DE2636707A1

DE2636707A1 - Vorrichtung zur verbesserung der gemischaufbereitung

Info

Publication number: DE2636707A1
Application number: DE19762636707
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof Dr Fiala
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1976-08-14
Filing date: 1976-08-14
Publication date: 1978-02-16
Also published as: FR2361545A1; IT1080957B

Description

VOLKS WAG ENWERK

AKTiENGESELiSGHAFT

K 2213/1702-pt-hu-sa 13. August 1976

Vorrichtung zur "Verbesserung der Gemischaufbereitung

Die Gemischaufbereitung mit Vergasern der verschiedensten Bauarten ist zumindest in besonderen Betriebszuständen (z.B. Kaltstart) unbefriedigend. Das äußert sich in schlechtem Fahrverhalten, hohen Emissionen und großem Verbrauch infolge des Kraftstoffüberschusses, der notwendig ist, um ein brennbares Gemisch in allen Zylindern sicherzustellen.

An diesem grundsätzlichen Mangel konnten zahlreiche Verbesserungen wenig ändern. Nur das Beheizen der Ansaugluft und insbesondere des Saugrohrs führt zu befriedigender Gemischaufbereitung. Abgesehen davon, daß eine Verschlechterung des thermodynamischen Wirkungsgrades eintritt, steht diese Möglichkeit beim Kaltstart nicht rasch genug zur Verfugung, was besonders im Kurzstreckenverkehr in der Stadt nachteilig ist.

Es ist also erforderlich, auch beim Kaltstart sofort so viel Energie zuzuführen, daß eine weitgehende Aufbereitung des Kraftstoffs, d.h. Zersprühung und Verdunstung, .möglich ist. Die der Verdunstungswärme entsprechende Energie kann - außer durch die

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diskutierte Erwärmung - auf verschiedene Weise zugeführt werden:

1. Durch Kraftstoffeinspritzung (Druckenergie im Kraftstoff) : Dazu ist. ein Atspritzdruck von rd. I3OO bar erforderlich.

2. Durch Schwingungsenergie (Ultraschall): Diese Methode verlangt aufwendige Konstruktionen.

3· Durch Druckenergie in der Luft: Wegen des im Vergleich zum Volumen des flüssigen Kraftstoffsrand 10.000 mal größeren, der Brennkraftmaschine zuzuführenden Luftvolumens bedarf es nur einer Druckerhöhung in der Größenbar

Ordnung von einem Zehntel/bzw. einer entsprechend größeren Druckerhöhung, wenn nur ein Teil der Luft auf ein höheres Druckniveau gebracht wird.

Von dieser Methode macht die Erfindung Gebrauch. Sie betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Gemischaufbereitung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Unter dur Saugrohranordnung wird also nicht nur das üblicherweise als selbständiges Teil gefertigte Saugrohr verstanden, auf das mittels eines Flansche der Vergaser aufgesetzt ist, sondern alle Gemischzuführungs-Querschnitte zwischen der Kraftstoffzuführung einerseits und den Einlaßventilen im Zylinderkopf andererseits.

Eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art ist aus dem DT-GM 1 897 688 in der Weise bekannt, daß der an der Wand der Saugrohranordnung haftende Kraftstoff aufgefangen, mittels einer Pumpe einer Venturidüse, die von Zusatzluft durchströmt ist, zugeführt, das so entstehende Gemisch aufgeheizt und über eine weitere, in der Saugrohranordnung befindliche Venturidüse zerstäubt wieder in die Saugrohranordnung geliefert wird. Auch bei einer aus der US-PS 3 186 390 bekannten Vorrichtung

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dieser Art wird zur Hachzerstäubung Zusatzluft verwendet, die dort direkt in eine Rinne zum Auffangen des Kraftstoffs an der inneren Saugrohrwand einmündet. Diese beim Stand der Technik vorhandene Einspeisung von Zusatzluft macht es nicht möglich, ohne zusätzliche Regeleinrichtungen "bestimmte Luftverhältnisse einzuhalten, wie es zum wirtschaftlichen, umweltfreundlichen Betriel) einer Brennkraftmaschine erforderlich ist.

