DE2949096A1

DE2949096A1 - Gemischbildner fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2949096A1
Application number: DE19792949096
Authority: DE
Inventors: Anwar Dr.-Ing. 4005 Meerbusch Abidin; Valerio Dr.-Ing. 4040 Neuss Bianchi; Ing.(grad.) Günter Härtel; Werner Dipl.-Ing. 4040 Neuss Schiele; Ing.(grad.) Armin 4005 Meerbusch Schürfeld
Original assignee: Bosch and Pierburg System OHG
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1979-12-06
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1981-06-11
Also published as: FR2470868B1; IT8049343A0; IT1147089B; JPS5688945A; FR2470868A1; US4434772A; SE448901B; DE2949096C2; GB2064657A; SE8006213L; GB2064657B; JPS6214708B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Gemischbildner für Brennkraftmaschinen mit einer einen Hauptstrompfad begrenzenden, über einen Teil ihrer Längserstreckung beheizten Rohrwandung und mit einem Drosselorgan stromab sowie einer Kraftstoffzuteilungseinrichtung im stromauf befindlichen Teil einer Mischkammer innerhalb der Rohrwandung.

Ein für eine gute Gemischaufbereitung erfolgendes Verdampfen von Kraftstoff kann bei vorgegebener Kraftstoffqualität durch die physikalischen Größen Wärme und Druck beeinflußt werden. Die bei heutigen Serienfahrzeugen sehr häufig benutzte Wärmezufuhr erfolgt durch Vorerwärmen der Ansaugluft oder durch Beheizen der Saugrohre. Das Vorerwärmen von Ansaugluft soll vor allem eine durch die Luftfeuchtigkeit bedingte Eisbildung im Vergaser verhindern, führt jedoch zu einer unverhältnismäßig starken Erhöhung der Ansauggemischtemperatur mit dem Ergebnis einer vergrößerten Klopfneigung und NO -Emission des Motors. Wegen des schlechten Wärmeübergangs von Luft auf Kraftstoff und des relativ schnell erfolgenden Niederschiagens von flüssigem Kraftstoff auf die kalten Wände der Mischkammer des Gemischbildners führt die Ansaugluft-Vorerwärmung nur in unzureichendem Maße zum Verdampfen des Kraftstoffes.

Um die mit einer Vorerwärmung des Kraftstoffes verbundenen Nachteile zu vermeiden, wird zum Zwecke der Gemischaufbereitung in zunehmendem Maße ein Beheizen des Ansaugrohres vorgesehen, mit dem Ergebnis, daß der an der Rohrwand befindliche flüssige Kraftstoffilm direkt erreicht wird und verdampfen kann. Die zunehmend höheren Anforderungen an eine gute Gemischverteilung und an einen schnellen Gemischtransport können auch hiermit nur unzureichend gelöst werden, da das Verdampfen des Kraftstoffs im Saug-

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rohr erst im Bereich oder kurz vor der Aufgabelung der zu den einzelnen Zylindern führenden Ansaugkanäle erfolgt und ein Vermischen des Ansauggemisches, bevor es verteilt wird, nur mehr unvollständig möglich ist. Außerdem ergibt sich ein relativ langer Weg zwischen der Kraftstoffzuteilungsstelle im Gemischbildner bis zur Kraftstoffverdampfungsstelle im Saugrohr, was zu einer von Kraftstoff benetzten großen Wandungsoberfläche führt. Der an der Wand niedergeschlagene Kraftstoff kann der Ansaugluftströmung nicht folgen, wodurch im instationären Betriebszustand zeitliche Fehler in der Zusammensetzung des Ansauggemisches entstehen. Ferner ändert sich der Druck an der Verdampfungsstelle im Saugrohr in weiten Grenzen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebsdruck des Motors. Durch diese Veränderung des Saugrohrdruckes werden beim instationären Betrieb fortlaufend auch die Randbedingungen für die Kraftstoffverdampfung verändert, wodurch ebenfalls zeitliche Fehler in der Zusammensetzung des Ansauggemisches hervorgerufen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gemischbildner der im Oberbegriff genannten Art unter Vermeidung der geschilderten Nachteile so auszubilden, daß sich eine einwandfreie Gemischaufbereitung in Verbindung mit einer guten Gemischtransport- und Gemischverteilungsfähigkeit ergibt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Gemischbildner der genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die die Mischkammer umgebende Rohrwandung vom Bereich der Kraftstoff Zuteilungseinrichtung bis etwa zum Drosselorgan als Heizwandung ausgebildet ist und die Kraftstoffzuteilungseinrichtung den Kraftstoff auf die Heizwandung leitet, soweit er nicht in feinsten Tröpfchen oder ungasförmigem Zustand vom Ansaugluftstrom mitgeführt wird. Damit erfolgt die verdampfende Gemischaufbereitung vor dem Saugrohr innerhalb der Mischkammer. Das sich im

