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Schwimmerlose und drosselklappenlose Aufbereitungsanlage
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zum Erzeugen eines Kraftstoff ILuft-Gemisches Die vorliegende Erfindung
richtet sich auf eine schwimmerlose und drosselklappenlose Aufbereitungsanlage zum
Erzeugen eines Kraftstoff/Luft-Gemisches, bestehend aus einem Luftzufuhrstutzen;
einem in den Luftzufuhrstutzen seitlich hineinragenden und sich darin axial erstreckenden
Trägerstück für die Kraftstoffzuleitung mit Vollastdüse und einer Kraftstoffdüse
mit konisch zugespitzter Düsennadel; einem sich hinter dem Trägerstück anschließenden
Gemischaustrittsstutzen, in welchem ein Venturirohr angeordnet ist; einem mit dem
Venturirohr einen Luftspalt bzw. einen Verschlußsitz bildenden Kegelschieber, welcher
koaxial zum Venturirohr verschiebbar geführt und mittels eines Gaszuges betätigbar
ist.
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Die meisten bisher bekannten Aufbereitungsanlagen, allgemein "Vergaser"
genannt, arbeiten mit Drosselklappe, wodurch ein ungleichmäßiger Strömungsverlauf
entsteht. Dadurch erfolgt eine ungleichmäßige Verteilung der Kraftstofftröpfchen
im Luftstrom. Hierdurch wiederum wird eine Rekondensation des Kraftstoffes im Ansaugrohr
auf dem Wege zu den Zylindern des Motors begünstigt. Der Forderung nach einem gleichbleibenden
Verhältnis von Kraftstoff zu Luft über den gesamten Lastbereich tragen die auf dem
Markt befindlichen Vergaser nur annähernd Rechnung, und zwar mittels aufwendiger
und störanfälliger Zusatzeinrichtungen.
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Insbesondere wird beim Beschleunigen Kraftstoff überdo-
siert.
Diese überdosierung trägt nichts zur Leistungssteigerung bei, erhöht aber den Schadstoffgehalt
der Abgase.
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Man hat bereits versucht, den Füllungsgrad des Gemisches über sogenannte
"Lambda-Sonden" zu messen und die Drosselklappe entsprechend zu stellen. Wegen der
Trägheit des Meß- und Regelvorganges erfolgt die Anpassung bei den relativ kurzen
Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen erst nachträglich; d. h., es wird eine
Übersteuerung der Drosselklappe hinsichtlich ihrer Stellung verursacht.
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Eine drosselklappenlose Gemischaufbereitungsanlage der eingangs genannten
Art (DE-OS 19 11 546) besitzt zwar eine Kraftstoffzuleitung, welche in einer axial
im Venturirohr bzw. im Kegelschieber angeordneten Kraftstoffdüse mit konisch zugespitzter
Düsennadel endet; diese Kraftstoffdüse öffnet jedoch nicht direkt in den Luftkanal,
sondern in eine im Kegelschieber angeordnete Kammer, welche ihrerseits Kraftstoff-Austrittsöffnungen
zu dem zwischen Kegelschieber und Venturirohr gebildeten Luftspalt aufweist.
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Infolgedessen kommen die vom Luftstrom mitgerissenen Kraftstofftröpfchen
schnellstens mit der Wandung des Ansaugsystems in Berührung, rekondensieren daran
und bilden an den tiefsten Stellen eine Bachströmung, welche sich bis in die Zylinderräume
fortsetzt, während die Luft nur einen ungenügenden Kraftstoffgehalt aufweist. Der
von den Zylindern angesaugte Gemischstrom dient dabei als Treibmittel für die Bachströmung.
