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Vorrichtung zur Erzeugung eines Brennstoff-
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Luftgemisches zur Speisung von Brennkraftmaschinen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines
Brennstoff-Luftgemisches zur Speisung von Brennkraftmaschinen, gebildet von einer
zentralen Mischvorrichtung mit Niederdruckeinspritzung, die Strömungsrichtung vor
dem Ansaugkrümmer angeordnet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es; das GEmisch so aufzubereiten, daß es
in allen Bereichen des Motors feinst vernebelt ohne Kondensatbildung und homogenes
Gemisch in den Motor kommt. Dadurch wird es möglich mit Gemischzusammensetzungen
von über S 1,1 einen einwandfreien Betrieb des Motors zu erreichen, der gleichzeitig
niedrige CO-Werte und CH-Werte verbunden mit niedrigen NOX-Werten bringt.
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Bei bekannten Vorrichtungen war es nicht möglich mit einfachen Mitteln,
z.B. mit auf dem Markt befindlichen Einspritzdüsen,das zu erreichen. Die Lösung
der Aufgabe nach der Erfindung besteht darin, daß mindestens eine Mischvorrichtung
vorhanden ist in welche der aus der Düse austretende feinst zerstäubte Brennstoff
mit der Brennluft gemischt einer weiteren Vorrichtung, z.B. einer Lavall-Düse zugeführt
wird die dem Gemisch vor Austritt in den Ansaugkrümmer sehr hohe bis Schallgeschwindigkeiten
zuordnet.
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Durch diese Maßnahme wird ein vollkommen neuer Weg bei der Gemischaufbereitung
beschritten. Diese bisherigen Düsen die zwar feinst zerstäubten Brennstoff erzeugten
aber nicht anschließend mit einer Vorrichtung zusammenarbeiteten welche dem Gemisch
vor Austritt in den An-
saugkrümmer sehr hohe Schallgeschwindigkeit zuordneten, konnten nicht die Aufgabe
nach der Erfindung lösen, nämlich
mit extrem guten Werten wie
sie nach der Aufgabenstellung erforderlich sind zu arbeiten. Weiter war es auch
nicht möglich mit den bekannten Vorrichtungen mit niedrigstem Brennstoffverbrauch
und mit einem geringsten konstruktiven Aufwand und eine4iohen Betriebssicherheit
zu arbeiten.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zwei Mischvorrichtungen
vorhanden sind von denen die eine im Ansaugkrümmer und die andere sich in Strömungsrichtung
vor dem Ansaugkrümmer befindet.
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Bei diesen Maßnahmen sind es zwei getrennte Mischvorrichtungen die
getrennt gesteuert werden und auch verschiedene Funktionen.haben. Sie sind an ganz
bestimmten Stellen im Ansaugsystem des Motors angeordnet und nach dieser Maßnahme
ist es z.B. möglich, daß die im Ansaugkrümmer befindliche Mischvorrichtung die Gemischbildung
für den Leerlauf so durchführt, daß eine Umlenkung des Gemisches beim Eingang in
den Ansaugkrümmer vermieden
wird, wodurch bewirkt wird,~aüf dem Weg von der Gemischbildung bis zum Motor kein
Kondensat mehr gebildet wird, bzw. sich niederschlagen kann.
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Bei dieser im Ansaugkrümmer angeordneten Mischvorrichtung ist es noch
wesentlich, daß die Gemischbildung für den Leerlauf und den untersten TEillastbereich
dort durchgeführt wird.
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Hier wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß die Vorrichtung für
den Leerlauf die richtige Gemischbildung an Brennluft und Brennstoff durchführt.
Für den unteren Teillastbereich ist die Vorrichtung so ausgelegt, daß zwar jetzt
ein fetteres Gemisch dieser MIschvorrichtung entnommen wird, die zusätzliche Brennluft
aber von einer weiteren Mischvorrichtung zugeführt wird. Diese Maßnahme ist erforderlich
um immer zu gewährleisten, daß die Aufbereitung des Brennstoffes mit Brennluft mit
Schallgeschwindigkeit erfolgt, d.h. die Gemischbildung ganz intensiv und homogen
ist, so daß eine Teilchengröße von unter lo u' erreicht werden.
