DE3639248A1 - Mehrstoffvergaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrstoffvergaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Insbesondere dreht es sich um einen Vergaser für eine Brennkraftmaschine, in dem Alkohol, Kerosin oder der­ gleichen mit einer niedrigeren Verdampfbarkeit als Haupttreibstoff und Benzin als Hilfstreibstoff verwendet werden, der dem Haupttreibstoff dann zugegeben wird, wenn die Maschine bei niedriger Temperatur betrieben wird. Wesentlich ist hierbei die Erzielung eines guten Betriebsverhaltens über den gesamten Betriebsbereich (Temperaturbereich) der Maschine.

In manchen Fällen wird Alkohol, Kerosin oder dergleichen mit einer niedrigeren Verdampfbarkeit als Haupttreibstoff für eine Brennkraftmaschine anstelle des herkömmlichen Benzins verwendet, wobei dies aus Wirtschaftlichkeits­ gesichtspunkten geschieht. Es ist jedoch sehr schwierig, gute Betriebseigenschaften der Maschine dann zu erzielen, wenn diese bei niedrigerer Temperatur arbeitet bzw. sich in der Aufwärmphase befindet und man nur Alkohol oder dergleichen als Treibstoff verwendet. Aus diesem Grund wird Benzin als Hilfstreibstoff zusammen mit Alkohol oder anstelle des Alkohols verwendet, bis die Maschine warm ist.

Herkömmliche Vergaser dieser Art, bei denen Alkohol oder dergleichen als Haupttreibstoff und Benzin als Hilfs­ treibstoff verwendet werden, sind z.B. in der japani­ schen Gebrauchsmusterveröffentlichung 2575/1982 und dem offengelegten japanischen Gebrauchsmuster Nr. 68152/1982 gezeigt. Diese bekannten Vergaser sind mit zwei Treib­ stoffkammern in Form von Schwimmerkammern für Alkohol und einer Speicherkammer für Benzin versehen, die selek­ tiv mit einer Hauptdüse über entweder eine Alkohollei­ tung oder eine Benzinleitung verbindbar sind, wobei die beiden Leitungen mittels eines Schaltventils geöffnet und geschlossen werden können. Beim oben beschriebenen herkömmlichen Vergaser wird beim Kaltstart der Maschine oder bei deren Betrieb während des Aufwärmens nur Benzin in den Ansaugdurchlaß über die Hauptdüse eingespritzt, um ein gutes Betriebsverhalten der Maschine in diesem Zustand zu erzielen. Nach dem Aufwärmen wird nur noch Alkohol in die Hauptdüse geliefert. Auf diese Weise kann die Maschine sehr ökonomisch betrieben werden.

Nachdem aber das Gemischverhältnis von Treibstoff zu Luft für Alkohol ganz anders ist als für Benzin und auch die Verdampfungsraten unterschiedlich sind, haben die herkömmlichen Vergaser den Nachteil, daß die Verbrennung in der Maschine sich ändert, wenn vom einen auf den an­ deren Treibstoff während des Betriebs der Maschine umge­ schaltet wird. Auf diese Weise gibt es Fehler im Be­ triebsverhalten der Maschine. Wenn darüber hinaus die Maschine im Leerlaufzustand nur mit Alkohol betrieben wird oder wenn während des Aufwärmens nur eine geringe Menge Benzin zugesetzt werden muß, muß dem herkömmlichen Vergaser Benzin zugeführt werden, was aus ökonomischen Gesichtspunkten heraus negativ ist.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, einen Vergaser dahin­ gehend zu verbessern, daß Benzin zusammen mit Alkohol eingespritzt wird, bis die Maschine aufgewärmt ist. Da­ nach wird die Zufuhr von Benzin gestoppt. Ein Beispiel hierfür gibt das japanische Gebrauchsmuster mit der Of­ fenlegungsnummer 1 65 952/1984. Beim vorgenannten Vergaser kommuniziert eine Benzinleitung (kommend von einem Ben­ zintank) mit einem Haupttreibstoffdurchlaß an einer Stel­ le in der Mitte eines Haupt-Sammelkanals, der Teil des Haupttreibstoffkanals bildet. Ein Ventil ist in der Ben­ zinleitung vorgesehen, um diese zu öffnen und zu schließen, wobei das Ventil über eine Steuerschaltung geschal­ tet wird, welche den Startbetrieb der Maschine und die Temperatur des Kühlwassers abtastet.

