DE2435040A1 - Vorrichtung zum zufuehren eines gemisches aus einer fluessigkeit und einem gas - Google Patents
Vorrichtung zum zufuehren eines gemisches aus einer fluessigkeit und einem gasInfo
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Description
HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER
PATENTANWÄLTE IN STUTTGART
2A35040
A 'IO 792 m
a - 1ό3
19. Juli 1974
Dresser Investments, N.V., Willemstad, Curagao, Wieder1.Antillen
Vorrichtung zum Zuführen eines Gemisches aus einer Flüssigkeit und einem Gas
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zuführen eines Gemisches aus einer feinverteilten Flüssigkeit und einem
Gas zu der Einlassöffnung einer Einrichtung zum Verwerten
dieses Gemisches, nach Patentanmeldung P 2316 878.7.
In bei weitem der Mehrheit aller derzeit verwendeten Benzinmotoren,
die kommerziell für die Anwendung in Automobilen ver-
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trieben werden, wird der Kraftstoff und die Verbrennungsluft
von einem Vergaser gemischt und dosiert, der mit dem Einlassverteiler
des Motors verbunden ist. Obwohl diese Vergaser von einem Hersteller zum anderen sich in Einzelheiten unterscheiden,
sind sie doch im wesentlichen gleich aufgebaut und jahrelang als zufriedenstellend beim Erzeugen eines für den Motor geeigneten
Verbrennungsgemisches angesehen worden.
Wenn an der Drosselklappe infolge ausreichender Vakuumwerte im
Einlassverteiler der kritische Druck herrscht, wird eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit gewährleistet, wodurch die üblichen
Vergaser für eine wirtschaftliche Verbrennung hinreichend fein verstäubte Kraftstoffteilchen erzeugten. Der kritische
Druck beträgt etwa 53% des Atmosphärendruckes und somit etwa
363 mm Hg. Er wird auch als Schwellwertvakuum bezeichnet. Bei
Belastung oder Beschleunigung des Motors fallen jedoch die Vakuumwerte im Einlassverteiler ganz erheblich unter den Wert .ab,
bei welchem die Schallgeschwindigkeit noch aufrechterhalten werden kann, dem sogenannten Entdrosselpunkt, so daß die zuvor
gute Zerstäubung schnell aufhört. Bei einem typischen Vergaser tritt der Entdrosselpunkt bei einem Vakuum im Einlassverteiler
von ungefähr 300 bis 350 mm Hg auf. Eine schlechte Zerstäubung
führt zu einer schlechten Vermischung mit der Verbrennungsluft
und zu einer schlechten Aufteilung des Gemisches auf die einzelnen Zylinder, was auf eine schlechte Ausnutzung des Brennstoffes
und eine starke Umweltverschmutzung hinausläuft. Der
übliche Vergaser erzeugt somit charakteristischerweise ein Gemisch, das nur bei relativ hohen Vakuumwerten im Einlassverteiler
von ungefähr 3OO mm Hg einen geringen Ausstoss an
Schadstoffen besitzt. Bei geringeren Vakuumwerten verursacht er jedoch einen hohen Ausstoss an Verunreinigungen.
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Durch die kürzlich von den Regierungen verschiedener Länder an die AutoTtiobilhersteller gerichtete Forderung, bei den zukünftig
hergestellten Automobilen den Schadstoffausstoss ganz erheblich zu reduzieren, wurde schnell erkannt, daß ein signifikanter
Faktor bei dem Problem der Umweltverschmutzung die Untauglichkeit der heutigen Vergaser darstellt. Seitdem sind
verschiedene Versuche angestellt worden, um den Schadstoffausstoss
zu verringern, beispielsweise eine Wiederumwälzung der Abgase oder deren katalytische Verbrennung. Bei keinem dieser
Versuche konnten jedoch die niedrigen Verschmutzungswerte auch nur annähernd erreicht werden, welche durch die erwähnten Vorschriften
von den Automobilherstellern bis zum Jahre 1975 gefordert werden.
In den deutschen Patentanmeldungen P 21 10 506.6-13 und
P 21 53 816.9-13 ist ein kürzlich entwickelter Vergaser beschrieben worden, welcher dem Motor ein besser verbrennbares
Gemisch liefert und dadurch in dem normalen Betriebsbereich
des Motors den Ausstoss an Schadstoffen mit den Abgasen des Motors ganz wesentlich reduziert. Anders als bei den üblichen
Vergasern, bei denen bei niedrigen Vakuumwerten im Einlassverteiler unterhalb des Schwellwertvakuums schädliche Abgasemissionen
auftreten, hält die dort beschriebene Vorrichtung einen vergleichsweise niedrigen Verschmutzungsgrad bis zu Vakuumwerten
im Bereich von 50 bis 7 5 mm Hg aufrecht. Hierdurch
wird über einen erheblich grösseren ausnutzbaren Teil des üblichen Fahrbereiches, einschliesslich der üblichen Lastwechsel
und Beschleunigungen, ein niedriger Verschmutzungsgrad aufrechterhalten.
