DE2722168A1

DE2722168A1 - Vergaser fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2722168A1
Application number: DE19772722168
Authority: DE
Inventors: Kurt E Prof Dr Ing Loehner
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1978-11-23
Also published as: DE2722168B2; FR2391370A1; DE2722168C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einer stromauf eines willkürlich einstellbaren Drosselorgans zur Mengenregelung im Ansaugkanal angeordneten und stromab in eine Mischkammer gerichteten Zerstäubungsöffnung zur Einbringung des Brennstoffes in den Ansaugluftstrom, sowie mit einer der Zerstäubungsöffnung stromauf vorgeschalteten Verdampfungseinrichtung für den flüssigen Brennstoff, bestehend aus einer Heizkammer, die einen Zulauf sowie einen Rücklauf für ein Heizmedium aufweist, und deren Wandung teilweise eine Wärmeaustauschfläche gegenüber einer den jeweils zugeführten flüssigen Brennstoff umschließenden Wandung bildet.

Eine derartige Ausführungsform läßt sich der CH-PS 202 061 entnehmen. Die Zerstäubungsöffnung besteht aus einer Lochdüse, die mit einer Zufuhrleitung in den flüssigen Brennstoff ragt, der sich in einem schwimmergesteuerten Brennstofftank befindet. Letzterer weist eine mit Luft gefüllte Doppelwandung auf und liegt so in dem Strömungsweg des Abgasstromes der Brennkraftmaschine, daß die Außenwandung des Brennstofftankes von dem Abgas umspült wird. Der Wärmeübergang erfolgt also durch die Doppelwandung sowie durch die von dieser Doppelwandung eingeschlossenen Luftschicht hindurch in den Innenraum des Brennstofftankes, wo

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-grVerdampfung eines Teiles des Brennstoffs erfolgt. In den Brennstofftank mündet ein zusätzliches, drosselklappengesteuertes Luftzuführungsrohr, das bei der Verdampfung des Brennstoffes geöffnet ist. Luft und verdampfter Brennstoff gelangen durch eine zusätzliche Zerstäubungsöffnung in den Ansaugkanal, wobei beim öffnen dieser zusätzlichen Zerstäubungsöffnung automatisch die oben erwähnte Zerstäubungsöffnung für den flüssigen Brennstoff geschlossen wird.

Beim Ottomotor mit Funkenzündung wird eine bei Funkenübersprung homogene Mischung von Luft und Brennstoff als ideal bezeichnet, weil dann die sicherste Zündung und beste Verbrennung erreicht werden, und das größte Luftverhältnis bei sicherer Zündung möglich ist. Da dann die Verbrennungstemperatur einen relativ niedrigen Wert hat, wird die Stickoxidbildung gering. Dabei darf aber die Temperatur des Gemisches bei Beginn der Verdichtung nicht hoch sein, weil sonst durch relativ vergrößerte Verdichtungsendtemperatur und Verbrennungstemperatur die Stickoxidbildung wieder ansteigen würde.

Der eingangs erläuterte Vergaser weist aufgrund des zentral angeordneten Kraftstoffreservoirs so große Abmessungen auf, daß sich der Vergaser schon aus diesem Grunde heute nicht mehr einsetzen ließe. Wegen der hohen Isolierung durch die von der Doppelwandung des Brennstofftanks eingeschlossenen Luft müßte die von den Abgasen beaufschlagte Wandungsfläche zur Erzielung einer ausreichend großen Wärmeübertragung so groß dimensioniert werden, daß ein derartiger Vergaser auch aus diesem Grunde für die Praxis ungeeignet wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den oben erläuterten Vergaser so zu verbessern, daß bei kleinen Außenabmessungen des Vergasers eine zur Verdampfung des Brennstoffes ausreichend große

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wärmeübertragende beheizte Fläche vor der Vermischungsstelle zwischen Brennstoff und Luft zur Verfugung steht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Heizkammer zentrisch im Ansaugkanal angeordnet ist und von einer den flüssigen Kraftstoff an ihrer Außenwandung vorbeiführenden Kraftstoffleiteinrichtung umschlossen ist, die zusammen mit der Ansaugkanalwandung einen stromab zentrisch in die Mischkammer gerichteten Ringkanal bildet, an dessen Obergang in die Mischkammer die als ringförmiger Schlitz ausgebildete Zerstäubungsöffnung für den Austritt des verdampften Kraftstoffes liegt.

