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Vergaser, bei welchem der Brennstoff in zwei Stufen mit Luft gemischt
bzw. zerstäubt wird Vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zur selbsttätigen
Regelung des Brennstoffgemisches von Motoren in verschiedenen Höhen zum Gegenstande.
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Bekanntlich reichert sich das Gemisch in den Vergasern der Flugzeugmotoren
in dem Maße an, als die Höhe des Flugzeuges zunimmt. Um das richtige Mischungsverhältnis
in allen Höhen herzustellen, wurden bereits verschiedene Regelvorrichtungen vorgeschlagen,
welche entweder selbsttätig arbeiten oder vom Flugzeugführer gesteuert werden.
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Die Erfindung macht sich den Stau- und Saugdruck des Luftstromes zunutze,
um bei Vergasern, bei welchen die Brennstofförderung unter einem stets konstanten
Druckunterschied erfolgt, diesen in Abhängigkeit vom spezifischen Gewicht der Luft
zu verändern.
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Bekanntlich ändert sich das Gemisch infolge der Abnahme des spezifischen
Gewichtes der Luft derart, daß die Menge der durch den Motor angesaugten Luft proportional
mit dem spezifischen Gewicht der Luft abnimmt, während die Menge des Brennstoffes
nur mit der Quadratwurzel dieses spezifischen Gewichtes sinkt. Folglich wird das
Gemisch reicher, wenn das spezifische Gewicht der Luft abnimmt. Es sei y das Gewicht
eines m3 Luft, v die Geschwindigkeit der Luft in m/s, g die Schwerkraftbeschleunigung
in in/s2 9,8r). . Bekanntlich ist, wenn man eine Fläche einem Luftstrom aussetzt,
der Staudruck auf der dem Strom zugewendeten Seite der a Fläche um y g größer und
der Saugdruck auf 2
ihrer anderen Seite um y g kleiner als der sog. statische
Druck in der Umgebung dieser Fläche.
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Wenn man nun die Öffnung eines Rohres oder eines Raumes so in einem
Luftstrom anordnet, daß der Luftstrom in die Öffnung hineinbläst, dann ist der Druck
im Inneren a des Rohres oder des Raumes um y -größer größer als der statische Druck,
welcher neben der Öffnung herrscht. Wenn man dagegen die Öffnung derart anordnet,
daß der Luftstrom auf dieselbe eine Saugwirkung ausübt, dann v2 ist der Druck im
Innern des Raumes um 7- gg 2g kleiner als der statische Druck neben der Öffnung;
genauer ist der Druck im letzteren 2
Falle nur um a y kleiner, wobei
a kleiner als eins ist.
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In beiden Fällen wird, wenn sich die Geschwindigkeit des Luftstromes
nicht ändert, der Druck im Inneren des Raumes sich nur mit dem spezifischen Gewicht
der Luft ändern. Wenn ein Motor in verschiedenen Höhen mit der gleichen Geschwindigkeit,
also mit derselben
Drehzahl läuft, so verarbeitet der Motor in,der
.Zeiteinheit .immer das gleiche Luftvolumen. In den zum Mötor führenden,.
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Luftkanälen (Rohren, Vergaser-Luft-Ö ffny gen usw.) wird also bei
gleicher Drehzat;@ dasselbe Luftvolumen durchströmen, unde wird die Geschwindigkeit
der Luftströmung unverändert dieselbe bleiben, in welcher Höhe immer das Flugzeug
fliegt. Infolgedessen wird sich der Stau- und Saugdruck an einer Mün-, dung, welche
in dem Luftstrom angeordnet ist -- wie oben angeführt wurde - nur mit dem spezifischen
Gewicht der Luft ändern, da sich die Geschwindigkeit der, Luft nicht ändert.
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Die Erfindung macht sich zunutze, daß für Vergaser jener Art, welche
eine Vorzerstäubung haben, der den Brennstoff ansaugende Förderdruck in dem #7orzerstäubungsraum,
in welchem die erste Mischung von Brennstoff und Luft erfolgt, unabhängig von jenem
Förderdruck geregelt werden kann, welcher an der Stelle der zweiten Zerstäubung
herrscht, indem an der ersten Stelle außer dem verhältnismäßig kleinen Förderdruck,
welcher von der zweiten Mischstelle abgeleitet wird, auch der Stau- und Saugdruck
direkt zur Wirkung gebracht wird. Die Erfindung besteht darin, daß der Stau- und
Saugdruck der durch den Vergaser strömenden Luft, welcher eine Funktion des spezifischen
Gewichtes der Luft ist; nicht nur mittelbar im Wege von der zweiten Mischstelle
abgeleitet, sondern auch unmittelbar zur Förderung des Brennstoffes in den ersten
Mischraum ausgenützt wird.
