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Vergaservorrichtung für einen Ottomotor Die Erfindung betrifft eine
Vergaservorrichtung für einen Ottomotor, mit einer von dem mittels einer Regelklappe
geregelten Ansaugluftstrom durchströmten Mischkammer, in welcher durch Düsen dosiert
zugeführter Kraftstoff zum Luft-Kraftstoff-Gemisch für den Ottomotor aufbereitet
wird.
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Eines der erstrangigen gegenwärtigen Anliegen ist die Herabsetzung
der in den Abgasen von Ottomotoren enthaltenen Schadstoffanteile. Zur Lösung dieses
Problems wurde in letzter Zeit viel Mühe aufgewandt, und es sind demgemäss viele
Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden, die schadstoffarme, ja sogar schadstofffreie
Abgase gewährleisten sollen.
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Es hat sich gezeigt, dass auch bei Verwendung eines herkommlichen
Vergasers unter konstanten Betriebsbedingungen zumindest nahezu schadstofffreie
Abgase erhalten werden, wenn dieser sehr genau eingestellt ist. Der hohe Schadstoffanteil
im Abgas eines Ottomotors ist daher offenbar vor allem auf eine unrichtige Dosierung
des Kraftstoffes zurückzuführen, d.h. für den Schadstoffanteil ist nicht so sehr
der Motor selbst, sondern vor allem der Vergaser bzw. die Einspritzvorrichtung verantwortlich,
und auch bei einem Ublichen Motor sind ohne Aenderungen an dem--selben in dieser
Hinsicht wesentlich bessere Resultate zu erwarten,
wenn der Kraftstoff
in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen genau dosiert wird.
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-Bei einem Ottomotor werden für die Verbrennung von 1 kg Kraftstoff
je nach Betriebsbedingungen (Leerlauf, Teillast, Vollast) ungefähr 11 bis 18 kg
Luft benötigt. Die Bereitung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erfolgt in der Mischkammer,
in der in einer angesaugten Luftmenge eine jeweils bestimmte Kraftstoffmenge möglichst
homogen verteilt wird. Die Zugabe von Kraftstoff wird im allgemeinen in der Hauptsache
in AbhAngigkeit von dem ii Ansaugrohr erzeugten Unterdruck geregelt. Die Abhängigkeit
der angesaugten Luftmenge vom Unterdruck in bekannten Vergasern wird durch eine
ziemlich komplizierte Funktion wiedergegeben. In grossen und ganzen gesehen kann
san hierfür eine quadratische Funktion annehmen, während die Kraftstoffmenge (im
grossen und ganzen) linear mit der Luftmenge zunimmt.
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Dies führt dazu, dass bei einem solchen Vergaser zur Erzielung einer
genauen Kraftstoffdosierung ein-erheblicher Aufwand eP-forderlich ist. Das vorliegende
Problem dürfte daher durch eine druckabhangig geregelte Kraftstoffdosierung kaui
gelöst werden können. Es sind noch verschiedene andere Vergasereinrichtungen bekannt
bzw. vorgeschlagen worden, denen jedoch ebenfalls die Nachteile ungenau und (oder)
teuer zukommen.
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Wesentlich für den Betrieb eines Ottomotors.
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ist jedoch nicht nur die Kraftstoffdosierung sondern auch die Aufbereitung
des Luft-Kraftstoffgemisches. Für die Beurteilung der Qualität des erhaltenen Luft-Kraftstoffgemisches
sind in der Praxis zwei Kriterien ausreichend: Tropfchengrosse und Kraftstoffniederschlag
an den Vergaserwandungen. Die Kraftstofftröpfchen sollten einen Durchmesser von
ca. 10 ... 20/a haben und die Vergaserwandungen sollten in jedem Falle trocken sein.
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Bei zu guter "Vergasung" des Kraftstoffes mit einer Tröpfchen= grösse
von unterhalb 10 1 fällt die Leistung des Motors ab, und bei einer schlechten Vergasung
mit Tröpfchendurchmessern oberhalb
20 um sowie Kraftstoffniederschlag
an den Vergaserwandungen wird die Verbrennung mangelhaft, wobei eine solche unvollständige
Kraftstoffverbrennung als Ursache für in den Abgasen vorhandene schädliche. CH-Verbindungen
angesehen wird. Bei einem ideal aufbereiteten Luft-Kraftstoffgemisch müssen demnach
in der angesaugten Luft kleine Kraftstofftröpfchen gleicher bestimmter Grösse gleichmässig
verteilt und relativ zur strömenden Luft in Ruhe sein. Ein derartiges ideales Luft-Kraftstoffgemisch
lässt sich mit einem Spritzvergaser grundsätzlich nicht herstellen, doch ist es
auch im Interesse des Umweltschutzes erforderlich, dass eine möglichst weitgehende
Annäherung an dasselbe erreicht wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vergaservorrichtung für
Ottomotoren zu schaffen, bei der von vornherein die Kraftstoffdosierung in Abhängigkeit
vom Unterdruck ausgeschlossen ist, und bei welcher durch eine der linearen Abhängigkeit
von Kraftstoffmenge und angesaugter Luftmenge konformeren Regelung mit einfachen
Mitteln eine befriedigend genaue Kraftstoffdosierung erreicht wird und die zudem
ein gut aufbereitetes Luft-Kraftstoffgemisch liefert.
