DE2714507A1

DE2714507A1 - Verfahren und vorrichtung zum gleichfoermigen verteilen von kraftstoff im luftstrom eines vergaser-ansaugkanales

Info

Publication number: DE2714507A1
Application number: DE19772714507
Authority: DE
Inventors: Jack L Wood
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1976-04-05
Filing date: 1977-04-01
Publication date: 1977-10-13
Also published as: JPS586057B2; CA1073288A; US4206158A; JPS52129838A

Description

Z/DR-2 Sp uk

Patentanmeldung

Verfahren und Vorrichtung zum gleichförmigen Verteilen von Kraftstoff im Luftstrom eines Vergaser-Ansaugkanales

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichförmigen Verteilen von Kraftstoff im Luftstrom eines Vergaser-Ansaugkanales eines im wesentlichen bei Schallgeschwindigkeit arbeitenden Vergasers in Reaktion auf variierenden Unterdruck im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine.

Im wesentlichen bei Schallgeschwindigkeit arbeitende Vergaser, bei denen Kraftstoff mit dem Luftstrom vermischt wird, auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt und darauffolgend wieder verzögert wird, um eine Zerstäubung und Verteilung des Kraftstoffes im Luftstrom zu erzielen, sind bekannt. Ein solcher bekannter Vergaser ist z. B. aus der US-PS 3 778 038 zu entnehmen. Bei diesem bekannten Vergaser wird Kraftstoff in den mit Unterschallgeschwindigkeit ankommenden Luftstrom eingeführt, hierauf die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches, in dem die Engstelle einer konvergierend-divergierenden Düse bildenden Venturibereich auf Schallgeschwindigkeit erhöht und in Strömungsrichtung kurz unterhalb der Engstelle auf Überschallgeschwindigkeit erhöht und

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Sitz der Gesellschaft: Köln - Registergericht Köln, HRB 84 · Vorsitzender des Aufsichtsrates: Hans Schaberger - Vorstand! Peter Weiher, Vorsitzender

Horst Bergemann - Franz J. Bohr - WaJdemar Ebers - Wilhelm Inder) ■ Alfred Langer Stellvertretend: Hermann Dederichs - Hans WHhelm Gab Paul A. Glucke! - Hans-Joachim Lehmann

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darauffolgend abrupt durch eine sich im divergierenden Teil der Düse ausbildende Stoßwelle auf Unterschallgeschwindigkeit verringert.

Obwohl der Zweck dieser patentierten Vorrichtung darin bestehen sollte, den Kraftstoff im Luftstrom gleichförmig zu verteilen, zeigten mit dieser Konstruktion durchgeführte Versuche, daß sich dieStrömung von einer oder von beiden Wänden des divergierenden Teiles der Düse ablöste, wodurch sich ruhende oder kreisende Luftkissen im Bereich der Strömungeablösung bildeten. Diese Kiesen kreisender Luft führten Kraftstoff mit sich, der zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Stellen in den Hauptstrom gelangte. Daraus ergab sich, daß eine gleichförmige Verteilung von Kraftstoff im Luftstrom nur vereinzelt auftrat und darüber hinaus der Haupt strom sich einmal an der einen Wand und das andere Mal an der anderen Wand der Düse anlegte oder von Wand zu Wand pendelte. Es wird angenommen, daß das Vorhandensein der Stoßwelle im divergierenden Teil der Düse eine abrupte Druckerhöhung in Strömungsrichtung erzeugte, die die Grenzschicht zerstörte und die Strömungsablösung verursachte.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, um die erwähnten Nachteile bei einem solchen Vergaser zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die im Patentanspruch 1 angegebenen, zum Teil an sich bekannten Verfahrensschritte durchgeführt werden. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 1 weist hierbei die Kombination der im Patentanspruch 7 angegebenen, zum Teil bekannten Merkmale auf.

