
des Schallkopfes kann mittels eines Ventils
positiv gesteuert werden.
Während Zeiträumen, in denen eine Verzögerung eriolgt, wie oben diskutiert, verringert
das Ventil den Kraitstoffluß auf die von der Motordrehzahl geforderte Menge, abweichend
von den analogen Steuerungen in einem Motor, der mit einem Vergaser ausgerüstet
ist. Zusätzlich kann eine Einrichtung vorgesehen sein, wie dies bei einigen Kraitstofieinspritzsystemen
der Fall ist, um das Ventil zu veranlassen, den Kraftstoiilug während Verzögerungen
zu stoppen, bis die Motordrehzahl auf einen vorbestimmten Wert verringert worden
ist, zu welchem Zeitpunkt dann die geeignete Kraftstoffmenge erneut dem Motor zugeführt
werden kann. Somit sind gewisse Vorteile eines Kraitstoffeinspritzsystems auch mit
der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung erzielbar - die Minimierung von überschüssigen
Mengen an Kraftstoff in dem Kraftstoff-Luft-Gemisch, das dem Motor während Verzögerungszeiten
zugeführt wird - wodurch zusätzlichunerwünschte Abgasprodukte im Abgas verringert
werden. Die Verringerung des Kraftstoffes während einer rapiden Verzögerung ist
von großer Wichtigkeit, da in vielen Fällen die Eliminierung des überschüssigen
Kraftstoffes bei rapider Verzögerung bis zu der Hälfte oder mehr der unverbrannten
Kohlenwasserstoffe, von Kohlenmonoxyd oder anderer Verunreinigungen in Wegfall bringen
kann.
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Wie oben erwähnt wurde, umfaßt die Erfindung eine Einrichtung für
die Verteilung von Kraftstoff in einem dünnen Film über eine vibrierende Oberfläche.
Die Verteilung des Stroms in einen dünnen Film erzeugt eine verbesserte Zerstäubung.
Zusätzlich hat die Kraftstoff verteileinrichtung notwendigerweise eine beschränkte
Ausgangs fläche, die die Kraftstoffzufuhrleitung von den Wirkungen der Umgebung
variablen Drucks unterhalb des Drosselventils isoliert.
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Da das Hauptkraftstoffventil einen weiten Variationsbereich bezüglich
der »durchsätze beherrschen muß, ist es schwierig, eine genaue Einstellung für den
sehr kleinen Kraftstoffluß im Leerlauf zu bewirken. Vorzugsweise schließt deshalb
das Kraftstoffhauptventil im Leerlauf dicht, und die Kraftstoffzufuhr wird unter
diesen Bedingungen durch ein vakuumbetätigtes Bypass-Ventil bewirkt. Dieses Bypass-Ventil
schließt, wenn ein großes Vakuum im Ansaugrohr vorhanden ist, wie dies während einer
Verzögerung und normalem Leerlauf der Fall ist0 Beginnt der Motor jedoch abzudrosseln
bzw. zum Stillstand zu kommen, fällt das Vakuum im Ansaugrohr scharf ab, wodurch
das Bypass-Ventil geöffnet und mehr Kraftstoff der vibrierenden Zerstäubungsoberfläche
zugeführt wird.
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Das unterdruckbetätigte Bypass-Ventil gemäß der Erfindung volliührt
eine zusätzliche Kraftstoffanreicherungsfunktion, sobald das Vakuum im Ansaugrohr
unter die Belastungs- bzw. Leistungsbedingungen bei teilweise oder ganz geöffneter
Drossel abfällt, wodurch in den meisten Fällen die Notwendigkeit eines gesonderten
Kraftstoffanreicherungsventils entfällt.
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Die Erfindung ermöglicht somit eine verbesserte Zerstäubung des Kraftstoffs
zusammen mit einer positiven Kontrolle bezüglich des Kraftstoff-Luit-Gemisehes unter
allen Betriebsbedingungen einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mittels einer relativ
einfachen Vorrichtung, die nur wenige Einstellungen erfordert.
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Die Erfindung und ihre vorteilhafte Ausgestaltung ist im folgenden
anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach
der Erfindung in schaubildlicher Ansicht; Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung
nach Fig. 1 im Schnitt; Fig. 3 eine Teilansicht der Hülse und des Schallkopies der
Vorrichtung nach Fig. 2 in vergrößertem Maßstab; Fig. 4 die Vorrichtung in ihrer
Funktion als Vergaser für eine herkömmliche Hubkolben-Brennkraitmaschine mit innerer
Verbrennung für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellung; Fig. 5 eine weitere
Ausiührungsform eines Schallkopies für die Vorrichtung; Fig. 6 eine dritte Ausführungsform
eines Schallkopfes für die Vorrichtung; Fig. 7 ein weiteres, bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung nach der Erfindung in schaubildlicher Ansicht; Fig. 8 eine Seitenansicht
der Vorrichtung nach Fig. 7; Fig. 9 einen Teilschnitt längs der Linie 9-9 der Vorrichtung
nach Fig. 8; Fig,lo eine Teilschnittansicht längs der Linie lo-lo der Vorrichtung
nach Fig. 7;
Fig. 11 eine Schnittansicht längs der Linie 11-11
der Vorrichtung nach Fig. lo; Fig. 12 eine Schnittansicht längs der Linie 12-12
der Vorrichtung nach Fig. 11.
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Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen in denen eine bevorzugte
Ausithrungsiorm der Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung
in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Die Vorrichtung 2o umfaßt ein zylindrisches Gehäuse
21 mit einer Lufteinlaßkammer 22 im oberen Teil 23 und einer Mi-chkammer 24 im unteren
Teil 25 des Gehäuses 21. Ein an der Außenwand 28 des oberen Teils 23 des Gehäuses
angeordneter Flansch 27 erlaubt die Anbringung eines he'rkömmlichen Luitfilters,
der den oberen Teil 23 des Gehäuses 21 vollständig umgibt. Gleichmäßig um den Umfang
des oberen Teils 23 des Gehäuses 21 verteilt sind Einhalßöffnungen 26 und 29 durch
das Gehäuse 21 vorgesehen, um der Einlaßkammer 22 Luft zuzführen. Die inneren Wände
35 des unteren Teils 25 des Gehäuses 21 bilden einen konvergierenden Düsenabschnitt
36. Die Innenwände 35 des Düsenabschnitts 36 folgen einem Exponentialweg von der
Mischkammer 24 zu einem Ausgang 37 am Boden des Gehäuses 21. Ein am Boden des Gehäuses
21 angeordneter Ringflansch 38 besitzt mehrere durchgehende Löcher 39, um die Befestigung
der Vorrichtung 20 anstelle eines herkömmlichen Vergasers am Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine
zu erlauben.