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Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass in der
Mischkammer ein vom Ansaugluftstrom angetriebenes Flügelrad angeordnet ist, und
das Flügelrad eine Kraftstoffkammer enthält, in die ein Kraftstoff-Zuführungskanal
mündet, und dass von der Kraftstoffkammer seitlich Düsenkanäle wegführen, die mit
dem Flügelrad rotieren und aus deren Spritzdüsen bei rotierendem Flügelrad durch
den von der Zentrifugalkraft bewirkten Ueberdruck Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer
in die Mischkammer gespritzt wird. Hierbei ist wegen der Abhängigkeit der aus den
Düsenkanälen sekundlich ausfliessenden Kraftstoffmenge vom Ueberdruck in der Kraftstoffkammer
und der Abhängigkeit des Ueberdruckes in der Kraftstoffkammer von der sekundlichen
Umdrehungszahl des Flügelrades
bei der Anströmgeschwindigkeit proportionaler
Umdrehungszahl des Flügelrades die sekundlich ausfliessende Kraftstoffmenge mindestens
in erster Näherung der sekundlich angesaugten Luftmenge proportional. Die aus den
Spritzdüsen austretenden Kraftstoff-Sprühstrahlen sind zufolge der Rotation der
Düsen in Form von Spiralarmen gekrümmt, wobei deren "Steifigkeit" mit zunehmender
Drehzahl grösser wird. Durch Variation von Düsenzahl, Düsenquerschnitt, Abstand
der Spritzdüsen von der Drehachse, Anstellwinkel der Flügel (Umdrehungszahl) kann
leicht eine richtige Kraftstoffdosierung und, da auch die Kraftstoffzerstäubung
durch diese Parameter beeinflussbar ist, ebenso eine gute Kraftstoffzerstäubung
erhalten werden. Es kann aber vorkommen, dass auch bei einem optimierten System
die Kraftstoffzerstäubung Mängel aufweist, wie zu fein zerstäubter (vernebelter)
Kraftstoff bei einer Drehzahl, z.B. im Leerlauf, und zu grosse Kraftstofftröpfchen
bei hohen Drehzahlen, Feuchtwerden der Vergaserwandungen und dgl. In Weiterbildung
des Erfindungsgegenstandes wird zur Gewinnung eines in jedem Falle gut aufbereiteten
Luft-Kraftstoffgemisches vor jeder Spritzdüse des Flügelrades eine Zerstäubungsvorrichtung
vorgesehen, um die aus den Spritzdüsen austretenden Kraftstoff-Sprühstrahlen in
die Mischkammer zu zerstäuben. Die Zerstäubung, d.h. die Vergasung des Kraftstoffes
erfolgt damit unabhängig von der Dosierung des Kraftstoffes durch die Düsen und
kann für sich durch eine entsprechende Ausgestaltung der Zerstäubungsvorrichtung
optimiert werden. Diese Zerstäubungsvorrichtungen können an sich aus für diesen
Zweck konstruktiv abgewandelten bekannten Zerstäubungsorganen, wie Prallteilen,
Spalten, Scheiben, Kanten usw. oder Kombinationen derselben bestehen. Für die Ausbildung
der Zerstäubungsvorrichtungen ist von Bedeutung, dass sie mit dem Flügelrad in der
vom Ansaugluftstrom durchströmten Mischkammer rotieren, so dass auch mit einfachen
Mitteln bereits eine befriedigende Zerstäubung des
aus den Spritzdüsen
ausgespritzten Kraftstoffes erreicht werden kann. Eine bei der Herstellung der Vergaservorrichtung
nur geringfügige Mehrkosten verursachende Zerstäubungsvorrichtung umfasst erfindungsgemäss
einen vor jeder Spritzdüse vorhandenen, durch einen Spalt zur Mischkammer hin offenen
Hohlraum, in den die Spritzdüse mündet, wobei zweckmässig an oder in der Kraftstoffkammerwandung
ein durch einen Ringspalt zur Mischkammer hin offener ringförmiger Hohlraum vorgesehen
wird, in den alle Spritzdüsen der Kraftstoffkammer münden. Der Ringspalt einer solchen
Zerstäubungsvorrichtung kann in einer mit der Drehachse der Kraftstoffkammer koaxialen
Zylinder-Mantelfläche liegen, also eine Zerstäubungsdüse bilden, bei der die Tröpfchengrösse
des zerstäubten Kraftstoffes wesentlich durch die Spaltweite gegeben ist. Noch günstigere
Verhältnisse hinsichtlich einer wirtschaftlichen Fertigung und insbesondere für
eine leichte Optimierung der Kraftstoffzerstäubung werden nach der Erfindung durch
eine Zerstäubungsvorrichtung geschaffen, bei der der Ringspalt in einer zur Drehachse
der Kraftstoffkammer senkrechten Ebene liegt, d.h. der Hohlraum in Richtung der
Drehachse offen ist, und bei der erfindungsgemäss der Ringspalt aussen durch eine
in der Spaltebene liegende Ring-Stirnfläche begrenzt ist.