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Um diese Maßnahmen zu erreichen ist es wichtig, daß sich in der Mischvorrichtung
der oder die kleinsten Querschnitte für das Leerlaufgemisch an oder in der Nähe
des Ausganges zum Ansaugkrümmer befinden. Zweckmäßig ist es ferner, daß die kleinsten
Querschnitte die Bemessungsquerschnitte für die erforderliche Gemischmenge des Leerlaufs
sind und vorzugsweise als Lavall-Düsen ausgebildet sind. Wesentlich ist es ferner,
daß für den Kaltstart und oder Warmlauf des Motors über ein-Bi-Metall gesteuerten
zusätzlichen Luftschieber Zusatzbrennluft in den Bereich zugeführt wird der in Strömungsrichtung
nach dem Bcmessungsquerschnitt folgt. Man erreicht dadurch, daß diese Zusatzluft
in den mit Schall- oder hoher Geschwindigkeit aufbereiteten Gemisch mit einströmt.
Zweckmäßig ist es hier ferner, daß
die Mischvorrichtung vorzugsweise
im engsten Querschnitt bei betriebskaltem Motor elektrisch und später durch Auspuffgase
beheizbar ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, daß bei den vorhandenen
zwei Mischvorrichtungen die vor dem Ansaugkrümmer befindliche Mischvorrichtung einen
weiteren Mischteil 5 mit einer Einspritzdüse 7 aufweist. Hier wird derart vorgegangen,
daß der Mischteil die GEmischbildung mit Brennstoff und Brennluft für den Leistungsbereich
oberhalb des Leerlaufs und oder oberhalb des untersten Leistungsbereiches durchführt.
Zweckmäßig ist es ferner, daß der Mischteil die Gemischbildung mit Brennstoff und
Brennluft nur bis 30% - 60% der Voll-Last - Leistung des Motors vornimmt. Der Mischteil
ist dabei in seinem Luftdurchgang und Ausgang so bemessen, daß er nur 30% bis höchstens
So% des Gemisches durchläßt und dadurch entstehen wieder hohe bis Schallgeschwindigkeiten
in diesem Bereich, der sehr wesentlich für niedrigsten Kraftstoffverbrauch und der
Abgaswerte ist, da hauptsächlich in diesem Motorenbereich im Stadt- und Vorortverkehr
gefahren wird.
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Konstruktiv zweckmäßig ist es, daß der Mischteil zentrisch in der
Mischvorrichtung angeordnet ist. Es ist weiterhin wesentlich, daß der Mischteil
am Lufteingang eine Drosselklappe und am Ausgang ein die
erhöhende
Vorrichtung z.B. eine Lavall-Düse bes i'esUe Maßnahmen
dienen ebenfalls dazu eine beste Gemischaufbereitung zu erreichen. Der Mischteil
befindet sich vorzugsweise in einer ihn umhüllenden Mischvorrichtung die keine Kraftstoffdüse
enthält. Das Zusammenarbeiten der Mischvorrichtung mit dem Mischteil in Bezug auf
die Brennstoffzuführung besteht darin, daß der Mischteil die zusätzlic Brennstoffzuführuny
oberhalb 30% bis 60% bis zur Vollastleistung des Motors liefert, während die zusätzlich
benötigte Brennluft mit der Mischvorrichtung geliefert wird. Durch diese Maßnahme
wird erreicht, daß gewißermaßen in zwei Stufen aufbereitet wird, nämlich einmal
ein fettes Gemisch im Mischteil und weiter nach Austritt dieses fetten Gemisches
durch die Mischvorrichtung welches dann dieses fette Gemisch kondensatvermeidend
umhüllt und mit hoher Geschwindigkeit bis Schallgeschwindigkeit dann in den Änsaugkrümmer
gelangt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Fig. I zeigt einen Schnitt des Ausführungsbeispiels; Fig. II den um
900 gedrehten SChnitt der gleichen Ausführung.
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Fig. III und IV zeigen Möglichkeiten einer Drosselklappensteuerung.
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Oberhalb des Ansaugkanals 1 bzw. in Strömungsrichtung vor diesem wird
der Mischteil 2 angeordnet. Der Mischteil
2 hat einen oder mehrere
Lufteingänge 3 mit dazugehörigen Drosselklappen 4. In der Mitte des Mischteils 2
befindet sich ein weiterer kleiner Mischteil 5. In diesem ist an einer Haltevorrichtung
6 eine Einspritzdüse 7 angeordnet. Zwischen einer nicht gezeichneten Dosiereinrichtung
und der Düse 7 befindet sich die Kraftstoffleitung 8. Am unteren Ende des Mischteils
2 zum Eingang des Ansaugkanals 1 ist ein Lufttrichter 9 angebracht.
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Innerhalb des Ansaugkanals und stromab des Mischteils 2 ist eine Vorrichtung
lo angeordnet. In diese Vorrichtung ragt die Kraftstoffdüse 11, die mit der Kraftstoffleitung
12 und damit dem Dosierteil verbunden ist. Die Vorrichtung lo erhält über die Öffnungen
13 Brennluft, die sich im Teil 15 mit dem Kraftstoffstrahl 14 vermischt.
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Dieses Gemisch wird vom Motor über die Öffnungen 16 - 17 angesaugt.