Oer Erfindung liegt dengemäß die Aufgabe zugrunde, eine Torrichtung der ira Oberbegriff des Hauptanspruehs genannten Art so auszubilden, daß dieser Nachteil vermieden ist. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs.

Die Energiezufuhr findet bei der Erfindung also durch Umwälzen des Saugrohrinhalts bzw. eines Teils davon statt, um das vom Vergaser hergestellte Mischungsverhältnis nicht zu stören. Zweckmäßigerweise saugt eine mechanische Pumpe in der Leitungsanordnung das Gemisch an Stellen der Saugrohranordnung an, an denen sich erfahrungsgemäß Kraftstoff abscheidet, also an "toten Ecken", Bereichen geringer Strömungsgeschwindigkeit oder -ablösung und in in Strömungsrichtung hinter Kraftstoffzuführungen. Durch entsprechende Gestaltung kann erreicht werden, daß Kraftstofftröpfchen abgeschieden und der Saugstelle zugeführt werden. Das so angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mit einer oder mehreren an sich bekannten Zerstäubern mit einem Überdruck von einigen bar an geeigneten Stellen (z.B. vor den Einlaßventilen und hinter der Drosselklappe) zweckmäßigerweise entgegen der Strömungsrichtung in der Saugrohranordnung in diese eingeblasen. Dieses Gegenstromprinzip ist für die oben erwähnte Zuführung von Zusatzluft an sich aus der DT-OS 1 965 082 bekannt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kaiin dem konzentrierten Kraftstoff-Luft-Gemisch auch Wärmeenergie (z.B. durch Heizdrähte) zugeführt werden.

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Auch Kraftstoff, der zur vorübergehenden Anreicherung erforderlieh ist, kann mit dem höheren Druckniveau den Zerstäubern zugeführt werden.

Im folgenden werden sechs Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren erläutert.

Figur 1 zeigt eine einfache Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung. Zwischen dem Yergaser 1 (mit der Drosselklappe 2 und den tJbergangsbohrungen 3) einerseits und dein eigentlichen Saugrohr 4 der Brermicraftmaschine andererseits liegt in Eona eines Zwischenflansches die erfindungsgemäße Umwälzvorrichtung 5 mit einer Leitungsanordnung, die die Pumpe 6 (hier als Zahnradpumpe dargestellt), den Saugkanal 7 "und den Druckkanal 8 umfaßt. Das als ÜFangrinne 7' ausgebildete Ende des Saugkanals 7 fängt den Wandfilm und die Eraftstoff tropf en 9 J-¹¹ Wandnähe, die aus den tjbergangsbohrungen 3 und von der Drosselklappe 2 bevorzugt in diese Gegend des Saugrohrs geleitet werden. Zusammen mit einem wesentlich größeren Luftvolumen aus der Saugrohranordnung wird dieser Kraftstoffanteil nach Anhebung auf ein höheres Druckniveau durch die Pumpe 6 vom Ende des Druckkanals 8 fein zerstäubt im Spritzkegel 10 der Saugrohranordnung wieder zugeführt und führt dabei zu einer intensiven Durchmischung und 'Verdunstung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, das in den Motor gelangt. Beträgt dabei der Volumenstrom der Pumpe 6 z.B. I50 cm /s (das sind nur wenige Prozente des vom Motor im Leerlauf angesaugten Volumens), und beträgt die Druckdifferenz 3 bar, so wird ein der Verdunstungsenergie entsprechender Betrag zugeführt, und zwar unmittelbar vom Kaltstart an, wenn die Pumpe 6 von einem Elektromotor getrieben wird, der mit der Zündung eingeschaltet wird. In vorteilhafter Ausgestaltung des Vorschlags wird der Pumpenantrieb von der Motortemperatur und/oder der Motordrehzahl und/oder der Zeit nach Einschaltender Zündung geregelt. Außerdem wird die Beschleunigungsanreicherung so gerichtet, daß sie in die Pangrinne 7¹ des

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Saugkanals 7 "bzw. auf die zu den Übergangsbohrungen 3 gerichtete (obere) Seite der Drosselklappe 2 spritzt.