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Die Lage der Ring-Stirnfläche inbezug auf die Spritzdüsen, die Oberflächenbeschaffenheit
der Ring-Stirnfläche sowie deren Breite haben hierbei Einfluss auf die Zerstäubung
des Kraftstoffes und können zur Optimierung leicht versuchsweise variiert werden,
da eine solche Zerstäubungsvorrichtung einfach aus einem der Spritzdüsen vorgelagerten
Ring entsprechenden Profils bestehen kann.
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Wie bereits erwähnt, sind auch bei tiefen Temperaturen trockene Vergaserwandungen
ein Kriterium für einen geringen Gehalt an Schadstoffen, insbesondere CH-Verbindingen,
in den Abgasen. Selbstverständlich ist auch unzerstäubt aus der Kraftstoffkammer,
z.B. durch die Flügelrad-
Lagerung, austretender Kraftstoff schädlich.
In Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes weist das Flügelrad eine zylindrische
Hohlwelle auf, die am einen Ende abgeschlossen ist und in der am abgeschlossenen
Ende durch eine Zwischenwand die Kraftstoffkammer abgetrennt ist, in die eine Kraftstoff-Zuführungsleitung
mündet, und zudem werden als Düsenkanäle radiale Bohrungen in der Mantelwandung
der Kraftstoffkammer vorgesehen.
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Als Zerstäubungsvorrichtung trägt hierbei die zylindrische Hohlwelle
des Flügelrades im Bereich der Düsenkanäle einen ringförmigen Aufsatz mit einer
ring-sumlaufenden inneren Ausnehmung, die den ringförmigen Hohlraum und den Ringspalt
bildet. Mit einer solchen, eine wirtschaftliche Serienfabrikation begünstigenden
Ausgestaltung des Flügelrades ist einerseits die Möglichkeit, dass Kraftstoff unzerstäubt
in die Mischkammer gelangt, auf die einzige eventuelle Leckstelle des Mündungsbereiches
der feststehenden Kraftstoff-Zuführungsleitung in die rotierende Kraftstoffkammer
eingeschränkt, und zum anderen ist der Abstand der Spritzdüsen von der Drehachse
der Kraftstoffkammer verhältnismässig gering, was, wie sich gezeigt hat, für die
Kraftstoffzerstäubung günstig ist und zudem weitere vorteilhafte Massnahmen ermöglicht.
Die Gefahr des Kraftstoffaustrittes aus der genannten Mündungsstelle der Kraftstoff-Zuführungsleitung
wird erfindungsgemäss dadurch behoben, dass das Flügelrad in der Mischkammer mit
seiner Hohlwelle auf einem mit der Mischkammer koaxialen Rohrstück der Kraftstoffzuführungsleitung
mittels z.B. Kugellager drehbar gelagert ist, wobei das abgeschlossene Ende der
Hohlwelle mit der Kraftstoffkammer auf den einströmenden Ansaugluftstrom hin nach
oben gerichtet und das Ende des koaxialen Rohrstückes der Kraftstoffzuführungsleitung
mit wenig Spiel durch die die Kraftstoffkammer in der Hohlwelle abtrennende Zwischenwand
geführt ist. Bei rotierendem Flügelrad gelangt Kraftstoff aus der Kraftstoffzuführungsleitung
in die Kraftstoffkammer, wobei der einströmende Kraftstoff infolge der wirkenden.