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Der in den genannten Anmeldungen beschriebene Vergaser bewirkt
dies durch einen Einlass-Luftkanal, der in einer konvergentdivergenten Düse ein axial bewegbares Glied aufweist, dap ein
ringförmig verengtes Maulteil bildet. In den Luftkanal wird an der Stelle der Maulverengung oder etwas oberhalb der flüssige
Kraftstoff eingeführt. Wenn der Vergaser an einen Einlassverteiler angeschlossen ist, der in dem Maulteil das Schwellwertvakuum
erzeugen kann, tritt eine Strömung von Schallgeschwindigkeit auf. Der sich an die Maulverengung stromabwärts anschliessende
divergierende Diffusorteil gibt das Gemisch an den Einlassverteiler des angeschlossenen Motors weiter. Durch genau
vorbestimmte Winkelwerte des beweglichen Gliedes und der Düse kann in dem Maulteil oder Halsbereich die Schallgeschwindigkeit
bis zu Vakuumwerten in dem Einlassverteiler aufrechterhalten
werden, die in der Grössenordnung des erwähnten Entdrosselpunktes liegen. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, daß der Diffusor
es gestattet, in ausreichendem Masse die kinetische Energie der Gasströmung, d.h. die sogenannte Geschwindigkeitshöhe, als
statische Druckenergie (Druckhöhe) wiederzugewinnen, und gleichzeitig damit einen Verdichtungsstoss von der an 'der Maulverengung
erreichten Schallgeschwindigkeit herab zu Unterschallgeschwindigkeiten bewirkt. Das Aufrechterhalten dieser Wiedergewinnung
der Druckenergie bis zu Vakuumwerten, bei welchen die Verdichtungs-Stosswelle gerade aussetzt, bewirkt nun eine
Erstreckung des Arbeitsbereiches mit Schallgeschwindigkeit an
der Maulverengung bis zu einem relativ niedrigen Entdrosselpunkt. An der Maulverengung kann daher Schallgeschwindigkeit
herrschen, auch wenn sie abhängig von den Betriebsanforderungen
des Motors verändert wird. Dies führt zur Aufrechterhaltung der Zerstäubungs- und Mischmechanismen; darüber hinaus gewinnt man
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Λ HO 792 in
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auch eine Masaenflusskontrolle, eine Möglichkeit, die von üblichen
Vergasern nicht geleistet werden kann. Eine Ausführungsform eines Vergasers mit veränderbarer Venturi-Düse ist in dem
US-Patent 3 Ο69 146 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, einen solchen Vergaser oder allgemeiner eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art zum Zuführen eines Gemisches aus einer feinverteilten
Flüssigkeit und einem Gas noch weiter zu verbessern, so daß
bei noch niedrigeren Vakuumwerten im Einlassverteiler des angeschlossenen
Motors oder dergleichen Schallgeschwindigkeit an der Maulverengung aufrechterhalten und damit auch bei den
mit solchen "Vakuumwerten verbundenen Betriebsbedingungen ein
ausreichend niedriger ÄusstosS an Schadstoffen sichergestellt
wird y wobei der Vergaser nach der Patentanmeldung P 23 16 878.7
verbessert werden soll.
Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfIndüngsgeiricLss
erreicht durch(a) ein Gehäuse mit einem einen
Gaseinlass umfas'senden Strömungskanal 3, der yoxi einem Paar zueinandier
Im Abstand angeordneter paralleler Wandteile gebildet
Ist und d'er Gas von einer Quelle aufzunehmen vermag,, welche
Gas von einem Druck besitzt, der wesentlich größer ist,, als der
In der Einlassöffnung der Einrichtung zum Verwerten des Gemisches,
jeweils herrschende Druck, (b) eine Anzahl in dem Gehäuse
lift Abstand voneinander und einander jeweils gegenüberliegend angeordneter· Glieder* die in dem StrÖmurtgskanal eine:
Venturidüse bilden,* (c>
ein© F1 üssIgkeIts-guf'uhrVorrichtung,
welche diie zti. vermischende Flüssigkeit aufzunehmen und sie im
wesentlichen gleichmässig in die StrömiJngsbahn dies von dem
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Gaseinlass aufgenommenen Gases einzuführen vermag, und (d) eine.
Einstellvorrichtung zum Verändern des. Venturi-Flussbereiches
in dem Strömungskanal in Abhängigkeit 'von dem, Bedarf der Einrichtung
zum Verwerten des Gemisches,, wobei mindestens eines
der Wandteile zwangsläufig verschiebbar ist.,
Die Erfindung besteht also aus einem Vergaser mit einem variablen
Venturi-Bereieh,, um auf diese Weise ein hoehzer stäubt es
Brennstoffluftgemisch zu erzeugen, wodurch, sich die zur Luftverschmutzung
beitragenden Schadstoffemissionen in-den Auspuff-gasen
von Brennkraftmaschinen reduzieren lassen,- Dabei verfügt
ein längliches Gehäuse über einen inneren Durchflusskanal, der
mit der Einlas sverteilerOifnung: der ■ . Brennkraftmaschine
verbunden wird-. In einer gegebenen Richtung ist der . Querschnitt des Durchlasses definiert als Venturi—Bereich und
gebildet von relativ bewegbaren, gegenüberliegenden und z,uein-.
ander einen Abstand einhaltenden symmetrischen Elementen« Oberhalb
der Venturi-Verengung werden Luft und Brenn stoff angesaugt
bzw, empfangen, wobei die Venturi—Verengtmg, dann* wenn die
Werte des Verteilervakuums ausreichend sind-,, um an .der Venturi
den kritischen Druck zu erzeugen „ Schal !geschwindigkeit, erzeugt.
Dabei hält ein divergierender,, sich unterhalb; der Venturi-Verengung
erstreckender Abschnitt., der im folg-enden auch· als Diffusor
bezeichnet wird,, die SchalIgeschwindiigkeit an der Engsteile
über einen beträchtlich vergrosserten Bereich, reduzierter Vertex
lervakuumdrticke aufrecht undi dies steht im Gegensatz zu bisher
Bekanntem Vergaseranardnanges,. wo- äle
bereits bei Inde-rußgen des Vakuums abreisst. Der
in. üfeereinstimmang: mit den BetrielisfeediKgung.en der !!-faschine
wird diitrcii seitliche VerscMebting der Elemente relativ zueinander
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reguliert, um so in wirksamer Weise den Venturi-Flussbereich zu
verändern, wobei jedoch die Elemente in einer festen winkelmässigen Beziehung zueinander gehalten werden.
Aufgrund der Erfindung gelingt es daher,den Betriebsanforderungen
des Motors zu entsprechen und den Vergaser bzw. genauer gesagt den Durchflusskanal des Vergasers durch Bewegung eines oder
mehrerer der den Durchflusskanal bildenden Wandelemente zu modulieren
und anzupassen.
