DE3143395A1 - Gleichdruckvergaser - Google Patents

Description

Toyota Jidosha Kogyo JA 7798

Kabushiki Knisha 02.11.1

1, Toyota-cho, Toyota-shi L/Ro JAPAN

GI ei chdruckvcrgaser

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Gleichdruckvergaser (variable venturi carburetor) und insbesondere eine Korrekturoder Neben 1 uft -Rege 1 e i nr i etit wng f(lr eine '/.umelJdüwe eines Gle i ehdruckvergasers.

Ein Gleichdruckvergaser bietet bekanntlich im Vergleich zu einem Vergaser mit festem Lufttrichter-Durchlaßquerschnitt verschiedene vorteilhafte Eigenschaften, wie gute Übergangscharakteristik, große Luftansaugmenge, ausgezeichnete Verteilung (des Gemisches) auf di_e einzelnen Zylinder, niedrige Maschinen-Rauhöhe usw.. Aufgrund dieser vorteilhaften Eigenschaften hat der Gleichdruckvergaser verbreitete Anwendung von Sportwagen bis zu gewöhnlichen Personenkraftwagen gefunden. Der Gleichdruckvergaser ist jedoch mit dem Problem ungleichmäßiger Nebenluftantei!mengen behaftet.

Zur Herabsetzung von Änderungen der Kraftstoffdurchflußmenge in bezug auf Änderungen der Kraftstofftemperatur verwendet nämlich die bisherige Konstruktion einen Mechanismus, bei dem eine an der Stirnfläche eines Luftschiebers 1 vorgesehene Dosiernadel 2 in eine Zumeßdüse 3 hineinreicht, die mit Nebenluftbohrungen 5

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versehen ist, welche mit einem Nebenluftkanal 4 in Verbindung stehen, wobei die Dosiernadel die Dosierung im Zusammenwirken mit der Zumeßdüse 3 vornimmt (vgl. Fig. la und Ib). Zur Gewährleistung einer stabilen (gleichbleibenden) Kraftstoffzufuhr wird die Dosiernadt*l 2, wie clar^cst t» 1 It., in Anlage gegen die Innenfläche der Zumrßdüse 3 gehalten.

Wie dargestellt, münden weiterhin die Nebenluftbohrungcn 5 im wesentlichen an der von der Anlageseite der Dosiernadel 2 abgewandten Seite, so daß die Korrektur bzw. Nebenluftzulaßfunktion ständig wirksam ist.

Da jedoch in einem Bereich geringer Ansaugluftmenge die von der Dosiornadel 2 innerhalb der Zumeßdüse 3 i" Sch 1 i cß-Qiicrschn i t.tsf 1 äche groß ist, ist

in diesem Bereich die Nebenluftanteilskurvc C gemäß Fig. 2 wesentlich steiler als die Kurven C„, C. in ei nem mittleren bzw. hohen Ansaugluftmengenbereich; in Fig. 2 sind auf der Abszisse die Nebenluftbohrungsflache S und auf der Ordinate das Luft/Kraftstoffverhältnis A/p aufgetragen. Ersichtlicherweise ist bei den letzteren Kurven eine mangolhiifte (dull) Anteilsverteilung gegeben, weil die Querschnittsfläche der Dosiernadel vergleichsweise klein ist.

Dies geht auch aus den tatsächlich für ein Kraftfahrzeug ermittelten Versuchsdaten gemäß Fig. 3 hervor. Dabei ist nämlich die Nebenluftanteilskurve C ' im Be reich kleiner Ansaug]uftmcngen in der Größenordnung von 2 g/s steiler als die Kurven C ' und C ' für mitt lere bzw. höheren Ansaugluftmengenbereich mit Ansaugluftmengen von 20 g/s bzw. 40 g/s.

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Bei dieser Konstruktion läßt sich daher das Luft/Kraftstoffverhältnis nicht ohne weiteres regeln, und es wäre eine äußerst komplizierte Anlage erforderlich, um den Neben luft (mengen) an teil, möglichst konstant zu gestalten.