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Man kann auf diese Art eine Regelung des. Mischungsverhältnisses herbeiführen.
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Für Vergaser, die außerdem, daß sie eine doppelte Vergasung besitzen,
die Zerstäubung mit konstantem Unterdruck besorgen (s. z. B. französ. Patentschriften
628 ooi und 736 i86), ermöglicht die Erfindung den Unterdruck in der Vorvergasungskammer
unabhängig vom konstanten Unterdruck in der Hauptmischkammer zu beeinflussen.
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Bei allen Vergasern mit Vorzerstäubung tritt der .Brennstoff zuerst
in eine Kammer ein, in welcher der Unterdruck nur ein Teil desjenigen ist, welcher
im Hauptmischraum herrscht, wobei die Luftmenge, welche in die Vorvergasungskammer
einströmt, ebenfalls immer nur ein Teil der Gesamtluftmenge ist. Es bildet sich
also an- dieser ersten Mischstelle eine Emulsion der -Luft mit dem Brennstoff, welche
die Hauptluft an der zweiten Mischstelle endgültig zerstäubt. Die Einrichtung gemäß
der Erfindung kann dann so getroffen. werden, daß die Luftzuführung zur ersten Mischstelle
so angeordnet ist, daß der Stau- und Saugdruck des Luftstromes den in dem Raume
der ersten Mischstelle herrschenden, die Menge des angesaugten Brennstoffes beeinflussenden
statischen Unterdruck beein-
| _ t. Mit dem Sinken des spezifischen Ge- |
| `.=htes der Luft sinkt dann auch der Unter- |
| '' ck an der ersten Mischstelle, wodurch die |
| . eicherung des Gemisches in der Höhe aus- |
| wird. |
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
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Abb. i zeigt eine Regelvorrichtung gemäß der Erfindung an einem Vergaser
mit doppelter Zerstäubung, bei welchem der Unterdruck (Förderdruck) an der zweiten
Mischstelle immer unverändert bleibt.
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.Die Abb. a und 3 zeigen andere Ausführungsformen.
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Wie in Abb. i gezeigt ist, strömt die Luft durch das Verbindungsstück
a in der Richtung des Pfeiles 3 in den Vergaser ein und strömt in .der Richtung
der Pfeile ao und 8 in die ' Mischkammer i über, wo die zweite Zerstäubung stattfindet.
Ein Teil dieser Luft tritt in der Richtung des Pfeiles 31 durch die Öffnung 2i in
die Vorvergasungskammer 18 bzw. die erste Mischstelle, wo die erste Zerstäubung
stattfindet. Der Brennstoff tritt in der Richtung des Pfeiles 13 durch ein
Nadelventil 15, welches von einem Schwimmer 14 gesteuert wird, in den Raum 1a, aus
welchem er durch den von der konischen Nadel 17 freigelassenen Querschnitt der Öffnung
16 in die Kammer x& übertritt. In der Kammer 18 bildet sich eine Emulsion, die
in der Richtung des Pfeiles 32 durch den Kanal 30 und die Öffnung
i9 in die Mischkammer i gelangt. In der Mischkammer i mischt sich die Emulsion mit
der Hauptluft, welche dieser Kammer zuströmt, und die endgültige Mischung strömt
durch die mit der Drosselklappe i i versehene Verbindungsleitung ia zum Motor.
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Die Verbindung mit der Mischkammer i wird durch einen Kolben 4 gesteuert,
der in einem zylinderförmigen Teil 5 des Gehäuses geführt ist und je nach der Menge
der durch ; den Motor angesaugten Luft verschiedene Stellungen einnimmt, wodurch
er die zur Mischkammer i führende Öffnung 7 mehr oder weniger öffnet.
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Die Druckdifferenz zwischen der Kammer i . und dem Raum :2 unterhalb
des Kolbens 4, d. h. der Unterdruck, welcher die Luft durch die Öffnung 7 in der
Richtung des Pfeiles 8 ansaugt, welchen wir Förderdruck nennen, ist immer konstant
und unabhängig vom spezifischen Gewicht der Luft. Der Druck der Kammer i wird durch
die Öffnung g in den Raum oberhalb des Kolbens 4 fortgepflanzt, so daß der. Unterdruck,
welcher die Luft in der Richtung des Pfeiles 8 ansaugt, den Kolben 4 anzuheben sucht.