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Ansaugluftstrom "befindliche Drosselorgan stellt bis zur Vollast eine Drosselstelle dar, an welcher das Ansauggemisch sehr intensiv durchwirbelt wird, so daß an der Saugrohr-Aufgabelung des Ansaugstromes zu den einzelnen Zylindern ein weitgehend homogenes Gemisch zur Verfügung steht. Da das Ansauggemisch bei Eintritt in das Saugrohr nahezu keine flüssigen Kraftstoffbestandteile mehr enthält, wird die Wandbenetzung auf die Mischkammer beschränkt. Dort bewirkt die über die Heizwandung zugeführte Wärme ein direktes Erwärmen und Verdampfen des Kraftstoff-Wandfilms auf kurzem Wege, ohne daß dadurch die Temperatur des Ansauggemisches unzulässig angehoben wird. Wegen des schnellen und auf kurzem Wege erfolgenden Verdampfens des Kraftstoff-Wandfilms ergeben sich im instationären Betrieb keine maßgeblichen Zusammensetzungsfehler des Ansauggemisches. Außerdem schwankt der Druck in der Mischkammer vor dem Drosselorgan in den verschiedenen Motorbetriebsbereichen nur unerheblich, wodurch sich auch die Einflüsse des Druckes auf das Verdampfen des Kraftstoffes praktisch nicht mehr auswirken können. Insgesamt ergibt sich mit relativ einfachen Mitteln eine ausgesprochen wirksame Gemischaufbereitung in Verbindung mit einem guten Gemischtransport und einer guten Gemischverteilung.

Vorzugsweise ist die Heizwandung als Wärmeaustauscher-Doppelwandung mit einem Ringraum zum Führen von flüssigem und/oder gasförmigem Heizmedium, wie von Motorkühlwasser und/oder -abgas, ausgebildet. Eine derartige Beheizung ist einfach und wegen des zur Verfügung stehenden Heizmediums preiswert. Um jedoch bereits für die Kaltphase eine zufriedenstellende Gemischaufbereitung erreichen zu können, ist es bevorzugt, die Heizwandung zumindest innenseitig aus einem elektrischen Heizwiderstandsmaterial auszubilden.

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Dabei kann die Heizwandung radial innerhalb des Ringraumes aus einem PTC-Material bestehen. Eine derartige kombinierte Heizung hat den wesentlichen Vorteil, daß während aller Betriebszustände ein wirksames Verdampfen von Kraftstoff erzielt werden kann, nämlich anfänglich mittels einer elektrischen Beheizung und danach mittels einer Beheizung durch erwärmtes Kühlwasser und/oder Abgas. Im Falle einer späteren Erwärmung mit Motorkühlwasser kann der Ringraum anfänglich entleert werden, so daß die innenseitig elektrisch beheizte HeJa/andung durch den umgebenden, flüssigkeitsfreien Ringraum thermisch isoliert wird.

Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn die Kraftstoffzuteilungseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie den Kraftstoff in sehr kleinen Tröpfchen in weitgehend gleichmäßiger Umfangsverteilung auf die Heizwandung leitet. Der dabei entstehende, sehr dünne und gleichmäßige Kraftstoff-Wandfilm kann auf kurzem Wege schnell verdampft werden, so daß sich eine gute, gleichbleibende Gemischaufbereitung auch im kritischen Fall eines instationären Betriebes erzielen läßt.

Bei einer einfachen Ausführungsform weist die Kraftstoffzuteilungseinrichtung einen einem Kraftstoffaustritt zugeordneten zentrischen Vorzerstäuber auf. Dieser sorgt dafür, daß der Kraftstoff in einem ausreichenden Ausmaß und feinverteilt auf die Heizwandung geleitet wird. Ein derartiger Gemischbildner ist besonders einfach, da er im Unterschied zu bekannten Gemischbildnern lediglich mit einer Beheizung der Mischkammerwandung ausgebildet werden muß, was gegebenenfalls auch durch nachträgliches Herumlegen eines Heizmantels um eine bestehende Mischkammerwandung erfolgen kann.

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Besonders günstige Betriebsverhältnisse ergeben sich dadurch, daß die Kraftstoffzuteilungseinrichtung vorzugsweise eine Zerstäuberdüse mit einem zentrischen Kraftstoffaustritt, mit einem hierzu konzentrischen, am Düsenausgang einschnürend gedrosselten Ringspalt für unter höherem Druck stehende Zerstäubungsluft und mit dementsprechend größensowie richtungsmäßig unterschiedlichen Geschwindigkeitsvektoren von Kraftstoff sowie Zerstäubungsluft am Düsenausgang aufweist. Dieses führt zu einer ausgesprochen wirksamen Zerstäubung des angelieferten Kraftstoffs mit dem Ergebnis eines sehr feinen Kraftstoff-Wandfilms, der sich leicht und schnell mit vergleichsweise wenig Energieaufwand verdampfen läßt. Dieses wiederum führt zu einer noch geringeren Erwärmung des Ansauggemisches, zu einem Verdampfen des Kraftstoff-Wandfilms auf noch kürzerem Wege und demzufolge zu einer weiter verbesserten Gemischverteilung sowie zu einem günstigeren Gemischtransport insbesondere im instationären Betrieb. Hierbei ist es ferner bevorzugt, daß der Düsenausgang der Zerstäuberdüse etwa zentrisch in der Mischkammer angeordnet ist und in Hauptströmungsrichtung weist. Hierdurch läßt sich bei günstigen Strömungsverhältnissen eine besonders gleichförmige Umfangsverteilung des Kraftstoffs erzielen.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Kraftstoffzuteilungseinrichtung einen Ringkanal für ein ringförmiges Einleiten eines Vorgemisches in die Mischkammer auf. Dies hat den Vorteil, daß der Kraftstoff beim Einleiten bereits ringförmig verteilt ist und somit einfacher in gleichförmiger Weise auf die Heizwandung aufgebracht werden kann. Besonders einfache Bauverhältnisse ergeben sich dabei durch einen in der Rohrwandung der Mischkammer ausgebildeten Ringkanal, da somit im unmittelbaren Strömungsquerschnitt der Mischkammer keine Kraftstoffzuteilung erfolgen muß.

