DE2529752C2

DE2529752C2 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Luft-Flüssigbrennstoff-Gemisches für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2529752C2
Application number: DE2529752A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Ronald Lakewood Calif. Armstrong; Lester Porter Irvine Calif. Berriman; Robert Dixon Corona Del Mar Calif. Englert
Original assignee: Dresser Inventments NV
Current assignee: Dresser Inventments NV
Priority date: 1974-07-03
Filing date: 1975-07-03
Publication date: 1982-07-22
Also published as: GB1517002A; FR2277242A1; DE2529752A1; JPS5125633A; BE830294A; CA1032042A; GB1517001A; FR2277242B1; IT1040770B; JPS5412577B2; US3965221A

Description

Die Erfindung be/ieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Lufi-Flüssigbrennstoff-Gemisches für Brennkraftmaschinen mit einem Ansaugkanal, der eine sich zum Engquerschnitt hin verengende Eintrittszorie beinhaltet, deren Querschnitt in Abhängigkeit von Lastbedingungen der Brennkraftmaschine veränderbar ist sowie eine sich erweiternde Austrittszone aufweist und Mittel zur analogen Veränderung des Engquerschnitts und eine Brennstoffmeßvorrichtung umfaßt, einer Brennstoffdüse im Ansaugkanal, über die Brennstoff eingespeist wird.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (DE-OS 10 506). Der Ansaugkanal bildet einen Venturi-Abschnitt. Der Engquerschnitt wird mit Hilfe eines Strömungskörpers verändert, der als willkürlich einstellbares Drosselorgan vorgesehen ist. Im Engquerschnitt wird unter allen Betriebsbedingungen Schallgeschwindigkeit aufrechterhalten. Zur Erzielung einer gleichmäßig feinen Zerstäubung des Brennstoffes ist eine ausgeprägte Schockwelle erwünscht, welche dann erhalten wird, wenn der Druck im Diffusorabschnitt des Venturiabschnitts wieder auf einen hohen Wert gebracht wird, nach Möglichkeit auf den Eingangsdruck des Venturiabschnitts. Ist dies nicht in ausreichendem Maße der Fall, kommt es zur Agglomeration von Brennstofftröpfchen im Diffusorabscihnitt, insbesondere im Lecrlaufbcreich.

Bei der bekannten Vorrichtung erfolgt die Brennstoffzuniessurif: proportional zum Engquerschnit¹. wobei der Engquerschnitt wiederum eine Funktion der Betriebsanforderung der Brennkraftmaschine ist. Dadurch soll gewährleistet werden, daß der zugemessene Brennstoff jeweils im richtigen Verhältnis zur zugeführten Luftmenge steht. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn sich der atmosphärische Druck nicht ändert. Der atmosphärische Druck ändert siich nicht nur klima- bzw. wetterbedingt, sondern auch entsprechend der Höhe, in der sich die Brennkraftmaschine — etwa innernalb eines

ίο Fahrzeugs — befindet. Nimmt beispielsweise der atmosphärische Druck ab, nimmt auch die Luftdichte der durch den Ansaugkanal slrömenden Luft ab und verändert mithin das Luft-Brennstoff-Verhältnis.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

ti Vorrichtung zur Erzeugung eines Luft-Flüssigbrennstoff-Gemisches für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der bei Schallgeschwindigkeit im Engquerschnitt des Ansaugkanals das Verhältnis von Luft zu flüssigkeit im wesentlichen konstant ist, unabhängig von Schwan-

^o kungen des Atmosphärendruckes.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der variablen Venturidüse deren Strömungskanal von zwei im Abstand einander gegenüberliegenden, stationären Backen und zwei im Abstand einander gegenüberliegenden, zumindest teilweise ebenen Backenteilen gebildet wird, wobei letzte.? relativ zueinander bewegbar sind, ferner, daß eine Druckmeßvoriirhtung vorgesehen ist, die den Druck in der Eintrittszone mißt und die