Aus den genannten Gründen sind Änderungen des Luft/ Kraftstoffverhältnisses unvermeidbar und es müssen eine mangelhafte Wiederholbarkeit sowie eine geringe (Zumeß-)Genau i gkei t in Kauf genommen werden.

Aus den vorstehend geschilderten Grtinden sei ein Vergleich zwischen einer bisherigen Konstruktion, bei der die Nebenluftbohrungen 5 der Dosiernadel 2 gemäß Fig. an ihrer von ihrem Anlagepunkt in der Zumeßdüse 3 gegenüber 1 i egenclrn Scilr angeordnet sind und einer Konstruktion angestellt, bei der die Neben Iuftbohrungen 5 gemäß Fig. 5 an der Seite der An Iage-Gleitberührung (der DtKsiernadel 2) angeordnet sind, um die Beziehung zwischen der Winkelverteilung O¹ relativ zum Gleitsitz in der Zumeßdüse 3 und dem Flächenänderungsverhältnis S¹ der Neben luft bohrung 5 ^u untersuchen. Während die Abhängigkei (.skurve bei der Konstruktion nach

Fig. 4» wie durch die ausgezogene Linie a. in Fig. 6 veranschaulicht,■eine scharfe bzw. plötzliche Änderung zeigt, treten in der entsprechenden Kurve bei der Konstruktion gemäß Fig. 5 kaum irgendwelche Änderungen auf, wie dies durch die strichpunktierte Linie b in Fig. 6 dargestellt ist. Ähnliche Ergebnisse werden auch für die Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses (A/p)¹ gemäß Fig. 7 erzielt. Dies bedeutet, daß der Glättungs- bzw. Beruhigungseffekt der Nebenluftbohrungen 5* die zumindest im Gleitanlagebereich (der Dosiernadel) an-

geordnet sind, außerordentlich wirksam ist.

Wenn sich die Dosiornadol in Abhängigkeit von der Ansaugluftmongc unter Änderung ihres Querschnitts gegenüber der Zumeßdüse vor und zurück verschiebt, ist somit die Konstruktion mit den an der Dosiernade1-AnIageseite vorgesehenen Neben 1uftbohrungen wirksamer als die Konstruktion ohne die entsprechenden Neben Iuftbohrungen bzw. die bisherige Konstruktion nach Fig. la und Ib. Bei der zuerst genannten Konstruktion können daher auch Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen werden.

Im Hinblick auf die Probleme der Nebenluftanzapfung (air bleed) in der Zumeßdüse beim bisherigen Gleichdruckvergaser liegt somit der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Gleichdruckvergaser zu schaffen, bei dem zumindest Nebenluftbohrungen oder -schlitze als Ergebnis des genannten Funktionsvergleichs neben der DosiernadeI an deren Gleit-An1ageseite in der Zumeßdüse angeordnet, sind und bei dem der Nebenluf tmengenantei 1 konstant ist, weil sich das Luft/ K raf t st.of f verhäl tnis auch bei einer Änderung der Nebenluf t bohrungsf 1 äche nicht schnell ändert.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den beigefügten Patentansprüchen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. la eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Dosi'ernadel und der Zumeßdüse bei einer bisherigen Konstruktion,

α QC
e ο ο ς

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Fig. Ib eine schematische Darstellung der Nebenluftbohrung(en) der Zumeßdüse,

Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Kennlinie des Neben]uftmengenantei1s bei der bisherigen Konstruktion,

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung von Versuchsdaten bezüglich des Nebenluftmengenantei1s,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Modell einer Nebenluftbohrungsanordnung bei einer bisherigen Konstruktion,

Fig. 5 eine Fig. 4 «ühnelnde Darstellung für die neuartige Konstruktion,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Winkel verteilung bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4 und 5 und dem Nebenluftbohrungs-Flächenänderungsverhältnis,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Winkel vertei lung" bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4 und 5 und der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses,