Die Anordnung der Kraftstoffleiteinrichtung, sowie Ausbildung und Anordnung der Zerstäubungsöffnung für den Austritt des Kraftstoffes entsprechen einer Ausführungsform, die in der DT-AS 23 05 103 offenbart ist. Dieser vorbekannte Vergaser weist jedoch keine Verdampfungseinrichtung für den flüssigen Brennstoff auf.

Bei dem neuen Vergaser wird also nicht der sich in einem Tank oder dergleichen befindliche flüssige Kraftstoff verdampft, sondern die Verdampfung erfolgt, während des Vorbeiströmens des flüssigen Kraftstoffs an der Außenwandung der Heizkammer, also auf dem Weg von einem Tank zu der Zerstäubungsöffnunq im Ansaugkanal. Die Heizkammer läßt sich dadurch sehr kompakt ausbilden und so zentrisch im Ansaugkanal anordnen, daß die Heizkammer zusammen mit der sie umschließenden Kraftstoffleiteinrichtung einen konusförmigen Strömungsleitkörper bilden. Dabei ist die Heizkammer wie ein allseitig geschlossener Kessel ausgebildet, wobei Zulauf und Rücklauf bezogen auf den Ringkanal radial oder aber axial zu der Heizkammer geführt sein können.

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Die Wärmeübertragung von dem die Heizkammer durchströmenden Heizmedium auf den zu verdampfenden Kraftstoff kann mit zahlreichen konstruktiven Mitteln vergrößert werden: So kann die Kraftstoffleiteinrichtung zahlreiche in oder außen an der Wärmeaustauschfläche der Heizkammer entlanglaufende Kraftstoffkanäle aufweisen. Diese Kanäle können durch ineinandergreifende Rippen gebildet sein, um eine möglichst große Wärmeübertragungsfläche zu schaffen- Die Kraftstoffleiteinrichtung kann an einigen Flächen unmittelbar an der Wärmeaustauschfläche der Heizkammer anliegen und so eine wärmeleitende Verbindung herstellen. Schließlich kann auch die Innenwandung der Heizkammer mit Rippen versehen werden.

Um auch die Ansaugluft erwärmen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Außenwandung der Kraftstoffleiteinrichtung mit Rippen versehen ist.

Um schon beim Anlassen des Motors den Brennstoff verdampfen zu können, ist es zweckmäßig, wenn in die Heizkammer eine elektrische Heizeinrichtung ragt. Diese kann aus Rohren mit inneren isolierten Heizdrähten bestehen, die mit elektrischem Strom geheizt werden. Etwa eine Minute vor dem Anlassen wird dann die gesamte Verdampfungseinrichtung auf oder über die Gleichgewichtsverdampfungstemperatur des Brennstoffs erhitzt, so daß sofort Brennstoffdampf zu den Zylindern geführt werden kann.

Zu- und Rücklauf der Heizkammer können an das Kühlsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen sein. Hierbei wird die Fördermenge des Heizmediums von der Kühlflüssigkeitspumpe geliefert. Dabei besteht grundsätzlich die Möglichkeit, das verwendete Kühlwasser vor seinem Eintritt in die Heizkammer durch Abgas weiter zu erwärmen, so daß Naßdampf in die Heizkammer gelangt.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform können an den Zu- und

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Ablauf der als Dampfkessel ausgebildeten Heizkammer die beiden Enden eines beheizten, luftfreien und mit einem flüssigen Medium gefüllten Wärmerohres (heat pipe), vorzugsweise einer Rohrschlange angeschlossen sein. Dabei kann das Wärmerohr in dem Strömungsweg der Abgase der Brennkraftmaschine liegen und so beheizt werden.