Dieser Kraft bzw. diesem Bestreben wirkt das Gewicht des Kolbens
4,
welches praktisch sehr klein ist, und die Druckkraft der Feder 6, die, um ihre Wirkung
möglichst konstant zu halten, zweckmäßig von einer Feder mit zahlreichen Windungen
gebildet ist, entgegen. Der konstante Unterdruck in der Kammer i bestimmt einen
konstanten Unterdruck im Raum 18, wobei aber der Unterdruck im Raume 18 auch von
dem Druck beeinflußt wird, welcher durch die Öffnung 2I bzw. durch die Öffnungen
21 auf diesen Raum übertragen wird. Der Einfluß des an der Öffnung 21 herrschenden
Druckes auf den Druck im Raume 18 nimmt naturgemäß mit der Vergrößerung der Öffnung
21 zu. Da die in Fig. i dargestellte Öffnung 21 einen unveränderlichen Querschnitt
für alle Stellungen des Kolbens 4 besitzt, würde der Druck im Raume i8 immer konstant
bleiben, wenn der Luftstrom, welcher sich in der Richtung des Pfeiles 2o bewegt,
keine Saugwirkung ausüben würde. Die in der Umgebung der Öffnung 21 nach oben strömende
Luft übt aber auf die Mündung der Öffnung eine Saugwirkung aus, die proportional
ist dem spezifischen Gewicht der Luft. Diese Saugwirkung und folglich auch der Unterdruck
im Raum 18 ist am Erdboden größer als in großen Höhen.
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Die in der Richtung des Pfeiles 3 strömende Luft übt auf die Öffnung
29 des Rohres 33 einen Staudruck aus, und demzufolge ist der Druck im Raum 28 oberhalb
der Brennstoffoberfläche am Erdboden größer als in großen Höhen. Der Brennstoff
wird durch die Druckdifferenz zwischen Raum 28 und Raum 18- gefördert. In großen
Höhen nimmt sowohl der Überdruck im Raum 28 als auch der Unterdruck im Raum 18 ab.
Die Druckdifferenz, die den Brennstoff fördert, wird daher zufolge dieser beiden
Wirkungen sinken. Die Brennstoffmenge nimmt daher in dem Maße ab, als die Höhe zunimmt,
und demzufolge wird die Anreicherung des Gemisches zufolge der Verminderung des
spezifischen Gewichtes der Luft ausgeglichen.
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Die Ausnützung des Stau- und Saugdruckes des Luftstromes ist nur begrenzt
durch die Luftgeschwindigkeiten, die man ohne beträchtliche Verluste in Querschnitten,
in welchen sich die Rohre zur Ausnützung dieses dynamischen Effektes befinden, erzielen
kann. Um diesen Verlust zu verkleinern und dennoch einen großen .dynamischen Effekt
ausnützen zu können, kann ein Diffusor angewendet werden, von dessen engster Stelle
der Saugdruck nunmehr in einer vervielfältigten Größe abgeleitet wird. Im Diffusor
wird dann die Luftgeschwindigkeit wieder zum Teil in Druck zurückverwandelt und
der Verlust an Füllungsdruck des Motorzylinders hierdurch verkleinert. Je wesentlicher
die Rolle ist, die der Stau-und Saugdruck des Luftstromes für die Druckdifferenz,
die den Brennstoff fördert (Förderdruck), ausübt, d. h. je kleiner der von der zweiten
Mischstelle in den ersten Mischraum abgeleitete Unterdruck ist, desto vollkommener
wird die oben beschriebene Höhenregelung sein. Dies sei durch folgendes Beispiel
erläutert: Es sei angenommen, daß der Unterdruck, welcher vom Raum :2 in den Raum
18 abgeleitet wird, einer io-cm-Wassersäule gleichkomme; weiter sei angenommen,
daß infolge des dynamischen Effektes ohne Anwendung eines Diffusors am Boden ein
Staudruck von 15 cm (Wassersäule) im Raum 28 und ein Saugdruck von 15 cm (Wassersäule)
im Raum 18 entstehe. Unter diesen Verhältnissen wird durch den Stau- und Saugdruck
ein Förderdruck von 30. cm (Wassersäule) entstehen, welcher dann mit dem vom Raume
2 abgeleiteten Saugdruck 'von io cm eine Gesamtdifferenz von 40 cm (Wassersäule)
ergibt.