Fig. 8 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung des Gesamtaufbaus eines Gleichdruekvergasers mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. "9* einen Schnitt 1Hngs üvr Linie A-A in Fig. 8,

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Nebenluftmengonanteilsdaten für die Ausführungsform nach Fig. 8,

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen der Ansaugluftmenge und dem Luft/Kraft st.offverhältnis für den erfindungsgemäßen Gleichdruckvergaser gegenüber der bisherigen Konstruktion,

Fig. 12 eine Fig. 9 ähnelnde Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 13 eine Teilschnittdarste1 lung nach einer anderen Ausführungsform dor Erfindung und

Fig. 14 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 13.

Im folgenden sind AusfUhrungsformen der Erfindung anhand der Fig. 8 bis 11 beschrieben, in denen die einzelnen Bauteile» mit denselben Bezugsziffern wie in den Fig. Ia bis 7 bezeichnet sind.

In Fig. 8 ist ein Drosselklappen-Gleichdruckvergaser mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Dabei ist ein Mischrohrteil 10 zwischen der Drosselklappe 8 in seinem Zylinder (barrel) 7 und dem (eigentlichen) Luft trichter 9 stromauf bzw. oberhalb der Drosselklappe 8 vorgesehen. An ilvr einen Seite des Mischrohrteils IO ist eine Ansaugkammer 11 vorgesehen, in welcher eine mit dem Lufttrichter 9 verbundene Atmosphärendruckka-mmer 12 und ein in einer Unterdruckkammer 13 geführter Luftschieber angeordnet sind. Letzterer ist gegen

die Kraft, ei nor VorboIastungsfeder 15 (aus dem Mischrohrteil) vcrsch i obbnr. Kino Mischkammer If) und die Unterdruckkammer· 13 stehen über eine Saugbohrung 17 miteinander in Verbindung.

Die DUsen-Dosiernadel 2 ist an der Stirnfläche des Luftschiebers 1 so angebracht, daß sie nach vorn ragt und mit Spiel eine Hauptdüse 19 in einem BrUckenteil durchsetzt, der auf der (dem Luft schieber) gegenüberliegenden Seite des Mischrohrtei1s 10 angeordnet ist. Die Dosiernadel 2 steht, mit. der gemäß Fig. 8 unteren Seite der Innenfläche einer ZumeßdUse 3' in Gleitberührung, welche das Wesen der vorliegenden Erfindung darstellt. D i ο Sp it/.ο der Dosiernadel ist einem Durchgang 23 /.ugowandt, der über eine Kraf tstof f-Lo i tung mit einer einen Schwimmer 20 enthaltenden Schwimmerkammer 2! verbunden ist.

Die Zumeßdüse 3' weist einen Ringdurchgang oder -kanal 26 auf, der über einen Korrektur- bzw. Nebenluftkanal 4 mit einer an sich bekannten Niedrigtemperatur-Ausgleichvorrichtung in Verbindung steht, die ihrerseits über einen Kanal 24 mit dem Lufttrichter 9 verbunden ist . Der Ringdurchgang 26 enthält insgesamt sechs Zusatz,- bzw. Nebenluftbohrungon 5? von denen drei in gleichen Abständen voreinander an der Seite der Zumeßdüse 3¹ angeordnet, sind, mit welcher die Dosiernadel 2 in GIeitborührung steht, während die restlichen Bohrungen auf dor von dieser Seite abgewandton Seite angeordnet sind.

Bei dieser Ausführungsform sind die Nebenluftbohrungen 5 in der Gleitsitzfläche von Bedeutung. Wie theoretische Überlegungen bei der Konstruktion und Versuche

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ge/.c i gt haben, sollten ti i e I nnenumf angsl ünge L der Zu meßdilse 3' und die Summe £d aus den Durchmessern d der Neben 1 uf(.bohrungen 5 der folgenden Beziehung oder Bed ingung

0,5 £ £d/L ^ 0,8

genügen, und die Zahl der Nebenluftbohrungen sollte mindestens υ betragen.