Bei dieser Ausführungsform ist die Heizkammer als gegen hohe Überdrücke des Dampfes druckfester Dampfkessel ausgebildet- Die Wärmeübergangszahl von luftfreiem Sattdampf liegt noch über der Wärmeübergangszahl von Flüssigkeiten. Verwendet man Wasserdampf zur Wärmeübertragung, dann ist der kritische Druck von 225 bar der größtmögliche Druck, der bei 372° C Sattdampftemperatur auftreten kann. Es kann somit niemals zur Zersetzung oder Entzündung des Brennstoffs kommen. Hohe Temperaturen können mit anderen Stoffen bei niedrigeren Drücken erreicht werden, z.B. mit Glykol, mit dem auch bei atmosphärischem Druck Temperaturen in Höhe der Verdampfungstemperaturen der höchstsiedenden Anteile erzielt werden können. Bei Verwendung des erläuterten Wärmerohres bringt eine Rücklaufleitung die kondensierte Flüssigkeit aus der Heizkammer heraus und zurück in die Rohrschlange. Die Förderung wird hier also durch die Erdgravitation bewirkt.

Um bei Überschreiten der rechnungsmäßig vorgesehenen Temperaturen einen zu hohen Druckanstieg zu vermeiden, oder aber um die Masse der wärmeübertragenden Flüssigkeit vergrößern zu können, kann über eine Rohrleitung über der Heizkammer ein zusätzlicher Raum angeschlossen sein, der einen Teil des Dampfes aufnehmen kann, aber nicht gekühlt zu sein braucht.

Der neue Vergaser arbeitet auch ohne Verdampfungseinrichtung in herkömmlicher Weise. Hierfür ist es zweckmäßig, wenn die ringförmige Zerstäubungsöffnung unter etwa 90° zur Strömungsrichtung

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der Ansaugluft in die Mischkammer mündet, und wenn der Mischkammerquerschnitt stromauf des Drosselorqanes zumindest gleich dem am übergang des Ringkanals in die Mischkammer ist. Die Brennstoffzerstäubung erfolgt dann erst unmittelbar hinter dem Ringkanal, d.h. in den freien Raum der Mischkammer. Es steht also für die Aufteilung des Brennstoffs in kleine Tröpfchen ein von störenden Wandungen freier Raum zur Verfügung, so daß vor der Erzeugung der Tröpfchen keine Wandbenetzung erfolgen kann. Da der Brennstoff unter etwa 90° zu der vorbeiströmenden Ansaugluft austritt, wird eine optimale Gemischbildung erreicht. Der ausgetretene Brennstoff wird in dünner Schicht und in großer Längenerstreckung von der Luft erfaßt und in den freien Raum der Mischkammer hinein zerstäubt, da der konusförmige Strömunqsleitkorper nur gerade bi^s zu dem Zerstäubungsschlitz reicht. Nur der Teil des Luftquerschnitts, der an dem Strömungsleitkörper anliegt, wird zur unmittelbaren Zerstäubung des Brennstoffs herangezogen. Der an der Außenwandung des Ansaugkanals strömende Teil der Luft verhindert über eine beträchtliche Strecke eine Berührung der Wandung durch die austretenden Brennstoff-Tröpfchen. Hier wird also eine Art Luftschleier gebildet. Dadurch wird nicht nur ein besserer Transport der Brennstoff-Tröpfchen zu den einzelnen Zylindern erreicht, sondern zugleich auch eine bessere Verdampfung der Tröpfchen in der Luft erzielt, da die Brennstoffoberfläche größer ist als bei an der Wandung entlangf1ießenden Brennstoff-Filmen. Außerdem wird eine Aufteilung des Brennstoffes in kleinere Tröpfchen erreicht, die an Krümmungen wegen der im Vergleich zum Querschnitt der Tröpfchen geringeren Masse besser dem Luftstrom folgen können.

Der neue Vergaser arbeitet somit auch bei Ausfall der Verdampfungseinrichtung und weist dann al Ui diejenigen Vorteile auf, die den Vergaser gemäß der DT-AS 2\ 05 10! gegenüber allen herkömmlichen Vergasern ohne Verdampfungseinrichtunq auszeichnet.

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Bei allen Ausführungsformen sowie in jedem Betriebszustand erfolgt die Förderung des Brennstoffs aus einer Schwimmerkammer heraus zu der Zerstäubungsöffnung in bekannter Weise durch den Unterdruck an der Zerstäubungsöffnung, der sich aus der Wahl als kleinster Querschnitt des Saugleitungssystems ergibt. Der Querschnitt der Zerstäubungsöffnung ergibt dann zusammen mit dem dort herrschenden Unterdruck die Luftmenge, während in der Brennstoffleitung eine Brennstoffdüse die Brennstoffmenge festlegt. Dabei kann nach der Bemessung durch die Brennstoffdüse zur Zerstäubung und schnei leren Förderung eine geringe Menge Luft zugeteilt werden.