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Vorzugsweise ist der Ringkanal mit mindestens einer Kraftstoff-Zuleitung und zumindest einer im Bereich derselben tangential in den Ringkanal einmündenden Leitung für unter höherem Druckpotential stehende Zusatzluft ausgestattet. Diese Maßnahme führt im Ringkanal zu einer rotierenden Strömung und somit zu einer annähernd gleichmäßigen Verteilung des Vorgemisches über den Umfang des Ringkanals. Dies ist ebenfalls für ein umfangsmäßig gleichförmig verteiltes Aufbringen des Kraftstoffs bzw« Vorgemischs auf die Heizwandung der Mischkammer von Vorteil.

Das Austreten des Vorgemisches aus dem Ringkanal in die Mischkammer kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die radial innere Begrenzungswandung porös und für das Vorgemisch durchlässig^ sie besteht z.B. aus Sintermetall, über welches das Vorgemisch austreten und in die Mischkammer gelangen kann. Stattdessen kann die Begrenzungswandung des Ringkanals einen ringförmigen Vorgemisch-Austrittsspalt aufweisen. Auch ist es möglich, den Ringkanal mit über den Umfang gleichmäßig verteilten Vorgemisch-Austrittskanälen zu versehen. Diese können von dem in die Rohrwandung der Mischkammer integrierten Ringkanal in der Rhrwandung schräg zu einem stromab von dem Ringkanal befindlichen Vorgemisch-Mündungsbereich verlaufen. Dabei können die Austrittskanäle in Vorgemisch-Austrittsöffnungen an der inneren Oberfläche der Rohrwandung münden. Noch bessere Betriebsverhältnisse bezüglich einer gleichmäßigen Kraftstoffverteilung ergeben sich dann, wenn die Austrittskanäle vorzugsweise in eine sich in die Mischkammer öffnende Vorgemisch-Ringnut der Rohrwandung münden. Die Ringnut ermöglicht ein gleichmäßiges Austreten des Kraftstoffs in die Mischkammer auch dann, wenn der Ringkanal eine nur relativ begrenzte Anzahl von Austritts-

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kanälen aufweist. Besondere Vorteile ergeben sich in diesem Zusammenhang insbesondere dann, wenn die Vorgemisch-Ringnut vorzugsweise zusätzlich einen in Strömungsrichtung verlaufenden Einstich aufweist. Dieser ermöglicht in Verbindung mit der Ringnut ein praktisch vollkommen gleichförmiges Verteilen des Vorgemisches über den Umfang der Mischkammer.

Bei einer bevorzugten und sich durch eine besonders einfache Bauform auszeichnenden Ausführungsform ist der Ringkanal stromauf der Heizwandung angeordnet. Wenn der Ringkanal in die Mischkammerwandung integriert ist, muß diese nur maximal doppelwandig ausgebildet sein, nämlich einerseits für den Ringkanal und andererseits für den Ringraum der Heizwandung. Um jedoch ein Vorerwärmen des Vorgemisches bereits im Ringraum und unmittelbar danach zu erzielen, kann es zweckmäßig sein, die Heizwandung so auszubilden, daß ihr Ringraum den Ringkanal zumindest teilweise umgibt. Das Verdampfen des Kraftstoff-Wandfilms in der Mischkammer kann dabei auf noch kürzerem Wege erfolgen.

Im Falle eines Festlufttrichter-Vergasers wird es bevorzugt, daß der Ringkanal in einem sich verengenden Venturi-Bereich in der Rohrwandung der Mischkammer ausgebildet ist sowie in den engsten Mischkammerbereich mündet und von dem Ringraum der Heizwandung umgeben wird. Hierdurch ergeben sich eine optimale Raumausnutzung in dem ohnehin verengten Venturi-Bereich, ferner ein den Verdampfungsvorgang fördernder Vorerwärmungsvorgang des Vorgemisches im Ringkanal und ein sehr günstiges Absaugen des Vorgemischs aus dem Ringkanal mittels des im Venturi-Bereich vorliegenden Unterdrucks. Das Austreten aus dem Ringkanal kann in der beschriebenen Weise über eine poröse Begrenzungswandung, einen ringförmigen Austrittsspalt oder durch über den Umfang ver-

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teilte Öffnungen erfolgen.

Bei einer anderen bevorzugten AusfUhrungsform ist vorgesehen, daß der Ringkanal radial innerhalb der Heizwandung sowie dieser gegenüberliegend in einem Strömungskörper ausgebildet ist und außen in einen diesen umgebenden, von angesaugter Luft durchströmten Luft-Ringspalt mündet. Auch hierbei wird das Vorgemisch in einen an die Heizwandung unmittelbar angrenzenden Ringbereich geleitet und dort verdampft bzw. mit der angesaugten Luft gemischt. Die Ausbildung als Strömungskörper gewährleistet eine einwandfreie Luftströmung ohne unzulässige Staubildung. Da in dem Luft-Ringspalt nur ein geringer Luftanteil strömen muß, der das Vorgemisch bzw. den verdampften Kraftstoff aus dem Luft-Ringspalt in die eigentliche Mischkammer leitet, ist es zweckmäßig, daß der Strömungskörper radial innerhalb des Ringkanals einen großflächigen zentralen Luftdurchgang aufweist. Günstige Verhältnisse ergeben sich auch dann, wenn der dem Strömungskörper gegenüberliegende Bereich der Heizwandung radial aufgeweitet ist. In diesem Fall kann der Strömungskörper so ausgebildet werden, daß der Durchmesser des zentralen Durchgangs im wesentlichen dem Durchmesser des stromab befindlichen Mischkammerbereichs entspricht und somit keine Stauwirkung auftritt. Im übrigen hat der sich in den Luft-Ringspalt nach außen öffnende Ringkanal den wesentlichen Vorteil, daß die Zentrifugalkraft die Kraftstoffanteile bevorzugt am äußeren Umfang konzentrieren und austreten läßt. Der Kraftstoff bzw. das Vorgemisch gelangt dann auf kurzem Wege auf die Heizwandung.