Ein besonderer Vorteil dieser in Figur 1 schematisch dargestellten Ausführung liegt in der kurzen Verweilzeit des umgewälzten Kraftstoff-Luft-Volumens aufgrund der kurzen Wege, die mit hoher Geschwindigkeit durchströmt werden.

Fi^T-ir 2 seigt schesatlsch eine Ausführung,bei der Saug- und Druckkanal I5, 1o im Vergaser 11 (mit Drosselklappe 12 und Übergangsbohrungen I3) liegen. Das eigentliche Saugrohr des Motors Ist mit 14 bezeichnet, die als elektrisch betriebene Zahnradpumpe ausgebildete Pumpe in der Leitungsanordnung mit I7. Vor dem Ansaugkanal 15 liegt die Fanglippe 18. In den Saugkanal 15 mündet der Anrelcharungskanal I9, durch den zusätzliche Kraftstoffmengen, wie z.B. Beschleunigungs-, Vollast- oder Kaltstart-Anreicherung, eingebracht werden. Im Druckkanal 16 liegt die mehrlagige Heizwendel 20 (nur zwei Lagen sind gezeichnet). Diese ist an ihrem in der Figur linken Ende mit der zentralen Stromzuführung 21, an ihrem rechten Ende mit dem Stopfen 22, der den anderen elektrischen Pol darstellt, verschweißt.

Die nicht gezeichnete Anschlußleitung der Pumpe an dem Druckkanal 16 mündet in dessen in der Figur rechtes Ende ein, so daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch den Kanal 16 von rechts nach links durchströmt, wo es von der Düse 23 abgespritzt wird. Dabei ist eine intensive Erwärmung möglich (z.B. um 100°), und zwar nicht der gesamten Ladung (was thermodynamisch schädlich wäre), sondern nur desjenigen Ladungsteils, in dem die Verdunstung des Kraftstoffes stattfindet.

Figur 3 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung. Dargestellt ist der Vergaser 24 mit dem Lufttrichter 25, dem Mischrohr 26, der Drosselklappe 27, den Übergangsbohrungen 28„ Der aus dem Misch-

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rohr 26 austretende Kraftstoff folgt zum Teil in größeren Tröpfchen der Wand des Mischrohres und wird von der Fangschale 29 aufgefangen und dem Saugkanal 3I der nicht gezeichneten Pumpe zugeleitet. Parallel dazu saugt die Pumpe auch Kraftstoff aus der Fangrinne 30. Bei dieser Anwendung wird nicht eine vollständige Zerstäubung des ganzen Kraftstoffs in Vergasernähe angestrebt, vielmehr ist eine Trennung der leicht flüchtigen Kraftstoffanteile, für die eine Ablagerung in der Saugrohranordnung nicht zu befürchten ist, von den schwereren Anteilen beabsichtigt, die mit der Fangschale 29 b~*r. der Fangrinne 30 abgesaugt und der Umwälzpumpe zugeführt werden. Nach der Pumpe (und gegebenenfalls einer Wärmezufuhr analog Heizvorrichtung 20 in Figur 2) wird dieses Teilvolumen über Drosseln aufgeteilt und in der lähe der Einlaßventile dem Motor zugeführt.

Figur 4 zeigt das Gesamtschema einer Vorrichtung für das Umwälzen des Saugrohrinhalts zur Verbesserung der Gemischaufbereitung. Die Luft wird durch den Vergaser 32 mit dem Lufttrichter 33 iHid der Drosselklappe 34 angesaugt. Die Kraftstoffzugabe erfolgt über das Beschleirnigungs- und Anreicherungsröhrchen 35» den Hauptaus-, tritt 36 iind die Übergangsbohrung 37· Das Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt dann in das eigentliche Saugrohr 38 des Motors. Die Pumpe 39 saugt einen im Vergleich zum flüssigen Kraft st off volumen großen Volumenstrom aus dem Fangtrichter 40 (der die größeren Tröpfchen des Kraftstoffs aus der Hauptkraftstoffzuführung 36 aufnimmt), über die Saugleitung bzw. den Saugkanal 4I» aus der Fanglippe 42 (in der die größeren Tröpfchen aus den tJbergangsbohrungen, von der Drosselklappe und von dem auf sie gerichteten Röhrchen 35 gesammelt sind) und aus den Stellen 43 im Saugrohr, an denen erfahrungsgemäß flüssige Kraftstoffanteile liegenbleiben, die durch die Rillen 44 den Saugöffnungen 43 zugeleitet werden. Weitere Kraftstoff mengen zur Gemischanreicherung (Beschleunigung, Kaltstart, Regelung) können bei 45 zugegeben werden. Die Pumpe fördert «las reiche Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Trennbehälter 46»