Die Zuteilung des Benzins bei der CH-PS 202 06 1 ist bei Einschaltung der Verdampfung abhängig von der Temperatur des erzeugten Dampfes. Es wird also bei dieser Konstruktion ein gewünschtes Mischungsverhältnis bei Änderung der Temperatur nicht beibehalten werden können. Im Gegensatz dazu wird bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung völlig unabhängig von dem durchströmenden Gemisch aus Luft und flüssigem Kraftstoff bei Anlassen des kalten Motors und bei Verdampfung des Kraftstoffs das Mischungsverhältnis immer dasselbe sein.

In einer zweckmäß igen Ausf ührungsforni kann die wärmeübertragende Innenfläche der He izkamnier mit Stoffen beschichtet sein, die eine Benetzung dieser Fläche verhindern. Dadurch wird zur Verbesserung des Wärmeüberganges statt einer F i Inikondensat ion des Deimpfes eine Tropfenkonden.sat ion bewirkt. Die Be sch ich tu ng kann z.B. mit Teflon erfolgen. Der gleiche Effekt könnte auch durch Beimischung benetzungsverhindernder Flüssigkeiten (z.B. Pril) zur Verdampfungsflüssigkeit erzielt werden.

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In den Zeichnungen sind einige als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 einen Vergaser im Längsschnitt;

Figur 2 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Darstellung gemäß Figur 1;

Figur 3 in vergrößertem Maßstab einen Wandungsquerschnitt zur Wärmeübertragung und

Figur 4 den Gegenstand gemäß Figur 3 in einer abgewandelten Ausführungsform.

Der Vergaser nach Figur 1 weist einen Ansaugkanal 1 auf, der zu den Ventilen einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine führt. In dem Ansaugkanal sind ein willkürlich einstellbares Drosselorgan 2 und stromauf hiervon ein konusförmiger Strömungsleitkörper 3 angeordnet, der zusammen mit: der Ansaugkanalwandung einen stromab zentrisch in eine Mischkammer 4 gerichteten Ringkanal 5 bildet. An dem übergang deis Ringkanals 5 in die Mischkammer 4

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weist der Strömungsleitkörper 3 eine als ringförmiger Schlitz ausgebildete Zerstäubungsöffnung 6 auf zur Einbringung des Brennstoffes in den Ansaugluftstrom. Dabei mündet die Zerstäubungsöffnung 6 unter etwa 90° zur Strömungsrichtung der Ansaugluft in die Mischkammer 4.

Der Strömungsleitkörper 3 umfaßt eine zentral angeordnete Heizkammer 7, die von einer den flüssigen Kraftstoff an ihrer Außenwandung 8 vorbeiführenden Kraftstoffleiteinrichtung 9 umschlossen ist. Letztere leitet den von einer nicht dargestellten Schwimmerkammer kommenden Kraftstoff 10 über eine Verteilereinrichtung 11, wo ggf. Mischluft 12 zugeführt wird, zu der Zerstäubungsöffnung 6. Die Verteilereinrichtung 11 weist zahlreiche Bohrungen auf, um d,^en Kraftstoff möglichst gleichmäßig an der gesamten Umfangsflache der Außenwandung 8 der Heizkammer 7 entlang zu führen.

Die Heizkammer 7 ist oben durch einen eingeschraubten oder verlöteten Deckel 13 abgeschlossen. Durch den Deckel 13 hindurch ragt in den Innenraum der Heizkammer 7 eine elektrische Heizeinrichtung 14. Die Heizkammer 7 weist ferner einen Zulauf 15 sowie einen Rücklauf 16 für ein Heizmedium auf, wobei diese beiden Leitungen bezogen auf den Ringkanal 5 etwa radial zu der Heizkammer 7 laufen.