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Zentrifugalkraft über den engen Spalt zwischen Rohrstückende und Zwischenwand
sozusagen hinweggeschleudert wird und sich an diesem Spalt kein Kraftstoffdruck
aufbaut. Ein weiteres im Hinblick auf eine zuverlässige Abdichtung vorteilhaftes
erfinderisches Merkmal besteht darin, dass die Zwischenwand mit einer Kraftstoff
abweisenden Oberfläche versehen oder aus einem Kraftstoff abweisenden Material,
wie z.B. "Teflon" hergestellt wird, wodurch auch das bei einer kraftstoffgenetzten
Oberfläche infolge von Oberflächen- und Kapillarkräften auftretende "Absaugen" von
Kraftstoff ausgeschlossen wird. Um bei einer solchen Zwischenwand die Verteilung
des Kraftstoffes in der Kraftstoffkammer zu gewährleisten, wird die Zwischenwand
auf der in der Kraftstoffkammer liegenden Seite mit z.B. radialen Rillen versehen.
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Für eine richtige Dosierung des Kraftstoffes während des Motorbetriebes
muss das Flügelrad auf jede Verstellung der Regelklappe mit einer ausreichend schnellen
Aenderung seiner Umdrehungszahl reagieren. Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen,
für die Vergaservorrichtung nach der Erfindung ein an sich bekanntes, aus einem
zylindrischen Oberteil mit der Mischkammer und einem die Regelklappe enthaltenden
Klappenstutzen bestehendes Gehäuse zu verwenden, wobei jedoch der Gehäuseoberteil
vor der Mischkammer und dem in ihr angeordneten Flügelrad einen grösseren Durchmesser
und im Bereich der Mischkammer den gleichen Durchmesser wie der Klappenstutzen hat.
Hierdurch ergeben sich bei günstigen Strömungsverhältnissen für das den ganzen Strömungsquerschnitt
ausfüllende Flügel rad ein verhältnismässig kleiner Durchmesser und wegen der in
der Verengung grösseren Geschwindigkeit der angesaugten Luft ausreichend hohe Drehzahlen
auch im Leerlauf. Bei in Form von radialen Bohrungen in der Kraftstoffkammer ausgebildeten
Düsenkanälen haben die Spritzdüsen genügend Abstand von der Mis chkammer randung,
die vorteilhaft eine kraftstoffabweisende
Oberfläche hat, so dass
diese auch bei niederen Temperaturen trocken bleiben. Um zu verhindern, dass durch
die rotierenden Flügel der zerstäubte Kraftstoff nicht auf die Mischkammerwandung
getrieben wird, werden die Flügel des Flügelrades auf der Hohlwelle oberhalb der
Düsenkanäle im Bereich der Kraftstoffkammer angeordnet, wobei die Kraftstoffkammer
in axialer Richtung eine entsprechende Länge hat.
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Weitere Aspekte der Erfindung betreffen die Versorgung der Kraftstoffkammer
mit Kraftstoff und die Einstellung der Vergaservorrichtung. Diesbezügliche Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Ansprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 schematisch im Schnitt eine Vergaservorrichtung
nach der Erfindung, Fig. 2 schematisch ein in einer Vergaser-Mischkammer angeordnetes
Flügelrad mit Kraftstoffkammer, Spritzdüsen und diesen vorgesetzten Zerstäubungsvorrichtungen,
Fig. 3 schematisch ein Flügelrad anderer Ausführung mit Zerstäubungsvorrichtungen,
die einen durch einen Spalt zur Mischkammer hin offenen Hohlraum aufweisen, und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Vergaservorrichtung mit Flügelrad und einer
Zerstäubungsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsvariante.
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Wie in Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich ist, sind die wesentlichen
Teile der Vergaservorrichtung in ein rohrförmiges Gehäuse 1 ein- bzw. an dieses
angebaut. Bei dem Gehäuse 1 geht ein zylindrischer Gehäuseoberteil 2, der die Mischkammer
3 enthält, über ein kegeliges Zwischenstück 4 in einen Klappenstutzen 5 kleineren
Durchmessers über, der die um eine Achse 7 verstellbare Regelklappe 8 enthält. Der
Klappenstutzen
5 trägt einen Aussenflansch 6 zur Befestigung des
Gehäuses 1 auf dem Ansaugrohr (nicht dargestellt) des Motors.
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Auf den Gehäuseoberteil 2 wird der Luftfilter aufgesetzt.
