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Vergaser mit Druckzerstäubung Die Erfindung betrifft,eine Einrichtung,
um den flüssigen Brennstoff zur 'Erzeugung des Brenngasgemisches für Brennkraftmaschinen
regelbar und selbsttätig zuzuteilen: Die Einrichtung, die sinngemäß an einer Brennkraftmaschine
angebracht wird, gestattet zunächst, das allgemeine Bedürfnis zu befriedigen, ein
praktisch gleichbleibendes Verhältnis, z. B. i : i o, zwischen dem Gewicht des flüssigen
Brennstoffes und dem Gewicht der Luft zu erzielen, die am Ende dies Ansaughubs im
Zylinder enthalten ist. Diese Zuteilung findet gleichmäßig bei allen Betriebsarten
des Motors statt, d. h. also bei allen üblicherweise vorkommenden Umlaufgeschwindigkeiten,
die durch Einstellung der Drossel in. der Gaszuleitung erreicht werden.
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Die neue Einrichtung unterscheidet sich von den bekannten dadurch,
daß sie m wesentlichen eine übliche ZentrifugalpumP;e benutzt, die dauernd mit Brennstoff
gefüllt ist und vom zu speisenden Explosionsmotor betrieben wird. Auf diese Wieise
liefert die Pumpe dauernd eine Brennstoffmenge, de der MQtorengeschwindigket entspricht.
Die gelieferte Menge wird dablei: durch die Regelbewegung einer selbsttätigen, allmählich
wirkenden Schütze berichtigt so daß die Brennstofflieferung ständig den Vergasungsbied'iidrfnissen
angepaßt wird, nämlich dem jeweils tatsächlich in den Motor tepntretenden Luftgewicht.
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Die Abbildung stellt eine beispielsweise und schematische Ausführungsart
der erfin: dungsgemäßen Einrichtung dar. i ist die Seitenansicht einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine
mit üblicher Kurbelwelle und gesteuerten Zulaßventilen, ferner mit eigner einzigen
Einlaßöffnung z für die miteinander verbrennenden Gase sowie der üblichen Drossel
3. Der Motor saugt die benötigte Verbren.-. nungsluft unmittelbar. aus der freien
Luft an, wobei die Brenngase nach einem gleichbleibenden Verhältnis, z. B. i : i
o, gemischt werden.
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Die Kurbelwelle 6 des Motors treibt mittels einer endlosen Kette 5
oder durch ein gleichwertiges Mittel (Zahnradübersetzung usw.) das Laufrad einer
Zentrifugalpump:e q.. Ein Rohr 7 setzt außerlch den Druckstutzen der Zentrifugalpumpe
mit ihrem Saugstutzen in Verbindung.
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Der im Behälter 9 durch bekannte Mittel auf einem gleichbleibenden
Spiegel gehaltene MQtorenbrennstoff füllt mittels eines Rohres i o den beschriebienen
FlüssigkeItskreislauf
aus. Das Rohr io'Mündet zhveckniÄl3igerwei:se
möglichst nahe dem Ansaugstützen der Zentrifugalpumpe;-. -. -.
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Von der Rohrleitung 7 wird, vorzugsweise im Scheitelpunkt; - iaih
- Rohr i i abgezweigt, das in einer Spritzdüse 12 endet. Die Mündung der Düse 12
liegt iii gleicher Höhe mit dem gleichbleibenden Flüssmgkeitssp@egel B. Der aus
der Düse tretende Brennstoffstrahl ist in die Ansaugleitung gerichtet. Der Druck
in der Düsenmündung entspricht dem auf den Spiegel 8 des Brennstoffes ixn< BiehäI4er
9 ausgeübten. Um. diese Druckgleichheit zu erzielen, können beliebige bekannte Mittel
verwendet werden. Nach ,der Zekhnung tritt beispielsweise der Flüssigkeitsstrahl
durch eher Stutzen geringen Durchmessers und in einigen Entfernung von der Düsenmündung
im die Ansaugleitung. In diesem Falle herrscht also der natürliche Luftdruck sowohl
auf dem Brennstoffspiegel im Behälter 9 wie in der Düsmaustrittsöffnung.
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Die Leistung der Einspritzdüse wind also im -wesentlichen durch die
Druckleistung der Zentrifugalgumpe bestimmt, die ihrerseits.vom Motor getrieben
wird.