Da zu deren Beschleunigung oder Verzögerung eine gewisse Trägheit zu überwinden
ist, werden bei Anderung der Last nie sofort Kraftstoff und Luft im idealen Verhältnis
in den Verbrennungsraum eingetragen. Auch selbst wenn dies geschähe, ist die Verteilung
des Kraftstoffes in der Luft inhomogen. Aus beiden Gründen läuft der Verbrennungsvorgang
im Verbrennungsraum nicht optimal ab, wodurch der Energiegehalt des
Kraft
stoffes nur unvollständig ausgenutzt wird und die Verbrennung unter Erzeugung von
Schadstoffen nur unvollständig erfolgt.
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Man hat schon versucht, der Rekondensation des Kraftstoffes im Gemischansaugrohr
dadurch zu begegnen, daß man an denjenigen Stellen, an denen die Rekondensation
stattfindet, sogenannte "Hot-Spots" angeordnet hat, durch welche jene Bereiche des
Ansaugsystems durch heiße Abgase, Motorkühlwasser oder elektrische Heizungen so
weit aufgewärmt werden, daß rekondensierender Kraftstoff wieder verdampft. Soweit
diese Hot-Spots mit der Wärme des Abgases oder des Kühlwassers arbeiten, sprechen
sie bei kaltem Motor naturgemäß erst mit einer gewissen Zeitverzögerung an. Auch
eine elektrische Heizung arbeitet mit Verzögerung und belastet die Batterie viel
zu stark. Insofern ist die Beheizung des Ansaugsystems, um die Rekondensation von
Kraftstoff zu vermeiden, bei kaltem Motor unwirksam. Im übrigen ist es unbefriedigend,
daß mit dieser Maßnahme die Rekondensationserscheinung einfach hingenommen wird,
statt sie von vorneherein möglichst auszuschließen.
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Die bisherige Praxis hat bewiesen, daß die optimale Energieausnutzung
des Kraftstoffes bei damit einhergehender möglichst vollständiger Verbrennung zu
schadstofffreien Abgasen nur durch eine Kombination von Einzelmaßnahmen erzielbar
ist, welche jede für sich anteilig zur Lösung des Gesamtproblems beitragen.
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Die vorliegende Aufgabe ist darin zu sehen, einen wesentlichen Beitrag
zur Lösung dieses Gesamtproblems dadurch zu leisten, daß durch geeignete Vereinigung
von Kraftstoff und Luft die Gefahr der Rekondensation des Kraftstoffes im Ansaugsystem
vermieden oder zumindest auf ein Minimum herabgesetzt und gleichzeitig dafür gesorgt
wird, daß über
den gesamten Lastbereich, d. h. bei jeder Gaspedalstellung,
ein möglichst homogenes Gemisch erzeugt wird und dabei das Gewichtsverhältnis von
Kraftstoff zu Luft konstant ist, und zwar vorzugsweise im optimalen Verhältnis um
1 : 15, und Überdosierungen vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kraftstoffdüse in Höhe
des Venturirohres zu diesem axial im Trägerstück angeordnet ist und unmittelbar
in das Venturirohr öffnet; daß die Düsennadel mit dem Kegelschieber gemeinsam verstellbar
ist und daß hinter dem Verschlußsitz zwischen Venturirohr und Kegelschieber eine
mit einer Regulierschraube versehene Leerlauf-Luftzuführleitung mündet.