Diese Vorrichtung gestattet eine Veränderung der Durchflussmenge
in Abhängigkeit von den Anforderungen des Motors durch
seitliche Verschiebung der beweglichen Glieder gegenüber der Achse des Strömungskanales und relativ zueinander, wodurch der
Querschnitt der Venturi-Düse gewändert wird, ohne die allgemeine geometrische Form der Düse zu beeinflussen. Weiterhin wird,
weil die Halsverengung wegen der- dort herrschenden Schallgeschwindigkeit für jede Einstellung nur eine begrenzte Menge an
Verbrennungslust bei sonst festen atmosphärischen Bedingungen der Umgebung führen kann, in einfacher Weise ein konstantes
Kraftstoff-Luft-Verhältnis erzielt. -
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten UnteraivsprUchen. Im folgenden,wird die
Erfinduhg anhand einiger in der beigefügten Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei sich weitere Vorteile, 'Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben1. Es zeigen: ' : -' -. .
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoff-Luft-Systemes
mit einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Erzeugen eines brennbaren Gemisches
für eine Brennkraftmaschine 3
Fig. 2 eine perspektivische und teilweise auseinandergezogene Darstellung der Vorrichtung nach der
Erfindung,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 2,
Fdg. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5~5 der Fig. 3
und
Fig. 6 verschiedene Schnittdarstellungen eines der die )r.i Venturi-Düse der Vorrichtung bildenden beweglichen
Glieder,
Fig. 7 eine seitliche Querschnittsdarstellung durch ein
weiteres Ausführungsbeispiel 3
Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 der Fig. 7
und -
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie 9~9 der Fig. 7.
Fig. 1 zeigt ein Kraftstoff-Luftversorgungssystem, welches
eine nach erfindungsgemässen Merkmalen ausgebildete Misch- und
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Moduliervorrichtung 10 verwendet. Die Misch- und Moduliervorrichtung
10 ist an der Einlassverteilerleitung 12 einer Brennkraftmaschine
14 angeordnet, die in Pig. I strichpunktiert angedeutet
ist. Die im folgenden lediglich noch als Vorrichtung 10 bezeichnete Misch- und Moduliervorrichtung saugt Verbrennungsluft
aus der Umgebung an und bekommt den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 16 zugeführt. Nach Betätigen eines Zündschalters
18 wird durch eine Kraftstoffpumpe 19 dem Kraftstofftank 16
Kraftstoff entnommen und einem Filter 20 zugeführt. Je nach Bedarf der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff entweder über
eine Leitung 21 weitergeleitet oder über eine Leitung 22 in den Tank l6 zurückgeführt, dabei weist-die Leitung 22 eine Verengung
23 auf. Am Auslass des Filters 20 ist.ein Regulierventil 27 angeordnet, das einem Kompensierventil 28 eine Strömung
mit geregelten Druck zuführt. Das Kompensierventil 28 gibt abgemessene Kraftstoffmengen entweder an ein Nadelventil 29 oder
an eine Rückführschleife 30 ab, die eine Verengung 31 aufweist und überschüssigen Kraftstoff an den Kraftstofftank 16 zurückleitet.
Das Nadelventil 29 steht mit der Vorrichtung 10 in Wirkverbindung und reguliert im wesentlichen die Kraftstoffzuführung
in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, während die
Kraftstoffanforderungen in Abhängigkeit von der Belastung und dergleichen durch das Kompensierventil 28 ausgeglichen wird..
Die Wirkungsweise des Kompensierventils ist dabei bestimmt durch das Vakuum einer Verteileranordnung 32, die über eine Leitung
33 mit dem Einlassverteiler 12 verbunden ist. Durch diese An-' Ordnung werden Veränderungen der Vakuumwerte augenblicklich
durch eine Leitung 34 an eine sonst abgedichtete Kammer 38 des
Kompensierventils 28 weitergeleitet.
Das" Nadelventil 29 steht zusammen mit der Vorrichtung 10 unter
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der Steuerung einer Drosselbetätigung, welche den Kraftstoff und die Verbrennungsluft in Abhängigkeit von den Betriebsanforderungen
der Brennkraftmaschine liefert. Ein Nebenschluss 39 dient zur Umgehung des Kompensierventils 28. Er führt Kraftstoff
in eine Zuführleitung 40 an einer Stelle zwischen dem Nadelventil 29 und der Vorrichtung 10 ein. In dem Nebenschluss
39 befindet sich ein Drucksammler 41, der zwischen zwei federbelasteten.
Rückschlagventilen 42 und 43 angeordnet -ist. Der Nebenschluss
39 dient im wesentlichen dazu, im Zeitpunkt einer Beschleunigung zusätzliche Kraftstoffmengen zu liefern.
Als Zusatzeinrichtung sind zwei Entlüftungen 47 und 48 vorgesehen,
die das der Kammer 38 zugeführte Vakuum in Abhängigkeit von den Temperaturverhältnissen der Brennkraftmaschine im Betrieb
verändert. Die Entlüftung 47 besitzt ein thermostatisch gesteuertes Ventil 49 mit einem Temperaturfühler 51 in Form
einer Ausdehnungskugel oder eines Bimetalles, der so angeordnet
ist j daß er auf die Temperatur der Brennkraftmaschine anspricht.
In dieser Anordnung öffnet das Ventil 49 beim Kaltstart und
schliesst sich nach und nach, wenn sich die Brennkraftmaschine
auf ihre Betriebstemperatur erwärmt. In ähnlicher ¥eise ent.-.
hält die Entlüftung 48 ein thermostatisch gesteuertes Ventil 50 mit einem kugelförmigen oder bimetallischen Temperaturfühler
52 j der so angeordnet ist, daß er die Temperatur der Verbren-,.
nungsluft an der Einlassöffnung der,Vorrichtung 10 erfühlt.