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Alle flüssigkeitführenden Rohrleistungen liegen dabei unterhalb des
glechbleibiemdieu Flüssigkeitsspiegels, so da:ß sie immer mit Flüssigkeit gefüllt
sind.
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Zu dieser Hauptanordnung treten die folgenden: Zwischen dem Druckstutzen
der Zentrifügalpump:e und dem Zweig des Rohres i i wird eine selbsttätige Schütze
in das Rohr 7 eingebaut, z. B. -wie folgt: Ein Kolben 13 nnit größerem Durchmesser
als dem des Rohres 7 kreuzt das Rohr 7 und kann parallel mit :sich 'selbst in: :einen
Zylinder 14 gleiten. Dieser bewlegliche Kolben besitzt eine lichte öfinung 15 von
geieägneter Form, die bei Bewegung des Kolbens den Querschnitt der im, Rohr 7_ umlaufenden
Flüssigkeiten verschieden stark drossielt. Die lichte Weite der Bohrung 15 wird
für jeden Anwendungsfall .erfahrungsgemäß gewählt. Im gewählten Beispiel,
bei denn, das Verhältnis von Brennstoff zu Luft g leüchbleiben soll, ist
die Form der öffnung derart, daß der Durchtrittsquerschnitt für den, Brennstoff
sich in dem Maße verringert, in dein die Umlaufgleschwindigkeit des Explosionsmotors
zunün"it. (Diese Form der öffnung hängt vom gewählten Mischungsverhältnis ab.) Die
Gleitbewegeng des beweglichen Kolbens. wird bei dieser Einrichtung in folgender
Weise .durch einen. vom Brennstoff bewirkten Druck hervorgerufezi. Das eine Zylinderende
14 stellt einen abgeschlossenen Raum, dar; in den zwei Rohre ;i-6 undj 17 :münden.
Das andere Ende des Rohres -16, wind in günstiger Richtung in die Nähe ,des
Pumpendruckstixtzens geführt. Das: Rohr 17 mündet mit seinem anderen Ende
in zweckmäßiger Richtung in der Nähe des Pumpenansaugstutzens: Der Umlauf der vom
Explasionsmotor angetriebenen. Zentrifugalpumpeerzeugt zufolge dieser Anordnung
im Raum 14 und demgemäß- auf dem zugekehrten Teil des beweglichen Kolbens einen
Flüssigkeitsdruck. Das andere Ende des Zylinders 14 bildet gle:chfalls einen geschlossenen
Raum, in den in günstiger Richtung das ebenfalls in der Nähe des Ansaugstutzens
der Zentxifugalpumpe abgezweigte Rohr 18 mündet. Bei stehendem Motor läuft die Zentrifugalpumpe
nicht um, der bewegliche Kolben steht von beiden Seiten unter gleichem Flüssigkeitsdruck.:
Im linken Rauren dient eine Feder i 9 dazu, den beschriebenen Flüssigkeitsdruck
auf die andere Seite des beweglichen Kolbens auszugleichen.
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In die Rohrleitung 16 ist eine regelbare Drossel 2o mit einer durch
Erfahrung bestimmten geeigneten lichten. Öffnung eingeschaltet. Die Bewegung dieser
Drossel wird von derjenigen der Drossel 3 in dien Ansaugleitung des Explosionsmotors
zwangshäufig gesteuert. Dazu dient ein Hebiel 21 oder eine andere kraftschlüssige
Verbindung, durch dze erreicht wird, daß die Kleinstöffnung der Drossel 2:o der
Größtöffnung der Drossel 3 entspricht und umgekehrt .die Klewnstöffnung der Drossel
3 der größten öffnung der Drossel 20. Jeder Zwischenstellung der Drossel 3 entspricht
eine entsprechende Einstellung der Drossel: 2ö, derzufolge der .biewegliche Kolb
en 13 in :eine :solche Stellung gleitet, da:ß das gewünschte Mischungsverhältnis.
mit praktisch- vollkommener Genauigkeit gleichmäßig für den ganzen; Bereich der
üblichen Geschwindigkeiten erhalten bleibt, die mitbels der jeweiligen Stellungen
dien Drossel 3 erreicht werden können.
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Es sei. - ausdrücklich betont, daß die verschiedenen Teile der Anordnung
,die für ihre Wirkung günstigste Form haben, also auch anders ausgebildet sein können,
,als es die Abbildung darstellt.