Eine weitere bevorzugte AusfUhrungsform besteht darin, daß der Strömungskörper vorzerstäuberförmig ausgebildet ist. Dadurch wird der freie Querschnitt des Ansaugstroms reduziert, wodurch sich im Austrittsbereich des Ringkanals

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ähnliche Unterdruckverhältnisse wie bei Vergasern mit festem Lufttrichter ergeben. Stattdessen ist es auch möglich, den zentralen Luftdurchgang des Strömungskörpers venturiförmig verengt auszubilden. Auch hierbei ergeben sich günstige Unterdruckverhältnisse und ein über einen kurzen Weg erfolgendes Leiten des Vorgemisches über den Luft-Ringspalt auf die Heizwandung, welche innenseitig gleichmäßig in den Venturi-Bereich übergehen kann.

Bei einer anderen praktischen Ausführungsform ist die Kraftstoffzuteilungseinrichtung in Form einer Einspritzdüse mit einem ringförmig kegeligen Spritzbereich ausgebildet. Hierdurch kann gewährleistet werden, daß der flüssige Kraftstoff in feinst verteilter Form nahezu vollständig auf die Heizwandung gelangt und ein Benetzen eines unbeheizten Drosselorgans vermieden wird, das vorzugsweise klappenförmig ausgebildet ist, um eine gute Durchwirbelung und Vermischung des Ansauggemisches an dieser Drosselstelle zu erzielen.

Eine weitere bevorzugte Maßnahme zum Verbessern der Gemischaufbereitung besteht darin, das Drosselorgan beheizbar auszubilden. Um einen noch wirksameren Verdampfungsvorgang zu erzielen, ist es ferner möglich, die Heizwandung innenseitig aus einem Material mit guter Wärmeleitung und/oder mit in die Mischkammer ragenden Rippen auszubilden. Die Rippen vergrößern die Oberfläche für die Wärmeübertragung an den Kraftstoff und die Verweilzeit des Kraftstoffs an der Heizwandung. Sie können in Längs- und/oder in Querrichtung verlaufen. Aus ähnlichen Gründen wird es bevorzugt, im Strömungsquerschnitt der Mischkammer stromab der Kraftstoffzuteilungseinrichtung gitter- oder lamellenartige Einbauten vorzusehen, die wie die vorstehenden Rippen vorzugsweise beheizbar sind, um auftreffende Kraftstofftröpfchen verdampfen zu können.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen mischkammerbeheizten Vergaser mit einem Vorzerstäuber im Schnitt;

Fig. 2 einen mischkammerbeheizten Vergaser mit einer Zerstäuberdüse im Schnitt;

Fig. 3 einen mischkammerbeheizten Vergaser mit einem der KraftstoffZuteilung dienenden Ringkanal in seiner Rohrwandung im Schnitt;

Fig. 4 den Ringkanal in einem schematischen Schnitt längs der Linie IV-IV aus Fig. 3;

Fig. 5 einen Vergaserabschnitt mit einem in der Rohrwandung befindlichen Ringkanal, der .mit einzelnen Austrittsöffnungen verbunden ist, im Schnitt;

Fig. 6 einen Vergaserabschnitt mit einem in der Rohrwandung befindlichen Ringkanal, der mit einer umlaufenden Ringnut verbunden ist, im Schnitt;

Fig. 7 eine gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 6 abgewandelte Ausführungsform mit einem mit der Ringnut verbundenen Einstich und mit einer um den Ringkanal geführten Heizwandung;

Fig. 8 einen mischkammerbeheizten Vergaser mit einem Ringkanal in einem Venturi-Bereich, im Schnitt;

Fig. 9 einen Vergaserabschnitt mit einem Ringkanal in einem Strömungskörper innerhalb eines durchmessererweiterten Mischkammer-Bereichs, im Schnitt;

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Fig. 10 einen Vergaserabschnitt mit einem Ringkanal in einem vorzerstäuberförmigen Strömungskörper, im Schnitt;

Fig. 11 einen mischkammerbeheizten Vergaser mit einem Ringkanal in einem venturiförmigen Strömungskörper, im Schnitt; und

Fig. 12 einen mischkammerbeheizten Vergaser mit einer Einspritzdüse, im Schnitt.