Beim zuvor beschriebenen Beispiel ist der Benzintank an einer höher gelegenen Position angeordnet. Wenn die Ben­ zinleitung geöffnet ist, so fließt eine konstante Rate von Benzin aus dem Benzintank zum Haupt-Sammelkanal auf­ grund der Höhendifferenz. Auch dann, wenn die Flußrate der angesaugten Luft in Abhängigkeit von der Wirklast variiert, kann die Zufuhrrate von Benzin nicht der vari­ ierenden Flußrate von angesaugter Luft angepaßt werden. Auf diese Weise ändert sich das Zufuhrverhältnis von Benzin zu Alkohol, so daß das Verhältnis von Luft zu Treibstoff nicht in geeigneter Weise kontrolliert werden kann. Weiterhin wird dann, wenn man mit vier oder fünf Umdrehungen anwirft, ein vorbestimmtes Volumen von Ben­ zin in den Haupttreibstoffkanal aufgrund der Höhendiffe­ renz abgegeben. Hierbei kann es sehr leicht geschehen, daß Benzin in die Schwimmerkammer zurückfließt, in der Alkohol gespeichert ist. Der Eintritt von Benzin in die Schwimmerkammer führt aber zu Korrosion der Innenwand der Schwimmerkammer. Weiterhin wurde gefunden, daß Ben­ zin überfließt, was das Starten der Maschine erschwert.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mehrstoffver­ gaser der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil­ den, daß der Start der Maschine erleichtert wird, ohne dabei das Mischungsverhältnis von Benzin zu Alkohol wäh­ rend des Betriebs der Maschine im Aufwärmzustand zu variieren.

Es dreht sich also um die Verbesserung des Maschinenlauf­ verhaltens über den gesamten Betriebsbereich.

Ein weiterer wesentlicher Punkt liegt darin, daß der Eintritt von Benzin in die Schwimmerkammer, in der Al­ kohol gespeichert ist, verhindert werden soll.

Schließlich soll die Maschine sowohl im Leerlaufzustand als auch während der Aufwärmphase optimal arbeiten.

Die vorstehende Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Er­ findung durch einen Mehrstoffvergaser mit einer Schwim­ merkammer, in der Treibstoff mit niedrigerer Verdampf­ barkeit gespeichert ist und einer Speicherkammer, in der Hilfstreibstoff gespeichert ist, dadurch gelöst, daß ei­ ne von der Speicherkammer kommende Hilfstreibstofflei­ tung mit einem Hauptsammelkanal, der Teil eines Haupt­ treibstoffkanals ist, an einer Stelle in Verbindung steht, die oberhalb des Oberflächenspiegels des Hilfs­ treibstoffs in der Speicherkammer liegt, daß der Ober­ flächenspiegel des Hilfstreibstoffs in der Speicherkam­ mer höher gelegt ist als der Oberflächenspiegel des Haupttreibstoffs in der Schwimmerkammer, daß ein mittle­ rer Abschnitt der Hilfstreibstoffleitung unterhalb des Oberflächenspiegels des Haupttreibstoffs in der Schwim­ merkammer liegt, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Hilfstreibstoffleitung bei einer vorbestimmten Tem­ peratur zu öffnen bzw. zu schließen.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung er­ geben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also die Benzin­ leitung zwischen der Benzinspeicherkammer und dem Haupt­ sammelkanal offen gehalten, bis die Aufwärmphase been­ det ist, so daß Benzin hauptsächlich durch die Hauptdüse eingespritzt wird, wenn die Maschine beim Start noch kalt ist. Beim Leerlauf der Maschine wird Alkohol über eine Leerlauf-/Langsamlauf-Öffnung eingespritzt, wäh­ rend in der Aufwärmphase Alkohol und Benzin zusammen über die Hauptdüse in einem konstanten Verhältnis von Benzin zu Alkohol eingespritzt werden. Nach Beendigung der Aufwärmphase wird die Benzinleitung geschlossen und nur noch Alkohol durch die Hauptdüse eingespritzt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform, die anhand einer Abbildung näher erläutert ist.