Wenn die genannte Größe unter 0,5 liegt, wird der Abstand zwischen den Nebenl uf (.bohrungen 5 größer, und die ( yuerschn i t-ts-) Fläche der Nebenluftbohrungen ändert sieh, so daß die Änderung im I.uf t/Kraftstoff verhäl tnis .schließlich .si» groß wird und der Neben I ufUnengenant.eil (bleed sensitivity) nicht konstant ist. J st diese Größe jedoch größer als 0,8, so wird die Nebenluftbohrungsflache so groß, daß die Dosier- oder Zumeßwirkung von zwei Zumeßdüsen und Dosiernadeln erheblich beeinträcht igt wird und dabei die Funktion der einzigen /.umelldüse verlorengeht. Infolgedessen wird die Kraft stoff stromei nst. el 1 ung erschwert und der Kraftstoff/.uf luft kann nicht mehr mit hoher Genauigkeit gewährleistet werden.

Wenn bei der beschriebenen Konstruktion die Drosselklappe 8 einen kleinen Öffnungswinkel besitzt bzw. sich in der Stellung niedriger Ansaugluft(durchsatz)menge befindet',* und der in der Unterdruckkammer 13 der Ansaugkammer 11 über die Saugbohrung 17 herrschende Unterdruck ist ebenfalls niedrig.

" steht die Mischkammer 16 unter einem niedrigen Unterdruck

Aufgrund des Ausgleichs zwischen dem Unterdruck, dem Atmosphärendruck in der Atmosphärendruckkammer 12 und der Feder 15 wird mithin dor Luftschiober 1 mit einem kleinen Hub geöffnet. Dabei ist c! i e Änderung dor offenen Querschnittsfläche jeder Neben!uftbohrung 5 auf der Gl e i ts i t zf 1 iiche üi'V Dos i ernadel 2 gegenüber der Zumeßdüse 3' gering, so daß die Neben luftmenge und eine Zunahme¹ der Kraftstoff zufuhrmenge aufgrund einer großen Querschnittsfläche begrenzt werden und damit eine kleine Neben 1uftmenge, d. h. das richtige Luft/Kraft-.st.of f verhä 1 t.ni s , .sichergestellt wird. Der Kraftstoff wird durch den Unterdruck im Mischrohrteil IO angesaugt und zur Mischkammer K) gefördert..

Wenn dagegen die Drosselklappe 8 unter einem großen Öffnungswinkel geöffnet wird, erhöht sich der Unterdruck und der Luftschieber 1 bewegt sich über einen großen Hub zurück, wobei sieh auch die Dosiernadel 2 zurückbewegt und sich ihre Querschnittsfläche in der Zumeßdüse verkleinert. Gleichzeitig wird die Querschnittsflache jeder Nebenluftbohrung in der Gleitsitzfläche vergrößert, so daß die Kraftstoffmenge ansteigt und auch die Nebenluftmenge größer wird. Hierbei bleibt das Luft/Kraftstoffvorhä1tnis, d. h. der Nebenluftanteil (bleed sensitivity) im wesentlichen konstant.

Die Beziehung zwischen der (Öffnungs-)Fläche S jeder Nebenluftbohrung 5 und dem Luft/Kraftstoffverhältnis A/l" bei diesem Vorgang ist in Fig. 10 veranschaulicht. Dabei stimmen die Nebenluftantei1 kurven C", C" und C" für niedrige, mittlere bzw. große Ansaugluftmengen von 2 g/s, 20 g/s bzw. 40 g/s gemäß Fig. 10 praktisch miteinander überein.

