DE2521076C2 - Vorrichtung für die Gemischbildung für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Gemischbildung für Verbrennungsmotoren, mit einem Einlaßkanal, einem Drosselventilglied im Einlaßkanal und einer Kraftstoffzufuhröffnung in der Wandung des Einlaßkanals stromauf des Drosselventilgliedes (wobei die Kraftstoffzufuhröffnung mit einer unter Atmosphärendruck stehenden Kraftstoffquelle verbunden ist).

Es sind zahlreiche verschiedene Vorrichtungen für die Gemischbildung für Verbrennungsmotoren bekannt. Die bekannten Vorrichtungen weisen eine zu geringe Flexibilität im Hinblick auf ihren Einsatzbereich auf. Auch hinsichtlich ihrer optimalen Betriebsbedingungen sind die bekannten Vorrichtungen zu eng ausgelegt. Außerdem weisen die bekannten Vorrichtungen den Nachteil auf, daß die Zerteilung des Kraftstoffs häufig ungenügend ist und sie zusätzlich einen ungünstig hohen Druckabfall verursachen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die gattungsgemäße Vorrichtung für die Gemischbildung für Verbrennungsmotoren so auszubilden, daß sie bei einfacher, robuster und billiger Konstruktion einen hohen Wirkungsgrad in einem ungewöhnlich breiten Betriebspuramcterbereich ermöglicht und gewährleistet.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Unterdruckwelle des Ansaugtaktes vom Saugkanal stromauf des teilweise oder ganz geöffneten Drosselventilgliedes sich fortbewegt und die Kraftstoffmenge durch die Zufuhröffnung in den Einlaßkanal konstanten Querschnitts bestimmt.

Hierbei kann die Querschnittsfläche des Einlaßkanals die Druckamplitude der Unterdruckwelle bestimmen, und die Länge des Einlaßkanals kann den Zeitunterschied zwischen der Unterdruckwelle und ihrer Reflektion vom offenen Ende des Einlaßkanals zur Kraftstoffmengenbemessung durch die Unterdruckwelle bestimmen.

Vorzugsweise ist wenigstens eine einen geeigneten

Strömungswiderstand aufweisende öffnung in der Wandung des Einlaßkanals vorgesehen, um mehr als eine Reflektion der Unterdruckwelle pro Ansaugtakt zu verhindern.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, die einen einwandfreien Betrieb in einem breiten Betriebsparameterbereich gestattet, die praktisch keinen Druckabfall verursacht und die zu einer erheblichen Verminderung der Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und von Kohlenmonoxid führt Die erfindungsgemäße Vorrichtung macht es auch möglich, daß das Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnis je nach Erfordernis in weitesten Bereichen veränderbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich für Verbrennungsmotoren aller Art, insbesondere für Kolbenmotoren, Rotationskolbenmotoren, und zwar sowohl für Zweitaktmotoren als auch für Viertaktmotoren. Sie ist auch für Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern anwendbar. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Optimierung der Menge des zugeführten Kraftstoffs und gleichzeitig der höchstmögliche Zerteilungsgrad des Kraftstoffs erzielt werden. Sie zeichnet sich durch eins einfache und robuste Konstruktion und durch ein verbessertes Ansprechverhalten bei veränderter Drosselsituation aus. Sie ermöglicht eine optimale Kraftstoffausnutzung und kann relativ preisgünstig montiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung macht von Druckwellen sowohl für den Kraftstoffeinlaß als auch die Kraftstoffzerteilung Gebrauch.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung und

F i g. 2 einen weiteren Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.

In den Figuren ist eine Vorrichtung 21 für die Gemischbildung für Verbrennungsmotoren nach der Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung 21 besteht aus einem Gehäuse 22 und einem Fußteil 23. Führungsstifte 24 verbinden das Gehäuse 22 mit dem Fußteil 23.

Das Gehäuse 22 ist mit einer Bohrung 28 versehen und wird von einer Ausnehmung 29 (F i g. 2) mit einem Drosselventilglied 31 durchsetzt. Das Ventilglied 31 ist als Platte ausgebildet und mit einer Bohrung 32 versehen, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser hat wie die Bohrung 28. Das Fußteil 23 ist mit einer Bohrung 33 versehen, die mit der Bohrung 28 fluchtet und stromab in den Saugkanal übergeht. Das Ventilglied 31 kann zwischen einer voll geöffneten und einer geschlossenen Drosselstellung verschoben werden, in der das Ventilglied 31 jede Verbindung zwischen den Bohrungen 28 und 33 vollständig verschließt.

