DE2645076A1

DE2645076A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines brennstoff-luftgemisches zur speisung von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2645076A1
Application number: DE19762645076
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Ing Dr August
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1976-10-06
Publication date: 1978-04-13
Also published as: FR2367198A1; JPS5392038A; GB1560509A; IT1117882B

Description

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4. Oktober 1976 Betreff: Dr.ti. c. Dipl. -Ing. Paul August, Barcelona/iCapellades 1/SPANIEN

Vorrichtung zur Erzeugung eines Brennstoff-Luftgemisches zur Speisung von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Brennstoff-Luftgemisches zur Speisung von Brennkraftmaschinen, gebildet von einer Düse mit Niederdruckeinspritzung, welche den Kraftstoffstrahl in den Bereich einer Luftdüse, z.B. einer Lavall-Düse einspritzt, in der die Brennluft zugeführt und das Brennstoff-Luftgemisch feinstzerstäubt wird.

Derartige Mischvorrichtungen sind z.B. in der DT-OS 2o 57

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_ .j , — 9 — " Postscheckkonto:

u^en^rdⁿa^Su^Pr(0838₂, 6917 SET" a'ch VeMbarung B^elnsbank Lindau (B, N, 1208578

Lindau (083821 bsi/ uo «d/ Bayer-Hypotheken-uWechsel-Bank Lindau (B) Nr. 6670-278 920

Volksbank Lindau (B) Nr. 51720000

beschrieben.

Misehvorrichtungen , bei denen aber mehrere Einspritzdüsen vorhanden sind, sind ebenfalls bekannt, z.B. in DT-PS 22 16 182 und 2o 32 9o2.

Bei diesen Vorrichtungen ist aber eine optimale Aufbereitung in allen Fahrbereichen des Motors nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Gemisch so aufzubereiten, daß es in allen Bereichen des Motors feinstvernebelt ohne Kondensatbildung und homogenes Gemisch in den Motor kommt. Außerdem soll eine möglichst gleichmässige Gemischzusammensetzung in alle Zylinder kommen. Dadurch wird es möglich, mit Mischungsverhältnissen von über Lambda 1,2 einen einwandfreien Betrieb des Motors zu erreichen, der nicht nur niedrige CO-und HC-Werte sondern auch sehr geringe Anteile von NOx im Abgas enthält.

Bei den bekannten Saugrohreinspritzeinrichtungen wird jedem Zylinder eine Einspritzdüse zugeordnet. Im Leerlauf sowie unterem Drehzahl- und Lastbereich ist die Luftmenge direkt vor dem Einlassventil so gering, daß keine starke Strömung entstehen kann und somit die Gemischbildung mangelhaft ist. Bei einer zentral angeordneten Mischvorrichtung vor dem Ansaugkrümmer entsteht eine ungleichmässige Verteilung zu den Zylindern, was ebenfalls nachteilig für Leistung und Verbrauch ist. _Λ .

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Die Lösung der Aufgabe nach der Erfindung besteht darin, daß der aus der Einspritzdüse austretende Kraftstoffstrahl mindestens zwei hintereinanderliegende von Luftdüsen gebildete Mischvorrichtungen durchströmt, wobei die in Strömungsrichtung erste Mischvorrichtung von Leerlauf bis mittleren TEillastbereich und die zweite Mischvorrichtung vom mittleren Teillastbereich bis Vollast mit Brennluft beschickt wird.

Bei dieser Lösung der Aufgabe wird ein vollkommen neuer Weg beschritten, indem man die ansich bekannte , gute Aufbereitung durch eine Mischvorrichtung, welche als Luftdüse eine Lavall-Düse benutzt, jetzt so einsetzt, daß der Erfindungszweck erreicht wird. Die Verwendung derartiger Mischvorrichtungen hintereinanderliegend in verschiedenen Lastbereichen des Motors gestattet es, jeden dieser Lastbereiche optimal mit einem aufbereiteten , feinstvernebelten Gemisch zu versorgen.

Es ist weiterhin wesentlich, daß die erste Luftdüse der ersten Mischvorrichtung im mittleren Teillastbereich Meßquerschnitt ist.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Meßquerschnitt dem austretenden Kraftstoffluftgemisch sehr hohe bis Schallgeschwindigkeit zuordnet. Eine Voraussetzung, die erfüllt

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sein muß, um Kondensatbildung zu vermeiden und insbes. um mit Werten wie Lambda 1,2 und darüber zu fahren.

Nur dadurch wird es möglich, daß die Abgaswerte nicht mehr in CO und CH minimal sind, sondern auch in NOx Niedrigstwerte erreichen.

Wichtig ist es deswegen auch, daß die Luftdüse 8 der zweiten Mischvorrichtung bei Vollast Meßquerschnitte sind, und insbes. die Luftdüsen Lavall-Düsen sind.