Der Mehrstoffvergaser gemäß der vorliegenden Erfindung (im folgenden einfach als Vergaser bezeichnet) umfaßt ein Gehäuse 10, in dem ein Ansaugdurchlaß 12 und eine Alkoholschwimmerkammer 14 ausgebildet sind. Der Ansaug­ durchlaß 12 ist mit einem inneren Venturirohr 16 und einer Starterklappe 18 ausgerüstet, die drehbar oberhalb des Venturirohrs 16 sitzt. Eine Drosselklappe 20 steht in Wirkverbindung mit einem Fahrpedal (nicht gezeigt) und ist drehbar unterhalb des Venturirohrs 16 angeordnet. Die Schwimmerkammer 14 steht über eine Drossel 22 und einen Haupttreibstoffkanal 24 mit einer Hauptdüse 26 in Verbindung. Wie aus der Abbildung ersichtlich, zweigt ein Leerlauf-/Langsamlaufkanal 27 vom Hauptkanal 24 an einer niedrigen Position von diesem ab. Dieser Leerlauf-/ Langsamlaufkanal kommuniziert mit einer Bypassöffnung 28 und einer Leerlauföffnung 29.

Eine Benzinspeicherkammer 30 ist unabhängig von der Al­ koholschwimmerkammer 14 in der Nähe des Gehäuses 10 an­ geordnet. Die Benzinspeicherkammer 30 wird über Betrieb einer Pumpe 32 mit Benzin versorgt. Benzin, das aus der Speicherkammer 30 überfließt, läuft in den Benzintank 34 zurück und wird dann wieder über die Pumpe 32 in die Speicherkammer 30 rezirkuliert. Der Oberflächenspiegel von Benzin in der Benzinspeicherkammer 30 ist höher ge­ legt als der Oberflächenspiegel in der Schwimmerkammer 14. Die Benzinspeicherkammer 30 kommuniziert mit dem Haupt-Sammelkanal 25 über eine Drossel 25 und eine Ben­ zinleitung 36. Die Stelle, an welcher die Benzinleitung 36 mit dem Haupt-Sammelkanal 25 kommuniziert, ist höher gelegt als der Oberflächenspiegel des Benzins in der Ben­ zinspeicherkammer 30. Darüber hinaus ist die Stelle, an der die Benzinleitung 36 mit dem Haupt-Sammelkanal 25 in Verbindung steht niedriger gelegt als die Stelle, an der Benzin in die Hauptdüse 26 aus dem Haupttreibstoff­ kanal 25 eingeführt wird. Wie dies aus der Zeichnung her­ vorgeht, ist mindestens ein mittlerer Abschnitt der Ben­ zinleitung 36 unterhalb des Oberflächenspiegels vom Al­ kohol in der Schwimmerkammer 14 angeordnet. Wesentlich ist hierbei auch, daß die Drossel 35 in der Benzinleitung 36 und die Drossel 22 im Haupttreibstoffkanal 24 so di­ mensioniert sind, daß das Verhältnis von Benzin zu Alko­ hol, die beide zusammen in den Ansaugdurchlaß 12 über die Hauptdüse 26 beim Aufwärmen der Maschine eingespritzt werden, bei etwa 20 bis 25% liegt. Das vorerwähnte Ver­ hältnis kann aber abhängig von dem Ort, an dem die Ma­ schine betrieben wird, verändert werden (z.B. steigt der Prozentsatz von Benzin in der Mischung, wenn die Maschi­ ne in kalten Gegenden betrieben wird).