Durch das erfindungsgemäße Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung

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im symmetrischen Abstand von den Wänden der Düse und an einer Stelle unterhalb der Engstelle der Düse, die in einem axial begrenzten Bereich liegt, in dem sich die Lage der Stoßwelle bei einem Betrieb bei Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem sich während eines Überganges vom Leerlauf zum Teillastbereich ändernden Unterdruckes im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verändert, wird eine gute Zerstäubung des Kraftstoffes im Luftstrom erzielt, ohne daß störende Strömungsablösungen auftreten. Die somit stetige gleichförmige Verteilung von Kraftstoff im Luftstrom führt zu einer gleichmäßigeren Beaufschlagung der Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine über den gesamten Leerlaufund Teillastbereich.

Die Einführung von Kraftstoff in die Luftströmung an einer Stelle innerhalb eines axial eng begrenzten Bereiches unterhalb der Engstelle der Düse hat hierbei durch die sich ändernde Lage der Stoßwelle zur Folge, daß der Kraftstoff zeitweilig oberhalb der Stoßwelle in die über schall strömung, zeitweilig unterhalb der Stoßwelle in die Unterschallströmung und zeitweilig im Bereich der Stoßwelle eingeführt wird.

Das Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung eines Vergasers im Bereich einer überschallströmung, um eine gute Zerstäubung und eine gleichförmige Verteilung auf die Zylinder einer Brennkraftmaschine zu erzielen, ist bereits aus der DT-OS 2 053 991 bekannt. Diese Veröffentlichung bezieht sich jedoch nur auf Verfahrens schritte und auf eine Vorrichtung zur Verbesserung der Gemischaufbereitung im Leerlaufbereich. Es handelt sich hierbei um einen Vergaser mit einem fixierten Venturibereich, in dem eine innere Düse angeordnet ist, die wieder mit einem Kraftstoffinger oder einer -nadel versehen ist, die zusammen mit der äußeren Düse einen konvergierenden-divergierenden Kraftstoffkanal bildet. Die Veröffentlichung beschreibt hierbei die Verbesserung der Zerstäubung und Verteilung des Kraftstoffes, wie er durch eine Beschleunigung der Luftströmung auf Überschallgeschwindigkeit und Erzeugen

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einer Stoßwelle zu erzielen ist. Sie gibt jedoch keinen Hinweis auf die günstige Anordnung der Stelle zum Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung bei einem Vergaser, bei dem eich die Lage der Stoßwelle in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verändert.

Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Vergaser gemäß der Erfindung;

Fig. 2 und 3 vertikale Schnitte entlang der Linien 2-2 bzw 3-3 in Fig I;

Fig. 3 a und 3 b Modifizierungen einen Details in Fig 3;

Fig. 4 a, 4 b und 4 r schematische Darstellungen der sich verändernden Lage der Stoßwelle in Reaktion auf Änderungen des Unterdruckes bei verschiedenen Strömungsquerschnitten der Düse;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Lage

der Stelle zur Einführung von Kraftstoff in die Luftströmung in der Düse und einer guten Kraftstoffzerstäubung als Funktion sich ändernden Unterdruckes und sich ändernden Strömungsquerschnittes der Düse;

Fig. 6 a, 6 b, 6 c und 6 d schematische Darstellungen des Vergaser-Ansaugkanales mit den sich in Abhängigkeit von der Lage der Einführung des Kraftstoffes in die Luftströmung ändernden Zerstäubung smu stern des Kraftstoffes im Luftstrom.

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In den Fig. 1 bis 3 ist ein im wesentlichen bei Schallgeschwindigkeit arbeitender Einfach-Fallstrom-Vergaser mit variablem Venturibereich gezeigt. Er besteht aus einem Einlaßteil 12, einem Haupt- oder Kraft -stoffzumeßteil 14 und einem Auslauteil 16. Der Auslaßteil 16 ist als Befestigung sflansch ausgebildet und dient zur Befestigung des Vergasers am Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine.

Der Vergaser 10 weist einen Ansaugkanal 18 auf, der im Querschnitt rechteckig und veränderbar ist. Der Ansaugkanal 18 wird hierbei von zwei sich gegenüberliegenden festen Seitenwänden 20 und zwei sich gegenüberliegenden, spiegelbildlichen, verschwenkbaren, gekrümmten Wänden 22 a und 22 b gebildet. Wie am besten aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, bestehen die Seitenwände 20 je aus einer T-förmigen Platte und einer entsprechend geformten Gummidichtung 28, über die sie in Ausnehmungen 26 des Hauptteiles 14 des Vergasers angeordnet sind. Jede der T-förmigen Seitenwände 20 ist an ihrer zum Ansaugkanal liegenden Oberfläche mit einem Überzug 30 aus einem gleichzeitig dichtenden und reibungsmindernden Material versehen.