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Die Luftmenge, die durch die Vorrichtung 20 durch die Eingangsöffnungen
26 und 29 hindurch und in das Ansaugrohr eintritt, wird durch eine Luftstromsteuerung
40 kontrolliert, die zwischen die Einlaßkammer 22 und die
Mischkammer
24 montiert ist. Die Luftstromsteuerung 40 besteht aus einer iesten unteren Platte
41 und einer drehbaren oberen Platte 42. Ein Loch 43 durch die Mitten jeder der
Platten 41 und 42 bildet einen Durchlaß für einen Schallkopf 45. Zwischen den Platten
41 und 42 und dem Schallkopf 45 ist Spiel vorhanden. Die untere Platte 41 ist an
der Wand 46 des Gehäuses 21 befestigt. Die obere Platte 42 ist oberhalb der unteren
Platte 41 drehbar montiert, so daß sie um die Längsachse des Schalls kopfes 45 drehbar
ist. Ein sich durch einen Schlitz 48 im Gehäuse 21 radial auswärts von der Platte
42 erstreckender Arm 47 ist mit der oberen Platte 42 verbunden. Der Arm 47 ist von
der Bewegung eines nicht gezeigten, vom Gaspedal herkommenden Gestänges abhängig
und steuert die Dreheinstellung der oberen Platte 42 bezUglich der unteren Platte
41.
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Jede der Platten 41 und 42 besitzt übereinstimmende Luitstrom-Steueröffnungen
49, die sich durch die Platte erstrecken und symmetrisch um die Mitte der Platte
herum angeordnet sind. Der Arm 47 dreht die obere Platte 42 zwischen einer ersten
und einer zweiten Stellung.
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In der ersten Stellung sind die Steueröffnungen 49 in der oberen Platte
42 gegenüber den'entsprechenden Steueröffnungen 49 in der unteren Platte 41 versetzt,
so daß nur wenig oder überhaupt keine Luft durch die Luftstrom steuerung 40 hindurchfließen
kann. In der zweiten Stellung sind die Steueröffnungen 49 in der oberen Platte 42
mit den entsprechenden Steueröffnungen 49 in der unteren Platte 41 ausgerichtet,
so daß eine genügende Menge an Luft zur Unterstützung von Zündung und Verbrennung
im Motor bei hohen Drehzahlen und Leistungen in die Mischkammer 24 einströmen kann.
Wenn sich die obere Platte 42 zwischen der ersten und der zweiten Stellung dreht,
wächst die Luitmenge, die durch die
Luftstromsteuerung 40 fließen
kann, von Null bis zur Maximalmenge.
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Bei den Ausfiihrungsbeispiel nach Fig. 2 und 4 wird Benzin oder ein
anderer flüssiger, für die Verbrennung in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung
geeigneter Kraftstoff einer ringförmigen Kraftstoffleitung 55 durch einen Durchlaß
oder ein Rohr 56 zugeführt, das mit einer Kraftstofföffnung 57 im Inneren der Hülse
60 kommunikativ verbunden ist. Die Kraftstoffmenge, die durch das Rohr 56 und in
die Ringleitung 55 strömt, steuert oder mißt ein Meßventil 61o Das Ventil 61 ist
so nah wie möglich an der Kraftstofföffnung 57 angeordnet, um die Möglichkeit vorzeitiger
Verdampfung oder Zerstäubung des Kraftstoffs durch das Saugrohr- oder Zylindervakuum
in dem Teil des Rohrs 56 zwischen dem Ventil 61 und der Kraftstofföffnung 57 zu
minimieren. Die Kraftstoffmenge, die in die Kraftstoffleitung 55 durch das Ventil
61 eintritt, wird durch die Bewegung eines zweiten Arms 62 gesteuert, der sich von
dem Ventil 61 durch einen zweiten Schlitz 63 in dem Gehäuse 21 hindurcherstreckt.
Der zweite Arm 62 und der Arm 47, der die Luftstromsteuerung 40 betätigt9 können
aneinander angelenkt und miteinander mit dem Gaspedal verbunden sein, um auf diese
Weise in Abhängigkeit von der Steuerung des Gaspedals seitens der Bedienungsperson
einen erhöhten Luftstrom und erhöhten Strom an flüssigem Kraftstrom oder verringerten
Luftstrom und verringertem Strom an flüssigem Kraftstrom zur Verfügung zu stellen.
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Der Kraftstromm wird in der Mischkammer 24 mittels Schallvibrationsenergie
zerstäubt, die von einem Umformer 65 dem Schallkopf 45 zugeführt wird. Der Umformer
65 ist in einem Gehäuse 21 montiert, wobei seine Lkngs achse mit der Längsachse
des Gehäuses 21 zusammenfällt.
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Der Umformer 65 ist von herkömmlicher Bauart, vorzugsweise ein piezoelektrischer
Standard-Schallgenerator 67, der aus einem oberen Block 68, einer piezoelektrischen
Keramikplatte 69, einer zwischengeschalteten Umiorm-Montageplatte 70 aus Aluminium,
einer zweiten piezoelektrischen Keramikplatte 71 und einem unteren Block 72 besteht.
Jedoch würden auch andere Umformer, beispielsweise Magnetostriktion-Umformer dem
Schallkopf 45 geeignete akustische Längsvibrationen zuführen. Der Umformer 65 wird
mittels eines Leistungoszillator 75 angeregt, der an den Umformer 65 impedanzmäßig
(impedance matched) angeglichen ist.
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Die Frequenz der in der Vorrichtung verwendeten Schall energie ist
insoweit nicht kritisch, was die Zerstäubungswirkung betrifft. Eine bestimmte, die
Erfindung verkörpernde Ausführung wurde erfolgreich bei Frequenzen von 20 bis 40
kHz getestet, jedoch erstreckt sich der verwendbare Bereich von gut unterhalb lo
kHz bis etwa loo kHz. Aus praktischen Gründen sollten Frequenzen im Hörbereich (unterhalb
etwa 18 kllz)vermieden werden, um Belästigungen der Bedienungsperson zu verhindern.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Schallkopi 45 am Boden
66 des Unformers 65 betestigt, wobei die Längsachse des Kopfes 45 mit der Längsachse
des Umformers 65 und des Gehäuses 21 zusammenfällt. Der Schallkopf 45 besitzt vorzugsweise
einen kreisförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser von einem zylindrischen oberen
Teil 80 iortschreitend bis zu einem zylindrischen Mittelteil 81 abnimmt. Der untere
Teil 82 des Schallkopfes 45 ist vorzugsweise nach außen erweitert, wobei sich der
Durchmesser des erweiterten Teils ezponentiell von Durchmesser des Mittelteils 81
auf den Durchmesser
des Bodens 83 des Schallkopfes 45 erweitert.
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Am Boden 83 des Schallkopfes 45 ist ein Schallstück 85 mit kreisförmigem
Querschnitt befestigt. Die abgeschrägte Außenfläche 86 des Schallstücks 85 stellt
eine glatte Fortsetzung der Oberfläche des Schallkopfes 45 am Boden dar, wobei der
Durchmesser des Schallstücks 85 vorzugsweise exponentiell vom Durchmesser der Oberseite
88 des Schallstücks 85 auf den Durchmesser eines schmalen, umlaufenden Randes anwächst,
vorzugsweise eines zylindrischen Randes 89, der sich am Boden des Schallstücks 85
befindet. Bei einer Ausführungsform des Schallstücks 85 sind die Durchmesser der
Oberseite 88 und der unteren Fläche 9o des Schallstücks 85 jeweils 19 mm und 25,4
mm, und die Dicke des schmalen Randes 89 beträgt o,8 mm. Bei einer anderen Ausiührungsiorm
besitzt der schmale Rand 89 eine Messerkante mit im wesentlichen der Dicke Null.