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Um den Erfindungsgedanken -möglichst zweckmäßig zu verwirklichen und:
in allen Fällen ein möglichst genaues. Dosiierungsver: hältns beizubehalten, müssen
im einzelnen bei der Zuordnung der verschiedenen Teile folgende Bedingungen erfüRt
werden: i. Jede Umlaufleitung -maß in einer bestimmten Raumlage bei versclüedenen
Strömumgsgeschwiiidigketen @der-Brenns,tofffl4ssigkeit :eine möglichst konstante
Reibungszahl aufweisen. (Da diese Bedüngung bbi-dlerr Anwendung von geraden und
glatten. Rohren nicht genügend erfüllt wird; ist es zweckmäßig, an für die Druckentnahme
-günstigen Stellen
der Umläufe Krümmer, plötzliche Querschnitts-
oder Richtungsänderungen u. dgl. anzuordnen, um in bekannter Weise Druckverluste
zu erzielen, die für dien Gesamtwiderstand des jeweiligen Umlaufs vorwiegend biestimmend
sind. Da ;es sich hierbei uni bekannte Einrichtungen handelt, sind sie nicht in
der Zeichnung dargestellt.) 2. Die Rohre müssen einen genügenden Querschnitt besitzen
und mit ausreichender Geschwindigkeit durchflössen werden, um, eine Kapillarströmung.zu
vermeiden und statt dessen in den Rohrleitungen nur Strömungen nach Torricellischem
Prinzip zu haben.
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3. Die Zentrifugalpump:e muß im Innern nach bekannten Regeln als Hochleistungspumpe
ausgebildet werden, damit zwischen Druck -und Saugöffnung Flüssigkeitsgesamtdrücke
erzielt werden, die dem Quadrat der Umlaufgeschwindigket der Zentiifugalpumpie verhältnisgleich
sind.
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q.. Der Flüssigkeitsumlauf in den Röhren 16 und 17 muß.
einen möglichst geringen Flüssigkeitswiderstand aufweisen, genügend, damit die größte
Umlaufmenge in diesem Fall klein ist im Verhältnis zur Gesamtpumpenleistung.
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5. Das Rohr io muß einen geringen Flüssigkeitswiderstand besitzen.
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Nachdem unter Verwendung hekanater Mittel (Pitotrohr, Gasmesser, Staus
h lcibie u. dgl.) die Kennkurven des Luftgewichts: (oder anderer brauchbarer Gase)
festgestellt worden sind; die der Motor in Abhängigkeit von seiner Urnlaufgeschwindigke,t
benötigt, kann das im voraus gewünschte, gleichbleibende Mischungsverhö.ltnis, ixn
vorliegenden Fall i:io; sehr genau auf Grund bekannter hydraulischer Gesetze ermittelt
werden, .sobald die Kennziffern jedes Teiles rechnerisch @ermiittelt sind, aus denen
die Einrichtung besteht.
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Wenn zwischen der Abzweigung des Rohres ii vom Rohr 7 und der Einspritzdüse
12 ein Hahn 22 geschaltet ist, so. kann ferner für jede Stellung dieses Hahnes ein
besonderes dauerndes konstantes Mischungsverhältnis erzielt werden, z. B. bei einer
Halmstellung das dauernde Verhältnis i : 8, bei einer anderen t: 13 usw. Notwendig
ist, daß, die größte aus der Düse 12 spritzende Menge im Verhältnis zu der im Rohr
7 umgewälzten Flüssigkeitsmenge klein ist. Der Hahn 22 ermöglicht hauptsächlich
i.,einen besonderenleichtenGang des Motors; 2. einen. sicheren Ausgleich zu schaffen,
der durch Unterschiede im Heizwert der verschiedenen Brennstoffe nötig stein kann,
deren Verwendung möglich ist; 3. die Anpassung an besondere Luftverhältnisse, z.
B. bei einer Änderung der Höhe über dem Meeresspiegel. Um eiize Wirkung zu :erzielen,
kann der Hahn 22 z. B: durch barometrische oder andere Änderungen gesteuert werden.
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Mit Bezug auf den gleichbleibenden Spiegel 8 muß bemerkt werden, daß
eine völlige Gleichheit schwierig zu erreichen -ist, besonders wenn die erfindungsgemäße
Einrichtung bei einer Maschine in Bewiegung gesetzt wird.