Die vorzugsweise aus Schaumgummi bestehende Gummidichtung 28 weist eine Mittenöffnung 32 auf, die über eine nicht gezeigte Bohrung in Verbindung mit dem Ansaugkanal 18 steht, um für einen Druckausgleich zu sorgen. Bei der Montage der ver schwenkbaren Wände 22 a und 22 b im Ansaugkanal 18 werden die die Seitenwände 20 abstützenden Gummidichtungen 28 etwas zusammengedrückt, wodurch sich an den Seitenkanten der ver schwenkbaren Wände 22 a und 22 b eine gute, luftdichte Abdichtung ergibt.

Am Einlaßteil 12 des Vergasers sind Luftführungsteile 36 angeordnet, die für einen strömungsgünstigen Übergang zum Ansaugkanal 18 sorgen.

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Wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen ist, weisen die ver schwenkbaren Wände 22 a und 22 b einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf und bestehen je aus einer im Querschnitt L-förmigen Platte 38 und einem an einem Schenkel der Platte 38 befestigten, eine gekrümmte Oberfläche aufweisenden Füllstück 39. Die gekrümmten Oberflächen der Füllstücke 39 bilden den konvergierenden Teil und die freien Schenkel der Platten 38 bilden den divergierenden Teil eines variablen Venturibereiches bzw einer konvergierenden-divergierenden Düse. Die Füllstücke 39 sind mit eich nach oben erstreckenden Steuerarmen 40 versehen, die im Einlauteil 12 des Vergasers 10 über Bolzen 42 schwenkbar gelagert sind und über Zahn Segmente 44 miteinander in Eingriff stehen. Die Zahnsegmente 44 sorgen dafür, daß ein Verschwenken der Wände 22 a und 22 b immer gleichzeitig und entgegengesetzt zueinander erfolgt, so daß der Strömungsquerschnitt der Düse bezüglich ihrer Mittellinie stets gleichmäßig verringert oder vergrößert wird. Die hinteren Seiten der Wände 22 a und 22 b werden über eine Dichtungsanordnung 46, die aus einer Dichtleiste 48 und einer Gummifederleiste 52 besteht, gegenüber einer bogenförmigen Oberfläche 50 im Hauptteil 14 des Vergasers 10 abgedichtet.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weist die linke Wand 22 a an ihrer hinteren Seite einen Vorsprung 54 auf, an dem sich eine Schraubenfeder 56 abstützt, die den variablen Venturibereich normalerweise in seine geschlossene bzw Leerlauflage drückt. Das andere Ende der Schraubenfeder 56 stützt sich an einem Vorsprung 58 an einem Gewindebolzen 59 ab, der in einer Bohrung 60 im Hauptteil 14 des Vergasers 10 angeordnet ist. Die gegenüberliegende Wand 22 b ist über eine Verbindungsstange 62 mit einem Hebelarm 64 verbunden, der an einer Welle 66 befestigt ist. Die Welle 66 ist in einem Teil 68 des Hauptteiles 14 des Vergasers 10 gelagert und in herkömmlicher Weise über nicht gezeigte Einrichtungen mit einem Gaspedal eines Kraftfahrzeuges verbunden, so daß der Fahrer des Kraftfahrzeuges den durch die ver schwenkbar en Wände 22 a und 22 b gebildeten variablen Venturibereich entgegen der Kraft der Schrauben-