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in dem sich die schwereren Anteile unten ansammeln, von wo sie, von der Heizeinrichtung 47 erwärmt, über den Mengenteiler 48 den Sprühdüsen 49 in äer Nähe der Einlaßventile zugeführt werden. Die leichteren Anteile verlassen den Trennbehälter 46 nach oben und werden "bei 50 in das Saugrohr eingebracht, wo sie die Gemischbildung im Vergaser fördern.

Figur 5 zeigt die Ausbildung des Mündungsendes der Druckleitung als Überschalldüse, bei der im Vorraum 51 eine Trennung des flüssigen Anteils des auf das erhöhte Druckniveau gebrachte Gemisch erfolgt, der der Düse 52 über den Zuführungskanal 53 im Bereich ihres engsten Querschnitts zugeführt wird.

Figur 6 schließlich zeigt eine Anordnung, bei der die Druckdifferenzen im Luf ttrichter 54 "und- den Übergangsbohrungen 55 wie üblich zur Kengendosierung des Kraftstoffs verwendet werden, dieser aber im wesentlichen den Saugleitungen 56» die unterhalb der Hauptkraftstoffzuführung 62 endet, und 57 der Umwälzpumpe 58 zugeführt und über die Düse 59 fein zerstäubt eingebracht wird.

Im Rahmen der Erfindung liegen auch Ausgestaltungen, bei denen im Zuge der Leitungsanordnung nahe der druckseitigen Einmündung derselben in die Saugrohranordnung eine Einrichtung zur Einleitung einer chemischen Reaktion des auf dem höheren Druckniveau befindlichen Gemische liegt. Beispielsweise können Mittel, wie Glühstift, Glühdraht und Funkenerzeuger, zur örtlichen Wärmezufuhr vorgesehen sein. Auch kann die Einrichtung einen Katalysator enthalten. Beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel nach Figur kann im Bereich der durch die Druckleitung 60 ,vom Mengenteiler 48 her belieferten Einspritzdüse 61 eine Zündeinrichtung vorgesehen sein, so daß das über die Druckleitung 60 zugeführte Gemisch zur Saugrohryqrwärmung dient.

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Leerseite

Claims

AISPIÜGHJB

Vorrichtung zur Verbesserung der Gemischaufbereitung in der sich, zwischen einer Kraftstoffzuführung eines Gemischbildners einerseits und Einlaßventilen andererseits erstreckenden Saugrohranordnung einer Brennkraftmaschine mit einer Leitungsanordnung zum Absaugen in der Saugrohranordnung in flüssiger Form vorliegenden Kraftstoffs, Erzeugung sines auf höherem Druckniveau befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemischs aus dem abgesaugten Kraftstoff und Einleiten dieses Gemischs in die Saugrohranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (6,7j8) auch ein im Verhältnis zu dem Volumen des abgesaugten Kraftstoffs großes Gemischvolumen aus der Saugrohranordnung absaugend ausgebildet ist (Gemischumwälzung).

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (6,7>8) mit einer Saugleitung (7) in die Saugrohranordnung an zumindest einer Stelle einmündet, an der Kraftstoff in Tröpfchen- und/oder Pilmform (9) anfällt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitung (56) in den Querschnitt der Saugrohranordnung bis in den Bereich einer Kraftstoffzuführung (62) hineinragt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Saugleitung Auffangvorrichtungen (40,42) für den Kraftstoff in der Saugrohranordnung zugeordnet sind.

5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (6,7»8) zumindest eine mechanische Pumpe (6) enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (6) von der Brennkraftmaschine angetrieben wird.

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ORIGINAL INSPECTED

7. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (6) von einem Elektromotor angetrieben wird,

8. Torrichtung nach Anspruch 6 oder 7j dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abschalten der Pumpe (6) bei Erreichen einer vorgegebenen Motortemperatür vorgesehen sind.