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In der Mischkammer 3 ist ein Flügelrad montiert, das hier als ganzes
mit 9 bezeichnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Flügelrad 9
eine in Form eines unten abgeschlossenen Hohlzylinders 10 ausgebildete Hohlwelle
auf, die in der Mischkammer 3 um eine zur Kammerachse koaxiale Drehachse drehbar
gelagert ist. Am unteren abgeschlossenen Ende des Wellen-Hohlzylinders 10 sind die
Flügel 11 des Flügelrades 9 befestigt. Am unteren abgeschlossenen Ende ist der Wellen-Hohl
zylinder 10 durch eine Lagerkugel 12 in einem Lager 13 abgestützt, das von an der
Innenwand des Gehäuseoberteiles 2 befestigten radialen Stegen 14 gehalten wird.
Am oberen Ende ist der Wellen-Hohlzylinder 10 in einem Lager 15, z.B. einem Kugellager
geführt, das ebenfalls von an der Innenwand des Gehäuseoberteiles 2 befestigten
radialen Stegen 16 gehalten ist. Die radialen Stege 14 und 16 weisen zweckmässig
ein aerodynamisches Profil auf, so dass sie keinen nennenswerten Widerstand für
den die Mischkammer 3 durchströmenden Ansaugluftstrom bilden. Eine z.B. am oberen
Lager 15 befestigte Abschlusskappe 17 schliesst den Wellen-Hohlzylinder 10 am oberen
Ende ab und ein durch die Abschlusskappe 17 und durch die Wandung des Gehäuse-Oberteiles
2 geführtes Leitungsrohr 18 verbindet den Innenraum des Wellen-Hohlzylinders 10
mit einer Ausgleichskammer 21, die durch ein Leitungsrohr 22 mit dem Ausgang 24
einer Kraftstoff-Zuführpumpe 23 üblicher Bauart verbunden ist.
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Aus der Ausgleichskammer 21 gelangt durch das Leitungsrohr 18 Kraftstoff
in den Wellen-Hohlzylinder 10, dessen Innenraum die Kraftstoffkammer 19 bildet.
Oberhalb der Flügel 11 führen von der Kraftstoffkammer 19 zwei Düsenkanäle 20 schräg
nach oben weg, die einander diametral gegenüber liegen.
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Die Düsenkanäle 20 können an den Wellen-Hohlzylinder 10 angesetzte
Röhrchen sein. Der Durchmesser der Düsenöffnungen 20a beträgt z.B. 0,1 bis 0,2 mm.
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Die Ausgleichskammer 21 weist eine seitliche Ueberlauföffnung 27
auf, die über ein Ventil 28 durch eine Ueberlaufleitung 29 mit dem Eingang 25 der
Kraftstoff-Zuführpumpe 23 verbunden ist. An den Eingang der Krvftstoff-Zuführpumpe
23 ist ferner die Kraftstoff-Versorgungsleitung 26 angeschlossen.
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Die Ausgleichskammer 21 ist inbezug auf das Flügelrad 9 so angeordnet,
dass ihre Ueberlauföffnung 27 etwas unterhalb der Horizontalebene liegt, in der
die Düsenöffnungen 20a der Düsenkanäle 20 liegen. Enthalten bei geöffnetem Ventil
28 Ausgleichskammer 21, Leitungsrohr 18 und Kraftstoffkammer 19 Kraftstoff, so liegt
der Kraftstoffspiegel bei stehendem Flügel rad 9 knapp unterhalb der Spritzdüsen
20a, und es tritt kein Kraftstoff aus diesen in die Mischkammer 3 aus.
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Die Vergaservorrichtung, soweit sie vorstehend beschrieben wurde,
arbeitet wie folgt: Beim Starten des Motors wird das Ventil 28 kurzzeitig geschlossen.
Der von der Zuführpumpe 23 geförderte Kraftstoff füllt die Ausgleichskammer 21 und
durch das Leitungsrohr .18 die Kraftstoffkammer 19 des Flügelrades 9. Durch die
Regelklappe 8 ist der Klappenstutzen 5 etwas geöffnet und durch das Vergasergehäuse
1 strömt der Ansaugluftstrom, der das Flügelrad 9 in Drehbewegung versetzt. Wegen
des zu dieser Zeit schwachen Ansaugluftstromes dreht sich das Flügelrad 9 nur verhältnismässig
langsam, und der Druck in der Kraftstoffkammer 19 ist im wesentlichen durch den
Pumpendruck der Zuführpumpe 23 bestimmt. Dies hat den Zweck, dass beim Starten des
Motors das hierzu erwünschte fette Luft-Kraftstoff-Gemisch durch Einspritzen einer
entsprechenden Menge Kraftstoff in die Mischkammer 3 bereitet wird. Nach dem Starten
des Motors wird das
Ventil 28 geöffnet, so dass aus der Ausgleichskammer
21 Kraftstoff durch die Ueberlaufleitung 29 abfliesst und sich der Kraftstoffspiegel
in der Ausgleichskammer 21 und in der Kraftstoffkammer 19 im Flügelrad 9 auf die
durch die Ueberlauföffnung 27 bestimmte konstante Höhe einstellt. Der Ueberdruck
im Innern der Kraftstoffkammer 19 ist nunhauptsächlich durch die bei rotierendem
Flügelrad 9 auftretende Zentrifugalkraft bestimmt.