Das Ventilglied 31 kann gegen die Kraft der Feder 36 durch ein Seil 41 verstellt werden.
Ein Rohr 46 mit konstantem Querschnitt weist einen Einlauftrichter 48a auf. Das Rohr 46 weist einen lichten Innenkanal 48 auf, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Bohrung 28 bzw. der Bohrung 33 im Fußteil 23 ist. Dieser Innenkanal 48 stellt den Einlaßkanal dar und bildet zusammen mit den beiden anderen Bohrungen eine Anordnung, die als »Wellenleiter« bezeichnet werden kann und sich durch die gesamte Vorrichtung hindurch erstreckt. Die Bemessung dieses Wellenleiters ist im folgenden näher beschrieben.

Eine Kraftstoffzufuhröffnung ist stromauf des Drosselventilgliedes 31 vorgesehen.

Über eine Kraftstoffdüse 51 steht der Ansaugkanal mit dem Kraftstoffbehälter 57 in Verbindung.

Der Kraftstoffbehälter 57 ist mit einer Kappe 61 verschlossen. In der Kappe 61 ist ein kleine·; Belüftungsloch 63 zur Belüftung des Inneren der Kammer 56 zur Atmosphäre ausgebildet Der Kraftstoffzuiauf erfolgt über eine Zulaufleitung 66. Die Zulaufleitung 66 ist an der Mündung konisch verjüngt, wobei die konische Verjüngung in eine kleine Einlaßöffnung 67 ausläuft Durch die Kappe 61 ragt ein Steuerrohr 68 in den Kraftstoffbehälter 57. Die Mündung des Steuerrohres 68 ist verjüngt und läuft in einer kleinen öffnung 69 aus. Weiterhin ist eine Abzugsleitung 71 vorgesehen, deren Mündung sich in das Innere des Behälters öffnet Die Zulaufleitung 66 ist so angeordnet daß sie normalerweise unterhalb des Brennstoffspiegels in der Kammer 56 liegt Das Steuerrohr 68 ist so angeordnet daß seine öffnung 69 im wesentlichen auf der gleichen Pegelhöhe mit der öffnung 53 liegt, so daß der Kraftstoffspiegel im Behälter gerade die Höhe der öffnung 53 erreicht. Die Abzugsleitung 71 ist so angeordnet daß sie bei normalem Betrieb über dem Kraftstoffspiegel im Behälter 57 liegt

In Betrieb fließt unter dem Einfluß der Schwerkraft der Kraftstoff durch die Leitung 66 so lange in die Kammer 56, bis die öffnung 69 des Steuerrohres 68 in den Kraftstoff eintaucht so daß die öffnung 69 durch den Kraftstoff abgeschlossen wird.

Sobald die öffnung 68 des Steuerrohres 68 verschlossen ist gelangt keine Luft mehr aus dem Raum über dem Spiegel des Kraftstoffs im Tank, so daß sich rasch im Tankraum ein Unterdruck ausbildet, der ein Nachfließen des Kraftstoffs über die Leitung 66 vom Tank in den Behälter 57 verhindert. Der Kraftstoff wird aus der Kammer 56 durch die öffnung 53 in den Einlaßkanal portioniert.

Der Kraftstoff fließt also so lange in den Kraftstoffbehälter nach, bis die Spitze des Steuerrohres durch den angestiegenen Kraftstoffspiegel verschlossen und im Gasraum im Tank ein Unterdruck ausgebildet ist. Die Druckdifferenz zwischen der Atmosphäre und dem Gasraum im Kraftstofftank ist durch die Kraftstoffdichte im Tank, multipliziert mit der Fallbeschleunigung, multipliziert mit der Pegeldifferenz der Flüssigkeitsspiegel im Kraftstofftank und im Kraftstoffbehälter bestimmt.

Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, daß im Kraftstoffbehälter der Kraftstoffspiegel auf einem Pegel steht, der die Öffnung 53 gerade in der Weise erreicht, daß der Kraftstoff bei Durchlauf einer Druckwelle im Wellenleiter in und durch die öffnung 53 gesaugt werden kann.

Bei Verwendung von Benzin als Kraftstoff haben die Zulauföffnung 67 und die Steueröffnung 69 vorzugsweise gleiche oder zumindest näherungsweise gleiche Durchmesser. Durch Abstimmen der Öffnungsquerschnitte und der Oberfläche des Kraftstoffspiegels im Kraftstoffbehälter kann ein praktisch vollkommen gedämpftes und überschwingfreies Regelverhalten mit höchster Genauigkeit im Bereich vorgegebener Kraftstoffzulaufleistungen eingestellt werden.

Als Einlaß zur Kraftstoffdüse 51 hat sich eine konisch geformte Einlaßausnehmung52 besonders bewährt. Die öffnung 53 weist vorzugsweise ein Verhältnis axiale Länge zu Durchmesser von 0,7 auf. Der lichte Querschnitt der Bohrung oder des Zulaufkanals 54 ist vorzugsweise mindestens zehnmal größer als die Querschnittsfläche der Öffnung 53.
Die Funktion der Vorrichtung 21 ist wie folgt: Wenn das Ventilglied 31 vollständig geöffnet ist, wird ein Wellenleiter mit praktisch konstantem Querschnitt ausgebildet, der sich vom Ansaugkanal 33 des Verbrennungsmotors bis zur Atmosphäre erstreckt. Durch den Ansaugtakt entsteht eine Druckwelle. Die Druckwelle pflanzt sich mit der Schallgeschwindigkeit in Luft durch den Ansaugkanal 33 bis hin zum Wellenleiter und der ίο Atmosphäre fort Der Wellenleiter wird dabei so bemessen, daß der Wellendruck nicht mehr als 10% vom Atmosphärendruck abweicht

Während die Druckwelle sich stromauf im Luftstrom bewegt saugt sie beim Vorbeilaufen am Kanal 54 Kraftstoff durch die Öffnung 53, der zu feinsten Tröpfchen zerteilt von der bewegten Luftsäule mit in die Verbrennungskammer über dem Kolben geführt wird. Die Menge an zerstäubtem Brennstoff ist eine Funktion der Wirkungsdauer der Druckwelle und direkt durch die Länge des Wellenleiters bestimmt. Die auslaufende Druckwelle besitzt genau den richtigen Druckgradienten, um Kraftstoff durch die Öffnung 53 hindurch zu bemessen und den angesaugten Kraftstoff so feinstzuverteilen, daß er durch den Luftstrom in den Motor gelangt. Die auslaufende Druckwelle pflanzt sich so lange stromauf fort, bis sie das Ende des Rohres erreicht. Zu diesem Zeitpunkt entsteht eine Reflexionswelle mit entgegengesetztem Druckvorzeichen, die sich als einlaufende Welle ausbreitet. Da diese einlaufende Druckwelle den umgekehrten Druckgraaienten besitzt, ist sie nicht in der Lage, beim Vorbeilaufen am Kanal 54 Kraftstoff durch die öffnung 53 hindurch zu fördern. Die einlaufende Druckwelle hat auch auf den bereits von der auslaufenden Druckwelle durch die öffnung 53 hindurch geförderten Kraftstoff keinen Einfluß mehr, da der zerstäubte Kraftstoff bereits in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine getragen worden ist. Diese Bedingung ist in jedem Fall und stets er! jllt, da die auslaufende und die einlaufende Welle entgegengesetztes Vorzeichen haben und in jedem Fall zeitlich verzögert aufeinanderfolgen.

Der zeitliche Unterschied, mit dem die einlaufende Welle den Kraftstoffzulaufkanal 54 erreicht, ist durch die Länge des Rohres und die Schallgeschwindigkeit in Luft bestimmt. Die Länge des Wellenleiters (Rohres) ist vorzugsweise so bemessen, daß die für einen vollständigen Schallumlauf erforderliche Zeit im Wellenleiter in Luft näherungsweise der Zeitspanne entspricht, die für eine Drehung der Motorkurbelwelle um etwa 40° bei der höchsten nutzbaren Motordrehzahl benötigt wird.