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In üblicher Weise kann man denn Gleichförmtigkeitsgrad des Spiegels
b,estzmmen durch die Beziehung zwischen einerseits dem absolut größten Höhenunterschied,
der zwischen dem tatsächlichen Spiegel und dem theoretischen Spiegel auftreten kann,
und andererseits der durch die Druckhöhe der ZentÄ-fugalpumpe bei einer bestimmten
Umlaufgeschwindigkeit der Brennkraftmaschme, z. B. bei iooo n/min. Bei -einer gegebenen
Druckhöhe ist dieses Verhältnis um so; kleiner, je mehr sich der tatsächliche Spiegel
denn durch die Düsenxn:ündunggehenden theoretischen Spiegel annähert. Da der Wert
dieser Beziehung nicht geändert wird, wenn man Meide Paktören des Verhältnisses
mit dien gleichen Zahl multipliziert, so wird augenscheinlich, daß, in der Praxis.
sehr wesentliche absolute Höhenunterschiede bei der Einrichtung dies Flüssigkeitsspiegels
gegenü,bier dem theoretischen an der Brennstoffdüse zu#gelassien werden können,
sofern nur die Druckhöhe, die die Zentrifugalpumpe leistet, beiz der betrachteten
Geschwindigkeit des Explosionsmotors; in unserem Fall iooo n/min., z. B. durch eine
entsprechende Ummfangs!geschwindigkeit der Pumpe erhöht wird.
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Diese geschilderte und sehr biemerkenswerte Unempfindlichkeit der
Einrichtung gegenüber Veränderungen der Höhenlage dies Spiegels 8 gestattet zunächst,
diesen Spiegel z. B. durch sehr behelfsmäßige Mittel aufrechtzuerhalten oder ,aber
als Spiegel den mittleren Stand eines verhältnismäßig entfernten Speisebehälters
zu wählten, wobei dieser mittlere Spiegel nicht notwend%erweise mit dem (theoretischen)
Spiegel der Einspritzdüse übereinzustimmen braucht. Des weiteren gestattet diese
Unempfindlichkeit dhe erfindungsgemäße Einrichtung ohne nennenswieM Störungen bei
wesentlichen Lagemveränderungeneiner Maschine, die im Raum mannigfache Stellungen
einnehmen kann, wie z. B> ein Flugzeug. Es sei jedoch ausdrücklich betont, daß die
Ausführungen, den Spiegel betreffend, sich nur auf einen: besonderen Anwendungsfall
beziehen. Zumr Grundgeidanken der @erfindungsgemäßen Einrichtung gehört die Vorschrift,
daß ein konstanter Flüssigkeitsspiegel mit einem anderen im Endquerschnitt der Einspritzdüse
zusammenfällt.
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Die Merkmale der Erfindung werden, nicht verändert, wenn das Rohr
7, längs. lern: Querschnitt
23 abgedrosselt wixU und 'der Rohrteil
zwischen diesem .Querscihmitt und dem Ansaugstutzen der Zentrifugalpe wegfällt.
In dieses, Fall münden in der Nghe des Ansaugstutzens lediglich die drei Rohre 1o;,
1 7 und 18. Tatsächlich dient das Stück dies Rohres 7. zwischen Querschnitt 23 und
An-Saugstutzen nur der besonders gmten Erfüllung der vierten vorerwähnten Bedingung,.
die beim Zusammenbau der Einrichtung wohl beachtet werden muuß. Dies sei erinnernd
bemerkt, deal, in der Tax ist es ja stets vortep@haft,, mittels des Rohres 7 den
@dargestielltei Flüssigkeitsumlauf zu verwirklichen.