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Rein überblicksmässig ergeben sich hierbei folgende Beziehungen:
a) bei dem Flügelrad 9 ist die sekundliche Umdrehungszahl n proportional der Anströmgeschwindigkeit
und damit proportional der sekundlichen Luft-Durchflussmenge QL.
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b) der Ueberdruck im Innern der Kraftstoffkammer 19 ändert sich über
die Zentrifugalkraft mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit u = 2 9En.
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c) die aus dem Düsenkanal 20 sekundlich ausfliessende Kraftstoffmenge
QK ändert sich mit der Quadratwurzel aus dem Ueberdruck in der Kraftstoffkammer
19.
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Hieraus ergibt sich:.
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Die aus den Düsenkanälen 20 sekundlich ausfliessende Kraftstoffmenge
Qk ist proportional der sekundlichen Luft-Durchflussmenge QL. Eine solche im wesentlichen
lineare Funktion zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge ermöglicht eine genaue Dosierung
des Kraftstoffes, wobei die Genauigkeit über den gesamten Bereich der Ansaugluftstrom-Geschwindigkeiten
praktisch gleich ist. Es ist somit ausreichend, wenn der Vergaser an einem Arbeitspunkt
richtig eingestellt wird.
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FUr die Einstellung des Vergasers ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
für die Mischkammer 3 ein Nebenkanal 30 vorgesehen, dessen freier Querschnitt durch
eine Stellschraube 31 verändert werden kann, so dass vom Ansaugluftstrom ein bestimmter
Anteil abgezweigt und damit die Geschwindigkeit des Flügelrades 9 justiert werden
kann.
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Es kann erwünscht, unter Umständen auch erforderlich sein, den Proportionalitätsfaktor
für die Umdrehungszahl n (n = aQ ) und damit den Proportionalitätsfaktor für die
Kraftstoffmenge (QL : bQK) von äusseren Parametern abhängig zu machen. Dies kann
auf verschiedene Weise erfolgen. Im einfachsten Falle kann, wie in Zeichnung veranschaulicht
ist, in die Mischkammerwandung in Höhe der Flügel 11 ein Magnetkern 32 mit einer
Spule 33 eingesetzt werden. Durch Erregung dieses Elektromagneten 32, 33 mit einem
z.B. den Werten äusserer Parameter analogen Gleichstrom kann dann die Umdrehungszahl
des Flügelrades entsprechend geregelt werden.
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Vorstehend ist anhand eines einfachen Ausführungsbeispieles nur der
prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Arbeitsweise der Vergaservorrichtung beschrieben
worden. Je nach speziellen Erfordernissen hinsichtlich einer wirtschaftlichen Fertigung
und Genauigkeit der Dosierung können verschiedene Aenderungen vorgenommen werden.
So können beispielsweise mehr als zwei Düsenkanäle vorgesehen werden, und die Düsenkanäle
können auch in die Flügel selbst verlegt sein. Es können zusätzliche Strömungsleitbleche
eingebaut werden, und die Düsenkanäle können auch gebogen sein. Schon aus diesen
Beispielen ist ersichtlich, dass mit einfachen Mitteln die Dosiergenauigkeit ohne
Schwierigkeiten erreichbar ist. Neben der Dosiergenauigkeit ergibt sich zufolge
der rotierenden Düsenkanäle auch eine in manchen Fällen bereits befriedigende Aufbereitung
des Luft-Kraftstoffgemisches.