JO Zündeinrichtung für den Brennstoff in Abhängigkeit von diesem Druck steuert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Brennstoffzumessung streng proportional zum Engquerschnitt, wobei der Engquerschnitt wiederum eine

Ji Funktion der Betriebsanforderung der Brennkraftmaschine ist. So wird automatisch gewährleistet, daß der zugeführte Brennstoff jeweils im richtigen Verhältnis zur zugeführten Luftmenge steht. Damit nun atmosphärische Druckschwankungen eine .'berücksichtigung fin-

■w den. erfolgt eine Druckmessung an der Stelle, an der das Querschnittsverhältnis von Engquerschnitt zu Meßebene konstant ist. Dadurch ist es möglich, unabhängig von dem jeweils herrschenden Atmosphärendruck ein konstantes Mischungsverhältnis aufrechtzuerhalten.

■»i und zwar unabhängig von den jeweiligen Lastanforderungen der Brennkraftmaschine

Die konstruktive Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist äußerst einfach und unempfindlich, insbesondere im Hinblick auf den für die Erzeugung des

>o gewünschten Mischungsverhältnisses kritischen Leerlauf. Sie ist darüber hinaus in der Lage, Änderungen des Engquerschnitts in kleinen Stufen durchzuführen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Backenteile im Bereich der Eintrittszone einen kleinen

'>> Konvergenzwinkel, parallele Abschnitte im Anschluß daran und einen kleinen Divergenzwinkel in der Austrittszone aufweisen. Bei dieser Ausführungsform liegen konstante Qucrschnittsverhältnisse unabhängig vom jeweils eingestellten Engquerschnitt nur über einen

hfl begrenzten Bereich oberhalb und unterhalb des Engquerschnitts vor. Dies reicht indessen völlig aus, den gewünschten, von atmosphärischen Druckschwankungen unabhängigen Betrieb sicherzustellen.

Von der Bemessung des Diffusors hängt es u. a. ab.

h' wie ausgeprägt die Schockwelle sich unter allen l.astbedingungen ausbildet. Daher sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor. daß die stationären Backen in der Aiisirittszone einen Divcrgen/.winkcl von

2 bis 5° und die übrige Backenteile einen Divergenzwinkel von 0 bis 2" haben.

Es ist zwar bekannt, für einen Doppel- oder Dreifachvergaser eine Temperaturkompensation vorzusehen, bei welcher eine zweite öffnung in die erste öffnung mit Hilfe eines Magnetventil eingebracht werden kann. Für Kaltbetrieb entfernt der Magnet die kleinere öffnung und ermöglicht somit den Durchfluß durch die große öffnung. Bei Betriebstemperatur wird die kleinere Öffnung erneut eingeführt und übernimmt nunmehr die Zumeßfunktion (DE-AS 20 44 704). Auch dadurch erfolgt eine gewisse Druckänderungskompensation, im Gegensatz zur bekannten Vorrichtung ist jedoch kein Venturiabsrhnitt vorgesehen, in dem unter allen Umständen Schallgeschwindigkeitsbedingung herrscht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Vorrichtung nach der Erfindung.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach F i g. Ϊ entlang der Linie 2-2.

Fig.3 zeigt ein Blockschaltbild zum Betrieb einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung 10 zum Mischen von Flüssigbrennstoff und Luft zur Erzeugung eines brennbaren Luft-Brennstoff-Gemisches mit einem konstanten Verhältnis. Sie umfaßt ein langgestrecktes Gehäuse mit einem mittleren Ansaugkanal. Der Ansaugkanal wird durch zwei gegenüberliegende stationäre Backen 12, 14 und zwei gegenüberliegende Backenteile 16, 18 begrenzt. Wie im folgende,-, ausführlicher beschrieben wird, bewegt sich das Backenteil 18 in Richtung auf das stationäre Backenteil 16 zu und von diesem fort, um die Luftmenge zu verändern. Der Ansaugkanal enthält ferner eine konvergierende Eintrittszone 20, einen Engquerschnitt 22 sowie eine divergierende, abströmseitig angeordnete Austrittszone 24. Die stationären Backen 12, 14 sind zusammen mit dem Backenteil 16 und einer Gehäusewand 26 an einer rechteckigen Grundplatte 28 befestigt. welche mit Öffnungen 30 versehen ist. um die Vorrichtung 10 in dem Ansaugstutzen (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine zu befestigen.