Die Kraftstoffleiteinrichtung 9 weist zahlreiche in oder außen an der die Wärmeaustauschfläche bildenden Außenwandung 8 der Heizkammer 7 entlanglaufende Kraftstoffkanäle 17 auf (siehe auch Fig.4) Diese Kanäle 17 können auch durch ineinandergreifende Rippen 18 gebildet sein (siehe auch Fig. 3). Dabei kann die Kraftstoffleiteinrichtung 9 an einigen Flächen 19 unmittelbar an der Wärmeaustauschfläche, gebildet durch die Außenwandung 8 der Heiζkammer 7 anliegen. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges ist auch die Innen-

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wandung der Heizkammer 7 mit Rippen 20 versehen (siehe Fig. 3 u.4).

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 hängt an einem Arm 21 ein Dampferzeuger. Dieser besteht aus einem Wärmerohr in Form einer Rohrschlange 22, die an den Zulauf T5 sowie Rücklauf 16 angeschlossen ist und in dem Strömungsweg des Abgasstromes 23 liegt.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 wird heiße Kühlflüssigkeit zur Aufheizung des Brennstoffs verwendet. Zulauf 15 und Rücklauf liegen hier axial. Dabei kann die elektrische Heizeinrichtung 14 so ausgelegt sein, daß durch sie eine dauernde Nachheizung erfolgt. Statt Kühlflüssigkeit könnte in die Heizkammer 7 auch heißes Abgas geleitet werden.

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Claims

Patentansprüche:

Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einer stromauf eines willkürlich einstellbaren Drosselorgans zur Mengenregelung im Ansaugkanal angeordneten und stromab in eine Mischkammer gerichteten Zerstäubungsöffnung zur Einbringung des Brennstoffes in den Ansaugluftstrom, sowie mit einer der Zerstäubungsöffnung stromauf vorgeschalteten Verdampfungseinrichtung für den flüssigen Brennstoff, bestehend aus einer Heizkammer, die einen Zulauf sowie einen Rücklauf für ein Heizmedium aufweist, und deren Wandung teilweise eine Wärmeaustauschfläche gegenüber einer den jeweils zugeführten flüssigen Brennstoff umschließenden Wandung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer (7) zentrisch im Ansaugkanal (1) angeordnet ist und von einer den flüssigen Kraftstoff (10) an ihrer Außenwandung (8) vorbeiführenden Kraftstoff leiteinrichtung (9) umschlossen ist, die zusammen mit der Ansaugkanalwandung einen stromab zentrisch in die Mischkammer (4) gerichteten Ringkanal (5) bildet, an dessen Übergang in die Mischkammer die als ringförmiger Schlitz ausgebildete Zerstäubungsöffnung (6) für den Austritt des verdampften Kraftstoffes liegt.

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2. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffleiteinrichtung (9) zahlreiche in oder außen an der Wärmeaustauschfläche der Heizkammer (7) entlanglaufende Kraftstoff kanäle (17) aufweist.
3. Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (17) durch ineinandergreifende Rippen (18) gebildet sind.
4. Vergaser nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffleiteinrichtung (9) an einigen Flächen (19) unmittelbar an der Wärmeaustauschfläche der Heizkammer (7) anliegt.
5. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung der Heizkammer (7) mit Rippen (20) versehen ist.
6. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung der Kraftstoffleiteinrichtung (9) mit Rippen versehen ist.
7. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Heizkammer (7) eine elektrische Heizeinrichtung (14) ragt.
8. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zu- und Rücklauf (15,16) der Heizkammer (7) an das Kühlsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen sind.
9. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zu- und Ablauf (15,16) der als Dampfkessel ausgebildeten Heizkammer (7) die beiden Enden eines beheizten, luftfreien und mit einem flüssigen Medium gefüllten Wärme-

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rohres (heat pipe), vorzugsweise einer Rohrschlange (22) angeschlossen sind.
10.Vergaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (22) in dem Strömungsweg der Abgase (23) der Brennkraftmaschine liegt.
11.Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Zerstäubungsöffnung (6) unter etwa 90° zur Strömungsrichtung der Ansaugluft in die Mischkammer (4) mündet.
12.Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge>kennzeichnet, daß der Mischkammerquerschnitt stromauf des Drosselorgans (2) zumindest gleich dem am Übergang des Ringkanals (5) in die Mischkammer (4) ist.
13. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragende Innenfläche der Heizcammer (7) mit Stoffen beschichtet ist, die eine Benetzung dieser Flächen verhindern.

f. Werner Gramm
entanwalt
Gr/Gru.

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