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feder 56 durch Niederdrücken des Gaspedales zur Erhöhung des Strömungsquerschnittes verändern kann.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, weist der Einlaßteil 12 des Vergasers 10 einen Einschnitt 70 auf, in dem sich die Hebelarme 40 der verschwenkbaren Wände 22 a und 22 b erstrecken. Im Einlaßteil 12 in der Mittelebene zu den beiden verschwenkbaren Wänden 22 a und 22 b ist ein Kraftstoffdüsenstock 72 angeordnet. Dieser besteht aus einer Grundplatte 74 mit zwei sich nach unten in den Ansaugkanal erstreckenden Vorsprüngen 76, die je einen Kraftstoffkanal aufweisen. Die Voreprünge 76 nehmen Kraftstoffauslaßröhrchen 78 von einem bestimmten, gleichbleibenden Durchmesser auf, die sich, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, bis zu einer bestimmten Stelle unterhalb der Engstelle 80 des variablen Venturibereiches erstrecken. Die inneren Oberflächen der ver schwenkbaren Wände 22 a und 22 b weisen im engeren Venturibereich Einschnitte oder Mulden 82 auf, in denen die Kraftstoffröhrchen 78 bei am weitesten geschlossenen Venturibereich zu liegen kommen. Die Kraftstoffauslaßröhrchen 78 sind, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, in der Mittelbene zwischen den beiden ver schwenkbaren Wänden 22 a und 22 b angeordnet und sind, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, in symmetrischen Abständen von den festen Seitenwänden 20 und voneinander angeordnet. Aus den Fig. 3 a und 3 b sind alternativ mögliche Ausbildungen der Enden der Treibstoffauslaßröhrchen 78 gezeigt. Fig. 3 a zeigt hierbei ein Treibstoffauslaßröhrchen 78 a mit einem trompetenförmig aufgeweiteten Ende und Fig. 3 b zeigt hierbei ein Treibstoffauslaßröhrchen 78 b mit einem abgeflachten aufgeweiteten Ende.

Der Kraftstoffdüsenstock 74 weist zwei Kraftstoffeinlässe 84 auf, die über Kanäle 88 und 90 mit zwei Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen 86 verbunden sind. Die Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen 86 können hierbei herkömmlichen Aufbau besitzen, wie er für die Zufuhr von Kraftstoff unter leichtem Druck bekannt ist. Alternativ kann jedoch auch die Kraftstoffzufuhr zum Kraftstoffdüsenstock 74 über eine herkömmliche Schwimmer kamm er an-

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Ordnung erfolgen.

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Einzelheiten dieser Kraftstoffzufuhr sy sterne werden nicht erläutert, da

sie für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich sind. Es reicht aus, daß die Kraftstoffzufuhreinrichtung Kraftstoff derart zur Verfügung stellt, daß er über die Kraftstoffauslaßröhrchen 78 in Abhängigkeit von sich änderndem Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angesaugt werden kann.

Der Hauptteil oder Kraftstoffzumßeteil 14 des Vergasers 10 ist mit dem Auslaßteil 16 über eine ringförmige Dichtung 92 verbunden. Diese Dichtung 92 steht hierbei in Verbindung mit einem Kanal 94 (sieh Fig. 2), der unterhalb des divergierenden Teiles der Düse in den Ansaugkanal führt, um in ansich bekannter Weise eine Einleitung von Kurbelgehäusedämpfen oder eine Abgasrückführung zu ermöglichen.

Wie sich aus dem Vorhergehenden ergibt, weist der Vergaser gemäß der Erfindung einen variablen Venturibereich bzw eine im Strömungsquerschnitt variable konvergierende-divergierende Düse auf, wobei der konvergierende Teil der Düse mit 96, der divergierende Teil der Düse mit 98 und die Engstelle der Düse mit 80 bezeichnet ist (siehe Fig. Z). Die geometrische Form der Düse wird hierbei so festgelegt, daß eine konvergierend-divergierende Düse mit einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit erhalten wird, in der bei Umgebungsdruck in den konvergierenden Teil 96 eintretende Luft an der Engstelle 80 auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird, sich die Geschwindigkeit der Luftströmung kurz unterhalb der Engstelle auf Überschallgeschwindigkeit erhöht und daraufhin infolge einer Stoßwelle abrupt auf Unterschallgeschwindigkeit im divergierenden Teil 98 der Düse verringert.