Eine herkömmliche Ventilanordnung 38, die durch Unter­ druck betätigt werden kann, ist zwischen der Benzinspei­ cherkammer 30 und der Benzinleitung 36 angeordnet und kann diese öffnen oder schließen. Die Ventilanordnung 38 kommuniziert stromabwärts mit dem Ansaugdurchlaß 12 über eine Drossel 40 und eine Unterdruckleitung 42. Wenn atmosphärischer Druck in das Innere der Ventilanordnung 38 gelangt, so öffnet diese die Benzinleitung 36. Wenn Unterdruck in die Ventilanordnung 38 gelangt, so schließt sie die Benzinleitung 36.

Um atmosphärischen Druck in die Unterdruckleitung 42 hineinzulassen oder abzusperren, ist ein herkömmliches Ventil 44 vorgesehen, das über die Temperatur gesteuert werden kann. Das Ventil 44 sitzt in der Unterdrucklei­ tung 42 zwischen der Ventilanordnung 38 und der Drossel 40. Das Ventil 44 ist so ausgebildet, daß es dann atmo­ sphärischen Druck in die Unterdruckleitung 42 einlassen kann, wenn die Kühlwassertemperatur unterhalb von etwa 60°C liegt. Der Zustrom von atmosphärischer Luft in die Unterdruckleitung 42 wird dann unterbrochen, wenn die Kühlwassertemperatur oberhalb von 60°C liegt. Wenn also die Kühlwassertemperatur unterhalb von 60°C liegt, so wird das Ventil 44 betätigt und läßt atmosphärischen Druck in die Ventilanordnung 38, die wiederum die Benzin­ leitung 36 öffnet, so daß Benzin in den Hauptsammelkanal 25 fließen kann. Wenn die Kühlwassertemperatur aber über 60°C steigt, so gelangt Unterdruck in das Innere der Ventilanordnung 38 und zwar über die Unterdruckleitung 42, so daß die Benzinleitung 36 geschlossen wird. Dem­ zufolge wird der Zustrom von Benzin zum Hauptsammelkanal 25 unterbrochen.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Vergasers, der in der oben genannten Weise konstruiert ist, beschrieben.

Wenn die Kühlwassertemperatur unterhalb von 60°C liegt, so gelangt atmosphärischer Druck in die Ventilanordnung 38 und zwar über die Betätigung des Ventils 44. Demzu­ folge wird die Benzinleitung 36 geöffnet, so daß Benzin in den Hauptsammelkanal 25 gelangt. Nachdem der Oberflä­ chenspiegel des Benzins in der Benzinspeicherkammer höher liegt als der Oberflächenspiegel von Alkohol in der Schwimmerkammer 24 und darüber hinaus der Verbindungs­ punkt, an dem die Benzinleitung 36 mit dem Hauptsammel­ kanal 25 verbunden ist, höher liegt als der Oberflächen­ spiegel von Benzin in der Benzinspeicherkammer 30, wird Benzin in den Hauptsammelkanal 25 an einer Stelle einge­ führt, die höher liegt als der Bereich, in dem Alkohol beim Starten der Maschine eingefüllt ist. Demzufolge wird ausschließlich Benzin über die Hauptdüse 26 für eine kurze Zeitperiode eingespritzt, bis der Startvorgang be­ endet ist.

Wenn daraufhin die Maschine in einem ersten Leerlaufzu­ stand betrieben wird und sich langsam anwärmt, wird Leerlauf- bzw. Langsamlauf-Treibstoff über die Bypass- Öffnung 28 und die Leerlauföffnung 29 in den Bereich ein­ gespritzt, in dem die Drosselklappe 20 angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Stelle, an welcher der Leerlauf-/Langsamlauf-Kanal 27 vom Haupttreibstoff­ kanal 24 abzweigt, hinreichend niedriger liegt als die Stelle, an der Benzin in den Hauptsammelkanal 25 einge­ führt wird. Auf diese Weise besteht keine Gefahr, daß Benzin in den Leerlauf-/Langsamlauf-Kanal 27 eindringt. Dies führt dazu, daß nur Alkohol als Leerlauf- und Lang­ samlauftreibstoff verwendet wird.