Die-untere Fläche 9o des Schallstücks 85 erstreckt sich vorzugsweise in einer Ebene
senkrecht zur Längsachse des Schallkopfes 45, kann jedoch andere Formen aufweisen,
wie unten beschriebene Das Spiel bzw. der Abstand zwischen dem Rand 89 und den kurvenförmig
verlaufenden Wänden 35 des Düsenabschnitts 36 bilden eine ringiörmige Passage 95,
indem sich der durch die Luitstromsteuerung 40 gezogene Luftstrom in turbulenter
Weise mit dem zerstäubten Kraftstoff mischt, der von dem Schallstück 85 des Schallkopfes
45 abgegeben wird.
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Obgleich der Schallkopf 45 und das Schallstück 85 nicht notwendigerweise
von herkömmlicher Bauart sein müssen, können sie aus herkömmlichen Schallkopfmaterialien
auigebaut sein. Es wurde festgestellt, daß Titan ein besonders vorteilhaftes Material
ist, um daraus das
Schallstück 85 zu bilden, jedoch können andere
leichtgewichtige Materialien Verwendung iinden, die von dem Kraftstoff nicht angegriffen
werden und die den auigebrachten Beanspruchungen ohne Brechen widerstehen.
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Der Kraftstoff wird seitens des Schallkopies 45 zerstäube, wenn er
von der ringförmigen Kraftstoffleitung 55 abfließt und längs der abgeschrägten Fläche
86 und der unteren Fläche 9o des Schallstücks 85 wandert.
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Die Kraftstoffleitung 57 wird von dem Schallkopf 45 und einer zylindrischen
Hülse 60 definiert, welch letztere unterhalb der unteren Platte 41 der Luftstrom
steuerung 40 angeordnet ist, wobei ihre Längsachse mit der Längsachse des Gehäuses
21 zusammenfällt. Die zylindrische Hülse 60 besitzt einen Außendurchmesser, der
dem Durchmesser des erweiterten Bodens 83 des Schallkopfes 45 annähernd gleich ist.
Der Durchmesser der zylindrischen Innenfläche 102 der Hülse 60 ist geringfügig größer
als der Durchmesser des Schallkopfes 45 über die Länge desselben, ist jedoch derart
angepaßt, daß die Kraftstoffleitung 55 zwischen dem Kopi 45 und der Innenfläche
102 der Hülse gebildet wird.
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Z.B. ist das Spiel an den steuernden Flächen zwischen dem Schallkopf
45 und der Hülse 60 vorzugsweise im Bereich von etwa 0,0127 mm bis o,o38 mm.
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Dieses Spiel bzw. dieser Abstand können als primäres oder sekundäres
Mittel für die Steuerung des Kraftstofilusses Verwendung finden, und es wurde festgestellt,
daß dann, wenn die zusammenpassenden Flächen in Berührung miteinander stehen, der
Durchfluß durch sie aufhört; doch sogar in diesem geschlossenen Zustand verursacht
eine Erregung des Schallkopfes den Beginn von Durchfluß, vorausgesetzt, daß der
Kraftstoff
unter Druck ist. Das obere Ende der Kraftstoffleitung
57 ist mit einem O-Ring 103 abgedichtet, der in eine O-Ringnut 1o4 in der Innenfläche
102 der Hülse 60 paßt und gegen den Schallkopf 45 anliegt. Das untere Ende der Kraftstoffleitung
57 ist durch eine Ringöffnung 105 zwischen der Hülse 60 und dem Schallstück 85 zur
Mischkammer 24 hin offen. Die Höhe der Öffnung 105 ist recht klein, im Betrieb vorzugsweise
im Bereich von o,o45 mm. Es kann auch eine Einrichtung für die axiale Einstellung
der Lage der Hülse 60 bezüglich des Schallkopfes 45 vorgesehen sein, um die Öffnung
loS zu variieren.
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Es ist für den Fachmann auf dem Gebiet der Schallköpfe offensichtlich,
daß die Längen des Umformers 65, des Schallkopfes 45 und des Schallstücks 85 variiert
und derart angepaßt werden können, um eine Vibration mit maximaler Amplitude an
der unteren Fläche 90 des Schallstücks 85 hervorzurufen, und zwar in Abhängigkeit
teilweise von der Resonanzfrequenz des Umformers 65 und der Geschwindigkeit der
Druckwelle in dem Material.
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Die kombinierte Länge des Schallkopfes 45 und des Schallstücks 85
kann eine ganze Zahl von halben Wellenlängen bei der Resonanzirequenz des Umformers
65 betragen, wenn die Grenzfläche zwischen dem Umformer 65 und dem Schallkopf 45
sich an einem Druckknoten (d.h. Geschwindigkeits-Wellenbau) befindet. Um die Aufheizung
durch Reibung oder den Verschleiß am O-Ring 1o3 zu minimieren, kann er an einem
Geschwindigkeitsknoten des Schallkopfes 45 angeordnet werden. Bei der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist es funktionell erwünscht, die Länge des Schallkopfes
zu minimieren. Die Aluminiumplatte 70 des Umformers 65 dient deshalb als der Knoten-Träger
für den Umformer 65; ferner beträgt der Abstand
von der unteren
Fläche 66 des unteren Blocks 72 zu der unteren Fläche 9o des Schallstücks 85 näherungsweise
eine halbe Schallwellenlänge im Material des Kopfes bei Resonanzirequenz des Umiormers
65. Bei dieser Ausführungsform beiindet sich die untere Fläche 9o des Schallstücks
85 auf maximaler Vibrationsamplitude.
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Der O-Ring 103 ist näherungsweise ein Viertel Wellenlänge von der
unteren Fläche 9o des Schallstücks 85 angeordnet.
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Wie oben angegeben wurde, kann die Vorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung einen herkömmlichen Vergaser für eine Hubkolben-Brennkraitmaschine für
ein Kraitiahrzeug ersetzen. In Fig. 4 ist nun die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3
schematisch in Beziehung zu solch einer Brennkraftmaschine bzw. einem Motor 120
gezeigt.
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Die Vorrichtung 20 ist an dem Motor 120 zwischen dem Luftfilter 121
und dem Ansaugrohr 122 montiert. Die Luitstromsteuerung 49 und das Krartstorimeßrentil
61 der Vorrichtung 20 sind mit dem Gaspedal 123 mittels eines Hebelgestänges 124
mechanisch verbunden. Wenn das Gaspedal 123 niedergedrückt wird> veranlaßt das
Hebelgestänge 124 die Luttstromsteuerung 49 dazu> um einen kontrollierten Betrag
zu öffnen und Eingangsluft in die Mischkammer 24 zu lassen, und veranlaßt ferner
das Ventil 61 dazu, die geeignete Kraftstoffmenge der Kraftstoffleitung 55 zuzumessen.
Die Kraftschwingröhre 75 erregt den Umformer 65 und führt dem Schallstück 85 akustische
bzw. sonare Vibrationsenergie zu. Die durch die Mischkammer 24 hindurchströmende
Ansaugluit mischt sich mit dem hochgradig zerstäubten Kraitstoif, der von dem Schalstück
85 emittiert.
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Dieses Kraftstoff-Luft- Gemisch passiert durch den Düsenbereich 36
in das Ansaugrohr 122 und weiter zu
dem entsprechenden Zylinder
125 des Motors 120, wo es gezündet wird.