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Der Zerstäubungsgrad des Kraftstoffes wird bei einer solchen Vergaservorrichtung
erfindungsgemäss dadurch verbessert, dass, wie in Fig. 2 ersichtlich ist, vor jeder
Spritzdüse 20a des Flügelrades 9 eine Zerstäubungsvorrichtung 40 vorgesehen ist,
um die aus den Spritzdüsen austretenden Kraftstoff-Sprühstrahlen in die Mischkammer
3 zu zerstäuben. In Fig. 2 sind die Zerstäubungsvorrichtungen 40 nur symbolisch
angedeutet,
da sie, wie einleitend bereits angegeben, an sich aus
für diesen Zweck konstruktiv abgewandelten bekannten Zerstäubungsorganen, wie Prallteilen,
Spalten, Scheiben, Kanten usw. oder Kombinationen derselben bestehen können. Im
übrigen ist das in Fig. 2 dargestellte Flügelrad 9 ebenso ausgebildet, wie das der
Fig. 1: die Hohlwelle 10 ist oben und unten mittels Lager 12, 13 und 15 in am Gehäuseoberteil
2 befestigten Streben 14, 16 drehbar gelagert und die Flügel 11 des Flügelrades
9 sind auf der Hohlwelle 10 unterhalb der Düsenkanäle 20 befestigt.
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Ein Flügelrad etwas geänderter Konstruktion mit Spritzdüsen und einer
beispielsweisen Zerstäubungsvorrichtung ist schematisch in Fig. 3 wiedergegeben.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Flügelrad ist die Anordnung der Flügel
11 und der Düsenkanäle 20 auf der zylindrischen Hohlwelle 10 gegenüber der Anordnung
in Fig. 1 und 2 umgekehrt, d.h. die Düsenkanäle 20 führen von dem unteren Teil der
Kraftstoffkammer 19 weg und die Flügel 11 befinden sich oberhalb der Düsenkanäle.
Die Spritzdüse 20a jedes Düsenkanals 20 mündet in einen in der verdickten Wandung
der Hohlwelle 10 vorhandenen Hohlraum 41, der oberhalb der Spritzdüse 20a durch
einen Spalt 42 zur Mischkammer hin offen ist. Das Flügelrad kann in der Mischkammer
wie in Fig. 1 gezeigt gelagert sein. Bei rotierendem Flügelrad 9 wird aus den Spritzdüsen
20a Kraftstoff dosiert in die Hohlräume 41 abgegeben und dann durch die Spalte 42
in die Mischkammer zerstäubt. Die Spalte 42 kann horizontal verlaufen oder bezüglich
der Horizontalen geneigt sein. Anstelle je eines separaten Hohlraumes 41 und Spalt
42 für jeden Düsenkanal 20 kann auch ein für alle Düsenkanäle gemeinsamer Ringraum
mit Ringspalt vorgesehen sein.
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Fig. 4 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel für eine Vergaservorrichtung
mit Flügelrad, Düsenkanälen und einer Zerstäubungseinrichtung. Das Vergasergehäuse
weist, wie bei bekannten Vergasern üblich, einen zylindrischen Gehäuseoberteil
2
auf, der über ein kegeliges Zwischenstück 4 in den Klappenstutzen 5 kleineren Durchmessers
übergeht. Der Gehäuseoberteil 2 umschliesst die Mischkammer 3 und enthält das Flügelrad
9. Im Klappenstutzen 5 ist die um eine Achse 7 verstellbare Regelklappe 8 untergebracht.
Der Gehäuseoberteil 2 enthält im Bereich des Flügelrades 9 eine ringförmige Einlage
47, vorzugsweise aus einem kraftstoffabweisenden Material, z.B. aus "Teflon", durch
die der Gehäusedurchmesser im Bereich des Flügelrades 9 auf den Innendurchmesser
des Klappenstutzens 5 verkleinert wird, so dass die angesaugte Luft eine grössere
Geschwindigkeit erhält und das Flügelrad 9 im Leerlauf schneller dreht. Oberhalb
der Regelklappe 8 sind im Gehäuse z..B. drei radiale Stege 14 befestigt, von denen
einer als Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 ausgebildet ist. Auf den radialen Stegen
ist ein Rohrstück 34 koaxial mit der Längsachse der Mischkammer 3 befestigt, das
mit der Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 in Verbindung steht und als Drehachse für
das Flügelrad 9 dient. Auf das Rohrstück 34 sind zwei Kugellager 35 aufgeschoben.
Am oberen Ende ist das Rohrstück 34 unter Bildung einer ringsumlaufenden Schulter
auf einen kleineren Aussendurchmesser abgesetzt.
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Das Flügelrad 9 weist eine auf die Kugellager 35 passende Hohlwelle
10 auf, die im dargestellten AusfUhrungsbeispiel oben durch eine halbkugelförmige
Stirnwand 38 abgeschlossen ist. Unterhalb der Stirnwand 38 liegt die Kraftstoffkammer
19 des Flügelrades, die nach unten durch eine innerhalb der Hohlwelle 10 befestigten
Ringscheibe 36 abgeschlossen ist.