Wenn die Temperatur der Einlassluft unterhalb des optimalen Wertes
liegt, bewirkt der Temperaturfühler 52 unabhängig .davon,
ob die Brennkraftmaschine warm oder kalt ist, daß das Ventil
50 sich um einen entsprechenden Betrag öffnet. Eine Vergrasserung
der Öffnung der Entlüftungen 47 und 48 bewirkt eine!Reduzierung
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der effektiven Vakuumwerte in der Kammer 38 und ermöglicht dadurch
eine grössere Kraftstoffzufuhr zu der Misch- und Dosiervorrichtung
10.
Die Misch- und Dosiervorrichtung 10 wird im folgenden anhand der Fig. 2 bis 5 näher beschrieben. Sie enthält ein langgestrecktes
Gehäuse 55, das in seinem Innern einen zentralen
Strömungskanal 56 besitzt. Der Strömungskanal steht in senkrechter Richtung über eine Befestigungseinrichtung in Form einer
rechteckigen Grundplatte 57 mit dem Einlassverteiler 12
der Brennkraftmaschine I^ in Verbindung. Ein oberer Flansch 58,
der von einem Rahmen 59 getragen wird, bildet den Lufteinlass für den Strömungskanal 56.
Die geometrische Form"des Strömungskanals 56 wird durch eine
Anzahl benachbarter Stützen gebildet, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind und als Wandung oder Umfassung des
Strömungskanals 56 dienen. In einer Richtung parallel zur Strömungsachse befinden sich im Abstand voneinander zwei gegenüberliegende
stationäre Wand- oder Plattenteile 6l und 62, zwischen denen senkrecht zwei im Abstand voneinander gegenüberliegend
angeordnete, relativ zueinander'bewegliche Backen- oder
Klauenglieder 63 und 6Ί angeordnet bzw. eingesetzt sind·. Die
beweglichen Glieder 63 und 6M sind im wesentlichen symmetrisch
aufgebaut und einander gegenüberliegend in quer verlaufenden Kanälen 67 und 68 zwischen der Oberseite der' Grundplatte 57 und
der Unterseite des Rahmens 59 gehalten. Einander zugewandte Oberflächen 65 und 66 der beweglichen Glieder 63 und GH weisen
einen Abstand auf und bilden den Strömungskanal 56 in Form einer senkrecht zwischen ihnen verlaufenden Venturi-Düse vorbe-
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stimmter geometrischer Form. Zur Berücksichtigung der Betriebs-
-anforderungen der Brennkraftmaschine ist mindestens eines der
beweglichen Glieder, bevorzugt aber beide, seitlich gegenüber der Strömungsachse und gegeneinander in der Weise verschiebbar,
daß der Strömungsquerschnitt der Venturi-Düse je nach Bedarf erhöht oder erniedrigt wird, ohne daß die winkelmäßige Beziehung
der Kanten- oder Randflächen zueinander und überhaupt beeinflusst oder verändert wird.
Die Verschiebung der beweglichen Glieder 63 und 64 wird durch
die Drosselbetätigung bewirkt, die in Wirkverbindung mit zwei sektorförmigen, miteinander kämmenden Zahnscheiben 69 "und 70
auf der Aussenseite des Gehäuses 55 steht. Die Sektorscheiben 69 und 70 sind zusammen mit zwei drehbar gelagerten Wellen 73
und 74 verschwenkbar, die zum Verdrehen zweier Kurvenscheiben
75 und 76 dienen. Jede, Kurvenscheibe besitzt einen gewölbten Führungsschlitz 77, der eine Mitnehmerrolle 78 aufnimmt. Eine
langgestreckte mittlere Ausnehmung 79, die nach innen in Seitenwände
80 und 8l des Gehäuses 55 ragt, ermöglicht dabei eine solche Schwenkbewegung der Kurvenscheiben 75 und 76. Mittels
zweier Seitenarme 93 sind seitlich von der Mitnehmerrolle 78 zwei sich im Abstand voneinander in Längsrichtung erstreckende
Führungsstifte 96 und 97 angebracht, die durch Einschrauben in.
die Rückseite der beweglichen Glieder 63 und 64 mit diesen verbunden und in Bohrungen 99 und 100 in den Seitenwänden verschiebbar'
gelagert sind. Auf diese Weise erzeugt eine Verdrehung der Wellen 73 und 74 eine seitliche Verschiebung der beweglichen
Glieder 63 und 64 über die Führungsstifte, die in Kugellagern 98 getragen sind (von denen nur eines dargestellt ist). Das
Ausmass dieser Verschiebung wird" natürlich in Abhängigkeit von
den Betriebsanforderungen der Brennkraftmaschine in einem vor-
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bestimmten Verhältnis zu der Kraftstoffzufuhr geregelt. Dies
kann auf verschiedene Weise erfolgen, insbesondere durch geeignete
Wahl des durch die Leitkurvensteigung des Führungsschlitzes 77 bewirkten Vorschubes.
Bei der beschriebenen Anordnung wird in dem Einlass 82 des
Strömungskanals 56 Verbrennungsluft angesaugt. Der Eingang
des Einlasses 82 wird durch glatt geformte Oberflächen 83 des oberen Flansches. 58 gebildet. Eine Innenfläche 84 des Rahmens
59 engt den Einlass ein bis zu einer Stelle unmittelbar oberhalb der oberen Teile der beweglichen Glieder 63 und 64.
Diese laufen dann weiter aufeinander zu bis zu der Stelle maximaler Verengung an einem Düsen-, Trichter- oder Halsteil 88.
Unterhalb dieses Halsteils 88 erweitert sich der Strömungskanal
56 sofort wieder glatt und stetig und bildet dabei einen
primären Diffusorteil 89. Weiter stromabwärts geht der primä^ re Diffusorteil 89 dann relativ plötzlich in einen sekundären..
