DE7424840U - Vorrichtung zum zufuehren eines gemisches aus einer fluessigkeit und einem gas - Google Patents

Description

• HOEGER, STELILRE-CHT &..FARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 7000 STUTTGART 1

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21. Juli 1980

Dresser Investments, N.V.,
Wiliemstad, Curasao, Niederl. Antillen

Vorrichtung zum Zuführen eines Gemisches aus einer Flüssigk2it und einem Gas

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zuführen eines Gemisches aus einer feinverteilten Flüssigkeit und einem Gas zu der Einlaßöffnung einer Einrichtung zum Verwerten dieses Gemisches, wobei von einem Stand der Technik ausgegangen wird, wie er sich aus dem Anspruch 1 der DE-OS 23 16 878 ergibt.

In bei weitem der Mehrheit aller derzeit verwendeten Bezinmotoren, die kommerziell für die Anwendung in Automobilen ver-

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trieben werden, wird der Kraftstoff und die Verbrennungsluft von einem Vergaser gemischt und dosiert, der mit dem Einlassverteiler des Motors verbunden ist. Obwohl diese Vergaser von einem Hersteller zum anderen sich in Einzelheiten unterscheiden, sind sie doch im wesentlichen gleich aufgebaut und jahrelang als zufriedenstellend beim Erzeugen eines für den Motor geeigneten Verbrennungsgemisches angesehen worden.

Wenn an der Drosselklappe Infolge ausreichender V^kuumwerte im Einlassverteiler der kritische Druck herrscht, wird eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit gewährleistet, wodurch die üblichen Vergaser für eine wirtschaftliche Verbrennung hinreichend fein verstäubte Kraftstoffteilchen erzeugten. Der kritische Druck beträgt etwa 5~5% des Atmosphärendruckes und somit etwa 3Ö3 mm Hg. Er wird auch als Schwellwertvakuum bezeichnet. Bei Belastung oder Beschleunigung des Motors fallen jedoch die Vakuumwerte im Einlassverteiler ganz erheblich unter den Wert ab, bei welchem die Schallgeschwindigkeit noch aufrechterhalten werden kann, dem sogenannten Entdrosselpunkt, so daß die zuvor gute Zerstäubung schnell aufhört. Bei einem typischen Vergaser tritt der Entdrosselpunkt bei einem Vakuum im Einlassverteiler von ungefähr 300 bis 350 mm Hg auf. Eine schlechte Zerstäubung führt zu einer schlechten Vermischung mit der Verbrennungsluft und zu einer schlechten Aufteilung des Gemisches auf die einzelnen Zylinder, was auf eine schlechte Ausnutzung des Brennstoffes und eine starke Umweltverschmutzung hinausläuft. Der übliche Vergaser erzeugt somit charakteristischerweise ein Gemisch, das nur bei relatJv hohen Vakuumwerten im Einlassverteiler von ungefähr 300 mm Hg einen geringen Ausstoss an Schadstoffen besitzt. Bei geringeren Vakuumwerten verursacht er jedoch einen hohen Ausstoss an Verunreinigungen.

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Durch die kürzlich von den Regierungen verschiedener Länder an die Automobilhersteller gerichtete Forderung/ bei den zukünftig hergestellten Automobilen den Schadstoffausstoß ganz erheblich zu reduzieren, wurde schnell erkannt, daß ein signifikanter Faktor bei dem Problem der Umweltverschmutzung die Untauglichkeit der heutigen Vergaser darstellt. Seitdem sind verschiedene Versuche angestellt worden, um den Schadstoff ausstoß zu verringern, beispielsweise eine Wiederumwälzung der Abgase oder deren katalytische Verbrennung. Bei keinem dieser Versuche konnten jedoch die niedrigen Verschmutzungswerte auch nur annähernd erreicht werden, welche durch die erwähnten Vorschriften von den Automobilherstellern bis zum Jahre 1975 gefordert werden.