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Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung war auf einen Automobilmotor montiert,
der mit näherungsweise stOchiometrischen Mengen an Luft und Kraftstoff arbeitet.
Das von der Vorrichtung erzeugte gleichmäßigere Kraitstofi-Luft-Gemisch ergab eine
vollständigere Verbrennung des Kraftstoffs, wie durch vorausgehende Versuche unter
Beweis gestellt wurde, die sehr geringe Werte-an Produkten unvollständiger Verbrennung
zeigten, beispielsweise an Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen im
Abgas. Darüber hinaus-war auch der Gehalt an Stickoxiden im Abgas gering, da der
größte Teil des Sauerstoffs in der Ansaugluft bei der wirkungsvollen Verbrennung
des Kraftstoffs verbraucht wurde und dadurch der für die Verbindung mit dem atmosphärischen
Stickstoff vorhandene Sauerstoff erheblich reduziert war. Der Anteil an Stickoxiden
war ferner auch gering wegen der verringernden Maximaltemperatur des Brennt gases
und der kürzeren Verweilzeit des Brenngases bei hohen Temperaturen, wie weiter oben
ausgeführt wurde.
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Abgesehen von einer Verringerung der Luftverschmutzung schafft die
Verwendung der Vorrichtung nach der Erfindung anstelle eines herkomnlichen Vergasers
den zusätzlichen Vorteil einer besseren Wirtschaftlichkeit bzw.
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eines verringerten Kraftstoffverbrauchs infolge der wirksamen Verbrennung
des gleichmäßigeren Kraftstoff-Luft-Gemisches.
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Es sollte vermerkt werden, daß die Erfindung die Anwendung von Schallenergie
auf einen dünnen Film flüssigen Kraftstoffes und eine im wesentlichen unverengte
Leitung
zur Maschine stromabwärts von der Zerstäubungsoberfläche einschließt, wobei die
Luft und der Kraftstoff stromaufwärts davon gesteuert werden.
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Der Auibau der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, insbesondere
die Art und Weise, in der der ilüssige Kraftstoff der Zerstäubungsoberfläche zugeführt
wird und das Verhältnis dieser Oberfläche zum Luftstrom scheinen eine beachtliche
Wirkung auf den Grad der hervorgerufenen Zerstäubung zu haben. Dies ist am besten
aus Fig. 3 zu ersehen, die eine Ansicht des Schallstückbereichs der Ausführungsform
nach Fig. 2 in vergrößerter Ansicht zeigt. Wie gezeigt, fließt ein dünner Kraftstoffilm
llo aus der ringförmigen Kraftstofileitung 55 durch die ringförmige Öffnung 105
zwischen der Hülse 60 und dem Schallstück 85 auf die erweiterte Zerstäubungsoberfläche
86.
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Da die Schallvibrationen im Schallkopf in L§ngsrichtung erfolgen,
wirkt lediglich die Komponente der Oberfläche 86 auf den Flüssigkeitsfilm ein, die
senkrecht zur Achse des Schallkopfes verläuft. Demzufolge ist es erwünscht, die
Oberfläche 86 sich breit erweitern zu lassen, vorzugsweise bis auf einen Winkel
von 9o° in dem Bereichs der dem umlaufenden Rand 89 benachbart ist.
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Zusätzlich ist von Wichtigkeit, daß der Kraftstoff in einem dünnen
Film fließt und lange genug mit der Zerstäubungsoberfläche in Berührung bleibt,
so daß er genügend Energie empfängt, um zu zerstäuben und zu verdampfen, bevor er
in den Luftstrom eintritt0 Dieses Ergebnis wird durch die Steuerung des Spiels bzw.
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Abstands zwischen der Hülse 60 und dem Schallstück 85,
um
einen dünnen Film-zu erzeugen, sowie dadurch erzielt, daß man den Luftstrom gegen
die Zerstäubungsoberfläche 86 und über den umlaufenden Rand 89 oder an diesem vorbeirichtet.
Der nominelle Abstand zwischen der Hülse 60 und dem Schallstück 85 kann beispielsweise
o,o45 mm betragen, so daß die maximale Dicke des Fltssigkeitsfilms an diesem Punkt
dementsprechend o,o45 mm beträgt.
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Wenn der Film 11o über die erweiterte Zerstäubungsoberfläche 86 wandert,
trachtet der statische Druck im Luftstrom danach, ihn gegen die vibrierende Oberfläche
zu halten, so daß diese fortfährt, auf die Flüssigkeit einzuwirken und ihren Energiepegel
zu erhöhen. Es wird angenommen, daß die Schallvibrationsenergie die Dicke des Films
llo auszieht oder verringert, sowie kontinuierlich zerstäubt, bis der Film an dem
umlaufenden Rand 89 des Schallstücks 85 möglicherweise lediglich einige Moleküle
an Dicke aufweist. Es wird ferner angenommen, daß der größte Teil des sehr dünnen
Kraftstoffilms lio in einem hochgradig zerstäubten Zustand von dem Schallstück 85
an oder nahe dem Rand 89 abgegeben bzw.
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emittiert wird, obgleich eine kleine Menge um den Rand herum und auf
die Mitte der unteren Fläche 9o des Schallstücks 85 zu fließen mag, wo sie in gleicher
Weise abgegeben oder emittiert wird.
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Weitere Merkmale der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung scheinen
sodann einen kumulativen Effekt aufzuweisen, der die.nachfolgende Verdampfung und
das innige Mischen des Kraftstoffsmit dem Luftstrom in großem Maße fördert bzw.
begünstigt. Zum Beispiel wird der hochgradig zerstäubte, von dem Schallstück 85
emittierte Kraftstoff mit der Ansaugluft gemischt,
während diese
an dem Rand 89 vorbei und dann durch die ringförmige ÖffnUng 105 zwischen dem Schallstück
85 und den Wänden 35 des Düsenabschnitts 36 strömt. Die Wände des Düsenabschnitts
36 konvergieren vorzugsweise exponential, um eine im wesentlichen laminare Strömung
des Luftstroms benachbart den Wänden zu der Drossel der Düse hin zu fördern. Diese
laminare Strömung reduziert den Kontakt des zerstäubten und verdampiten Kraftstoffs
in dem Kraftstoff-Luft-Gemisch mit den Wänden 35, um die Kondensation des Kraftstoffs
auf den relativ kalten Oberilächen derselben zu minimieren. Gleichzeitig trachtet
der konvergierende Strom danach, den zerstäubten Kraftstoff mit dem Luftstrom innig
zu mischen. Zusätzlich ist das durch die Düse 36 fließende Gemisch der von der Fläche
des Schallstücks 85 abstrahlenden Schallenergie ausgesetzt. Der DUsenbereich, wie
auch der Saugrohr-Durchgangskanal darunter, bildet somit einen mit Schall beaufschlagten
Bereich, in dem die von der Fläche des Schallkopies abgestrahlte Schallenergie zusätzlich
auf das Gemisch einzuwirken scheint, um den Kraftstoff zusätzlich zu zerstäuben
und zu verdampien und ihn noch sorgfältiger mit der Luft zu mischen. Wie weiter
oben angegeben wurde, wird das Mischen durch die von den geneigten Wänden 51 der
bogenförmigen Schlitze 50 in den Drosselplatten 41 und 42 hervorgeruiene Wirbelströmung
der Luft weiter gefördert. Es wird ferner angenommen, daß die Schallschwingungen,
die von der F1äche des Schallstücks 85 ausgesandt werden, auch weiter durch die
Ansaugkammer in die Zylinder übertragen werden, während die Einlaßöffnungen offen
sind. Diese Schwingungen innerhalb der Kammern stromabwärts von dem Mischbereich
dienen dazu, die Homogenität des Gemisches zu erhalten und das verdampfte Gemisch
noch effizienter als Wärmeleiter zu machen, in Ubereinstimmung
mit
dem bekannten physikalischen Phänomen, daß ein schwingendes Flud ein besserer Gleiter
für Energie ist.