Diffusorteil 90 über., der eine wesentlich stärkere Erweiterung bis zu einer sich noch stärker erweiternden.Öffnung 91 in der,
Grundplatte 57 vermittelt. Bei einem, weiteren Ausfiihrungsbeispiel
kann der sekundäre Diffusorteil 90 auch weggelassen sein
und der primäre Diffusor 89 mündet unmittelbar in die divergierende
Öffnung 91 der Grundplatte 57 ein. Zur gleichen Zeit .
wird in dem Einlassbereich Luft angesaugt und über die Zufuhr"-leitung
40 wird die erforderliehe Menge Brennstoff aus dem
Kraftstofftank 16 konstant und .gleichmasslg zugeführt * wobei
sich die Zufuhrleitung an gegenüberliegenden Stellen in Querrichtung in den Einläss-bereich erstreckt und im wesentli&hen
bündig mit den vertikalen Konturflachen 83 a'bsckliesst. Zur
Einführung des Kraftstoffes in die Verbrennungsluftströmung
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enthält die Zuführleitung 4O' eine Vielzahl gleichförmig verteilter
feiner Öffnungen 94, durch welche der Kraftstoff im
wesentlichen gleichförmig auf die Innenflächen 84 des Rahmens 59 ausgegeben wird. Die Ausgangsform der Venturi-Düse in dem
Strömungskanal 56 kann zur Optimierung des Betriebsverhaltens
einer Brennkraftmaschine durch Versuch bestimmt werden. Die,
bisher durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, daß, obwohl
gewisse Veränderungen der Konstruktion möglich sind, die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn mindestens einige der
Parameter innerhalb relativ enger Grenzen gehalten werden. Lediglich zum Zwecke der Hervorhebung der vorrangigen Entwicklungskriterien
sind in den Fig. 6 (a) bis (f )■ verschiedene Ausbildungen der beweglichen Glieder 63 und 64 dargestellt,
wie sie passend paarweise untersucht worden sind» Wie siela
aus der Zeichnung ergibt, liegen die halben Öffnungswinkel ^
am Einlass zwischen 0 bei (e)3 wo eine gleich-massige Äbrundung
vorgesehen ist, und 45 bei (c) und beträgt 2-4 in den
übrigen Fällen. Der halbe Öffnungswinkel f>
des primären Biffusorteiles
schwankt zwischen 3 und 4 1/2 bei einer effektiven
Länge des primären,Diffusors zwischen 28 und 49 mm ( 1 1/6"
bis 1 7/8"), während der halbe Öffnungswinkel-ÖL des sekundären
Diffusorteiles der Fig. (a) bis (e.) zwischen 21° und 26° liegt.
Der eingeschlossene Öffnungswinkel schwankt also 'beim primären
Diffusorteil zwischen β und 9 und beim sekundären Diffusor—
teil zwischen 42° und 52°. KInsIentliefe, des Äusf uShr-ungsbelspiels
der Fig. 6 (f)3 -bei »elchem der sekundäre Diffusor weggelassen ist, können, die gleichen Bereieiisdaten und Diffuso:rwinkel
angewendet werden, wie dies für den primären Diffusor der Fig. β (a) bis 6 (e) z:utriffta dabei erstreeict sl-ela die
effektive Länge dieses Dlffusors äbisr €j€j cm ((2
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19.· Juli
2A35OAO
In Tabelle I sind Untersuchungsergebnisse für den eingeschwungenen
Zustand bei vergleichbaren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen
(A/P) dargestellt, um Konstruktionsrichtlinien festzulegen und den Entdrosselpunkt für diese verschiedenen geometrischen Formen
zu bestimmen.
Einsatz
Entdros
(mm lic)
Entdros
(mm lic)
(a) . 69 .
(b) 76 (geschätzt)
(c)
69
(d) 76
(e) .61
(f) . 81,5
"(C3-64 nach "Pig. 6)
509808/0
eschw. | ) | Vak | CO | ppm | HC | NOx | A/P |
m/h(MPH | (mm Hg) |
at
I" |
11,9 | ppm | ppm | :1 | |
80 (50) | 41,7 | 0,16 | 10,9 | 20 | 330 | 18,2 | |
72 .(45) | 37,6 | 0,19 | 11,9 | 35 | 120 | 19,5 | |
Leerl.. | 36-41 | 0,10 | 11,8 | . 92 | 105 | 18,2 | |
80"(5O) | 41,7 | 0,14 | 10,4 | 12 | 320 | 18,3 | |
71 (44) | 36,3 | 0,16 | 11,9 | 28 | 93 | 20,4 | |
Leerl. | 36,8 | 0,10 | 11,9 | 68 | 135 | 18,2 | |
80 (50) | 39,6 | ■■ 0,1.7 | 10,6 | 12 . | 408 | 18,1 | |
69 (43) | 34,1 | 0,23 | 12,5 | 51 | 165 | 20,0 | |
Leerl·. | 37,6 | 0,17 | 11,9 | 75 | 150 | 17,3 | |
80 (50) | 5 | 41,9 | 0,18 | 10,8 | 12 | 305 | 18,2 |
72 (44, | )■ 36,8 | 0,21 | 11,55 | 35 | 97 | 19,7 | |
Leerl. | 37,4 | 0,25 | 11,9 | 125 | 113 | 18,5 | |
80 (50) | 42,2 | 0,18 | 11,0 | 16 | 385 | 18,2 | |
72 (45) | 39,1 | 0,20 | 11,55- | 35 | 205 | 19,3 | |
Leerl. | 36,1 | 0,10 | 11,4 | 88 | 150 | 18,7 | |
80 (50) | 41,8 | 0,14 | 11,5 | 18 | 335 | 18,4 | |
Leerl. | 35,6-40, | 8 0,09 | 28 | 128 | 18,4 | ||
-16-
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19. Juli 197^ - 16 - . 2435
Bei der Auswertung dieser Ergebnisse muss berücksichtigt werden, daß die Untersuchungen nur zum Zwecke der Erstellung von Konstruktionsrichtlinien
durchgeführt worden sind und daß ein mit einem solchen Vergaser ausgerüstetes Automobil bei derartig
mageren Gemischen nicht gefahren werden kann. Zum Vergleich sei hoch angegeben j daß vor Anwendung der erwähnten Vorschriften
über die Abgasentgiftung ein normaler Automobilmotor in gu-,
tem Zustand im Mittel ungefähr 900 ppm unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC)5 3,9# Kohlenstoffmonoxid (CO) und ungefähr 1075 ppm
Stickoxide (NO ) im Normalbetrieb bei Kraftstoff-Luft-Verhältnissen
in der Grössenordnung von ungefähr 14 bis 15 · 1 erzeugt hat. Die Vorschriften verlangen für Automobile der Baujahre
1975 und 1976 (entsprechend umgerechnet) für einen normalen Acht-Zylinder-Motor 37 Ppm HC, 0,2% CO und (für 1976) 110 ppm
NOx.