Infolgedessen kann gemäß Fig, 11 das Luft/Kraftstoffverhältnis A/p in bezug auf die Ansaugluftmenge V im

wesentlichen konstant. Roh;» I ton werden. Mit anderen Worten: Der Neben 1 uftant e i 1 kann erfindungsgemäß konstant gehalten werden, wie dies durch die Kurven D dargestellt ist. Krfindungsgemäß wird somit, die Notwendigkeit für die bisherige komplizierte Konstruktion vermieden (vergl. Kurven D¹), bei welcher die Nebenluftbohrungsf lache in Abhängigkeit, von der Neben 1 uftmenge (M; groß) oder (N; klein) variiert wird.

Im Vergleich zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind bei der Ausführungsform nach Fig. 12 die Neben 1uftbohrungen 5 (nur) in der unteren Hälfte der Zumeßdüse 3" vorgesehen, d. h. nur in der Schiebesitzflache der Dosiernadel 2. Wenn der Luftschieberhub klein oder der Verjüngungsgrad der Dosiernadel 2 groß ist., ist die Querschnittsflächenänderung der Nebenluftbohrung bei dieser Ausführungsform noch wirksamer.

Bei den Ausf ührungsformen nach I' ig. 13 und 14 ist ein Neben 1 ιιΠ sch 1 i t/. S¹ im Kingdurchgang 26 der ZumeßdüHe 3 "' an der Seite der Gleitsitzf1äche der Dosiernadel 2 vorgesehen. Diese Anordnung genügt im wesentlichen der vorher angegebenen Bedingung, und bei ihr kann der Nebenluftantei1 äußerst genau und höchst empfindlich bzw. feinfühlig konstant, gehalten werden, weil sich die Neben 1uftmenge gleichmäßig in Abhängigkeit von gleichmäßigen bzw. stufen losen Änderungen des Luftschieberhubs ändert. Außerdem ist diese Anordnung leichter herstellbar und sie ermöglicht" die Einhaltung eines hohen Genauigkeitsgrads.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend beschriebenen Atisführungsformen beschränkt-, sondern verschiedenen Abwandlungen zugang-

lieh, beispielsweise in Form einer Kombination eier Ne-. beil 1 uftbohrungen mit dem Schlitz.

Wie vorstehend erläutert., gelangt beim crfindungsgemäßen Gleichdruckvergaser die vom l,uftschieber nach vorn ragende Dosiernadel in Gleitberührung mit der Innenfläche der (Kraftstoff-)Zumeßdüse, so daß eine gleichbleibende Kraftstoffzufuhr sichergestellt ist. Die mit dem Nebenluftdurchgang verbundenen Nebenluftbohrungen sind dabei zumindest an der Gleit- oder Schiebesitzfläche der Dosiernadel in solcher Anordnung vorgesehen, daß sich ihre Quersehn i t t si* I üche in Abhängigkeit, von der Verschiebung dt'i· Dosiernadel bei einer Bewegung des I.uftseh i ebers entsprechend der Ansaugluft menge linear ändert. Auf diese Weise wird drr Neben 1 uft. ante i 1 im Zusammenwirken mit. einer Erhöhung oder Verringerung der Kraftstoffzufuhrmenge infolge der Änderung der Querschnittsfläche der Düsennadel innerhalb der Zumeßdüse konstant gehalten.

Bei den bisherigen Konstruktionen ändert sich dagegen der Nebenluftantei1 im Bereich geringer Ansaugluftmengen äußerst empfindlich (stark), während er erfindungsgemäß, ebenso wie im mittleren und höheren Ansaugluftmengenbereich, abgeschwächt (dull) wird, und das Luft/ Kraftstoffverhältnis entsprechend der Einstellung automatisch geregelt werden kann.