Wenn man vom Leerlaufzustand in den Warmlaufzustand geht, wobei dann das Fahrpedal vom Fahrer niedergetreten wird, werden sowohl Benzin als auch Alkohol über die Hauptdüse 26 in den Ansaugdurchlaß 12 eingespritzt. Normalerweise wird das Verhältnis von Benzin zu Alkohol im wesentlichen konstant gehalten und zwar über die Kombination von Dros­ seln 35 und 22. Während der Aufwärmphase wird je nach Lastabgabe der Maschine mehr oder weniger Gemisch von Benzin und Alkohol eingespritzt, wobei das Mischungsver­ hältnis konstant ist.

Wenn die Kühlwassertemperatur dann über 60°C steigt, so wird der Einlaß von Atmosphärendruck in die Unter­ druckleitung 42 über das Ventil 44 unterbrochen. Demzu­ folge wird die Benzinleitung 36 über die Betätigung der Ventilanordnung 38 geschlossen, so daß der Zustrom von Benzin in den Hauptsammelkanal 25 unterbrochen wird. Nach dem Warmlaufen wird also nur noch Alkohol über die Hauptdüse 26 eingespritzt.

Wie oben beschrieben, ist der erfindungsgemäße Vergaser so konstruiert, daß der Oberflächenspiegel von Benzin in der Benzinspeicherkammer höher gelegt ist als der Oberflächenspiegel von Alkohol in der Schwimmerkammer. Darüber hinaus ist die Stelle, an welcher die Benzinlei­ tung mit dem Hauptsammelkanal kommuniziert höher gelegt als der Oberflächenspiegel von Benzin in der Benzinspei­ cherkammer. Durch diese Anordnung ist gewährleistet, daß Benzin in einen höher gelegenen Bereich im Hauptsam­ melkanal eingeführt wird. Dadurch wiederum wird während des Startens der Maschine hauptsächlich Benzin über die Hauptdüse eingespritzt, wodurch sich die Maschine auch in sehr kaltem Zustand ausgezeichnet starten läßt.

Nachdem die Stelle, an welcher die Benzinleitung mit dem Hauptsammelkanal in Verbindung steht, höher gelegen ist, besteht keine Gefahr, daß Benzin in den Langsam­ lauf-Durchlaß gelangt. Demzufolge kann im Leerlaufzu­ stand, in dem kein Benzin benötigt wird, nur der billi­ gere Alkohol über die Langsamlauf-Öffnung eingespritzt werden. Dadurch werden die ökonomischen Forderungen in vollem Umfang erfüllt.

Nachdem aber der Punkt, an dem die Benzinleitung mit dem Hauptsammelkanal kommuniziert, höher liegt als der Ober­ flächenspiegel von Benzin in der Benzinspeicherkammer, besteht keine Gefahr, daß Benzin in die Schwimmerkammer mit Alkohol zurückfließt.

Weiterhin wird dadurch, daß Benzin nicht von einer höhe­ ren Position aus mit Hilfe einer Höhendifferenz (wie beim herkömmlichen Vergaser) gefördert wird, sondern durch die Benzinleitung fließt, die unterhalb des Ober­ flächenspiegels von Alkohol in der Schwimmerkammer liegt, das Benzin zusammen mit Alkohol in den Ansaugdurch­ laß eingesaugt und zwar aufgrund des Unterdruckes in der strömenden Luft. Auf diese Weise kann das Zufuhrver­ hältnis von Benzin zu Alkohol mittels Drosseln in beiden Kraftstoffleitungen vorbestimmt werden. Auf diese Weise kann man ein exaktes Verhältnis von Luft zu Treibstoff entsprechend der von der Maschine abgegebenen Last er­ zielen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also zum Start­ zeitpunkt hauptsächlich Benzin eingespritzt, später wer­ den Benzin und Alkohol in einem exakt definierten Ver­ hältnis eingespritzt, während dann, wenn kein Benzin be­ nötigt wird, die Zufuhr von Benzin unterbrochen und nur noch Alkohol eingespritzt wird. Auf diese Weise ist ein ausgezeichnetes Betriebsverhalten der Maschine über den gesamten Betriebsbereich sichergestellt.