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Als Folge aller Merkmale der oben beschriebenen bevorzugten Aus führungs
form der Erfindung wird deshalb nicht nur der flüssige Kraftstoff bereits anfangs
in hochgradig zerstäubter und verdampfter Form emittiert, sondern seine Verdampfung
und Mischung wird auch nachfolgend verstärkt und die Rekondensation minimiert.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schallkopfes 190,
der im einzelnen dem Schallkopf 180 gemäß Fig. lo gleicht, mit der Ausnahme, daß
ein zweites Schallstück 191 sich nach unten vom Mittelpunkt der unteren Fläche 192
eines Schallstücks 193 erstreckt.
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Das zweite Schallstück 191 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt,
dessen Durchmesser exponentiell von der Spitze 194 bis zur unteren Fläche 193 ansteigt.
Der den Kanal 196 abwärts fließende Kraftstoff wandert nach außen über eine Fläche
192 und ferner nach unten über eine erweiterte Fläche 196 des zweiten Schall stücks
191.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schallkopfes 210,
bei dem sich'eine Mehrzahl von zweiten Kraftstoffkanälen 211 von einer Mehrzahl
von Öffnungen 212 in der unteren Fläche 213 des Schailkopfs 21c erstreckt, die einen
zentralen Flüssigkeitskanal 214 schneiden.
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Es wurden Versuche mit einem 1970er Mercedes Benz Modell 220 mit Standard-Kraftübertragung
durchgeführt.
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Die Tests wurden mit einem Clayton-Wasserbremsen-Dynamometer durchgeführt,
das so eingestellt war, daß
es 12 Hp bei 80 Stundenkilometern absorbierte.
Die Tests eriolgten mit einer Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung anstelle
eines Standard-Vergasers. Es erfolgten zehn zeitlich begrenzte Versuche, bei denen
verschiedene Lauf- bzw. Wegbedingungen simuliert wurden. Bei jedem Test wurden Abgasproben
entnommen und auf Stickoxide, Kohlenmonoxyd und unverbrannte Kohlenwasserstoffe
untersucht, und zwar mit den in der Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen. Für die Versuche
1 bis 5 war der Motor kalt, für die übrigen Versuche heiß. Bei allen Beschleunigungsversuchen
wurden Proben über die Länge der Zeit entnommen, die eriorderlich war, um die gewünschte
Drehzahl zu erreichen. Die Entnahmezeiten während Verzögerungsversuchen wurden bestimmt
von der Belastung des Dynamometers, um das Fahrzeug auslaufen zu lassen.
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Tabelle 1 Abgas Abgas Abgas Test NO CO Gesamt-Nr. Bedingung Zeit
x(ppm) (%) kohlenwasserstoffe (%) 1 Leerlauf (800 UPM) 2 min. 42.0 0.20 0.23 2 o-60
mph 12 sec. 272 1.64 o.94 (annähernd) 3 60-20 mph 20 sec. 262 o.41 o.24 (annähernd)
4 60 mph 2 min. 271 o.81 o.22 (4.Gang) 5 60 mph 2 min. 173 o.35 o.o7 (3.Gang) 6
o-60 mph 12 sec. 256 1.39 o.84 (annähernd) 7 60-20 mph 20 sec. 264 o.77 o.45 (annähernd)
8 60 mph 2 min. 254 o.72 o.27 (4.Gang) 9 60 mph 2 min. 316 o.51 o.o3 (3.Gang) lo
Leerlauf 2 min. 13.3 o.l5 o.o4 (800 UPM)
Die Resultate von Dynamometerversuchen
des mit einem Standard-Vergaser ausgerüsteten Fahrzeugs sind zu Vergleichszwecken
in Tabelle 2 gezeigt. Der Motor des Testfahrzeuges zeigte besonders schwierige Stickoxyd-(NOx)-Probleme
infolge seines besonders hohen Kompressionsverhältnisses: 12,5:1. Ferner war der
Motor mit einem sogenannten Chrysler "clean-air" -Paket ausgerüstet, das Einstellungen
des Zündzeitpunkts von 450 vor dem oberen Totpunkt bis 90 hinter dem oberen Totpunkt
vorsieht. Demnach konnte man geringe Prozentsätze an Kohlenmonoxyd (CO) und geringe
Prozentsätze an Kohlenwasserstoff (HC) im Abgas erwarten, jedoch einen hohen NOx-Gehalt
infolge der Drücke und Temperaturen, die von den hohen Kompressionen herrühren.
Diese Erwartungen wurden durch die Werte in Tabelle 2 bestätigt. Die entsprechenden
Werte in Tabelle 1 zeigen, daß die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung erhebliche
Verringerungen an NO schafft, während sie noch beachtliche -x Werte an CO und HC
aufrechterhält.
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Tabelle 2 Abgas Abgas Abgas Test NO CO Gesamt-Nr. Bedingung Zeit
x(ppm) (%) kohlenwasserstofie (%) 1 Leerlauf (800 UPM) 2 min. 25 7.23 7.81 2 o-60
mph 12 sec. 882 o.35 o.18 (annähernd) 3 60-20 mph 20 sec. 362 1.02 o.82 (annähernd)
4 60 mph 2 min. 1290 o.27 o.lo (4.Gang) 5 60 mph 2 min. 800 o.71 o.48 (3.Gang) 6
o-60 mph 12 sec. 814 o.51 o.35 (annähernd) 7 60-20 mph 20 sec. 590 o.51 o.21 (annähernd)
8 60 mph 2 min. 879 o.32 o.ll (4.Gang) 9 60 mph 2 min. 1030 o.23 o.ll (3.Gang) lo
Leerlauf 2 min. 52 o.15 o.o7 (800 UPM) Die Figuren 7 - 12 verdeutlichen verschiedene
Aspekte einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die neue Elemente für die positive
Kontrolle der Kraftstoff-und Luitzufuhr unter allen Leistungs- und Drehzahlbedingungen
aufweist. Eine Vorrichtung entsprechend dieser Ausführungsform wurde an einem Automobilmotor
installiert und sowohl in Labor- als auch Straßenumgebung erfolgreich betrieben.
Abgasanalysen zeigten eine beachtliche Verringerung an Kohlenmonoxyd, Stickoxyd
und unverbrannten Kohlenwasserstoffen in Vergleich mit den bei Verwendung eines
herkömmlichen Vergasers erzielten Resultaten.
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Es wird nunmehr auf die Figuren 7 - 12 Bezug genommen.
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Diese Ausführungsforin besitzt ein Gehäuse 310 mit einem Hauptkörper
312 und einem Einlaßrohr 314, die gemeinsam einen inneren Durchlaß 316 mit einem
Einlaß 318 für Luft und einem Auslaß 320 für ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft
bilden. Die Einlaßleitung 314 trägt ein Drosselventil, beispielsweise ein drehbares
Blendenventil 322, das drehbar montiert ist, um zwischen Offen- und Geschlossenstellungen
mittels eines Hebelarms 324 hin und her gedreht zu werden.