Der Aufbau und die Funktion der beschriebenen Düse ist hierbei aus der bereits genannten US-PS 3 778 038 bekannt. Wesentlich ist, daß der

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Aufbau der Düse derart ist, daß für einen beachtlichen Betriebsbereich, wie z. B. im wesentlichen im Leerlauf und im Teillastbereich der Brennkraftmaschine, eine Strömung bei Schallgeschwindigkeit erfolgt, was bedingt, daß der Druck an der Engstelle 80 der Düse im Vergleich zum Umgebungsdruck beim 0, 528fachen liegt, wodurch sich die beschriebene Beschleunigung der Luftströmung auf Schallgeschwindigkeit bzw Über s.c hallg eschwindigkeit ergibt und das Druckgefälle von der Engstelle 80 zum Ausgang der Düse muß derart sein, daß, wie in Fig. 2 bei 100 angedeutet, im divergierenden Teil 98 der Düse eine Stoßwelle entsteht.

Die jeweilige, axiale Lage wird sich hierbei in bekannter Weise in Abhängigkeit von Änderungen des Druckes am Ausgang des divergierenden Teiles 98 der Düse ändern. Das heißt, steigt der Unterdruck am Ausgang des divergierenden Teiles 98 der Düse über einen kritischen Wert an, so wird sich die Stoßwelle axial nach unten in Richtung auf den Ausgang des divergierenden Teiles 98 der Düse verlagern. Andererseits, fällt der Unterdruck (d.h. der absolute Druck steigt), so wird sich die Stoßwelle axial nach oben in Richtung auf die Engstelle der Düse verlagern. Die Stoßwelle kann eventuell auch in der Engstelle verebben, sobald das Druckgefälle über die Engstelle nicht mehr ausreicht, eine Luftgeschwindigkeit mit Schallgeschwindigkeit hervorzurufen.

In ähnlicher Weise wird sich die Stoßwelle in Abhängigkeit von Änderungen des Strömungsquerschnittes der Düse vertikal verlagern. Eine durch ein Verschwenken der Wände 22 a und 22 b bewirkte Quer schnitteveränderung der Engstelle des Venturibereiches fuhrt zwangsläufig zu einer Veränderung des Druckgefälles innerhalb der Düse und dementsprechend zu einer Veränderung des Punktes, an dem die Luftströmung abrupt von Überschallgeschwindigkeit zu Unterschallgeschwindigkeit übergeht. D.h. , die vertikale Lage der Stoßwelle wird sich in umgekehrter Abhängigkeit von einer Veränderung des Strömungs quer schnitte

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des variablen Venturibereichs bzw der konvergierenden-divergierenden Düse ändern.

Daraus ergibt sich, daß die Lage der Stoßwelle im Ansaugkanal in Abhängigkeit von Änderungen des Strömungsquerschnitts der Düse und/oder des Unterdruckes im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, oder in Abhängigkeit von einer Kombination dieser beiden Größen schwankt. Eine Veränderung des Strömungsquerschnittes wird ebenso eine Verlagerung der Stoßwelle mit sich bringen, wie eine Veränderung des Unterdruckes im Ansaugrohr eine Verlagerung der Stoßwelle bewirken wird.

In den Fig. 4 a bis 4 c ist die Verlagerung der Stoßwelle 100 sowohl in Abhängigkeit von Veränderungen des Unterdruckes im Ansaugrohr als auch von Veränderungen des Strömungsquerschnitts der Düse gezeigt. Fig. 4 a zeigt z. B. den variablen Venturibereich in einer Lage, bei der eine Strömung von 1, 386 cbm/min auftritt und das Querschnittsverhältnis des Ausgangs der Düse zur Engstelle der Düse 5 beträgt. Je stärker hierbei der am Ausgang der Düse einwirkende Unterdruck ist, um so niedriger wird die Lage der Stoßwelle 100 sein. In den Fig. 4 b und 4 c ist die Lage des variablen Venturibereiches bei einer Strömung von 2, $18 cbm/min bzw 5,433 cbm/min gezeigt, wobei das Quer Schnitts verhältnis des Ausgange der Düse zur Engstelle der Düse 3, 5 bzw 2, 7 beträgt. Aus den Fig. 4 b und 4 c ist zu ersehen, daß sich auch hier die vertikale Lage der Stoßwelle 100 in Abhängigkeit von Veränderungen des Unterdruckes ändert.