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Mittels der neuen Gemischaufbereitungsanlage werden mehrere vorteilhafte
Wirkungen gleichzeitig erzielt: Dadurch, daß die Kraftstoffdüse unmittelbar in das
Venturirohr - und zwar in dessen Achse - öffnet, wird der Kraftstoff zunächst innerhalb
des durch den Luftspalt zwischen Venturirohr und Kegelschieber gebildeten Mantelstroms
zerstäubt. Im weiteren Strömungsverlauf vermischen sich Luft und Kraftstoff, wobei
die feinen Kraftstofftröpfchen jedoch nicht bis an die Rohrwandung gelangen, weil
dort - entsprechend dem Geschwindigkeitsprofil der Rohrströmung - kaum Bewegung
stattfindet. Eine soweit wie möglich geradlinige Führung des Ansaugrohres vom Gemischaustrittsstutzen
zu den Zylindern trägt zur Aufrechterhaltung des Strömungsprofils bei, so daß eine
außerordentlich dünne Mantelzone des Kraftstoff/Luft-Gemischstromes praktisch kraftstofffrei
bleibt und auf diese Weise die Rekondensation verhindert wird. Dadurch, daß der
Kraftstoff/Luft-Gemischstrom bereits im Moment seiner Erzeugung rotationssymmetrische
Form aufweist und durch keine diese Form störenden Einbauten, wie Drosselklappen,
verändert wird, sind die besten Voraussetzungen gegeben,
auf dem
Wege vom Venturirohr bis zum Verbrennungsraum ein Entmischen von Kraftstoff und
Luft zu vermeiden. Dadurch, daß die neue Gemischaufbereitungsanlage weder Schwimmer
noch Drosselklappe besitzt, ist auch das Problem der unerwünschten Überdosierung
gelöst. Es ergibt sich auch insofern eine optimale Verbrennung bei optimaler Kraftstoffausnutzung
sowie eine Reduzierung der Schadstoffe und der Abgastemperaturen. Durch die Kopplung
der konisch zugespitzten Düsennadel mit dem Kegelschieber hinsichtlich der Hubweite
erreicht man, daß sich die Durchströmquerschnitte für Luft und Kraftstoff unter
verschiedener Last zwar ändern, aber immer im gleichen Verhältnis zueinander stehen.
Dabei ist selbstverständlich die entsprechende Wahl des Konuswinkels der Spitze
der Düsennadel Voraussetzung. Damit wird sichergestellt, daß bei jeder Stellung
des Gaspedals, über welches der Kegelschieber mittels eines Gaszuges betätigbar
ist, ein konstantes Gewichtsverhältnis von Kraftstoff zu Luft gewahrt bleibt, und
zwar vorzugsweise im idealen Verhältnis um 1 : 15. Es versteht sich, daß die konisch
zugespitzte Düsennadel vorzugsweise einstellbar ist, um die Kraftstoffzufuhr für
den Leerlauf einstellen zu können.
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Gegenüber den meisten üblichen Gemischaufbereitungsanlagen ist hier
also keine besondere Leerlaufdüse erforderlich. In Leerlaufstellung, d. h. ohne
Betätigung des Gaspedals bei laufendem Motor, ist der Verschlußsitz zwischen Venturirohr
und Kegelschieber geschlossen. Über die diesen Verschlußsitz umgehende By-pass-Leitung
läßt sich die erforderliche Leerlauf-Luftmenge exakt dosieren.
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Nach einer besonderen Ausführungsform öffnet die Kraftstoffdüse unmittelbar
in Höhe des engsten Querschnittes des Venturirohres. An dieser Stelle herrschen
die günstigsten Druckverhältnisse für eine besonders gute Zerstäubung des Kraftstoffes
und gleichmäßige Verteilung im Luftstrom.
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Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die neue Gemischaufbereitungsanlage
durch eine mit einem Starthilfe-Gaszug bei Leerlauf-Luftzufuhr betätigbare Hubvorrichtung
für die Düsennadel gekennzeichnet. Es versteht sich nämlich, daß auch die neue Gemischaufbereitungsanlage
beim Starten des Motors, insbesondere in der kälteren 3ahreszeit, nicht ohne Starthilfe
auskommt. Durch Verdrehen der Düsennadel wird diese angehoben, so daß zum Starten
ein überfettetes Gemisch herstellbar ist. Der Starthilfe-Gaszug ist von Hand oder
auch automatisch rückstellbar. Dadurch, daß der Kegelschieber beim Kaltstart ohne
Betätigung des Gaspedals noch den Verschlußsitz mit dem Venturirohr bildet, erreicht
man ein zur besseren Zündung erforderliches fettes Gemisch. Da dies aber gegenüber
herkömmlichen Gemischaufbereitungsanlagen mit wesentlich geringerer Luftmenge und
Kraftstoffmenge geschieht, ist die Gefahr feuchter Zündkerzen herabgesetzt.