Es wurde auch bereits ein Vergaser vorgeschlagen (DE-OS 21 10 506, DE-OS 21 53 816), welcher dem Motor ein besser verbrennbares Gemisch liefert und dadurch ±λ dem normalen Betriebsbereich des Motors den Ausstoß an Schadstoffen mit den Abgasen des Motors ganz wesentlich reduziert. Anders als bei den üblichen Vergasern, bei denen bei niedrigen Vakuumwerten im Einlaßverteiler unterhalb des Schwellwertvakuums schädliche Abgasemissionen auftreten, hält die dort beschriebene Vorrichtung einen vergleichsweise niedrigen Verschmutzungsgrad bis zu Vakuumwerten im Bereich von 50 bis 75 mm Hg aufrecht. Hierdurch wird über einen erheblich größeren ausnutzbaren Teil des üblichen Fahrbereiches, einschließlich der üblichen Lastwechsel und Beschleunigungen, ein niedriger Verschmutzungsgrad aufrechterhalten.

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Der in den genannten Anmeldungen beschriebene Vergaser bewirkt dies durch einen Einlass-Luftkanal, der in einer konvergentdivergenten Düse ein axial bewegbares Glied aufweist, das ein ringförmig verengtes Maulteil bildet. In den Luftkanal wird an der Stelle der Maulverengung oder etwas- oberhalb der flüssige Kraftstoff eingeführt. Wenn der Vergaser an einen Einlassverteiler angeschlossen ist, der in dem Maulteil das Schwellwertvakuum erzeugen kann, tritt eine Strömung von Schallgeschwindigkeit auf. Der sich an die Maulverengung stromabwärts an-· schliessende divergierende Diffusorteil gibt das Gemisch an den Einlassverteiler des angeschlossenen Motors weiter. Durch genau vorbestimmte Winkelwerte des beweglichen Gliedes und der Düse kann in dem Maulteil oder Halsbereich die Schallgeschwindigkeit bis zu Vakuumwerten in dem Einlassverteiler aufrechterhalten werden, die in der Grössenordnung des erwähnten Entdrosselpunkte liegen. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, daß der Diffusor es gestattet, in ausreichendem Masse die kinetische Energie , der Gasströmung, d.h. die sogenannte Geschwindigkeitshöhe, als statische Druckenergie (Druckhöhe) wiederzugewinnen, und gleichzeitig damit einen Verdichtungsstoss von der an der Maulverengung erreichten Schallgeschwindigkeit herab zu Unterschallgeschwindigkeiten bewirkt. Das Aufrechterhalten dieser Wiedergewinnung der Druckenergie bis zu Vakuumwerten, bei welchen die Verdichtungs-Stosswelle gerade aussetzt, bewirkt nun eine Erstreckung des Arbeitsbereiches mit Schallgeschwindigkeit an der Maulverengung bis zu einem relativ niedrigen Entdrosselpunkt. An der Maulverengung kann daher Schallgeschwindigkeit herrschen, auch wenn sie abhängig von den Betriebsanforderungen des Mot-ors verändert wird. Dies führt zur Aufrechterhaltung der Zerstäubungs- und Mischmechariismen; darüber hinaus gewinnt man

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auch eine Massenflußkontrolle, eine Möglichkeit, die von üblichen Vergasern nicht geleistet werden kann. Eine Ausführungsform eines Vergasers mit veränderbarer Venturi-Düse ist in dem US-Patent 3 069 146 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Vergaser oder allgemeiner eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Zuführen eines Gemisches aus einer feinverteilten Flüssigkeit und einem Gas noch weiter zu verbessern, so daß bei noch niedrigeren Vakuumwerten im Einlaßvarteiler des angeschlossenen Motors oder dergleichen Schallgeschwindigkeit an der Maulverengung aufrechterhalten und damit auch bei den mit solchen Vakuumwerten verbundenen Betriebsbedingungen ein ausreichend niedriger Ausstoß an Schadstoffen sichergestellt wird, wobei der Vergaser gemäß der DE-OS 23 16 878 verbessert werden soll.

Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß erreicht durch (a) ein Gehäuse mit einem einen Gaseinlaß umfassenden Strömungskanal, der von einem Paar zueinander im Abstand angeordneter paralleler Wandteile gebildet ist und der Gas von einer Quelle aufzunehmen vermag, welche Gas von einem Druck besitzt, der wesentlich größer ist, als der in der Einlaßöffnung der Einrichtung zum Verwerten des Gemisches jeweils herrschende Druck, (b) eine Anzahl in dem Gehäuse im Abstand voneinander und einander jeweils gegenüberliegend angeordneter Glieder, die in dem Strömungskanal eine Venturi-Düse bilden, (c) eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, welche die zu vermischende Flüssigkeit aufzunehmen und sie im wesentlichen gleichmäßig in die Strömungsbahn des von dem

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Gaseinlass aufgenommenen Gases einzuführen vermag, and (d) eine Einstellvorrichtung zum Verändern des Venturi-Plussbereiches in dem Strömungskanal in Abhängigkeit von dem Bedarf der Einrichtung zum Verwerten des Gemisches, wobei mindestens eines der Wandteile zwangsläufig verschiebbar ist.