Bei sämtlichen in den Figuren 1 bis 12 dargestellten Vergaser- bzw. Gemischbil&ner-Ausführungen umgibt eine Rohrwandung 2 eine Mischkammer 3, in deren stromauf befindlichem Bereich eine noch näher zu beschreibende Kraftstoffzuteilungseinrichtung angeordnet ist, und die stromab von einem Drosselorgan 4 begrenzt ist, welches im vorliegenden Fall als schwenkbare Drosselklappe ausgebildet ist. Vom Bereich der Kraftstoffzuteilungseinrichtung bis etwa zum Drosselorgan 4 ist die Rohrwandung 2 des Gemischbildners als doppelwandige Heizwandung 8 ausgebildet, die über Anschlüsse 12, 13 von einem Heizmedium, wie Motorkühlwasser oder Motorabgas, durchströmt werden kann. Dadurch soll der von der Kraftstoffzuteilungseinrichtung innenseitig auf die Heizwandung 8 feinverteilt aufgebrachte Kraftstoff schnell und auf kurzem Wege innerhalb der Mischkammer 3 verdampft werden. Das Drosselorgan 4 bildet bis zur vollständigen öffnung eine Drosselstelle, an der das Ansauggemisch mit dem verdampften Kraftstoff gründlich verwirbelt wird. Die nachfolgend zu beschreibenden, verschiedenen Ausführungsformen der Figuren 1 bis 12 unterscheiden sich im wesentlichen durch eine unterschiedliche Art der Kraftstoffzuteilung und durch hiermit zusammenhängende unterschiedliche Formen der Heizwandung 8.

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Bei der Ausführungsform nach Figur 1 besitzt ein Gemischbildner 1 eine KraftstoffZuteilungseinrichtung 5, bei der einem zentralen Kraftstoffaustritt 6 ein zentrisch angeordneter Vorzerstäuber 7 zugeordnet ist. Der Kraftstoff wird in Abhängigkeit bestimmter Motorparameter, wie der Drehzahl und dem Drosselorganöffnungswinlcel oder dem Luftdurchsatz, in einer nicht dargestellten Einrichtung zugemessen und dem Kraftstoffaustritt 6 zugeführt. Der im Vorzerstäuber 7 mit der Ansaugluft vermischte Kraftstoff gelangt in kleineren Tröpfchen auf eine Innenwandung 9 der Heizwandung 8, deren von einer Außenwandung 10 begrenzte Ringraum 11 den Vorzerstäuber 7 umgibt und im Bereich des Drosselgangs 4 endet.

Die Ausführungsform nach Figur 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 1 im wesentlichen nur dadurch, daß dieser Gemischbildner 14 eine KraftstoffZuteilungseinrichtung 15 in Form einer Zerstäuberdüse 16 besitzt. Diese weist einen zentrischen Kraftstoffaustritt 17 und einen hierzu konzentrischen Ringspalt 18 auf, dem unter höherem Druckpotential stehende Zerstäubungsluft zugeführt wird. Die Zerstäubungsluft wird im Bereich des Düsenausgangs radial einschnürend gedrosselt, so daß durch die größen- sowie richtungsmäßig unterschiedlichen Geschwindigkeitsvektoren von Kraftstoff sowie Zerstäubungsluft am Düsenausgang eine ausgesprochen wirksame Kraftstoffzerstäubung auftritt. Die Zerstäuberdüse 16 ist zentrisch in der Mischkammer 3 angeordnet und über nicht näher bezeichnete Versorgungsleitungen angeschlossen. Diese durchsetzen die Rohrwandung 2, so daß bei dieser Ausführungsform die Heizwandung 8 einen Ringraum 19 aufweist, der die Zerstäuberdüse 16 nur im Bereich außerhalb der Versorgungsleitungen umgibt und im übrigen bis etwa zu den Versorgungsleitungen verläuft.

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Die Ausführungsform nach Figur 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Figur 1 praktisch nur dadurch, daß dieser Gemischbildner 20 eine Kraftstoffzuteilungseinrichtung 21 mit einem stromauf der Heizwandung 8 in der Rohrwandung 2 ausgebildeten Ringkanal 22 aufweist. Gemäß dem Schnitt nach Figur 4 münden in diesen Ringkanal 22 eine Kraftstoff-Zuleitung 23 und im Bereich derselben eine tangential an den Ringkanal 22 angesetzte Leitung 24 für unter höherem Druckpotential stehende Zusatzluft. Die tangential einströmende Zusatzluft vermischt sich mit dem Kraftstoff, und es entsteht eine im Ringkanal 22 rotierende Strömung, die zu einer annähernd gleichmäßigen Verteilung des Vorgemischs über den Umfang des Ringkanals 22 führt. Im vorliegenden Fall besitzt der Ringkanal 22 eine poröse innere Begrenzungswand 25, die beispielsweise ausüintermetall besteht. Das gleichmäßig über den Umfang verteilte Vorgemisch kann über diese Begrenzungswand 25 in die Mischkammer 3 austreten und auf die unmittelbar stromab angrenzende Innenwandung 9 der Heizwandung 8 gelangen.

Bei der Ausführungsform nach Figur 5 besitzt ein Gemischbildner 26 eine KraftstoffZuteilungseinrichtung 27, deren Ringraum 22 im Unterschied zu der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 über den Umfang verteilte Vorgemisch-Austrittskanäle 28 aufweist, welche in der Rohrwandung 2 schräg zu einem stromab vom Ringkanal 22 befindlichen Vorgemisch-Mündungsbereich verlaufen. In diesem Mündungsbereich enden die Austrittskanäle 28 in über den Umfang der Mischkammer 3 verteilten Vorgemisch-Austrittsöffnungen 29 unmittelbar stromauf der Heizwandung 8. Das Vorgemisch strömt über die Austrittskanäle 28 und die Austrittsöffnungen 29 in die Mischkammer 3 und von dort auf die Innenwandung 9 der Heiζwandung 8.