Nachdem es die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichförmigen Verteilen von Kraftstoff im Luftstrom eines Vergaser-An saugkanale s zu schaffen, wobei eine möglichst gute Zerstäubung des Kraftstoffes erzielt und eine störende Strömungsablösung von den Wandungen des Ansaugkanales verhindert werden soll, wird anhand der folgenden Beschreibung der Fig. 5 erläutert, wie diese Aufgabe erfin-

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dungsgemäß durch Einführen von Kraftstoff in den Luftstrom in einem axial eng begrenzten Bereich unterhalb der Engstelle der Düse gelöst wird.

In Fig. 5 sind hierzu die Ergebnisse verschiedener Tests, die mit einem Vergaser mit variablem Venturibereich mit verschieden angeordneten Kraftstoffauslaßröhrchen bei unterschiedlichen Strömungsquerschnitten des variablen Venturibereiches und bei unterschiedlichen Unterdrücken im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine erzielt wurden, in einer graphischen Darstellung festgehalten worden.

Die vertikalen Säulen in Fig. 5 geben den Bereich oberhalb und unterhalb der Stoßwelle 100 an, in dem Kraftstoff in die Luftströmung eingeführt werden kann und noch eine gute Zerstäubung und Verteilung des Kraftstoffes erzielt und eine Strömungsablösung noch verhindert wird. Diese Bereiche einer möglichen Einführung von Kraftstoff in die Luftströmung wurden hierbei bei drei unterschiedlichen Strömungen bei jeweils drei unterschiedlichen Unterdrücken im Ansaugrohr festgehalten.

Der oberhalb der Stoßwelle 100 liegende schraffierte Abschnitt 102 der Säule zeigt hierbei den vertikalen Bereich oberhalb der Stoßwelle 100 an, in dem Kraftstoff in die Luftströmung eingeführt werden kann und noch<ine gute Verteilung ohne Strömungsablösung erzielt wird. Der unschraffierte Teil 104 der Säule unterhalb der Stoßwelle 100 zeigt hierbei den Bereich an, in dem Kraftstoff in die Luftströmung unterhalb der Stoßwelle eingeführt werden kann und noch eine gute Verteilung ohne Strömungsablösung erzielt wird.

Die verschiedenen Säulen geben somit für die unterschiedlichen Unterdrücke, im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine und für unterschiedliche Strömungsverhältnisse den jeweiligen Bereich an, in dem Kraftstoff in die Luftströmung eingeführt werden kann, um noch eine gute Zer-

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stäubung ohne Strömungsablösung zu erzielen. Soll die Brennkraftma schine in allen B^triebsbereichen, in denen im Vergaser eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit eingestellt werden kann, unabhängig von, jeweiligen Unterdruck im Ansaugrohr zufriedenstellend arbeiten, so ist es erforderlich, den Kraftstoff nur innerhalb des axial eng begrenzten, mit 106 bezeichneten Bereiches in die Luftströmung einzuführen.

So muß z. B. der Kraftstoff unterhalb der Engstelle innerhalb des axial eng begrenzten Bereiches 106 eingeführt werden, um eine gute Kraftstoffverteilung bei einem Unterdruck von 127 mm Quecksilbersäule, bei einer Strömung von 2, 464 als auch 3, 735 und 5, 66 cbm/min zu erreichen. Bei einem Unterdruck von 127 mm Quecksilbersäule ergibt sich eine gute Kraftstoffverteilung, wenn der Kraftstoff an oder oberhalb der Engstelle in der Düse in die Luftströmung eingeführt wird. Bei einem Unterdruck von 281 mm Quecksilbersäule -würde ein Einfuhren von Kraftstoff an der gleichen Stelle bereits außerhalb des für eine gute Zerstäubung notwendigen Bereiches liegen und damit unakzeptabel sein. In ähnlicher Weise würde bei einem Unterdruck von 381 mm Quecksilbersäule ein Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung etwas unterhalb von 25, 4 mm unterhalb der Engstelle zu einer zufriedenstellenden Verteilung bei einer Strömung von 2, 462 cbm/min und bei einer Strömung von 5, 66 cbm/min führen, nicht jedoch bei einer Strömung von 3, 735 cbm/min und ebenso nicht, wenn der Unterdruck auf nur 127 bzw 254 mm Quecksilbersäule abfällt. Daraus ergibt sich, daß eine wirklich zufriedenstellende Kraftstoffzerstäubung und -verteilung ohne Strömungsablösung im Ansaugkanal nur durch die erfindungsgemäße Anordnung der Einführungsstelle von Kraftstoff in die Luftströmung in dem axial eng begrenzten Bereich 106 erzielt werden kann.