Die Innenwände der gegenüberliegenden stationären Backen 12, 14 sind so gefornv, daß sie mit den Backenteilen 16, 18 einen Venturiabschnitt bilden mit der erwähnten Eintrittszone 20. dem Engquerschnitt 22 und der Austrittszone 24. Die Luft tritt in die Vorrichtung 10 in der Eintrittszone 20 ein. Sie wird im Engquerschnitt 22 bis auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt.

Der Flüssigbrennstoff wird an der Brennstofföffnung 34 aufströmseitig vom Engquerschnitt 22 in den mit hoher Geschwindigkeit strömenden Luftstrom eingeführt. Die Brennstofföffnung 34 isi in dem stationären Backenteil 16 angeordnet und an eine Brennstoffquellc (nicht gezeigt) angeschlossen. In der Urennstofföffnung 34 wird eine Nadel 36 aufgenommen, die mit dem beweglichen Backenteil 18 verbunden ist.

Das mit Schallgeschwindigkeit strömende Luft-Brennstoff-Gemisch strömt vom Engquerschnitt 22 in die divergierende abslrömscitigc Auslrittszone 24, in der die kinetische Energie der Strömung in statischen Druck umgewandelt wird. Eine derartige Umwandlung ermöglicht die Aiitrechterhaltung der Schallgeschwindigkeit im Engquerrrbnitt 22 über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine. Somit wird selbst bei sehr niedrigen Vakuumwerten im Engquerschnilt 22 Schallgeschwindigkeit erreicht. Die durch die Vorrichtung 10 hindurchtreiendi Luftmenge wird durch die Lage des beweglichen Backenteils 18 relativ zum

ϊ stationären Backenteil 16 geregelt. Die Verstellung des Backenteils 18 verändert die Fläche des Engquerschnitts, und proportional zum Engquerschnitt unter Schallbedingungen die Luftmenge. Jedoch wird eine gleiche Luftmenge (gleicher Dichte) nur dann erreicht,

to wenn die atmosphärischen Bedingungen konstant bleiben.

An der Außenseite des beweglichen Backemeils 18 ist eine Stange 38 befestigt, die sich durch eine Öffnung in der Gehäusewand 26 hindurcherstreckt. Diese Stange unterliegt der Steuerung durch ein Drosselgestänge (nicht gezeigt), und die Fläche des Engquerschnitts wird durch Bewegung des Backenteils 18 in unmittelbarer Abhängigkeit von den betrieblichen Anforderungen der Brennkraftmaschine, der die Vorrichtung 10 zugeordnet

2t> ist, verändert. Derartige Anforderungen werden auf das Drosüelgestäiige übertragen, weiches wiederum die Stange 38 veranlaßt, das Backenteil lkzu bewegen. Da die Nadel 36 mit dem Backenteil 18 verbunden ist. unterliegt sie ebenso der direkten Steuerung durch das Drosselgestänge. Die Beziehung zwischen der Nadel 36 und oer Brennstofföffnung 34 ist derart, daß stufenweise Änderungen im Engquerschnilt von proportionalen Änderungen in der freien Querschnittsfläche zwischen der Nadel 36 und der Brennstofföffnung 34 begleitet

J'i werden. Somit wird bei einem Luftstrom mit Schallgeschwindigkeit und konstanten atmosphärischen Bedingungen eine Veränderung des Querschnitts des Engquerschnitts von einer direkt proportionalen Veränderung der Brennstoffmenge begleitet. Das Luft-Brenn-

a stoff-Verhältnis des erzeugten Gemisches bleibt selbst dann konstant, wenn die Anforderungen der Brennkraftmaschine sich verändern.