Die rechts und links in den Ansaugkanal zu den Zylindern zeigenden Strömungseinrichtungen
18 sind als Lavalldüsen ausgebildet. Der engste Querschnitt läßt so viel Gemisch
durch, wie der Motor für den Leerlauf benötigt.
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Nicht gezeichnet ist das Versorgungs- und Dosiersystem für diese Mischeinrichtung.
über eine Kraftstoffpumpe, die am besten als Elektropumpe ausgebildet ist, wird
der Kraftstoff über einen Kraftstoff-Filter zu einer
Dosiereinrichtung
gefördert. Vor der Dosiereinrichtung befindet sich ein Druckregler, der so eingestellt
wird, daß der Kraftstoff ab Steuergerät einen gleichmäßigen Überdruck von etwa 4,5
bar hat.
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Die Einspritzventile öffnen bei etwa 3,5 bar überdruck und bringen
durch ihr System eine Feinstverstäubung des Kraftstoffes.
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Die Arbeitsweise dieser Erfindung ist folgende: über die kontinuierlich
arbeitende Förderpumpe und über die erwähnten Steuereinrichtungen wird Kraftstoff
im Leerlauf nur zur Einspritzdüse 11 gefördert. Die Menge desselben wird am Steuergerät
eingestellt.
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Bei Leerlaufbetrieb sind die Drosselklappen 4 und 19 geschlossen.
Es tritt Brennluft nur durch die Öffnungen 13 ein, vermischt sich im Teil 15 mit
dem feinstzerstäubten Kraftstoff 14 und tritt über die Engstellen der Strömungseinrichtungen
18 mit Schallgeschwindigkeit aus. Die eingesetzten Teile 20 und 21 werden beim Kaltstart
elektrisch beheizt und im weiteren Motorenbetrieb mit Auspuffwärme über den Kanal
22 versehen. Dadurch wird eine 3-fache Kraftstoffaufbereitung erreicht, die dazu
beiträgt, daß auch beim Kaltstart und Warmlauf des Motors fast kein Kondensat anfällt.
Hierzu notwendig sind die 4 in der Erfindung beschreibenen Maßnahmen.
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1. Einsatz einer Düse mit Feinstvernebelungseigenschaften für den
Kraftstoff; 2. Durchschgiten des Leerlaufgemisches durch eine Zone mit Schallgeschwindigkeit,
was eine weitere Aufbereitung des Kraftstoffs bringt 3. Aufheizung des Bereichs,
den das Gemisch mit hoher bis Schallgeschwindigkeit durchstörmt, und 4. Anordnung
der Austrittsvorrichtung derart, daß es ohne Umleitung zu den Zylindern kommt und
etwa in der Mitte des Ansaugkanals 1 liegt, sodaß eine Wandberührung dieses aufbereiteten
Gemisches von den Austritten mit den Öffnungen 16 und 17 bis zum Einlaßventil der
Zylinder nahezu entfällt.
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Im untersten Teillastbereich wird der Kraftstoff-Durchfluß etwa bis
zur doppelten Menge des Leerlaufbedarfs zur Düse 11 weitergeführt und kommt dort
mit der Leerlaufgemischmenge bestens aufbereitet aus den Ausgängen bzw. Öffnungen
16 und 17.
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Dabei öffnet sich die Drosselklappe 19 und läßt bereits etwas Brennluft
durch die kleine Mischkammer 5 zum Ansaugkanal 1 strömen.
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Im weiteren Anstieg des Drehzahl-Leistungsbereichs des
Motors
wird die Drosselklappe der mehr benötigte Kraftstoff dann zur Düse 7 geführt. Der
kleine Mischteil 5 ist in seinem Luftdurchgang so bemessen, daß er Brennluft nur
bis zu einer Leistung von 25 bis
des Motors durchlassen kann. Infolgedessen treten in dieser Mischkammer bereits
im unteren Leistungsbereich sehr hohe Luftgeschwindigkeiten auf, die bis zur Schallgeschwindigkeit
ansteigen. Die Brennluft vermischt sich mit dem austretenden Kraftstoff 23 und tritt
als Gemisch durch die lavalldüsenartig ausgebildete Öffnung 24. Auch hier entsteht
durch diese Anordnung doppelte Aufbereitung des Kraftstoffes bzw. vollkommen homogene
Zusammensetzung des Gemisches.