Aufgrund der vorstehenden Daten, des Aussehens des Aerosols
(wenn das Gemisch durch ein transparentes Zuführungsrohr betrachtet
wird) und des Betriebsverhaltens eines hiermit ausgerüsteten Automobils ist .der Einsatz (b) geringfügig besser in Bezug
auf Schadstoffemissionen als der Einsatz (d), beide sind dabei deutlich besser als die übrigen Einsätze bei Fahr- oder
Geschwindigkeitsbedingungen, während das System nach (f) die besten Emissionswerte bei Leerlauf erbrachte. Der niedrigste
Entdrosselpunkt wurde mit dem Einsatz (e) erzielt. Der primäre Diffusor arbeitete daher einwandfrei bei einem halben Öffnungs-.
winkel im Bereich zwischen ungefähr 2 1/2 und 5 (der eingeschlossene
Winkel also in dem Bereich zwischen 5 und 10 ), wobei der halbe.Öffnungswinkel des sekundären Diffusorteiles
zwischen ungefähr 20 und 30 liegen sollte. Gleichzeitig
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arbeitete eine Auslegung des halben Öffnungswinkels des Einganges
zwischen 20 und 70 einwandfrei. Zusätzlich zu den bei
den einzelnen Ausbildungen beobachteten Unterschieden in der Arbeitsweise wurde festgestellt, daß die mit dieser Vorrichtung
in dem Einlassverteiler der Brennkraftmaschine erzielten Vakuumwerte
grössenordnungsmässig um 25 bis 50 mm. Hg höher -lagen als
die bei Verwendung eines üblichen Vergasers für gewöhnlich auftretenden Vakuumwerte.. Allein diese Tatsache ist bereits ein.
Anzeichen für eine wirksamere Kraftstoffverbrennung innerhalb
dter Brenn kraftmaschine.
Bei dem Einsatz (e) wurde der eingeschlossene Diffüsorwinkel
verändert und der' Einfluss dieser Veränderung auf den Entdir'oss'elpunkt
bestimmt.. Die Ergebnisse dieser Untersuchung, sind
in Tabelle II
Ä.B; E- L L E- II
G.Q?'ad<
(mm. Hg:)
3&
Ti
4!^li . ■ 66
5*3
66
7,3
! - ■ 56
66
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Wie ersichtlich, tritt der niedrigste Entdrosselpunkt bei einem eingeschlossenen Öffnungswinkel des primären Diffusorteiles
zwischen ungefähr 6 1/2° und 9° auf.
Auch bei dem Einsatz (d) wurden zusätzliche Daten bestimmt 5,
die in den Tabellen III und IV" zusammengestellt sind..
T A, BE- L L E III
(11 PS indizierte
Br iEf einheit 2 Ί»1.. Ψ&
Sfti Ö! £8 Iff« # # 1^1 3? Ί
resciiwinidiigtre-it 5. km/h; - : $& ®& - 8!Q; .@Θ>
t&kmm, Cmm-HIg); . 55*.& . 27,9 -5-5,^ -.29^2;
:ö^ % '- ®>,Μ ©»17 G:»12 - ;■ ..-O^li
[S*» pfm; . 8; . 12 - ... .12. . . . 12
,■: Pf λε . ■ , 355- 15© ■
A/F 18^7- . 19)^9)
Λ JJO 792 m
a - I63
ig. Juli 197') - 19 -
TABELLE IV
(27 PG indizierte Strassenleistung)
Prüfeinheit 2 bbl. Vergaser
Geschwindigkeit, km/h 79 76 72 79 76 72+
Vakuum, (mm Hg) 22,6 20,3 17,8 18,8 17,5 15,2
CO, 'S 0,13 0,16 0,19 0,17 0,20 0,30
CO,,, % 11,2 10,9 10,^ 11,0 10,9 10,6
HC, ppm 8 10 28 10 12 68
Μ0χ, ppm 520 29Ο 120 69Ο 6ΟΟ 290
A/I·1 19,2 19,6 20,3 19,1J 19,7 19,9
Fehlzündungen
Die Ergebnisse der Tabelle IV sind von besonderer Bedeutung, da
sie einen Vergleich dör beiden Systeme im Voileistzustand ermöglichen,
wo die höchsten Konzentrationen und die grössten. Ausstossmengen an NO gebildet werden. Wiederum muss berücksichtig-t
werden-, daß es sich hier um Versuche im eingeschwungenen-Zustand
handelt und daß ein entsprechend ausgerüstetes Automobil bei solchen Kraftstoff-Luft-Verhältnissen nicht gefahren
werden kann. Trotzdem kann festgestellt werden, daß die Prüfeinheit insofern eine beträchtlich bessere Leistung
bietet, als sie einen niedrigen Ausstoss an RO besitzt. Weil der mit dem Normalvergaser ausgerüstete Wagen bereits bei einem
Kraftstoff-Luft-Verhältnis von 19,9 Fehlzündungen aufwies,
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ermöglicht die vorliegende Prüfeinheit einen erheblich magereren Betrieb. Weiterhin liegen die Vakuumwerte im Einlassverteiler
bei der vorliegenden Vorrichtung um 25 bis 38 mm Hg höher, was
auf einen entsprechend ansteigenden Wirkungsgrad bei der Verbrennung hinweist.