Eine weitere mögliche Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, daß der Kraftstoffstrahl 3 hintereinanderliegende Mischvorrichtungen durchströmt. Bei dieser Ausführung wird zweckmässig die zusätzliche, d.h., diese dritte Mischvorrichtung für die Aufbereitung des Leerlaufgemisches verwandt.

Zweckmässig ist es ferner, daß die Mischvorrichtung vor dem Ansaugkrümmer angeordnet ist. .

Eine weitere wesentliche Ausgestaltung der Erfindung besteht noch darin, daß z.B. bei einem Vierzylindermotor zwei Mischeinrichtungen angeordnet sind, die sich vor Doppelsaugrohren befinden, wovon eins zu den Zylindern 2 und 3 und das andere zu den Zylindern 1 und 4 führt.

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Bei dieser Mischeinrichtung handelt es sich dann um die erfindungsgemässe Ausbildung, wo zwei oder drei dieser Mischvorrichtungen hintereinanderliegend angeordnet sind.

Analog können Sechszylinder- und Achtzylindermotoren mit zwei oder drei Saugrohren pro Mischkammer ausgestattet werden, damit zeitlich der gleiche Ansaugabstand bei den Zylindern vorhanden ist.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung wird also bei n±drigstem Verbrauch der Anteil an CO, CH und Nox im Abgas ohne teure Zusatzeinrichtungen erfüllt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, dabei gehen aus der Zeichnung und der Beschreibung weitere Erfindungsmerkmale hervor.

Fig. 1 zeigt den Schnitt von zwei übereinander angeordneten Mis chvorrichtungen.

Fig. 2 zeigt die Brennluftzuführung zur ersten STufe der Mi s chvorri chtung.

Fig. 3 zeigt die Düsenanordnung mit Mischkammern, die an zwei Ansaugpaare zu den Zylindern 1 und 4 bzw. 3 und 3 angeschlossen sind.

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Fig. 4 zeigt die Luftzuführung der 1. und 2. Stufe im Schnitt um 9o° gedreht gegenüber Fig. 2.

Fig. 5 und 6 zeigen Möglichkeiten einer Drosselklappensteuerung.

In der Dopp^elmischvorrichtung 1 sind an einem Ende in Abschluß- und Haltevorrichtungen 3 zwei Einspritzdüsen 2 angebracht. Am äußeren Ende werden sie mit den Haftstoffleitungen verbunden. Am inneren Ende werden sie von einer Hülse 4 umgeben, die vorn konisch zuläuft und eine Luftdüse 5 enthält. Zwischen der Einspritzdüse 2 und der Luftdüse 5 münden Luftkanäle 6. Die Düsen 2 mit ihren Hülsen 4 ragen in Mischkammern 19, die in Strömungsrichtung mit einem Lufttrichter 7 abgeschlossen werden.

Die Mischkammern schließen vorn mit den Lufttrichtern 8 ab. Zwischen diesen und den Lufttrichtern 7 befinden sich die Mischkammern 23.

Seitlich angeordnet nach Fig. 2 und 4 befinden sich die Drosselklappen 9 und Io mit den Brennluftzuführungskammern Je zwei Eingänge 12, getrennt durch Mittelteile 13 sind die öffnungen zu den Mischkammern 23 und 19. Ein Mittelteil 14 trennt schon in der Kammer 11 die Luftströme. Einsatzstücke verhindern Wirbelbildung vor den Eingängen 12.

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Fig. 3 zeigt den Anschluß der Mischkammern 1 an die als Doppelkanäle 17,18 ausgebildetenAnsaugkanale des Motors. Der Doppelkanal 17 führt zu den beiden inneren Zylindern 2 und 3, der Doppelkanal 18 führt zu den äußeren Zylindern 1 und 2 oder umgekehrt.

Fig. 5 und 6 zeigt die Drosselklappensteuerung für den Kaltstart.An der Drosselklappenwelle 15 ist ein Bimetall 21 befestigt, das mit einer Stromversorgung - nicht gezeichnet verbunden ist. Im kalten Zustand liegt das Bimetall am Stift 221 im warmen Zustand am Stift 25 des Drosselklappenhebels an. Der Zughebel 26 dient zum öffnen der Drosselklappe, die von einer Feder in Schließstellung gezogen wird.

Die Arbeitsweise ist folgende:

Bei Leerlauf spritzen die Einspritzdüsen 2 eine eingeteilte Kraftstoffmenge aus. Diese vermischt sich mit der aus den Luftkanälen 6 vor den Düsen einströmenden Brennluft und geht mit hoher Geschwindigkeit aus den Luftdüsen 5.