Da der Neben 1 uftschl i t/. an'der Gl eitberUhrungsseite der Zumeßdüse mit tii^v Dosiernadel angeordnet ist, ändert sich die Neben-1 uftbohrungsf 1 äche gleichmäßig bzw. stufenlos in Abhängigkeit von einer entsprechenden RUckr-iehbewegung der Dosiernadel, so daß die Nebenluft ant c i 1 e i ger.schaf ten weiter verbessert werden. Außerdem

kann der Nebenluftschlitz ohne Notwendigkeit für eine Berücksichtigung der Spalte an den Nebenluftbohrungen und Abweichungen im Bohrungsdurchmesser vorgesehen wer den, so daß demzufolge eine Massenfertigung mit hohem Genauigkeitsgrad möglich ist.

Da weiterhin erfindungsgemäß das Luft/Kraftstoffverhältnis unter Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge automatisch mittels der Nebenluftmenge geregelt werden kann, sind ein schnelles Regelansprechen gegeben und eine schnelle Regelung möglich. Infolgedessen kann die I.uft/Kraf tstoffvorhü 1 t.ni srcge-1 ung oder· -einstellung im Vergleich zu den bisherigen Konstruktionen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, während eine weiter verbesserte Regelung in Verbindung mit einem Ü -Meßfühler oder -Sensor gewährleistet werden kann.

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Claims (8)

1. JA 7798 02.11.1981 L/Ro

   Patentansprüche

   ( Λ) Gleichdruckvergaser, in dessen Mischrohrteil ( ein in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge relativ zu einer Ansaugkammer (11) hin- und herbewegbarer Luft· schiober (1) angeordnet und mit einer Dosiernadel (2) vorsehen ist, die eino Haupt düse (19) locker b/.w. mit Spiel durchsetzt und in Gleitberührung mit einer Zumeßdüse (3') steht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zumeßdüse (3¹) zumindest an der Seite, an welcher die Dosiernadel (2) mit der Zumoßdüse (3¹) in Gleitberührung steht, mehrere Nebenluft bohrungen (5) ausgebildet sind, die mit einem Nebenluftdurchgang (4) in Verbindung stehen.
2. 2. Gleichdruckvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mebenluftbohrungen (5) gleichmäßig um den Gesamtumfang der Zumeß-

   horum
   düse (3') /vorteilt sind.

   1 lü'
3. 3. Gleichdruckvergaser nach Anspruch !,dadurch '

   gekennzeichnet, daß mehrere Nebenluft-

   bohrungen (5) auf der halben Umfangsflache an der Seite "'fe»

   der Zumeßdüse (3')> mit welcher die Dosiernadel (2). in ■"'.

   Gleitberührung steht, angeordnet sind. Γ
4. 4 ο Gleichdruckvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis· -^;;

   3, dadurch gekennzeichnet, daß der

   Durchmesser d jodor Nebon1uftbohrung (5) und die Innenumfangs1ängo L dor Zumeßdüso (3¹) der Beziehung 0,5 ^C £d/L ^ 0,8 genügen.
5. 5. Gleichdruckvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4j dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Nebenluftbohrungen (5) bis zu 6 beträgt.
6. 6. Gleichdruckvergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Nobonluftbohrungen (5) Schlitze (5') vorgesehen sind.
7. 7. Gleichdruckvergaser, in dessen Mischrohrteil (10) ein in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge relativ zu einer Ansnugkammor (11) hin- und herbewegbarer Luftschieber (1) angeordnet, und mit. einer Dosiernadel (2) vorsehen ist, die eine Hnuptdüso (19) locker bzw. mit Spiel durchsetzt und in Gl eitborührung mit einer Zumelklüse (3¹) steht, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zumeßdüse (3¹) zumindest an der Seite, an welcher sie mit der Dosiernadel (2) in Gleitberührung gelangt, Neben 1uftschlitze.(5Ί ausgebildet sind, die mit einem Nebenluftdurchgang (4) in Verbindung stehen.
8. 8. Gleichdruckvergaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge 1 des bzw. jedes Nebenluftschlitzes (5') und die Innenumfangslänge L der Zumeßdüse (3¹) der Beziehung 0,5^ 1/L ^ 0,8 genügen.