Bei der Auslegung des Wellenleiters ist weiterhin zu beachten, daß der Kraftstoffzerteilungsgrad in die Ansaugluft eine Funktion der relativen Geschwindigkeit zwischen der Luft und dem flüssigen Kraftstoff ist. Wenn diese Geschwindigkeit einen merklichen Bruchteil der Schallgeschwindigkeit erreicht hat, nehmen sowohl der mittlere Tröpfchendurchmesser als auch die Verteilungsbreite der Tröpfchendurchmesser in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung des Kraftstoffs stark bis auf sehr kleine Werte ab. Aus diesem Grund wird der Kraftstoff vorzugsweise bei möglichst im Schallgeschwindigkeitsbereich liegenden Geschwindigkeiten zerstäubt, um so einen maximalen Zerteilungsgrad des flüssigen Kraftstoffs zu bewirken. Die zurückkehrende einlaufende Druckwelle wird so beendet, daß keine weiteren Druckwellen auftreten. Zu diesem Zweck ist ein viskoser akustischer Widerstand in Form eines Schlitzes 101 (Fi e. 2 und 4) im Fußteil 23

ausgebildet. Der Schlitz 101 erstreckt sich über die Breite des Fußteils 23 und öffnet sich zu beiden Seiten in die Atmosphäre. Die Breite des Schlitzes ist nur geringfügig breiter als der Innendurchmesser des Wellenleiters. Der Schlitz 101 dient als Sperrschlitz und absorbiert die einlaufende Druckwelle in der Weise, daß keine weiteren Reflexionsdruckwellen mehr auftreten. Dadurch ist gewährleistet, daß jede Druckwelle nur einen Umlauf im Wellenleiter durchführen kann. Weitere Reflexionen der Druckwelle sind dadurch unterdrückt, um die Linearität der Kraftstofförderung über den gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors nicht zu stören. Vorzugsweise ist der Schlitz 101 in der in den Figuren dargestellten Weise unmittelbar angrenzend an die Bohrung 33 ausgebildet und öffnet sich in diese.

Um eine zu starke Gemischanreicherung bei halboffenem Drosselventilglied zu vermeiden, ist im Gehäuse 22 im Bereich der Längsachse der Ventilglieder ein feiner Schlitz 102 vorgesehen, der in die Ausnehmung 29 mündet und über eine Bohrung 103 mit der Atmosphäre verbunden ist.

Während des Betriebs kann die Vorrichtung 21 in praktisch jeder beliebigen Stellung auf der Verbrennungskraftmaschine angebracht sein. So kann der Wellenleiter beispielsweise sowohl als seitliches als auch als abwärts gerichtetes Ansaugrohr ausgebildet sein. Zu beachten ist dabei lediglich, daß der Kraftstoffversorgungsbehälter und die mit diesem zusammenwirkende Öffnung so gelagert sind, daß der Kraftstoffspiegel gerade die Öffnung erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für die Gemischbildung für Verbrennungsmotoren, mit einem Einlaßkanal, einem Drosselventilglied im Einlaßkanal und einer Kraftstoffzufuhröffnung in der Wandung des Einlaßkanals stromauf des Drosselventilgliedes (wobei die Kraftstoffzufuhröffnung mit einer unter Atmosphärendruck stehenden Kraftstoffquelle verbunden ist), dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckwelle des Ansaugtaktes vom Saugkanal (33) stromauf des teilweise oder ganz geöffneten Drosselventilgliedes (31) sich fortbewegt und die Kraftstoffmenge durch die Zufuhröffnung (53) in den Einlaßkanal (48) konstanten Querschnitts bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Einlaßkanals (48) die Druckamplitude der Unterdruckwelle bestimmt und die Länge des Einlaßkanals (48) den Zeitunterschied zwischen der Unterdruckwelle und ihrer Reflektion vom offenen Ende des Einlaßkanals (48) zur Kraftstoffmengenbemessung durch die Unterdruckwelle bestimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine einen geeigneten Strömungswiderstand aufweisende öffnung (101) in der Wandung des Einlaßkanals (48) vorgesehen ist, um mehr als eine Reflektion der Unterdruckwelle pro Ansaugtakt zu verhindern.