Im TEillastbereich wird die Drosselklappe 9 geöffnet und lässt Brennluft in die Mischkammern 19 einströmen. Gleichzeitig wird mit der Öffnungsbewegung der Drosselklappe entsprechend dosiert Kraftstoff zu den Einspritzdüsen 2 geführt und mit Luft vermischt durch die Luftdüsen 5 gespritzt. Dieser

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vermischt sich mit der mittels der Drosselklappe 9 gesteuerten Brennluft in der Kammer 19 vor dem Ausgang und im Durchgang durch die Luftdüse 7. Da diese so bemessen ist, daß nur etwa 3o- 5o% der Brennluft hindurch kann von dem, was bei Vollast benötigt wird, entsteht hier bereits im Teillastbereich sehr hohe bis Schallgeschwindigkeit durch die Luftdüse 7.

In der zweiten STufe wird die Drosselklappe Io zusätzlich geöffnet und lässt dosierte Brennluft bis Vollast in die Mischkammern 23 einströmen. Aus den Düsen 2 wird weiter mit der Drosselklappenbewegung mehr und mehr Kraftstoff gespritzt. Dieser wird nun schon zweimal mit Luft vorgemischt und strömt als hervorragend aufbereitetes Gemisch in die Mischkammern 23 und durch eine Gemischbeschleunigung , so daß das Luftgemisch dreimal aufbereitet wird, ehe es in die Zylinder eintritt.

So wird es möglich, daß bei betriebswarmem Motor im Teiliastgebiet bis etwa 8o% der Leistung das Gemisch eine Zusammensetzung von Lambda 1,15 - 1,4 erhält. Lambda 1,15 im unteiäben Bereich bei etwa 3o - 4o km/h bis Lambda 1,4 ab etwa loo km/h bis 8o% Last. Dies bringt eine NOx-Senkung um 6o-8o% und damit werden die zukünftigen verschärften Abgasvorschriften erfüllt.

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Da die voll geöffneten Drosselklappen mehr Luft durchlassen würden als die Lufttrichter 7 und 8 durchströmen können, so ergibt sich bei der weiteren öffnung der Drosselklappen nahe Vollast nur noch eine Vergrößerung der Brennstoff einspritzmenge und somit Anreicherung des Gemisches auf etwa Lambda ο,9 - ο,95. Damit wird die höchstmögliche Leistung erreicht ohne thermische Probleme für den Motor.

Bei Kaltstart wird über übliche Mittel die Kraftstoffdosierung und die Drosselklappe 2o etwas angestellt. So springt der Motor mit etwas mehr Gemisch fetter eingestellt an.

Beim Warmlauf im Teillaäbereich lässt das Bimetall 21 die Drosselklappe 9 etwas weniger öffnen, so daß das Gemisch etwas fetter ist. Infolge der hervorragenden Kraftstoffaufbereitung kann jedoch die Bimetallsteuerung bald auf Normalstellung gehen.

Ziel und Vorteile dieser Erfindung sind:

Schaffung eines feinst aufbereiteten Kraftstoffs im Gemisch, das ohne Kondensatbildung und gleichmässig zusammengesetzt zu den Zylindern gelangt, wobei die Einspritzvorrichtung einfacher ist , als die Saugrohreinspritzung mit Düsen vor den Ventilkammern der Zylinder.

Bi der Erfindung wird schon der Leerlaufkraftstoff mit der

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Brennluft mit hoher bis Schallgeschwindigkeit beim Durchgang durch die Luftdüsen 5 bestens aufbereitet. Danach geschieht wieder mit hoher bis Schallgeschwindigkeit eine zweite Aufbereitung dm TEillastbereich bei Durchgang durch die Lufttrichter Diese Unterteilung ist besonders wichtig, da der meiste Verkehr auf Landstrassen sowie im Vorort- und Stadtbereich sich bei Teillast zwischen Leerlauf und loo km/h abwickelt. Mit der Erfindung wird besser als sonst der Kraftstoff aufbereitet, homogen in der Luft verteilt und kommt gleichmässig zusammengesetzt zu den Zylindern. Deshalb auch hier niedrigster Verbrauch bei sehr guten Abgaswerten einschl. NOx, was sonst sehr schwierig ist.

Erst wenn man mit Lambda 1,15 - 1,4 fahren kann, gibt es auch niedrige NOx-Werte. CO, CH und Verbrauch ist bei dieser Zusammensetzung und Aufbereitung sowieso niedrig.

Bei der Möglichkeit, Gemische zwischen Lambda 1,15-1,4 einwandfrei fahren zu können, ist eine sehr genaue Kontrolle und Dosierung in der Gemischzusammensetzung nicht notwendig. Somit erübrigen sich teure elektronische oder sonstige Kontakt- und Steuereinrichtungen. Es genügen einfache Mittel, die sich beim Vergaser in vielen Millionen Stück bewährt haben.