• Bezugszeichenliste 10 Gehäuse
  12 Ansaugdurchlaß
  14 Alkoholschwimmerkammer
  16 Venturirohr
  18 Starterklappe
  20 Drosselklappe
  22 Drossel
  24 Haupttreibstoffkammer
  25 Haupt-Sammelkanal
  26 Hauptdüse
  27 Leerlauf-/Langsamlaufkanal
  28 Bypassöffnung
  29 Leerlauföffnung
  30 Speicherkammer
  32 Pumpe
  35 Drossel
  36 Hilfstreibstoffleitung
  38 Ventilanordnung
  40 Drossel
  42 Unterdruckleitung
  44 Ventil

Claims (8)

1. Mehrstoffvergaser mit einer Schwimmerkammer, in der Haupttreibstoff mit einer niedrigeren Verdampfbar­ keit gespeichert wird und einer Speicherkammer, in der Hilfstreibstoff gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfstreibstoffleitung (36) von der Spei­ cherkammer (30) kommend mit einem Haupt-Sammelkanal (25) in Verbindung steht, der einen Teil eines Haupt­ treibstoffkanals (24) bildet, wobei der Verbindungs­ punkt oberhalb des Oberflächenspiegels von Hilfstreib­ stoff in der Speicherkammer (30) liegt, daß der Ober­ flächenspiegel des Hilfstreibstoffs in der Speicher­ kammer (30) oberhalb des Oberflächenspiegels von Haupttreibstoff in der Schwimmerkammer (14) liegt, daß ein mittlerer Abschnitt der Hilfstreibstofflei­ tung (36) unterhalb des Oberflächenspiegels von Haupttreibstoff in der Schwimmerkammer (14) liegt, und daß Mittel (44) vorgesehen sind, die über die Tem­ peratur betätigbar sind und die Hilfstreibstofflei­ tung (36) bei einer vorbestimmten Temperatur öffnen oder schließen.

2. Mehrstoffvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupttreibstoff Alkohol ist.

3. Mehrstoffvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupttreibstoff Kerosin ist.

4. Mehrstoffvergaser nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfstreibstoff Benzin ist.

5. Mehrstoffvergaser nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (44), die über die Temperatur betätig­ bar sind, die Form eines Ventils aufweisen.

6. Mehrstoffvergaser nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (44) derart ausgebildet ist, daß dann, wenn die Kühlwassertemperatur einer Brenn­ kraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, die Ventilanordnung (44) öffnet, so daß Unter­ druck in eine Ventilanordnung (38) über eine Unter­ druckleitung (42) gelangt, während dann, wenn das Kühlwasser eine höhere Temperatur als die vorbestimm­ te erreicht, das Ventil (44) schließt, so daß die Einführung von Unterdruck in die Ventilanordnung (38) unterbrochen wird.

7. Mehrstoffvergaser nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupttreibstoff und der Hilfstreibstoff zu­ sammen über eine Hauptdüse (26) eingespritzt werden.

8. Mehrstoffvergaser nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupttreibstoff und der Hilfstreibstoff zu­ sammen in einen Ansaugdurchlaß (12) mit einem kon­ stanten Verhältnis von Hilfstreibstoff zu Haupttreib­ stoff eingespritzt werden, wobei das Verhältnis über die Kombination einer Drossel (22) im Haupttreib­ stoffkanal (24) und eine Drossel (35) in der Hilfs­ treibstoffleitung (36) eingespritzt werden.