9» Torrichtung nach Anspruch 6 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abschalten der Pumpe (6) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Inbetriebsetzen der Brennkraftmaschine vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitungsanordnung (15»16,17) ^ⁿ einem Bereich, in dem sich das Gemisch auf dem höheren Druckniveau ■befindet, eine Heizvorrichtung (20) für das Gemisch vorgesehen ist.

11. Torrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Heizvorrichtung (20) vorgesehen ist.

12. Torrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abschalten der Heizvorrichtung (20) bei Erreichen einer vorgegebenen !Temperatur der Brennkraftmaschine vorgesehen sind.

13· Torrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abschalten der Heizvorrichtung (20) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Inbetriebsetzen der Brennkraftmaschine vorgesehen sind.

14· Torrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die leitungsanordnung (6,7,8) in die Saugrohranordnung mit zumindest einer Druckleitung (8) einmündet, de-

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ren Mündungsbereieh als Zerstäuber ausgebildet ist.

15» Torrichtung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckleitung (δ) nahe und in Strömungsrichtung hinter einer Drosselklappe (2) im Gemischbildner (i) einmündet.

16. Torrichtung nach Anspruch I4 oder I5, dadurch gekennzeichnet, daß Druckleitungen in der Nähe der Einlaßventile (bei 49) einmünden.

17. Torrichtung nach einem der Ansprüche I4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitungen (θ) das auf dem höheren Druckniveau befindliche Gemisch entgegen der Strömungsrichtung in der Saugrohranordnung in diese zurückfördernd ausgebildet sind.

18. Torrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16 oder den Ansprüchen 15» 16 und 17» dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Leitungsanordnung eine Trenneinrichtung (46) für die schwereren und die leichteren Anteile des Gemischs angeordnet ist, von der zumindest eine nahe der Drosselklappe (34) einmündende Druckleitung (bei 40) für die leichteren Anteile und in der Nähe der Einlaßventile einmündende Druckleitungen (bei 49) für die schwereren Anteile abgehen.

19· Torrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13 und Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung einen Trennbehälter (46) mit der Heizvorrichtung (47) enthält, von dem in unterschiedlichen Höhen die Druckleitungen abgehen.

20. Torrichtung nach Anspruch I4 oder Anspruch I4 und einem der Ansprüche I5 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungsbereich der Druckleitung als Überschalldüse ausgebildet ist.

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21. Torrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen in Strömungsrichtung vor dem Bereich ihres engsten Querschnitts(52) liegenden Vorraum (51) zum Abtrennen des
flüssigen Anteils des Gemische sowie eine sich zwischen dem
Torraum (51) und dem Bereich des engsten Querschnitts (52)
erstreckende Zuführungsleitung (53) für diesen Anteil aufweist.

22. Torrichtung nach einem der Ansprüche 1 Ms 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsanordnung (15,16,17) saugseitig zumindest eine Anreicherungsleitung (19) zur Kraftstoffanreicherung zugeordnet ist.

25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 22 oder Anspruch 4» einem der Ansprüche 5 bis 21 und Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherungsleitung (35) im Gemischbildner (32) oberhalb der Auffangvorrichtungen (40) offen endet.

24· Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherungsleitung (19) direkt in die Saugleitung (I5) einläuft.

25· Torrichtung nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 2 und einem

der Ansprüche 3 bis 24» dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Kraftstoffmenge im wesentlichen der Saugleitung (57)
zugeführt wird.

26. Torrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25» dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Leitungsanordnung nahe der druckseitigen Einmündung derselben in die Saugrohranordnung eine Einrichtung zur Einleitung einer chemischen Reaktion des auf dem höheren !Druckniveau befindlichen Gemische liegt.

27. Torrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Einrichtung Mittel, wie Glühstift, Glühdraht, Funkenerzeuger, zur örtlichen Wärmezufuhr enthält.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Katalysator enthält.

29. Torrichtung nach einem der Ansprüche 1 Ms 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Yorrichtung (5) als Zwischenflansch zwischen Gemischbildner (1) und eigentlichem Saugrohr (4) ausgebildet ist.

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