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Durch den geringeren Kraftstoffgehalt wird außerdem der Schadstoffgehalt
der Abgase reduziert. Die geringere Menge an erforderlichem KraftstofflLuft-Gemisch
sorgt von vorneherein für eine geringere Abgasmenge.
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Eine weitere besondere Ausführungsform besteht darin, daß die Leerlauf-Luftzuführleitung
aus einem das Venturirohr umgebenden Ringkanal besteht, welcher einerseits über
einen den Verschlußsitz zwischen Venturirohr und Kegelschieber umgehenden Stichkanal
mit dem Luftzufuhrstutzen verbunden ist und andererseits hinter dem Verschlußsitz
mündende, über den Umfang gleichmäßig verteilte Bohrungen aufweist.
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Durch die in der Leerlauf-Luftzuführleitung angeordnete Regulierschraube
läßt sich in an sich bekannter Weise die Leerlauf-Luftzufuhr exakt einstellen.
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In der Leerlaufstellung erfolgt eine Verdüsung sowohl von Kraftstoff
als auch von Luft, wodurch eine gute und gleichmäßige Vermischung gefördert wird.
Eine gute Zündfähigkeit des Gemisches ist hierdurch gesichert. Auch diese besondere
Art der Leerlauf-Luftzufuhr ummantelt wiederum im wesentlichen den verdüsten Kraftstoff,
so daß auch in diesem Falle der Kontakt des Kraftstoffes mit der Wandung durch einen
Luftfilm unterbunden wird.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Aufbereitungsanlage
gekennzeichnet durch zwei im Sprühkegel der Kraftstoffdüse angeordnete Zündelektroden,
um die Aufbereitungsanlage auch zur Verwendung für mit flüssigem Brennstoff betreibbare
Heizungsanlagen, wie z. B. Heizkessel, geeignet zu machen.
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In der Zeichnung ist die neue Gemischaufbereitungsanlage in einem
Ausführungsbeispiel rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 die Gemischaufbereitungsanlage im Längsschnitt, und zwar in Starthilfe-Stellung;
Fig. 2 die Gemischaufbereitungsanlage gemäß Fig. 1 in der Draufsicht; Fig. 3 die
Gemischaufbereitungsanlage im Schnitt gemäß Linie A-B in Fig. 1, jedoch in Laststellung
und Fig. 4 die Gemischaufbereitungsanlage gemäß Fig. 3 in der Draufsicht.
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Die Gemischaufbereitungsanlage besteht aus einem Luftzufuhrstutzen
1, in welchen seitlich ein Trägerstück 2 für eine Kraftstoffzuleitung 3 hineinragt.
Hinter dem Trägerstück 2, welches hammerartig gestaltet ist und somit Fortsätze
2a, 2b in Achsrichtung des Luftzufuhrstutzens 1
aufweist, schließt
ein Gemischauslaßstutzen 4 mit einem Venturirohr 5 an. Auf dem Fortsatz 2b ist ein
Kegelschieber 6 verschiebbar geführt. Seine Form ist auf den eintrittsseitigen Verjüngungswinkel
des Venturirohres 5 abgestimmt, so daß in Schließstellung die einander zugewandten
Flächen des Venturirohres 5 und des Kegelschiebers 6 einen dichten Verschlußsitz
7 bilden (Fig. 1), während in Öffnungsstellung des Kegelschiebers 6 ein Luftspalt
8 gebildet ist (Fig. 3). Die Verstellung des Kegelschiebers 6 erfolgt über einen
Zughebel 9 und eine Kurbelschwinge 10, auf deren Achse 11 ein Hebel 12 angeordnet
ist, welcher über ein nicht dargestelltes Gaszuggestänge mit dem Gaspedal des Fahrzeuges
verbunden ist.