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Der Hauptkörper 310 des Gehäuses 312 besitzt Seitenwände 326 vorzugsweise
von kreisförmigem innerem Querschnitt, sowie ein relativ dickes geschlossenes Ende
328 und eine gebohrte und mit Gewinde versehene Basis 330, um an ein geflanschtes
Ansaugrohr 331 einer Brennkraftmaschine angeschraubt zu werden. Der innere Durchmesser
des Ansaugrohrs 331 ist vorzugsweise geringer als die innenseitige Oberfläche der
Seitenwände 326, um einen eingeengten Durchlaß zwecks Erhöhung der Turbulenz und
Verbesserung der Mischung aus Kraftstoff und Luft zu bilden.
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Der Innenkörper 312 des Gehäuses 310 ist ein langgestreckter elektroakustischer
Umformer 332, der einen zylindrischen oberen Block 334. aus Stahl, durch einen Messingring
340 getrennte piezoelektrische Kristalle 336 und 338 und einen akustischen Kopf
342 aus Aluminium aufweist, der sich elliptisch oder parabolisch zu einem Stück
344 mit reduziertem Durchmesser für hohe Geschwindigkeit verjüngt. Das obere Ende
des Schallkopfes 342 besitzt einen Flansch 333, um den Umformer 332 in eine ringförmige
Eintiefung 335 zwischen der oberen Hälfte 337 und der unteren Hälfte 339 des Kofpers
312 zu
montieren. Eine im Flansch 333 vorgesehene, kreisförmige
Reihe von Löchern 337 erlaubt eine Luftströmung durch den oberen Teil des Einlasses
319 und rund um die piezoelektrischen Kristalle, um diese zu kühlen.
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Eine elektrische Leitung 341 verbindet den Messingring 340 mit einer
Seite des Ausgangs einer herkömmlich ausgelegten, elektronischen Kraitschwingröhre,
Der Ausgang ist über den Flansch 333 geerdet und wird somit durch den Stapelpreßbolzen
339 dem oberen Umformerblock 334 zugeführt. Als Folge davon beiinden sich die obere
Fläche des piezoelektrischen Kristalls 336 und die untere Fläche des Kristalls 338
auf Erdpotential, und ihre teweiligen oberen und unteren Stirnflächen befinden sich
im Anschluß an den alternierenden Spannungsausgang des Oszillators.
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Ein anderer möglicher Weg, um den durch den Messingring 340 geschaffenen
guten elektrischen Kontakt zwischen den Kristallen zu erzielen, und zwar mit einer
besseren akustischen Kupplung an ihrer Grenzfläche besteht darin, die zwei Kristalle
unter Verwendung eines mit genügend pulverisiertem Metall, vorzugsweise Silber,
gemischten Epoxy-Klebers zusammenzukleben, um eine leitfähige Bindung herzustellen.
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Die Abmessungen der Elemente des Umiormers 332 werden so gewählt,
daß der axiale Abstand vom oberen Ende des oberen Blocks 334 zur Mittelebene des
Flansches 330 gleich einem Viertel Wellenlänge bei der Frequenz des Oszillators
ist, und der axiale Abstand vom Flansch 333 zum Stück 344 des Schallkopies 342 ebenso
einem Viertel Wellenlänge gleich ist. Die gesamte Länge des Umformers 332 beträgt
somit eine halbe Wellenlänge.
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Wenn die Kristalle 336 und 338 derart montiert werden, daß die untere
FlAche des Kristalls 336 von der gleichen Polarität ist wie die obere Fläche des
Kristalls 338, werden sie sich in Abhängigkeit von der Kraftschwingspule bzw. dem
Leistungsoszillator kommenden alternierenden Spannung simultan ausdehnen und zusammenziehen.
Da bei dieser Ausführungsform beide Kristalle sich auf der gleichen Seite des Montageflansches
befinden, wird der Umformer in Längsrichtung vibrieren, wobei sich ein Geschwindigkeitsknoten
am Flansch 333 und Geschwindigkeitsbäuche am oberen Ende des Blocks 334 und am Schallkopfstück
334 befinden Da.das abgeschrägte Ende des Schallkopfes 342 als ein umgekehrter Trichter
oder Geschwindigkeitstransformator wirkt, ist die Schwingungsamplitude des Stücks
344 viel größer als die Schwingungsamplitude des oberen Endes des Umformers.
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Eine vorzugsweise aus Titan hergestellte, dünne Scheibe 346 ist mittels
Bolzen 343 und Mutter 345 am Schallkopf 344 gesichert befestigt, um-eine Schwingungsoberfläche
348 für die Zerstäubung und Mischung eines dünnen Kraftstoffilms in einen Luftstrom
zu bilden, der durch den inneren Durchlaßkanal 316 hindurchtritt. Die Scheibe 346
besitzt vorzugsweise eine abgeschrägte Kante 350, die einen spitzen Winkel mit der
Oberfläche 348 bildet, um eine aufwärts und auswärts gerichtete Projektion von Kraftstoffteilchen--in
den fließenden Luftstrom zu begünstigen. Die Größe der Scheibe 346 im Verhältnis
zu den inneren Durchmessern der Seitenwinde 326 und dem Auslaß 322 und ihr Abstand
von der Basis 330 beeinflussen die Sorgfalt der Mischung des zerstäubten Kraftstoffs
mit dem Luftstrom. Ein optimales Verhältnis zwischen diesen Dimensionen kann für
einen gegebenen Motor experimentell ermittelt werden.
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Zur Veranschaulichung wird angeführt, daß die Scheibe 346 in einer
arbeitenden Ausgabe der vorliegenden Ausiührungsform einen Außendurchmesser von
31 mm und eine Dicke von o,72 mm aufweist. Der Arbeitsbereich der Scheibe beträgt
grob drei Viertel eines Quadratzolls bzw. 485 mm2, die stromabwärtige Fläche nicht
eingerechnet, die einiges an Zerstäubungswirkung beizutragen scheint. Es wurde eine
hochgradig effiziente Zerstäubungswirkung mit einer Oszillatorfrequenz von 20,3
kflz und einer gemessenen Leistungseinspeisung zu den piezoelektrischen Kristallen
von geringiügig weniger als 4 Watt erzielt. Dies zeigt, daß der Auibau dieser Ausfühnrungsform
eine exzeptionell wirksame Zerstäubung hervorruft.
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Von einer nicht gezeigten Kraftstoffpumpe wird über eine Kraitstofileitung
347 Kraftstoff unter Druck dem Einlaß 352 einer Kraftstoffleitung 354 in einen Ansatz
356 an der Seite des Gehäuses 310 zugeführt. Die Kraitstoffleitung 354 führt durch
einen Kraftstoffventilkörper 358, der integral innerhalb des Ansatzes 356 montiert
ist, sodann durch ein kurzes RohrstUck 360, das durch die innere Oberfläche der
Seitenwand 326 eingesetzt ist, durch ein Stück eines flexiblen Rohrs 362, das über
das kurze Rohr 360 und über ein zweites kurzer Rohr 364 geschoben und mit diesem
verklebt ist, welch letzteres in die Seitenwand einer Einrichtung zur Verteilung
von Kraftstoff in einem dünnen Film über die Vibrationsoberfläche 348 eingesetzt
ist.