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Ferner bewegt man sich innerhalb. dels Rahmens der Erfindung, wenn
die selbsttätige Schütze (13, 14, 15, i9) statt an der gezeichneten Stelle beispielsweise
an der strichpunktierten angeordnet wird. In diesem Fall mußebenfalls die Form der
den. Flüssigkeitsstrom entgegengerichbeten lichten Öffnung 15 durch die Erfahrung
bestimmt wexden. Der Durchtrittsquerschn.tt muß zunehmen, je höher die Umlaufgeschwinegkeit
des Explosionsmotors ist. (Die Form des Durchtrittsquerschnitts hängt vom gewählten
MI-schungsverbiältnis ab, im besprochenen Fall ist ein konstantes Mischungsverhältnis
zugrunde gelegt worden.) Ferner müssen alle übrigen bereits erwähnten Anforderungen
an die Ausbildung der-selbsttätigen Schütze erfüllt werden. Es sei beiläufig -erwähnt,
daß die Anordnung .des Schützes an der gestrichelten Stelle nur dann .erfolgen kann,
wenn, wie in dien Zei;.chnung, das Rohr 7, in voller Länge ausgebildet ist. Ini,
zur guten Klärwng wiederholten Fall des Fehlens. von Teil 7 der Rohrleitung kann
die selbsttätige Schütze nur an der in ausgezogenen Linien gezeichneten ursprünglichen
Stelle der Zeichnung angeordnet werden; wiedierholt spei jedoch betont, da.ß !es
besser ist, unter Benutzung von Rohr 7 die zeichaungs<n@e geschlossene Rehrleitung
auszubilden.
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Die Merkmale werden nicht vexändert,_ wenn die Drossel 2o statt an
der voll ausgezeichneten Stelle des Rohreis 16 an der;gestrIchelten Stelle des Rohres
17 angebracht wird. Auch in diesem Fall mu@ß die lichte Weite dieser Drossel durch
Erfahrung bestimmt werden. An dieser Stelle ist Nebenfalls die Drossel2o mit der
Drossel 3 :der Ansaugleitung zwangsläufig verbunden, wie durch die strichpunk# tierte
Linse in. der Abbpilclung dargestellt wird. Jedoch entspricht die Mindestöffnung
der Drossel 2o in diesem- Fall der Mindestöffnung der Drossel 3. Umgekehrt entspricht
die größte Öffnung der Drossel 20 der größten Öffnung der Drossel 3. Jede best'timmfie
Stellung der Drossel 2o hat die Wirkungen, die oben für die ursprünglüohe Stellung
diesec Drosgelb'es-ch4eb:en-örden sind (voll ausgezogen gezeichnet).
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Wie betont; kann die erfindungsgemäße Einrichtung für alle Arten von
Explosionsmotoren angewendet werden, die ihre Verbrennungsluft unmittelbar oder
mittelbar der Atmosphäre entnehmen, oder die ein beliebiges geringwertiges Gas verbmauen,
dessen Heizwert durch !den Brennstoff erhöht werden soll. Eine bemerkenswerte Eigenschaft
der Einrichtung isst die Leilchd;g'lceit und; Einfachheit, mit der -praktisch die
Brennstoffmenge angepaßt werden kann, um, in mannigfachen Misichungsfällen, die
im Betrieb vorkommen, -eine Zusam@nensetzung von gutem Heizwert zu erzielen. Dasi
Gesetz des konstanten Mischugsverhältnisses ist . zwar das meist zu verwirklichen
Gesuchte und daher @n vorstehenden Betrachtete. Es ist jedoch nicht das einzige
anwendbiaxe Geeitz; -vielmehr können die Mischungsvorschriften ehenso zahlreich
.sein " wie die Vomendungszwecke der Explosxonsmatoren.
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Allgemein 'besteht ein Inbenesse, im Explo-sonsmotor so zwangsläufig
wie möglich gesteuerte Einlaßp.erioden zu haben.
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Wenn. der Explosionsmotor aus mehreren Zylindern besteht, ist es;
zweckmäßig, die Ansaugleitung so- anzuordnen, da:ß jedem Querschnitt des
Ansaugres, in das hinein sich der Brennstoff ergießt, wie z. B. der Querschnitt
2q., ein bestimmter Ansaughub einer bestimmten Dauer der Brennstöffhergabe aus der'
Düse entspricht, insofern der Motor gleichförmig umlÄuf. Gegebenenfalls sind in
der Rohrleitung i 1 mehrere Düsen vorgesehen, die alle den für die einzelne Düse
gestellten Bedingungen entsprechen. Der Hahn 22 wird in diesem Fall zweckmAßig rückwärts
von den Rohrzwe[igen vorgesehen, die,zu den verschiedenem Düsen führen. Wenn nötig,
arbeiten die Eimlaß@drois!seln 3 synchron.
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. Abschließend wird ausidrwcklich darauf hingewiesen, daß die Pumpe
4 -eine Zentrifugalpumpe :sein muß und nicht .eine beliebige Pumpe sein kann. Diese
Bedingung ist grundlegend zur Erreichung :der vorstehend erörterten erfindungsgemäßen
Wirkungen.