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Die Ausführungsform nach Figur 6 unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 5 praktisch nur dadurch, daß dieser Gemischbildner 30 eine Kraftstoffzuteilungseinrichtung 31 aufweist, deren in der Rohrwandung 2 befindlicher Ringkanal 22 über Vorgemisch-Austrittskanäle 32, die den Vorgemisch-Austrittskanälen 28 gemäß Figur 5 entsprechen, mit einer an der Innenseite der Mischkammer 3 unmittelbar stromauf der Heizwandung 8 umlaufenden Vorgemisch-Ringnut 33 verbunden ist. Diese öffnet sich in die Mischkammer 3 und ermöglicht im Vergleich zu der Ausführungsform nach Figur 5 eine über den Mischkammerumfang gleichmäßigere Vorgemischverteilung.

Bei der Ausführungsform nach Figur 7 besitzt der Gemischbildner 34 eine Kraftstoff Zuteilungseinrichtung 35, deren in der Rohrwandung 2 befindlicher Ringkanal 22 über Vorgemisch-Austrittskanäle 36, die den Austrittskanälen 28 und 32 aus den Figuren 5 und 6 entsprechen, mit einem umlaufenden Einstich 37 einer umlaufenden Vorgemisch-Ringnut 38 verbunden ist, die der Vorgemisch-Ringnut 33 aus Figur 6 entspricht. Der Einstich 37 der sich in die Mischkammer 3 öffnenden Vorgemisch-Ringnut 38 ermöglicht eine über den Mischkammerumfang noch gleichmäßigere Vorgemischverteilung. Bei der Ausführungsform nach Figur 7 ist ferner ein Ringraum 39 der Heizwandung 8 im Unterschied zu den Ausführungsformen nach den Figuren 3 bis 6 im Bereich des in der Rohrwandung 2 ausgebildeten Ringkanals 22 radial aufgeweitet und um diesen geführt. Hierdurch ergibt sich bereits ein Vorerwärmen des Vorgemisches im Ringkanal 22, so daß ein noch schnelleres Verdampfen des Kraftstoffs auf der Innenwandung 9 der Heizwandung 8 erfolgen kann.

Bei der Ausführungsform nach Figur 8 besitzt ein Gemischbildner 40 eine Kraftstoffzuteilungseinrichtung 41 mit

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einem Ringkanal 22, der in der zu einem Venturi-Bereich verengten Rohrwandung 2 ausgebildet ist und über einen ringförmigen Vorgemisch-Austrittsspalt 43 in etwa in den engsten Teil des Venturi-Bereichs 42 mündet. Der Austrittsspalt kann auch durch eine poröse Begrenzungswandung wie bei der Ausführungsform nach Figur 3 oder durch umfangsmäßig verteilte, einzelne Austrittsöffnungen ersetzt werden. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform besitzt die Heizwandung 8 einen von einer Innenwandung 45 begrenzten Ringraum 46, der die Ringkammer 22 außen umgibt. Die Innenwandung 45 ist gemäß Figur 8 in Richtung zum Venturi-Bereich 42 eingeschnürt ausgebildet, so daß ein gleichförmiger Übergang vom Venturi-Bereich 42 in den übrigen Teil der Mischkammer 3 erfolgt. Diese kompakte Bauform ermöglicht im Bereich des stärksten Unterdrucks ein leichtes Ansaugen des Vorgemischs aus dem Ringkanal 22.

Bei der Ausführungsform nach Figur 9 besitzt ein Gemischbildner 47 eine Kraftstoffzuteilungseinrichtung 48, deren Ringkanal 22 in einem Strömungskörper 50 ausgebildet ist und über einen am äußeren Umfang befindlichen, ringförmigen Vorgemisch-Austritts spalt 49 in einen Luft-Ringspalt 51 zwischen dem Strömungskörper 50 und einer Innenwandung 52 der Heizwandung 8 mündet. Die Heizwandung besitzt somit einen von einer Außenwandung 53 begrenzten und den Ringkanal 22 unter Abstand umgebenden Ringraum 54. Der Vorgemisch-Austrittsspalt 49 kann selbstverständlich auch durch eine poröse Begrenzungswandung wie bei der Ausführungsform nach Figur 3 oder durch über den Umfang verteilte, einzelne Austrittsöffnungen ersetzt werden. Bei dem im Ringkanal 22 umlaufenden Vorgemisch werden durch die Zentrifugalkraft die Kraftstoffanteile bevorzugt am äußeren Umfang des Ringkanals 22 konzentriert, wodurch der Kraftstoff beschleunigt hieraus

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austreten kann. Die über den Luft-Ringspalt 51 gelangende Ansaugluft sorgt dafür, daß das Vorgemisch bzw. der von der Innenwandung 52 verdampfende Kraftstoff in Strömungsrichtung mitgenommen wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Heizwandung 8 im Bereich des Strömungskörpers 50 radial aufgeweitet, so daß dieser einen großen zentralen Durchgang 55 haben kann, dessen Innendurchmesser etwa dem Mischkammerdurchmesser entspricht. Es liegt somit keine Stauwirkung vor.