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Der Innendurchmesser der Ringscheibe 36 ist nur wenig grösser als
der Aussendurchmesser des abgesetzten Endes des Rohrstückes 34, so dass bei auf
die Kugellager 35 aufgesetzter Hohlwelle 10 die Ringscheibe 36 mit wenig Spiel das
Rohrstückende umschliesst und durch die Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 und das
Rohrstück 34 Kraftstoff in die rotierende Kraftstoffkammer
19 eingeleitet
werden kann. Die Ringscheibe 36 hat eine Kraftstoff abweisende Oberfläche und auf
ihrer in der Kraftstoffkammer 19 liegenden Seite radiale Rillen 37, wodurch -zusammen
mit dem geringen Spiel zwischen Scheibe 36 und Rohrstück 34 - gewährleistet ist,
dass während des Betriebes kein Kraftstoff über die Kugellager 35 in die Mischkammer
3 gelangen kann und der Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 19 bei rotierendem Flügelrad
mitdreht. Die Ringscheibe 36 wird zweckmässig aus "Teflon" hergestellt. In der zylindrischen
Wandung der Kraftstoffkammer 19 befinden sich als Düsenkanäle 20 radiale Bohrungen.
Die Zerstäubungseinrichtung 40 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Ring
43 der auf der Hohlwelle 10 befestigt ist. Im oberen Teil weist der Ring 43 eine
ringsumlaufende Ausnehmung 43a auf, so dass zwischen Ring 43 und Hohlwelle 10 ein
durch einen Ringspalt 1+5 zur Mischkammer 3 hin offener ringförmiger Hohlraum 1+6
vorhanden ist, in den die Düsenkanäle 20 münden. Die in einer zur Hohlwellenachse
senkrechten Ebene liegende Stirnfläche 44 des Ringes 43 hat Einfluss auf die Zerstäubung
des Kraftstoffes, wobei für das jeweilige Vergasermodell durch Variation der Stirnflächenbreite,
der Lage der Stirnfläche inbezug auf die Düsenkanäle und der oberflächlichen Beschaffenheit
der Stirnfläche optimale Verhältnisse erreicht werden können. Die Weite des Ringspaltes
45 bestimmt wesentlich die Tröpfchengrösse des zerstäubten Kraftstoffes und beträgt
z.B. 0,1 mm. Zur Feineinstellung der Vergaservorrichtung ist im Scheitel der halbkugelförmigen
Stirnwand 38 der Kraftstoffkammer 19 eine Luftdüse 39 vorgesehen. Bei der in Fig.
4 gezeigten Ausführung der Vergaservorrichtung sind die Flügel 11 des Flügelrades
9 auf der Hohlwelle unterhalb der Düsenkanäle angeordnet, so dass, entsprechend
Fig. 2, der zerstäubte Kraftstoff die rotierenden Flügel 11 passiert. Stattdessen
können entsprechend Fig. 3 die Flügel 11 auch oberhalb der Düsenkanäle angeordnet
werden.
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Die Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 führt zu einer Ausgleichskammer
21, die zur Aufrechterhaltung eines knapp unterhalb des Bodens der Kraftstoffkammer
19 liegenden Kraftstoffniveaus auf bekannte Weise eingerichtet ist.
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Sobald das Flügelrad 9 durch den angesaugten Luftstrom zu rotieren
beginnt, gelangt Kraftstoff aus der Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 und dem Rohrstück
34 in die Kraftstoffkammer 19, von dort durch die Düsenkanäle 20 in den ringförmigen
Hohlraum 46 und aus diesem durch den Ringspalt 45 und über die Stirnfläche 44 in
Form einer schirmförmigen Sprühwolke in die Mischkammer 3. Der Spalt 45 kann hierbei
unabhängig von der Kraftstoffdosierung für die gewünschte Tröpfchengrdsse dimensioniert
werden, wobei eventuell vorkommende lokale Verstopfungen des Ringspaltes die Betriebstüchtigkeit
der Vergaservorrichtung nicht beeinträchtigen.
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Ein besonderer Vorteil der vorstehend anhand von beispielsweisen
Ausführungen beschriebenen Vergaservorrichtung besteht darin, dass eine optimale
Gemischaufbereitung nicht durch Einstellung von irgendwelchen Organen, z.B. Düsen,
sondern durch konstruktive Massnahmen erreicht wird, wodurch eine stets gleichbleibende
Betriebsweise gewährleistet ist.