In den Fig. 6 a bis 6 d ist in schematischer Darstellung eine Gegenübers teilung der Kraftstoffverteilung beim Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung oberhalb (6 a) und unterhalb (6 b) des in Fig. 5 aufge-

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zeigten axial eng begrenzten Bereiches 106 bzw bei einer Einführung von Kraftstoff in die Luftströmung innerhalb des empfohlenen Bereiches (Fig. 6 c und 6 d) gezeigt.

Die hierbei in Fig. 6 a angedeutete Strömungsablösung 200 bzw die in Fig. 6 e angedeutete Luftkissenbildung 202 führen zu einer einseitigen Verlagerung der Gemischströmung im Ansaugkanal des Vergasers und somit zu einer ungleichmäßigen Versorgung von verschiedenen Zylindern einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine.

Dem gegenüber führt die Einführung von Kraftstoff in die Luftströmung in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen axial eng begrenzten Bereich 106 in den Fig. 6 c und 6 d zu einer einwandfreien Zerstäubung des Kraftstoffes, sowohl bei kurz oberhalb der Stoßwelle 100 liegendem Ende des Kraftstoffauslaßröhrchens als auch bei kurz unterhalb der Stoßwelle liegendem Ende des Kraftstoffauslaßröhrchens. Es hat sich hierbei gezeigt, daß der große Druckunterschied im Bereich der Stoßwelle den Kraftstoff dazu bewegt, eine kurze Strecke stromaufwärts zu wandern, um sich von dort dann konisch und gleichförmig zu zerstäuben. Es kann sein, daß durch die Anwesenheit des des Kraftstoffauslaßröhrchens im Bereich der Stoßwelle ein Prallobjekt für die Stoßwelle gebildet wird, das eine gleichförmige Verteilung des Kraftstoffes begünstigt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

strom eines Vergaser-Ansaugkanales, eines im wesentlichen bei Schallgeschwindigkeit arbeitenden Vergasers, in Reaktion auf variierenden Unterdruck im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende zum Teil an sich bekannte Verfahrensechritte:

a) Einführen von Luft unter Umgebungsdruck in den Eintrittsteil und den konvergierenden Teil einer konvergierend-divergierenden Düse, bis ein kritisches Druckverhältnis zwischen der einströmenden Luft und der Luft in der Engstelle der Düse erreicht wird, wodurch sich die Geschwindigkeit der Luftströmung auf Schallgeschwindigkeit erhöht.

b) überführen des Luftstromes in den divergierenden Teil der Düse unterhalb der Engstelle, wobei sich die Geschwindigkeit der Luftströmung auf Überschallgeschwindigkeit erhöht.

c) Erzeugen einer Stoßwelle in der Luftströmung im divergierenden Teil der Düse, deren axiale Lage zwischen der Engstelle und dem Austritteteil der Düse in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine variiert, wodurch eich die Geschwindigkeit der Luftströmung abrupt auf Unterschallgeschwindigkeit verringert.

d) Verändern des Strömungsquerschnitts der Düse zum Verändern des Luftströmungsvolumene.

e) Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung in symmetrischen Abstand von den Wänden der Düse und an einer Stelle unterhalb der Engstelle der Düse, die in einem axial eng begrenzten Bereich liegt, in dem eich die axiale Lage der