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Y Die Kraftstoffzuleitung 3 besteht im einzelnen aus einem vom Tank
über eine Kraftstoffpumpe und ein Magneberschlußventil (nicht dargestellt) führende
Kraftstoffleitung 13, welche in eine Vollastdüse 14 mündet. An diese schließt ein
in den Fortsatz 2b abknickender Kraftstoffkanal 15 an, der in einer axial an der
engsten Stelle des Venturirohres 5 angeordneten Kraftstoffdüse 16 endet. Der Kraftstoffdüse
15 ist eine konisch zugespitzte Düsennadel 17 zugeordnet, welche im Fortsatz 2a
geführt ist. Für die Leerlaufstellung läßt sich der freie Düsenquerschnitt durch
entsprechendes Einjustieren der Düsennadel 17 mittels Klemmstück 18 und Klemmschraube
19 (Fig. 3) einstellen. Dieses Klemmstück 18 liegt auf einem Hubteller 20 auf. Ein
Joch 21 ist über ein Gestänge 22 mit dem Kegelschieber 6 starr verbunden. Das Klemmstück
18 weist zum Hubteller 20 hin eine Hubnase 23 auf, welche in eine Hubnut 24 einrasten
kann. Am Joch 21 ist zum Luftzufuhrstutzen 1 hin - analog zur Gestaltung des Hubtellers
20 - eine Hubnut 25 angeordnet, in welche ein durch das Klemmstück 18 geführter
Hubstift 26 einrastet. Die Düsennadel 17 ist durch diesen Hubstift 26 gleitfähig
hindurchgeführt. Das
freie Ende der Düsennadel 17 weist einen platten
Kopf 27 auf, welcher durch einen Schlitz 28 eines um die Achse des Luftzufuhrstutzens
1 drehbaren - und damit die Düsennadel 17 drehbaren - Querhebels 29 geführt ist.
Dieser Querhebel 29 ist in zur Achse des Luftzufuhrstutzens 1 senkrecht in dessen
Wandung angeordneten Schlitzen 30, welche eine Verdrehung um 900 zulassen, geführt.
Die Enden dieses Querhebels 29 sind in einem Drehring 31 gehalten. Ein Ende des
Querhebels 29 ist mit einem (angedeuteten) Starthilfe-Gaszug 32 verbunden. Der Hub
der Düsennadel 17 geschieht mittels des Starthilfe-Gaszuges 32, also ohne Anheben
des Kegelschiebers 6. Eine Blattfeder 33, welche in einer Kerbe 34 des Klemmstückes
18 geführt ist, ist andererseits mit dem Gestänge 22 fest verbunden. Aufgabe dieser
Blattfeder 33 ist es, beim Rückstellen des Starthilfe-Gaszuges 32 die Hubnase 23
des Klemmstückes 18 exakt in die Hubnut 24 des Hubtellers 20 einzurasten, wobei
gleichzeitig der Hubstift 26 in die Hubnut 25 einrastet. Wird das Gaspedal getreten,
so addieren sich der Starthilfe-Hub und der auf diese Weise erzeugte zusätzliche
Hub der Düsennadel 17, bis der Starthilfe-Gaszug 32 zurückgestellt wird. Der Hub
durch das Gaspedal arbeitet gegen zwei Rückstellfedern 35 und 36, von denen sich
eine an dem Trägerstück 2 und die andere an dem Querhebel 29 abstützt. Der Starthilfe-Gaszug
32 ist von Hand zurückstellbar, kann sich aber auch automatisch zurückstellen. Für
den Leerlauf ist eine By-pass-Leitung für die Leerlauf-Luftzufuhr vorgesehen, welche
den Verschlußsitz 7 umgeht. Sie besteht aus einem Stichkanal 37 zum Luftzufuhrstutzen
1, welcher andererseits in einen das Venturirohr 5 umgebenden Ringkanal 38 mündet.