Es würddfriach der Erfindung schon eine zentrale Mischeinrichtung erhebliche Verbesserungen in der Gemischbildung bringen, besser ist es jedoch, je eine für zwei Zylinder bei Vierzylinder-

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motoren oder je eine für drei Zylinder bei Sechszylindermotoren einzusetzen. Voraussetzung ist, daß die Zylinder, die von einer Mischvorrichtung bzw.-Düse versorgt werden,gleichmässige Abstände in der Ansaugzeit haben.

Patentansprüche

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Claims

->r- 2645079

Patentansprüche

Ij Vorrichtung zur Erzeugung- eines Brennstoff-Luftgemisches zur Speisung von Brennkraftmaschinen, gebildet von einer Düse mit Niederdruckeinspritzung, welche den Kraftstoffstrahl in den Bereich einer Luftdüse, z.B. einer Lavall-Düse einspritzt, in der die Brennluft zugeführt und das Brennstoff-Luftgemisch feinstzerstäubt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Einspritzdüse austretende Kraftstoffstrahl mindestens zwei hintereinanderliegende von Luftdüsen gebildete Mischeinrichtungen durchströmt, wobei die in Strömungsrichtung erste Mischvorrichtung von Leerlauf bis mittleren TEillastbereich und die zweite Mischvorrichtung vom mittleren Teillastbereich bis Vollast mit Brennluft beschickt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüse (7) der ersten Mischvorrichtung im mittleren Teillastbereich Meßquerschnitt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüse (8) der zweiten Mischvorrichtung bei Vollast Meßquerschnitt ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch!,

dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (7 u. 8) Lavalldüsen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffstrahl drei hintereinanderliegende Mischvorrichtungen durchströmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Mischvorrichtung das Leerlaufgemisch aufbereitet.
7. Vorrichtung nach Anspruch X,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtungen vor den Ansaugkrümmern angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt der Düse (2) eine Hise (4) angeordnet ist, die konisch zuläuft und eine Luftdüse (5) enthält.
9. Vorrichtung nach Anspruch l,

dadurch gekennzeichnet, daß der engste Querschnitt der Luftdüse (5) so bemessen ist, daß er Meßquerschnitt für den Leerlaufbetrieb des Motors ist.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß in den Raum zwischen Düse (2) und der Luftdüse (5) ein Luftkanal mündet, der größer" ist als der Querschnitt der Düse (5).
11. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (19) , die Eingangskanäle (12) , die Verbindungskammer (U) und der Durchgang um die Drossel klappe (9) bei voll geöffneter Stellung größer sind als die Luftdüse (7).
12. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die stromauf der Luftdüse (8) liegenden Räume oder Durchgänge einschl. dem Durchgang um die Drosselklappe Io, wenn sie voll geöffnet ist, größeren Querschnitt haben als die Luftdüse (8) .
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Mischteil (1.9). die Gemischbildung mit Brennstoff und Brennluft nur bis 3o% - 6o% der Vollastleistung des Motors vornimmt.
14. Vorrichtung nachAnspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Mischteil (23) die zusätzliche Brennluft bis zur

809815/0086 Vollastleistung des Motors liefert (n) , während der zusätzlich

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benötigte Kraftstoff von der Düse (2) geliefert wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (9) nicht direkt_fsondern über einen Bimetall-Hebel (21) gesteuert wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dieser Steuerung bei nicht betriebswarmeiri Motor eine Anreicherung des Gemisches vorgenommen wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (21) oder ein zweiter nicht direkt gesteuerter Hebel mit einem Unterdrucksystern verbunden ist, welches bewirkt, daß der Hebel (21) bei geringem Unterdruck gegenüber der Bewegung des direkten Hebels (2o) nachläuft.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dieser Steuerung bei niedrigem Unterdruck im Ansaugrohr eine Anreicherung des Gemisches vorgenommen wird.

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19. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß bis zu einem Anschlag die Kraftstoffzuführung weiter vergrößert wird nach Öffnung der Drosselklappen über den Bereich hinaus, den die Luftdüse oder die Luftdüsen (8) an Vollastbrennluft durchlässt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge (12) zu den Mischkammern (1.9 u. 23) in etwa in der Mitte unterbrochen sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekenn zeichnet, daß mit dieser Anordnung noch eine gleichmässige Verteilung der Brennluft in die Mischkammern erfolgt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Vierzylindermotor zwei Mischkammern vor Doppelsaugrohren angeordnet sind, wovon eins zu den Zylindern (2 u. 3) und das andere zu den Zylindern (1 u. 4) führt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze ichnet, daß bei Sechszylindermotoren zwei oder drei Saugrohre pro Mischkammer immer zu den Zylindern führen, die zeitlich gleichen Ansaugabstand haben.

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