Bei der Ausführungsform nach Figur 10 besitzt ein Gemischbildner 56 eine Kraftstoffzuteilungseinrichtung 57, deren Ringkammer 22 sich wie bei der Ausführungsform nach Figur über einen ringförmigen Vorgemisch-Austrittsspalt 49 nach außen in einen Luft-Ringspalt 51 öffnet. Der Ringkanal 22 befindet sich in einem vorzerstäuberförmigen Strömungskörper 58, der einen großen zentralen Luftdurchgang 55 aufweist und unter Abstand von der Heizwandung 8 umgeben ist. Hierdurch wird in dem Ringkanal-Austrittsbereich, der in der oben beschriebenen Weise auch andersartig ausgebildet werden kann, ähnlich wie bei Vergasern mit festem Lufttrichter ein Unterdruck erzeugt, der ein leichtes Austreten des Vorgemischs aus dem Ringkanal 22 ermöglicht.

Bei der Ausführungsform nach Figur 11 besitzt ein Gemischbildner 59 eine KraftstoffZuteilungseinrichtung 60, deren Ringkanal 22 sich wie bei den Ausführungsformen nach den Figuren 9 und 10 über einen ringförmigen Vorgemisch-Austrittsspalt 49 nach außen in einen Luft-Ringspalt 51 öffnet und in einem Strömungskörper 61 ausgebildet ist, dessen zentraler Luftdurchgang 55 eine venturiförmige Verengung aufweist. Ähnlich wie bei der Ausführungsform nach

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Figur 8 besitzt die Heizwandung 8 auch hierbei eine Innenwandung 62, die in Richtung zum Venturi-Bereich bzw. zum zentralen Luftdurchgang 55 eingeschnürt ausgebildet ist und zum Erzielen eines gleichförmigen Übergangs in die Innenkontur des ringförmigen Strömungskörpers 61 führt. Die Heizwandung 8 besitzt ferner einen ebenfalls den Ringkanal 22 umgebenden Ringraum 63. Bei dieser kompakten Bauform, bei der der Ringkanal 22 in eine Venturi-Düse integriert ist, gelangt ebenfalls das Vorgemisch über den kurzen Weg des Luft-Ringspalts 51 auf die beheizte Innenwandung 62 und von dort in verdampfter Form in die Mischkammer

Bei der Ausführungsform nach Figur 12 besitzt ein Gemischbildner 64 eine Kraftstoffzuteilungseinrichtung 65 in Form einer Einspritzdüse 66 mit einem ringförmig kegeligen Spritzbereich 67. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Kraftstoff in feinverteilter Form praktisch nur auf die Innenwandung 9 der Heizwandung 8 gelangt und eine Kraftstoff benetzung des unbeheizten Drosselorgans 4 vermieden wird.

Abgesehen von den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung zahlreiche Abwandlungen beispielsweise im Zusammenhang mit der Kraftstoffzuteilung und der Detailgestaltung der Heizwandung 8 vornehmen. Auch sind beheizte Drosselorgane, die Oberfläche der Innenwandung der Heizwandung 8 vergrößernde Maßnahmen, wie Rippen oder poröse Oberflächenschichten, und im Strömungsquerschnitt der Mischkammer 3 befindliche Einbauten, wie unbeheizte oder beheizte Gitter oder Lamellen, anzuwenden. Diese Maßnahmen begünstigen den Verdampfungsvorgang des Kraftstoffs innerhalb der Mischkammer, um eine an dieser Stelle erfolgende einwand-

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l'reie Gemischaufbereitung mit dem Ergebnis besserer Betriebsverhältnisse insbesondere im instationären Zustand zu gewährleisten.

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Claims

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Dr.-Ing.
Reiman König ■ Dipl.-lng Klaus Bergen Cecilienallee "76 A Düsseldorf 3O Tetefon 452ΟΟΒ Patentanwälte
4. Dezember 1979 33 137 B

Bosch und Pierburg System oHG., Leuschstraße 1, 4040 Neuss 13

"Gemischbildner für Brennkraftmaschinen" Patentansprüche;

Gemischbildner für Brennkraftmaschinen mit einer einen Hauptstrompfad begrenzenden, über einen Teil ihrer Längserstreckung beheizten Rohrwandung und mit einem Drosselorgan stromab sowie einer Kraftstoffzuteilungseinrichtung im stromauf befindlichen Teil einer Mischkammer innerhalb der Rohrwandung, dadurch gekennzeich net ,daß die die Mischkammer (3) umgebende Rohrwandung (2) vom Bereich der Kraftstoffzuteilungseinrichtung (5, 15, 21, 27, 31, 35, 41, 48, 57, 60, 65) bis etwa zum Drosselorgan (4) als Heizwandung (8) ausgebildet ist und die KraftstoffZuteilungseinrichtung den Kraftstoff auf die Heizwandung leitet.

2.'Gemischbildner nach Anspruch 1, gekennzeichnet du r c h eine als Wärmeaustauscher-Doppelwandung mit einem Ringraum (11, 19, 39, 46, 54, 63) zum Führen von flüssigem und/oder gasförmigem Heizmedium, wie von Motorkühlwasser und/oder -abgas, ausgebildete Heizwandung (8).

3. Gemischbildner nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zumindest innenseitig aus einem elektrischen Heizwiderstandsmaterial gebildete Heizwandung (8).