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Im übrigen Bereich
- loo% der Leistung des Motors wird die benötigte Kraftstoffmenge zusätzlich der
Düse 7 zugeführt, dort bestens mit der durch den Mischkanal 5 mit hoher Geschwindigkeit
strömenden Luft besonders in der Lavalldüsenöffnung 24 aufbereitet. Die durch die
sich öffnenden Drosselklappen 4 eintretende weitere Brennluft trifft am Ausgang
der Öffnung 24 auf ein bereits sehr gut aufbereitetes Gemisch, umhüllt dieses kondensatvermeidend
von außen und strömt über den wiederum lavalldüsenartigen Durchgang 9 in den Ansaugkanal
1.
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Auch hier wird eine 3-fache Aufbereitung des Kraftstoffes bzw. Kraftstoffluftgemisches
vorgenommen:
1. Feinstvernebelung durch die Düse 7; 2. Durchströmen
mit hoher bis Schallgeschwindigkeit im Teillastbereich des Kraftstoff-Luftgemisches
durch den lavallartig ausgebildeten Ausgang 24; 3. Umhüllung von außen des fertig
aufbereiteten GEmisches mittels der Brennluft, die bis Vollast hinzugesetzt wird,
und Strömung dieser Gemischzusammensetzung, die kein KOndensat zuläßt, durch eine
weitere düsenartige Öffnung 9.
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Für den Kaltstart wird über Luftzuführungsleitungen 25 und 26 Zusatzluft
in die Vorrichtung lo gebracht und die Kraftstoffmenge durch bekannte Maßnahmen
vergrößert. Die Zusatzluftmenge wird durch einen Zusatzluftschieber, der über Bi-Metall
gesteuert wird, bemessen. Dieser schließt sich langsam beim Warmlauf des Motors.
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Bei Warmlauf des Motors ist auch oberhalb des Leerlaufs noch eine
leichte Anreicherung des Gemisches notwendig.
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Normalerweise wird dies bei Einspritzeinrichtungen durch Vergrößerung
der Kraftstoffmenge vorgenommen. Bei den geringen Mengen wird eine genaue Dosierung
problematisch.
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Nach der Erfindung wird mit geringerer Luftmenge geregelt, was bedeutend
einfacher ist.
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Bei betriebswarmen Motor ist z.B. die Regelung zwischen Kraftstoff
und Luftmenge so, daß ein Gemisch von Lambda 1,1 - 1,2 eingehalten wird.
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Die Drosselklappe 19 ist jedoch nicht direkt mit der Regeleinrichtung
bzw. dem Gaspedal verbunden. Sie wird über einen Bi-Metall-Hebel 28 gedreht. Dieser
Hebel ist so angebracht - mittels Drehfeder - das er am Anlagepunkt 29 des Hebels
27 anliegt und die Bewegungen des Hebels 27 zur Öffnung der Drosselklappe 19 mitmacht.
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Bei Kaltstart oder Warmlauf des Motors hat jedoch der Hebel 28 die
Stellung in Fig. IV, wodurch die Drosselkappe in ihrer Öffnungsbewegung einen Nachlauf
hat. Dies bedeutet, daß im Verhältnis zum Kraftstoffdurchfluß weniger Brennluft
eintritt und das Gemisch angereichert wird.
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Je mehr Betriebstemperatur der Motor erreicht, um so näher kommt der
Bi-Metall-Hebel 28 dem Anlagepunkt 29, sodaß das Gemisch sich kontinuierlich der
Normalzusammensetzung nähert. Dadurch wird gutes Laufverhalten des Motors beim Warmlauf
erreicht bei einem nur sehr geringem Anstieg von CO, CH und Verbrauch.
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Dieser BI-Metall-Hebel 28 kann zusätzlich mit einer unterdruckgesteuerten
REgelung versehen sein, die bei qeringem Unterdruck den Hebel ebenfalls in die Stellung
nach Fig.IV
zieht. Damit wird bei starker Beschleunigung bzw.
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Vollast eine Anreicherung des Gemisches vorgenommen.
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Eine Vollastanreicherung wird nach der Erfindung auch dadurch erreicht,
daß die Klappen 4 bereits bei einem Öffnungsgrad von ca. 65 - 75% die gesamte Brennluftmenge
durchlassen die durch die Öffnung 9 durchströmen kann. In der weiteren Bewegung
dieser Drosselklappen strömt nur geringfügig mehr Brennluft durch, während die Brennstoffzuführung
weiter gradlinig vergrößert wird.
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So wird kurz vor und im Bereich von Vollast die GEmischzusammensetzung
bis z.B. Lambda o,9 verändert, was hohe Leistung mit geringerer thermischer Belastung
des Motors bringt.
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Patentansprüche