Schliesslich wurde die Ausführungsform der Fig. 6 (f) in einem
Ford Galaxy 500 des Jahres 1971 eingebaut, und getestet. Dabei
gelangte man, unter Verwendung der 1972er CVS Kaltstartbedingungen
und einer Trägheitsbelastung von ^500 US-Pfund bei etwa
Ik PS zu Emissionsergebnissen, die in der nachfolgenden Tabelle
mit Basisdaten verglichen werden:
Kohlenwasserstoff CO NO Mei_" Gramm pro Meile Gramm pro Gramm pro pro
Meilen pro Meile Meile Gallone
+Basiseinheit I3 95 - 3^,9 kA . 10,4
Testeinheit 0,93 6,35 I3I 11,5
Daten, wie sie von dem Fahrzeughersteller in Übereinstimmung mit dem kalifornischen Standard geliefert werden.
In den Fig. 7 bis 9 ist schliesslich -noch ein weiteres Aüsführungsbeispiel
der Erfindung dargestel.lt, das im wesentlichen einer kinematischen Umkehrung der bisher besprochenen ersten
Ausführungsbeispiele entspricht. Im Gegensatz zu der früheren
Konstruktion 55, bei welcher die Klauenglieder 63 und Sk relativ
zueinander und relativ zu. den stationären Plattenteller] · oder
Plattenwänden Gl und 62 bewegbar oder verschiebbar sind, werden
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bei diesem Grundaufbau 55' Wandteile 6ll und 62* verwendet, die
relativ zueinander und zu stationären Klauengliedern 63' und.64·
in einer vorgegebenen Ebene bewegbar sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel verbleibt der Venturi-Querschnitt, so wie er zwischen
den Klauengliedern definiert ist, unverändert und konstant, während der Flussbereich durch den Durchlass 56 durch Längsverschiebung
einer oder beider der dazwischenliegenden Wandbereiche variiert wird. Wie zuvor wird auch hier der Venturi-Flussbereich
im Zusammenhang mit den Betriebsanforderungen des Motors vergrössert
und verkleinert, ähnlich wie dies bei den anderen, weiter vorn schon erläuterten Komponenten der Fa.ll ist.
Im Vorstehenden ist eine neuartige Einrichtung für die Bereitstellung des Verbrennungs-Gemisches für eine Brennkraftmaschine
beschrieben worden, welche den Schadstoffausstoss in den Abgasen der Brennkraftmaschine deutlieh verringert. Durch Bildung eines Strömungskanals in der Vorrichtung nach Art einer-Venturi-Düse,
deren Querschnitt leicht, verändert werden kann*
Um die Betriebsanforderungen der Brennkraftmaschine, zu erfüllen,,,
ist die Vorrichtung trotz einfachen Aufbaus äusserst wirkungs-Voll
und erzielt damit ein-Ergebnis, nach detn sowohl die Industrie als auch entsprechende Regierungsstellen; schon lange
gestrebt haben« Die Veränderung des Querschnittes der Venturi-Dtlse
kann natürlie-h durch eine- ganze Anzahl der bekannten Betätigungsgrieder
für die Drosselklappe erfO-lgen» es, muss, lediglich
eine sorgfältig geregelte seitliche Verschiebung eines oder
beider beweglicher klaüenförmiger Glieder oder alternativ der
Wandbereiche relativ zueinander sichergestellt isein. Die seit'
liehe VerSchiebung; der beweglic-hen Glieder verändert dabei nurden
Strömungscjüerschriitt des Strömuhgskanals:. Die Winkel Verhältnisse b,el den beweglichen Gliedern, welche die allgemeine
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Form des Strömungskanals bestimmen, bleiben bei einer solchen
Verschiebung jedoch konstant.
Trotz ihrer Einfachheit verbindet die beschriebene Vorrichtung die Punktionen der Kraftstoffzerstäubung, der Mischung mit der
Verbrennungsluft und der Steuerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses
In einer einzigartigen Anordnung, die geeignet ist, den Schadstoffausstoss in den Abgasen zu reduzieren, wobei gleichzeitig
das Fahrvermögen eines entsprechend ausgerüsteten Automobiles und die Wirtschaftlichkeit unverrlngert beibehalten
oder gar verbessert werden. Mit Hilfe einer kritisch dimensionierten
Venturi-Düse wird bis zu relativ niedrigen -Vakuumwertenam
Entdrosselpunkt in der HalsVerengung Schallgeschwindigkeit aufrechterhalten.
Dadurch wird ein hoher Zerstäubungsgrad über einen grösseren Bereich eier Vakuumwerte im Einlassverteiler erzielt,
als es bei den üblichen Vergasern bisher möglich war.
Dies hat zu einer verbesserten Gemischbildung, zu einer gleichmassigeren
Aufteilung des Gemisches auf die einzelnen Zylinder und zu einem mageren Gemisch geführt, was den geringeren
Schadstoffausstoss bei sehr viel günstigeren Kosten zu erzielen
gestattet als dies andere, dem. gleichen Zwecke dienende
Vorrichtungen ermöglichen.
Während bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Mlsch-
und Dosiervorrichtung an dem Einlassverteiler einer Brennkraftmaschine
angeschlossen war, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt
j weil diese Vorrichtung auch für die Versorgung eines
oder einzelner Zylinder geeignet ist. Weiterhin jst diese Vorrichtung
auch nicht auf die Verwendung In einer Brennkraftmaschine beseoiränkt-, sondern kann amen- irtlt anderen derartigen
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Einrichtungen verwendet werden, die in einem grossen Betrietisdruckbereich
ein feinverteiltes Flüssigkeits-Gas-Gemisch frenötigen.