Es ist vor, Bedeutung, daß die Innenwände der Backenteile 16, 18 wenigstens vom Engquerschnitt 22

^Ji bis etwas oberhalb der Brennstofföffnung 34 parallel zueinander sind. Dadurch bleibt das Verhältnis der Querschnittsfläche an der Brennstofföffnung 34 relativ zum Querschnitt im Engquerschnitt 22 konstant. Veränderungen im Querschnitt des Engqu-irschnitts 22

■4' werden von linearen Änderungen im Bereich der Eintrittszone 20 an der Brennstofföffnung 34 begleitet. Mit einem derartigen konstanten Querschnittsverhältnis hat der Druck an der Brennstoffmündung in die Eintriitszone 20 eine voraussagbare Beziehung zu dem

■vi Druck im Engquerschnitt. Der Druck im Engquerschnitt 22 betragt unter Schallbedingungen immer etwa 53% des ,itmosphärischen Druckes. Da das Verhältnis, des Querschnitts an dem Punkt der Brennstoffmündung reidliv zum Engquerschnitt 22 konstant bleibt, stellt der

.. Druck an der Brennstoffmündung 34 immer denselben Prozentsatz des atmosphärischen Druckts dar. Somit werden Wechsel im atmosphärischen Druck autom;i tisch in dem Druck an der Brennstoffmündung 34 angezeigt. Es 15« wünschenswert, ein Vakuumsignal an

h'i der Brennstoffmündung von etwa 25 mm Hg zu erzeugen, und der Punkt der Brennstoffmündung 34 liegt daher in einer Entfernung von dem F.i.gquerschnitt, daß bei Schallgeschwindigkeit im Engquerschnitt ein Vakuum von etwa 25 mm Hg an der Mündung 34

• "■ herrseht.

' Im Betrieb wird der Druck der bei hoher Geschwindigkeit durch die Vorrichtung 10 strömenden Luft an der Hrennstofföffnung 34 gemessen. Die Menge des in

den I .lift strom abgegebenen Brennstoffs wird in Abhängigkeit von dein gemessenen Luftdruck eingestellt, so dall das I.uft-Hrennstoff -Verhiiltnis des Ciemisches konstant gehalten wird. Die Iinsteliung der Menge des in den l.iilt.strom abgegebenen Brennstoffs wird durch Veränderung des Druckunlersehieds an dem Ventil erreicht, welche durch die Nadel 3β und die BrcnnstofföRnung 34 gebildet is¹. Aus den oben erwähnten (!runden ändert sich der Druck des 1 .iiftstroms an der Dreiirrstofföffnung 34 proportional /ii Veränderungen im atmosphärischen Druck, und die Dnii kb'¹!.isiiiiii: an der Hrrnnsloffoffnung fuhrt /n einer Änderung im Druckunterschied .im V'enlil Die Meinv .Irs in den Luftstrom abgegebenen Brennstoff', wird dadurch in du ekler Abhängigkeit \on Veranderungci'· im atmosphäre hen I Jnick eingestellt.