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Wie sich insbesondere aus den Figuren lo - 12 ergibt, umfaßt die Kraftstoffverteileinrichtung
ein gesondertes ringförmiges Element 366, das gleitend rund um das Stück 344 des
Schallkopfes 342 paßt. Ein Andruckelement, beispielsweise eine Schraubenfeder 368,
drückt keine
Ringfläche des Ringelements 366 axial in Kontakt mit
der Vibrationsoberfläche 348. Ein ringförmiger Kanal 374 im Ringelement 366 verbindet
mit dem stromabwärtigen Ende des kurzen Rohres 364 und fördert Kraftstoff in Umfangsrichtung
zwecks gleichmäßiger Verteilung durch längs des Umfangs in Abstand angeordnete Öffnungen
in der Ringfläche 372 und sorgt dafür, daß der Kraftstoff radial nach außen in einem
dünnen Film über die Vibrationsoberfläche 348 fließt.
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Um Raum für das Auswärts fließen des Kraftstoffs zwischen der Ringfläche
des Ringelements 366 und der Vibrationsoberfläche 348 zu schaffen, insbesondere
mit einer steifen Feder 368, kann ein Teil der Ringfläche, die sich von den Löchern
37o radial nach außen erstreckt, geringfügig zurückgesetzt sein, um einen schmalen
axialen Spalt zwischen der Ringfläche 372 und der Vibrationsoberfläche 348 zu bilden,
der sich radial nach außen öffnet (siehe Fig. 12). Die Weite des.Spalts (d.h. die
Tiefe der Zurücksetzung bzw. des Absatzes) sollte nicht größer sein als o,o24 bis
o,o48 mm, um sicherzustellen, daß der Kraftstoff in einem dünnen Film nach außen
fließt.
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In der Praxis wurde gefunden, daß kein Absatz nötig ist und die Vorrichtung
zumindest in senkrechter Stellung mit einem Ringelement 366 betrieben werden kann,
das ohne -Feder lediglich auf der Vibrationsoberfläche 348 aufliegt. Offensichtlich
wird ein genügendes Spiel für den Kraftstoffluß zwischen der Ringfläche des Rings
und der Vibrationsoberfläche durch die Schwingung der Oberfläche 348 geschaffen.
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Die Menge an Kraftstoff, die durch die Leitung 354 fließt, wird durch
ein Kraftstoffventil gesteuert,
beispielsweise durch ein Umkehr-Nadelventil
376, das in einem Ventilkörper 358 montiert ist und einen langgestreckten Stößel
378 aufweist, der sich aus dem Ansatz 356 durch eine Trägerhülse 368 nach außen
erstreckt, um in einem geschlitzten Ende 382 zu enden. Ein zylindrischer Faltenbalg
384 umgibt den Walzenstößel 378 koaxial und ist abdichtend mit dem Kraftstoffventilkörper
358 an seinem inneren Ende befestigt, um eine Kammer variablen Volumens zu bilden,
die mit der Kraftstoffleitung 354 und dem Eingang des Ventils 376 verbunden ist.
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Das äußere Ende des Faltenbalgs 384 ist mit einer Platte 386 abdichtend
verbunden, die an dem Ventllstößel 378 befestigt ist. Eine innerhalb des Faltenbalgs
384 angeordnete Schraubenfeder 388 drückt ein Nockenfolgerad 390, das in das geschlitzte
Ende 382 des Ventilstößels 378 montiert ist, gegen eine Einrichtung, beispielsweise
einen Gleitnocken 392, um gleichzeitig den Strömungsquerschnitt durch den Kraftstoffventilkörper
358 und das Volumen des Faltenbalgs 384 durch eine axiale Bewegung des Ventilstößels
378 zu ändern.
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Die Bewegung des Gleitnockens 392 ist mit der Bewegung des Drosselventils
322 mittels eines Anlenkelementes 394 und der Arme 395 und 397 synchronisiert, die
den Nocken 392 mit dem Hebelarm 324 verbinden. Die Form des Nockens 392 ist mit
der Bewegung des Drosselventils 322 bei einer angenommenen Lastbedingung synchronisiert.
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Wenn die Einrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit einem Automobilmotor
verwendet wird, werden die Drossel und die Nockeneinstellungen von einem zweiten
Anlenkelement 396 gesteuert, das den Nocken 392 durch einen Winkelhebel 399 mittels
herkömmlicher Anlenkungen mit einem nicht gezeigten Gaspedal verbindet.
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In Fig. 7 sind sowohl das Luftdrosselventil 322 als auch das Kraftstoffkegelventil
376 in geschlossener Stellung gezeigt. (Selbst wenn nominell geschlossen, wird das
Luftventil 322 zu einem Teil geöffnet sein, um den Zutritt von ausreichender Luft
für den Leerlauf des Motors zu erlauben). Es ist offensichtlich, daß eine Bewegung
des Hebelarms 324 entgegen dem Uhrzeigersinn danach trachtet, das Drosselventil
322 und das Kraftstoffkegelventil 376 zu öffnen und das Volumen des Faltenbalgs
384 zu kontrahieren. Umgekehrt wird eine Bewegung des Hebelarms 324 im Uhrzeigersinne,
wenn das Drosselventil 322 und das Kraftstoffventil 376 offen sind, beide Ventile
schließen und den Faltenbalg 384 expandieren.
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Da der Faltenbalg 384 an seinem inneren Ende gegenüber der Kraftstoffleitung
354 sich öffnet, dient er als Reservoir und wirkt als eine Beschleunigungspumpe,
um zusätzlichen Kraftstoff durch das Ventil 376 zuzuführen, wenn das Ventil öffnet.
Da der Faltenbalg 384 mit der Hauptkraftstoffleitung, statt mit einer Bypass-Leitung
und einer gesonderten Sprühdüse, wie dies bei einer Beschleunigungspumpe in einem
herkömmlichen Vergaser der Fall ist, verbunden ist, volliührt er die zusätzliche
Funktion einer Aufnahme hereinkommenden Kraftstoffs, sobald das Ventil 376 schließt,
und somit eines momentan abgelenkten Stroms von der Kraftstoffverteileinrichtung.
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Diese zusätzliche Funktion ist von großem Vorteil insofern, als sie
den Kraftstoffstrom zum Motor wirksam stoppt, sobald das Luftdrosselventil 322 sich
zu schließen beginnt, und eliminiert auf diese Weise die vorübergehende Anreicherung
mit nachfolgendem Rückschlagen und Verunreinigungserzeugung, die oft bei herkömmlichen
Vergasern bei plötzlicher Verzögerung auftritt.
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Ferner wird der Zuiluß von Kraftstoff zum Motor positiv gestoppt,
sobald, das Kegelventil 376 geschlossen hat, Iniolge dieses positiven Stops kann
der Kraftstoff in der Ausführungsforn nach Figuren 7 - 12 nicht vollständig abgeschaltet
werden, wenn'das Drosselventil 372 geschlossen ist, wenn der Motor bei geschlossener
Drossel leerlaufen muß, wie dies für Automobilmotoren gilt.