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In 6ooo m Höhe wird der Stau- und Saugdruck wegen däsnur halb so großen
spezifischen Gewichtes der Luft die Hälfte, also die Differenz von 2X7,5=15 cm (Wassiersäule),
hervorrufen. Die Gesamtdruckdifferenz, welche den Brennstoff fördert, wird somit
io + 15. = 2.5 cm (Wassersäule) betragen. Die den Brennstoff fördernde Druckdifferenz
wird daher in 6ooo m Höhe im Verhältnis 25/4o sinken; hierdurch' sinkt die Brennstoffgeschwindigkeit
auf
Bei Vergasern, welche mit konstantem Unterdruck bei der zweiten Mischstelle arbeiten,
nimmt das Regelorgan, welches den Druck konstant erhält, in unserem Beispiel der
Kolben 4, mit der Änderung des spezifischen Gewichtes der Luft eine veränderte Höhenlage
ein. Es wird hierdurch, da die Höhenlage des Kolbens durch die konische Nadel 17
die Zuflußöffnung für den Brennstoff zu dem Raum 18 ebenfalls verändert, auch die
Brennstoffmenge beeinflußt. Dieser Einfluß ist im vorliegenden Beispiel folgender:
In 6ooo m Höhe ist das spezifische Gewicht der Luft nur halb so groß wie in der
Nähe des Erdbodens. Die Öffnung, welche der Kolben 4 für die Luftströmung nach Pfeil
8 freigibt, ist für diese Luft nur
derjenigen Öffnung, welche in der Nähe der Erde durch den Kolben freigegeben wird.
Der Kolben sinkt also von einer Höhenlage h, in welcher er sich am Erdboden befand,
in der Höhe von 6ooo m auf die Höhenlage 0,7 h. Dieser Kolbensenkung zufolge
sperrt die konische Nadel 17 den für den Brennstoffzufluß
freien
Ringquerschnitt auch auf 0,7 .des Querschnittes ab, welcher für den Brennstoffzufluß
am Erdboden frei war.
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Die Brennstoffmenge, welche dem Raum 18 zufließt, wird das Produkt
von Querschnitt und Geschwindigkeit, also
sein. Die vom Motor angesaugte Luftmenge hingegen 0,5. Der Brennstoffüberfluß
in der Höhe von 6ooo m beträgt also io %. Wenn dies auch keine vollkommene Regelung
ist, so wird sie doch für das gute Arbeiten des Motors in 6ooo m Höhe praktisch
ausreichend sein. Dies beweist die Tatsache, daß bei Vergasern ohne Höhenregelung,
sei es mit konstantem oder veränderlichem Unterdruck, die Brennstoffmenge in der
Höhe von 6ooo m 0,7 jener am Erdboden beträgt. Da die in den Motorzylinder
gelangende Luftmenge o,5 ist, ist ein Brennstöffüberschuß vori 40 °'o vorhanden.
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Um dem Erfindungsgedanken gemäß eine noch vollkommenere Regelung zu
gewährleisten, kann z. B. die Öffnung 2 1 geregelt und damit der Unterdruck in der
Kammer 18 entsprechend verändert werden.
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Abb.2 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform einer solchen Regelung
der Öffnung 2i. Bei dieser ist ein Hebel 26 mit einem konischen Verschlußstück 34
versehen, durch dessen Annäherung an eine Öffnung 25 diese mehr oder weniger verschlossen
und damit- der Saugdruck, welcher auf Raum 18 übertragen wird, entsprechend verändert
werden kann. In größeren Höhen muß das Verschlußstück 34 der Öffnung 25 angenähert
werden; die Verstellung des Verschlußstückes 34 erfolgt durch irgendeine geeignete
Steuerung im Bereich der Hand des Flugzeugführers.
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In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem die
Höhenkorrektur selbsttätig bewirkt wird. Zu diesem Zwecke ist von dem Umstand Gebrauch
gemacht, daß der Kolben 4 des Vergasers um so tiefere Lagen- einnehmen wird, je
höher das Flugzeug fliegt; und dementsprechend ist die Stange der Nadel 17, wie
in Abb. 3 bei 27 dargestellt, derart ausgebildet, daß der Querschnitt der Öffnung
2.i mit der Kolbenbewegung entsprechend vergrößert resp. verkleinert wird.
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Selbstverständlich können in Einzelheiten der Konstruktion der beschriebenen
Vorrichtung Abänderungen vorgenommen werden, ohne daß der Rahmen vorliegender Erfindung
verlassen wird.