- 24 8ί/
0 31 2 ,,.■■-.;.
Claims (1)
- a -°i632 m " 2A3504019. Juli I974 - 24 -Patentansprüche :1. Vorrichtung zum Zuführen eines Gemisches aus einer feinverteilten Flüssigkeit und einem Gas zu der Einlassöffnung einer Einrichtung zum Verwerten dieses Gemisches nach Patentanmeldung P 23 16878.7, gekennzeichnet durcha) ein Gehäuse (55) mit einem einen Gaseinlass (82) umfassenden Strömungskanal (56) der von einem Paar zueinander im Abstand angeordneter paralleler Wandteile (61', 62') gebildet ist und der Gas von einer Quelle aufzunehmen vermag, welche Gas von einem Druck besitzt, der wesentlich grosser ist, als der in der Einlassöffnung (12) der Einrichtung (14) zum Verwerten des Gemisches jeweils herrschende Druck,b) eine Anzahl in dem Gehäuse (55) im Abstand voneinander und einander jeweils gegenüberliegend angeordneter Glieder' (631, 64f ), die in dem Strömungskanal (56) eine Venturi-Düse bilden,c) eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung (40, 94), welche die zu vermischende Flüssigkeit aufzunehmen und sie im wesentlichen gleichmässig in die'Strömungsbahn des von dem Gaseinlass (82) aufgenommenen Gases einzuführen vermag, undd) eine Einstellvorrichtung (69 bis 78, 93, 96 bis 100) zum Verändern des Venturi-Flussbereiches in dem Strömungs-- 25 -509808/03T2A 40 792 m19. JuIi 1974 - 25 -kanal (56) in Abhängigkeit von dem Bedarf der Einrichtung (I1I) zum Verwerten des Gemisches, wobei mindestens eines der Wandteile (öl1,. 62') zwangsläufig verschiebbar ist.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandteile in gegenseitiger Abhängigkeit verschiebbar sind.3. Vorrichtung nach Anspruch .1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder (631, 61I1). paarweise symmetrisch zueinander, ausgebildet und einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ihre einander zugewandten Oberflächen (65, 66) die Venturi-Düse bilden, und daß mit der Einstellvorrichtung (69 bis 78, 93 3 96 bis 100) mindestens jeweils .eines der Wandteile (öl1, 62') senkrecht zu der Achse des Strömungskanales (56) verschiebbar ist.4. . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurchgekennzeichnet j daß die Venturi-Düse an der Stelle der Plüssigkeitseinführung oder stromabwärts davon einen Halsbereich (88) aufweist, der eine ausreichende Verengung des Strömungskanales (56) bildet, um die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches bei einer kritischen Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck an der Quelle und dem Druck in der Einlassöffnung (12) der Einrichtung (14) zum Verwerten des Gemisches bis auf die Schallgeschwindigkeit zu erhöhen, sowie stromabwärts von dem Halsbereich (88) einen Diffusor (89* 9O)"besitzt, welcher- 26 -50 9808/031219. Juli 1974 - 26 -zur Einspeisung des Gemisches mit der Einlassöffnung (12) der Einrichtung (I1I) zum Verwerten des Gemisches verbindbar ist und eine derartige Erweiterung des Strömungskanales- (56) bildet, daß die kritische Drückdifferenz , bei der in dem Halsbereich (88) Schallgeschwindigkeit erzielt wird, beträchtlich verringert wird.5. Vorrichtung nach Anspruch 1J, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle Luft von Atmosphärendruck besitzt und der Druck in der mit dem Diffusor (89, 90) verbundenen Einlassöffnung (12) der Einrichtung (14) zum Verwerten des Gemisches ein Vakuum ist, das bis herab zu einem Schwellwert von ungefähr 150 mm Quecksilbersäule in dem Halsteil (88) den für die Erzielung von Schallgeschwindigkeit erforderlichen kritischen Druck erzeugt.6. Vorrichtung nach Anspruch 5 zum Erzeugen und Dosieren eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verwerten des Gemisches eine Brennkraftmaschine (I1O ist und die Einstellvorrichtung (69 bis 78, 93, 96 bis 100) außerhalb des Gehäuses (55) angeordnete Betätigungsglieder (69, 70) besitzt, die mit der Drosselbetätigung der Brennkraftmaschine (I1J) in Wirkverbindung setzbar sind.7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (89, 90) einen primären Diffusortell (89) unmittelbar stromabwärts von dem die Verengung der Venturl-Düse bildenden Halsteil (88) und- 27 -509808/0312Λ ^O 792 ma - 16319. Juli 1974 - 27 -einen sekundären Diffusorteil (90) unmittelbar "stromabwärts von dem primären Diffusorteil (89) aufweist.R. Vorrichtung nach Anspruch Ί > dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Diffusorteil (.89) einen halben Öffnungswinkel in dem Bereich zwischen 2-1/2 und 5 besitzt.9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Diffusorteil (89) in Strömungsrichtung eine Länge von mindestens 28 mm besitzt.10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9j dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Diffusorteil (90) einen halben Öffnungswinkel in dem Bereich zwischen 20° und 70° besitzt.11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffosor (89, 90) einen Erweiterungswinkel aufweist, der herab bis zu Vakuumwerten am Entdrosselungspunkt von ungefähr 75 mm Quecksilbersäule in dem Hälsteil (88) die Erzielung von Schallgeschwindigkeit gestattet.12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (69 bis 78, 93, 96 bis 100) mindestens eine durch die Betätigungsglieder (69, 70) verdrehbare Kurvenscheibe (75, 76) aufweist, sowie eine Mitnehmerrolle (78), die auf der Leitkurve der Kurvenscheibe (75j 76) aufsitzt und zur Verschiebung eines beweglichen Gliedes (63, 64) abhängig von der Verdrehung der Kurvenscheibe (75> 76) mit dem beweglichen Glied (635 64) verbunden ist.509808/031 22g .Leerseite
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