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Es ist jedoch schwierig, das Ventil 376 für das Messen von sowohl
großen als auch kleinen Durchsätzen einzustellen; somit ist die Verwendung eines
einzigen Ventils für den Betrieb sowohl bei hohen Drehzahlen als auch im Leerlauf
nicht zufriedenstellend. Dieses Problem kann durch die Aufnahme eines Bypass-Ventils
398 gelöst werden, um Kraftstoff unter Leerlauibedingungen zuzuführen.
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Ein Einlaßkanal 400 und ein Auslaßkanal 402 verbinden den Ventilkörper
398 parallel mit dem Hauptkraitstofiventilkörper 358. In dem Hilisventilkbrper 398
ist ein kleines Umkehr-Nadelventil 404 mit einem langgestreckten Stößel 406 montiert,
der durch Verlängerungen an seinem äußeren Ende mit einer flexiblen Membran 408
verbunden ist, die an ihren Rändern abdichtend in einer stabilen Kapsel 410 getragen
ist.
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Der Ventilstößel 406 kann sich axial irei bewegen, um das Nadelventil
404 in Abhängigkeit von einem Druckdifferential über der Membran 4o8 zu öiinen oder
zu schließen0 Das Umkehr-Nadelventil 404 ist normalerweise in Richtung auf die Offenstellung
mittels einer Schraubenieder 414 auf der Ventilseite der Membran 408 belastet.
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Von dem Motor-Ansaugrohr führt eine Saugleitung 401 zu einem in die
Kapsel 410 öffnenden Auslaß, und zwar au9 der dem Ventil 404 entgegengesetzten Seite
der Membrane 4p8; somit ist diese Seite der Membrane dem Vakuum im Saugrohr ausgesetzt.
Die zwischen der anderen Seite der membrane 408 und der Außenseite der Kapsel 410
gebildete Kammer kann bei einem bestimmten positiven Druck abgedichtet sein oder
vorzugsweise mit der Atmosphäre in Verbindung stehen0 Der axiale Abstand zwischen
der Membran 408 und dem Ventilsitz des Hilfs-Ventilkörpers 398 kann eingestellt
werden, um das Nadelventil 404 zu veranlassen, in Abhängigkeit vom Saugrohrvakuum
unter Leerlaufbedingungen nahezu aufzusitzen, was typischerweise im Bereich von
288 - 576 mm Quecksilber der Fall sein kann. Falls der Motor beginnt, zum Stillstand
zu kommen, wird das Saugrohrvakuum scharf abfallen, was das Nadelventil 404 dazu
veranlaßt, zu öffnen und zusätzlichen Kraftstoff zuzuführen. Auf der anderen Seite
wird das Saugrohrvakuum, falls die Maschine beginnt, zu schnell zu laufen, anwachsen,
da das Drosselventil 322 geschlossen ist, wodurch das Nadelventil 404 veranlaßt
wird zu schließen und den gesamten Kraitstofistrom zu unterbinden, bis das Saugrohrvakuum
wieder abfällt.
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Das unterdruckbetätigte Nadelventil 404 steuert somit eine selbstregulierende'Tätigkeit
bei, die bei den fest eingestellten Leerlaufventiien herkömmlicher Vergaser nicht
zu finden ist. Das Nadelventil 404 steuert ferner eine Kraftstoffanreicherungsfunktion
unter Lastbedingungen bei. Wie weiter oben beschrieben wurde, vermindert sich die
Motordrehzahl bei einer gegebenen Einstellung des Drosselventils bei wachsender
Belastung.
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Die Kolben saugen dann weniger Luft pro Minute in die Zylinder und
das Saugrohrvakuum fällt ab. Der Kraftstoffzufluß durch das Kraftstoff-Haupt-Kegelventil
376 bleibt konstant, da seine Einstellung direkt mit derJenigen der Drossel verbunden
ist. Jedoch öffnet das Hilfs-Nadelventil 404 in Abhängigkeit vom Abfall des Saugrohrvakuums
und führt zusätzlichen Kraftstoff der Verteileinrichtung 366 zu.
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Bei einigen Anwendungen kann es erwünscht sein, das Hauptkraftstoffventil
nach der Erfindung durch eine Einrichtung zu steuern, die noch präziser von der
Geschwindigkeit des Luftstroms bzw. dem Luftdurchsatz durch die Vorrichtung abhängig
ist, als dies für die direkte mechanische Verbindung mit dem Drosselventil gilt.
Beispielsweise ruft ein konstanter Kraftstoffdurchsatz durch das Ventil 376 bei
festen Drosseleinstellungen in der Ausführungsform nach Fig. 7 - 12 vergrößerte
Kraftstoff-Luft-Verhältnisse mit wachsender Belastung hervor, um in seiner Wirkung
das Gemisch anzureichern. Mit dem vergrößerten Durchfluß durch das Nadelventil 404
kann dies zu einem zu fetten Gemisch für eine optimale Verbrennung führen, und somit
konsequenterweise zu einem Anwachsen der Emission an Verunreinigung.
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Die Steuerung des Durchflusses durch das Ventil 376 als eine direkte
Funktion des Luftstroms kann dadurch erreicht werden, daß man anstelle der Nocken-
und -Nockenfolge-Anordnung, wie sie in den Zeichnungen gezeigt ist, eine Druckbetätigung
vorsieht. Die Drücke an der engsten Stelle eines Venturi-Rohres, das in der Einlaßleitung
314 stromaufwärts vom Drosselventil 322 angeordnet ist, wären dem Luftstrom umgekehrt
proportional und könnten dazu verwendet werden, die druckabhängige Betätigungseinrichtung
für das Ventil 376 in einer Weise zu betreiben,
die derjenigen
vergleichbar ist, die in herkömmlichen, druckabhängigen Vergaser für aufgeladene
Hubkolben-Flugzeugmotoren Anwendung findet.
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Es versteht sich, daß viele Abwandlungen bezüglich der Form und der
Anordnung der oben beschriebenen Ausführungsformen möglich sind, ohne daß der Rahmen
der Erfindung verlassen wird, beispielsweise kann an die Stelle des Nockens 392
und des Folgeelementes 390 ein Winkelhebel treten, ein Kolben nebst Zylinder an
die Stelle des Faltenbalgs 384 oder an die Stelle der Membran 408 und der kapsel
410, um lediglich einige zu nennen. Ferner versteht es sich, daß der mechanische
Aufbau in den Zeichnungen aus Gründen der Einfachheit in gewissem Ausmaß in schematischer
Form dargestellt ist, und daß Abwandlungen, die für den Fachmann offensichtlich
sind, nötig sein können, um den Zusammenbau und die Einstellung einer tatsächlichen
Vorrichtung nach der Erfindung zu erlauben.
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Wie oben diskutiert wurde, findet die Vorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung dadurch ihre Anwendung, daß sie ein hochwirksames Benzin-Luft-Gemisch
für die Verbrennung in den Zylindern einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit innerer
Verbrennung schafft. In einer der oben-beschriebenen ähnlichen Weise kann auch Düsenkraftstoff
wirksam mit Luft gemischt werden, bevor die Verbrennung des Kraitstoff-Luft-Gemisches
in der Brennkammer eines Düsentriebwerks er folgt. Die Vorrichtung findet weiterhin
Anwendung bei der Zerstäubung und Verdampfung von DIeselkraftstoff für die Verbrennung
in'einem Dieselmotor.