Wahrend des rel.itr. kurzen I : ttersi hallbefu-bes. lU'Mii du- \ .ikiiumv. i'i-te des Ansaugstutzen·· lmiiz nirdru' m.u! ailici lit ihr ^rzruMi· Vorrichtung a!\ \ (.nturi/unii'lieinni -^u: /iir Finfülirurig \ ·.■ !'itrni '.τΊι ι her Meni.'en -.ni\ I lussfghrennsiof¹' m ■ !<-p I ulΊ st μ mii '.mm \ eräriderlii her (iescliw indigkcil IΊf■ ■ I■_'ι■ Avr \>. ιrksamen l'niw audliing dei I nergie der < icmischstromuiig in sia'is' hi-ri Dun k wird Si halk'eschw indiükeit am ! 111'(JiIfI -sehnitt 22 uIh r einen Bereich oberhalb dc^ l'' -a η r. ten IU-! richsi.v·! t ί. hes des Mriors au! ι echt ei hai '■■ν |e.'"ch kann hei sch¹ :nfilr:L'en \ ak'-iumw erten dc-Ari'-augstiitzciis \iir; 'visp'-lsA e S₁.- ν cii'l'lV als ',27 mm I Il^- Vakuum die < ieschwuid gkeit im I "L-'juer ^ Imili 22 auf einen W ei! .r:eih;ilb vier S^ halis¹ ^ hu in-• Itgkeit abfallen. Die \ ermmdcr'¹ ' h'm!h'. i:uiit:keit !■·! ':; i'.···: I orm w ,rksam. d.iH -'c weniger 1(!'CK₁M-¹ in d--n ■\nsaugkanal einsaug;, Wahrem: des I nie! >.. hai'he mc-''es '.era ride π sieh d a >■ \ .ikiiiini^L' n,-. ,in ι !er H rennst oll ■ > ill mi ng 54 mit .iem O:,adrat de' I .'.Uigesi h\\ mdigkeit

(■ig. i /eigt eine (lesanit.M'.o' din;ng /iir I !VeiigimL' eines brennbaren Im"! I'lusMgbrennsti ill -( iemis_Lhes '.on konstantem I .iift-Bn nnsto[|-\ erh.ilir,^ über den gesamten Bet: iebsbereieh der lircniikr.iitm.r.i lime. Sie weist eine den Ansa.igkanal enthaltende X'ornch.tung IO Λ auf. ahnl'ch der Vorrichtung 10 nach I > l·. I und 2. Die Vorrichtung IO Λ besitzt indessen ein anderes /.umelts_\stem fur den Flüssigbrennstoff. Die Vomchtiing Ι0Λ hat gegenüberliegende stationäre Racken 12. 14. und die (Juerschniiisfläche des Hngquerschnitts 22 wird dureh Bewegen der parallelen Backenieile in Richtung auf einander zu und ι aneinander fort in derselben Weise wie oben in Verbindung mit der Vorrichtung 10 beschrieben, verändert. Der Brennstoff wird von einem Tank 52 über eine Pumpe 58 an einen Druckregler 54 und einen Filter 56 herangeführt. De' Brennstoff strömt vom Filter 56 zu einem Zumeßvent'^; 60 und der Überschuß wird über eine Rückleitung 62 zum Tank 52 zurückgeführt. Das Zumeßventil 60 wird mittels eines Ventilstößels 64 gesteuert, der direkt an dem beweglichen Backenteil 18 ungelenk) ist. Das /umeßventil ist so angeordnet, daß es sich öffnet, wenn der Ventilstößel 64 nach rechts bewegt wird, wie in Fig. 5 gezeigt, l'.benso sind, wie bereits oben erläutert, da die Bewegung des McßventiN 60 direkt mil der Bewegung des Backcnteils 18 verbunden ist. die Veiililbewegiingen proportional zu der Fläche des l.ngqiierschnitts 22.

In dem Ventilstößel 64 ist eine Membran 6b angeordnet, um die Stellung des Ventils 60 entsprechend den Veränderungen in dem am Fjigquersehnitt 22 geiiR^si'iien I) π κ l· /;i \e randern. Im Minblick hierauf i»,t die rechte Seite der Membran 66 über eine Leitung 68 mn dem Lng(|iicrschniH 22 verbunden, wählend die andere Seite der Membran 66 zur Atmosphäre entlüftet ist. Wenn sieh die Membran 66 m Abhängigkeit ν ο ι Sehw anklingen des Druckes im Fngquerschnitt nacn rechts "der nach links bewegt, bewegt sich der \.Vniikti.:',el mit [let Membran 66. um die Ventileinste Iu¹Ig und ilamit die in die Vorih htung 10 -A abgegeben.¹ BrciiMv'' ''!'menge entsprechend einzustellen.