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ORIGINAL INSPECTED

4. Gemischbildner nach Anspruch 3, gekennzeich net durch eine radial innerhalb des Ringraums aus einem PTC-Material bestehende Heizwandung (8).
5. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Kraftstoffzuteilungseinrichtung (5, 15, 21, 27, 31, 35, 41, 48, 57, 60, 65), die den Kraftstoff in weitgehend gleichmäßiger Umfangsverteilung auf die Heizwandung (8) leitet.
6. Gemischbildner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftstoffzuteilungseinrichtung (5) einen einem Kraftstoffaustritt (6) zugeordneten zentrischen Vorzerstäuber (7) aufweist.
7. Gemischbildner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftstoffzuteilungseinrichtung (15) eine Zerstäuberdüse (16) mit einem zentrischen Kraftstoffaustritt (17), mit einem hierzu konzentrischen, am Düsenausgang einschnürend gedrosselten Ringspalt (18) für unter höherem Druck stehende Zerstäubungsluft und mit dementsprechend größen- sowie richtungsmäßig unterschiedlichen Geschwindigkeitsvektoren von Kraftstoff sowie Zerstäubungsluft am Düsenausgang aufweist.
8. Gemischbildner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Düsenausgang der Zerstäuberdüse (16) etwa zentrisch in der Mischkammer

(3) angeordnet ist und in die Hauptströmungsrichtung weist.

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9. Gemischbildner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftstoffzuteilungseinrichtung (21, 27, 31, 35, 41, 48, 57, 60) einen Ringkanal (22) für ein ringförmiges Einleiten eines Vorgemisches in die Mischkammer (3) aufweist.
10. Gemischbildner nach Anspruch 9, gekennzeich net durch einen in der Rohrwandung (2) der Mischkammer (3) ausgebildeten Ringkanal (22),
11. Gemischbildner nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Ringkanal (22) mit mindestens einer Kraftstoffzuleitung (23) und mit zumindest einer im Bereich derselben tangential in den Ringkanal (22) einmündenden Leitung (24) für unter höherem Druckpotential stehende Zusatzluft ausgestattet ist.
12. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 11, gekennzeichnet durch eine poröse, für das Vorgemisch durchlässige, radial innere Begrenzungswandung (25) des Ringkanals (22).
13. Gemischbildner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die radial innere Begrenzungswandung (25) aus Sintermetall besteht.
14. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Vorgemisch-Austrittsspalt (43, 49) in der Begrenzungswandung des Ringkanals (22).
15. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch

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mehrere über den Umfang gleichmäßig verteilte Vorgemisch-Austrittskanäle (28, 32, 36) des Ringkanals (22).
16. Gemischbildner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Austrittskanäle (28, 32, 36) von dem in die Rohrwandung (2) der Mischkammer integrierten Ringkanal (22) in der Rohrwandung (2) schräg zu einem stromab von dem Ringkanal (22) befindlichen Vorgemisch-Mündungsbereich verlaufen.
17. Gemischbildner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Austrittskanäle (28) in Vorgemisch-Austrittsöffnungen (29 an der inneren Oberfläche der Rohrwandung (2) münden.
18. Gemischbildner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Austrittskanäle (32, 36) in eine sich in die Mischkammer (3)öffnende Vorgemisch-Ringnut (33, 38) der Rohrwandung (2) münden.
19. Gemischbildner nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorgemisch-Ringnut (38)einen in Hauptströmungsrichtung verlaufenden Einstich (37) aufweist.
20. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 19, gekennzeichnet durch einen stromauf der Heizwandung (8) angeordneten Ringkanal (22).
21. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 20, gekennzeichnet durch einen zumindest teilweise von dem Ringraum (39, 46) der Heizwandung (8) umgebenen Ringkanal (22).

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22. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (22) in einem sich verengenden Venturi-Bereich (42) in der Rohrwandung (2) der Mischkammer (3) ausgebildet ist sowie in den engsten Mischkammerbereich mündet und von dem Ringraum (46) der Heizwandung (8) umgeben wird.
23. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (22) radial innerhalb der Heizwandung (8) sowie dieser gegenüberliegend in einem Strömungskörper (50, 58, 61) ausgebildet ist und außen in einen diesen umgebenden, von angesaugter Luft durchströmten Luft-Ringspalt (51) mündet.
24. Gemischbildner nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß der Strömungskörper (50, 58, 61) radial innerhalb des Ringkanals (22) einen großflächigen zentralen Luftdurchgang (55) aufweist.
25· Gemischbildner nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet , daß der dem Strömungskörper (50, 61) gegenüberliegende Bereich der Heizwandung (8) radial aufgeweitet ist.
26. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 25, gekennzeichnet durch einen vorzerstäuberförmig ausgebildeten Strömungskörper (58).
27. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche

23 bis 25, dadurch gekennzeichnet , daß der zentrale Luftdurchgang (55) des

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Strömungskörpers (61) venturiförmig verengt ausgebildet ist.
28. Gemischbildner nach Anspruch 5, gekennzeich net durch eine als Einspritzdüse (66) ausgebildete KraftstoffZuteilungseinrichtung (65) mit einem ringförmig kegeligen Spritzbereich (67).
29. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, gekennzeichnet durch ein klappenförmiges Drosselorgan (4).
30. Gemisohbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 29, gekennzeichnet durch ein beheizbar ausgebildetes Drosselorgan (4).
31. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 30, gekennzeichnet durch

eine Heizwandung (8) mit einem innenseitigen Material guter Wärmeleitung und/oder mit in die Mischkammer (3) ragenden Rippen.
32. Gemischbildner nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 31, gekennzeichnet durch

im Strömungsquerschnitt der Mischkammer (3) stromab der Kraftstoffzuteilungseinrichtung angeordnete gitter- oder lamellenartige Einbauten.
33. Gemischbildner nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch beheizbar ausgebildete Einbauglieder.

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