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Stoßwelle während der im Schallgeschwindigkeitsbereich liegenden Betriebebereiche vom Leerlauf bis zum Teillastbereich verändert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen des Kraftstoffes in die Luftströmung in der Weise erfolgt, daß die Stelle unterhalb der Engstelle der Düse innerhalb eines durch obere und untere Grenzen definierten, axial eng begrenzten Bereiches liegt, den die Stoßwelle in Reaktion auf Änderungen des Strömungsquerschnitts der Düse und des Unterdruckes im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine während eines Überganges vom Leerlauf- zum Teillastbereich zurücklegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung an einer festen Stelle erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung bei vorbestimmtem Unterdruck und Luftströmungsquerschnitt in den Unterschallströmungsbereich unterhalb der Stoßwelle erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung bei vorbestimmtem Unterdruck und Luftströmungsquerschnitt in den Uberschallströmungsbereich oberhalb der Stoßwelle erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen von Kraftstoff in die Luftströmung bei vorbestimmtem Unterdruck und Luftströmungsquerschnitt im Bereich der Stoßwelle erfolgt.

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7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Kombination folgender zum Teil bekannter Merkmale:

a) Ein Vergaser (10) mit variablem Venturibereich weist einen einenends mit der Umgebungsluft und ander en ends mit dem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine verbundenen Ansaugkanal (18) auf.

b) Der Ansaugkanal (18) weist eine konvergierend-divergierende Düse mit einer den konvergierenden Teil (96) mit dem divergierenden Teil (98) verbindenden Engstelle (80) auf.

c) Der Ansaugkanal (18) weist zumindest eine verschwenkbare Wand (38) auf.

d) Die verschwenkbare Wand (38) ist mit einer Einrichtung (62, 64 und 66) zum Verändern des Strömungsquerschnitts der Düse verbunden.

e) Die kovergierend-divergierende Düse ist derart ausgelegt, daß über einen wesentlichen Betriebsbereich, nämlich vom Leerlauf zum Teillastbereich der Brennkraftmaschine, an der Engstelle (80) der Düse eine Luftströmung mit Schallgeschwindigkeit aufrecht erhalten bleibt, die unterhalb der Eng stelle (80) in Überschallgeschwindigkeit und darauf folgend nach Durchlaufen einer Stoßwelle (100) in Unterschallgeschwindigkeit übergeht.

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f) In die konvergierend-divergierende Düse ragt ein Kraftstoffauslaßröhrchen (78),dessen Ausladende unterhalb der Engstelle (80) in einem axial eng begrenzten Bereich (106) liegt, in dem sich die axiale Lage der Stoßwelle (100) in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verändert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da/2 die verschwenkbare Wand (38) an ihrem oberen Ende schwenkbar gelagert ist und das Profil einer Hälfte der konvergierend-divergierenden Düse aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (18) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und zwei gegenüberliegende, spiegelbildliche verschwenkbare Wände (38) aufweist, die im Schnitt das Profil (22 a und 22 b) einer konvergierend-divergierenden Düse besitzen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ver schwenkbaren Wände (38) an ihren oberen Enden schwenkbar gelagert und über miteinander in Eingriff stehende Zahnsegmente (44) nur eine gleichzeitige und entgegengesetzte Bewegung ermöglichend verbunden sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9f dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstoffauslaßröhrchen (78) in symmetrischem Abstand zu den ver schwenkbar en Wänden (38) in die konvergierend-divergierende Düse einragt und sich mit seinem Auelaßende bis unterhalb der Eng stelle (80) erstreckt.

709841/0919

Ford / US-843 / 26. März 1977

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Auelaßende des Kraftstoffauslaßröhrchens (78) eine feste Lage einnimmt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Unterdruck im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine innerhalb des Schallgeschwindigkeitsströmungsbereiches vom Leerlauf zum Teillastbereich eine bestimmte Kraftstoff-Einführ -zone mit oberer und unterer Grenze festgehalten wird, innerhalb der eine gute Kraftstoff zerstäubung ohne Strömungsablösung erzielt wird, das Wandern dieser Kraftstoff-Einführzone nach oben und unten bei unterschiedlichen Unterdrücken im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine und bei unterschiedlichen Strömung squer schnitten des Ansaugkanales festgehalten wird und ein über den gesamten Schallgeschwindigkeitsströmungsbereich gültiger, axial eng begrenzter Bereich (106) optimaler Kraftstoffeinführung festgelegt wird, in dem das Auslaßende des Kraftstoffauslaflröhrchens (78) angeordnet wird.

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