V\'-iHi im Betrieb Luft und Brennstoff mit .Schallgeschwindigkeit den F.ngqiierschnitt 22 durchströmen. dann beträgt der an der um Lngqiierschnitt gemessene Druck immer etwa -"> J··.'■» des atmosphärischen Druckes. ¹AeHM beispielsweise der atmosphärische Druck fäll . dann hol die durch die Vorrichtung 10.Λ hindurchströmende ' ·''.· eine geringere Dichte und es wird daher weniger Brennstoff benotigt. ^:..m em konstantes I.iift-Brennsioff-Verhältni·- aufrechtzuerhalten. Der im l.ngqiierschniti geme'stne Dniek ist etwas geringer. und zwar u'ii einen Betrag proportional dem Abfall des atmosphärischen Drucks. Der zusätzliche Druckabfal . der im Lngqucschnitt 22 gemessen und auf die rechte Seite der Membran 66 aufgebracht wird, ist geringer als der zusätzliche Druckabfall des atmosphärischen Drucks, der auf die andere Seite der Membran 6*5 aufgebracht wird, und dieser Druckunterschied veranlaßt die Membran 66 sich nach links zu bewegen, um das Ventil 60 in Schließrichtung zu verstellen und dadurch die in den Luftstrom abgegebene Brennstoffmenge zu verringern. Das durch die Vorrichtung tO.4 erzeugt': Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches bleibt daher konstant, selbst wenn Veränderungen im atmosphärischen Druck die Luftmenge verändern.

Wenn die Luftgeschwindigkeit im Engquerschnitt unter Schallgeschwindigkeit abfällt, dann wirkt die Vorrichtung 10.4 als eine Venturizumeßvorrichtung zum Hereinziehen von Brennstoff in den Luftstrom entsprechend der Veränderung in der Luftgeschwindig· kcit. ledoch ist. wie bereits oben erwähn' der Unterschallbetrieb nur von ganz kurzer Dauer, infolgder äußerst wirksamen Umwandlung der Geschwindigkeitsenergie in statischen Druck in der Austrittszone 24.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Luft-Flussigbrennstoff-Gemisches für Brennkraftmaschinen, mit einem Ansaugkanal, der eine sich zum Engquerschnitt hin verengende Eintrittszone beinhaltet, deren Querschnitt in Abhängigkeit von Lastbedingungen der Brennkraftmaschine veränderbar ist sowie eine sich erweiternde Austriitszone aufweist und Mittel zur analogen Veränderung des Engquerschnitts und eine Brennstoffzumeßvorrichtung umfaßt, und einer Brennstoffdüse im Ansaugkanal, über die Brennstoff eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der variablen Venturidüse der Strömungskanal von zwei im Abstand einander gegenüberliegenden, stationären Backen (12,14) und zwei im Abstand einander gegenüberliegenden zumindest teilweise ebenen Backenteilen (16, 18) gebildet wird, wobei letztere relativ zueinander bewegbar sind, und daß eine Druckmeßvorrichtung (66) vorgesehen ist, die den Druck in der Eintrittszone (20) mißt und die Zündeinrichtung (60) für den Brennstoff in Abhängigkeit von diesem Druck steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenteile (16,, 18) im Bereich der EintrittS7onc (20) einen kleinen Konvergenzwinkel, parallele Abschnitte im Anschluß daran und einen kleinen Divergenzwinkel in der Austrittszone (24) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stationären Backen (12, 14) in der Austrittszone (14) eine;. Divergenzwinkel von 2 bis 5° und die Cackenteile (16, 18) einen Divergenzwinkel von 0 bis 2° Iv Den.