Von diesem Ringkanal 38 führen radiale, geneigte Bohrungen 39 durch die Wandung
des Venturirohres 5 in den Gemischaustrittsstutzen 4. Zur Regelung der Leerlauf-Luftmenge
ist eine Regulierschraube 40 vorgesehen.
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Die Arbeitsweise dieser Gemischaufbereitungsanlage ist folgende: Der
kalte Motor wird mit dem Starthilfe-Gaszug 32 ohne Treten des Gaspedals gestartet.
Dabei wird der Querhebel 29 um 900 verdreht. Infolgedessen wird die Hubnase 23 aus
der Hubnut 24 herausgehoben, und die Düsennadel 17 hebt sich entsprechend der Höhe
der Hubnase 23. Letztere ruht auf der Oberfläche des Hubtellers 20. Mittels des
Hubstiftes 26, welcher die gleiche Bewegung aus seiner Hubnut 25 mitmacht und nun
auf das Joch 21 drückt, wird der Verschlußsitz 7 zwischen Kegelschieber 6 und Venturirohr
5 beibehalten. Betätigt man nun zum Anfahren das Gaspedal, so erfolgt der normale
Hub des Kegelschiebers 6 zusammen mit der Düsennadel 17. Sobald die einwandfreie
Zündung sichergestellt ist, kann man den Starthilfe-Gaszug 32 zurücknehmen, und
Hubnase 23 sowie Hubstift 26 rasten in ihre Hubnuten 24 und 25 durch die Rückdrehbewegung
der Düsennadel 17 ein, wobei diese sich entsprechend senkt und den freien Düsenquerschnitt
so weit verringert, daß sich das ideale Kraftstoff/Luft-Verhältnis entsprechend
den freien Querschnitten für Luft und Kraftstoff einstellt. Beim Betätigen des Gaspedals
geschieht folgendes, wobei der Kaltstart-Vorgang mittels Starthilfa außer Betracht
bleibt: Beim Treten des Gaspedals werden - über das Gasgestänge, den Hebel 12, die
Achse 11 und die Kurbelschwinge 10 -der Kegelschieber 6 und gleichzeitig - über
das Gestänge 22 sowie das Joch 21 - die Düsennadel 17 angehoben. Dadurch entsteht
zwischen Venturirohr 5 und Kegelschieber 6 der Luftspalt 8 bei gleichzeitiger Vergrößerung
des Leerlauf-Querschnittes der Kraftstoffdüse 17 auf den entsprechenden Lastquerschnitt.
Beim Zurücknehmen des Gaspedals verringern sich die Durchströmquerschnitte wieder
im gleichbleibenden Verhältnis. Im Leerlauf, d. h. bei völ-
liger
Entlastung des Gaspedals, bleibt die Kraftstoffpumpe in Funktion. Der Kegelschieber
6 bildet mit dem Venturirohr 5 den Verschlußsitz 7. Die Kraftstoffdüse 16 hingegen
bleibt dank der Grundeinstellung der konisch zugespitzten Düsennadel 17 minimal
geöffnet, und die Luftzufuhr erfolgt über den Stichkanal 37, den Ringkanal 38 und
die radialen, geneigten Bohrungen 39. Die Einstellung der günstigsten Leerlauf-Luftmenge
erfolgt mittels der Regulierschraube 40.
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Bei allen Betriebsweisen, also einschließlich Kaltstartvorgang und
Leerlauf-Betrieb, gewährleistet die neue Gemischaufbereitungsanlage einen optimalen
Verbrennungsprozeß bei optimaler Energieausnutzung. Daraus resultiert eine Reduzierung
der Schadstoffanteile in den Abgasen und eine niedrigere Abgastemperatur.