Die Erfindung besteht also aus einem Vergaser mit einem variablen Venturi-Bereich, um auf diese Weise ein hochzerstäubtes Brennstoffluftgemisch zu erzeugen, wodurch sich die zur Luftverschmutzung beitragenden Schadstoffemissionen in den Auspuffgasen von Brennkraftmaschinen reduzieren lassen. Dabei verfügt ein längliches Gehäuse über einen inneren Durchflusskanal, der mit der Einlassverteileröffnung der . Brennkraftmaschine verbunden wird. In einer gegebenen Richtung ist der Querschnitt des Durchlasses definiert als Venturi-Bereich und gebildet von relativ bewegbaren, gegenüberliegenden und zueinander einen Abstand einhaltenden symmetrischen Elementen. Oberhalb der Venturi-Verengung werden Luft und Brennstoff angesaugt bzw. empfangen, wobei die Venturi-Verengung dann, wenn die Werte des Verteilervakuums ausreichend sind, um an der Venturi den kritischen Druck zu erzeugen, Schallgeschwindigkeit erzeugt. Dabei hält ein divergierender, sich unterhalb der Venturi-Verengung erstreckender Abschnitt, der im folgenden auch als Diffusor bezeichnet wird, die Schallgeschwindigkeit an der Engstelle über einen beträchtlich vergrösserten Bereich reduzierter Verteilervakuumdrücke aufrecht und dies steht im Gegensatz zu bisher bekannten Vergaseranordnungen, wo die Schallgeschwindigkeit bereits bei Änderungen des Vakuums abreisst. Der Luftmassenfluss in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen der Maschine wird durch seitliche Verschiebung der Elemente relativ zueinandi

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reguliert, um so in wirksamer Weise den Venturi-Plussbereich zu verändern, wobei jedoch die Elemente in einer festen winkelmässigen Beziehung zueinander gehalten werden.

Aufgrund der Erfindung gelingt es daher,den Betriebsanforderungen des Motors zu entsprechen und den Vergaser bzw. genauer gesagt den Durchflusskanal des Vergasers durch Bewegung eines oder mehrerer der den Durchflusskanal bildenden Wandelemente zu modulieren und anzupassen.

Diese Vorrichtung gestattet eine Veränderung der Durchflussmenge in Abhängigkeit von den Anforderungen des Motors durch seitliche Verschiebung der beweglichen Glieder gegenüber der Achse des Strömungskanales und relativ zueinander^ wodurch der Querschnitt der Venturi-Düse gewändert wird, ohne die allgemeine geometrische Form der Düse zu beeinflussen. Weiterhin wird, weil die Plalsverengung wegen der dort herrschenden Schallgeschwindigkeit für jede Einstellung nur eine begrenzte Menge an Verbrennungslust bei sonst festen atmosphärischen Bedingungen der Umgebung führen kann, ir/ einfacher Weise ein konstantes Kraftstoff-Luft-Verhältnis erzielt.

V/eitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Unteransprüchen. Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei sich weitere Vorteile, Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoff-Luft-Systemes mit einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Erzeugen eines brennbaren Gemisches für eine Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine perspektivische und teilweise auseinandergezogene Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5~5 der Fig. 3 und

Fig. 6 verschiedene Schnittdarstellungen eines der die

(a) bis

)r>{ Venturi-Düse der Vorrichtung bildenden beweglichen Glieder,

Fig. 7 eine seitliche Querschnittsdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 der Fig. 7 und

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie 9~9 der Fig. 7·

Fig. 1 zeigt ein Kraftstoff-Luftversorgungssystem, welches eine nach erfindungsgemässen Merkmalen ausgebildete Misch- und

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Moduliervorrichtung 10 verwendet. Die Misch- und Moduliervorrichtung 10 ist an der Emlassverteilerleitung 12 einer Brennkraftmaschine 14 angeordnet, die in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist. Die im folgenden lediglich noch als Vorrichtung 10 bezeichnete Misch- und Moduliervorrichtung saugt Verbrennungs luft aus der Umgebung an und bekommt den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 16 zugeführt. Nach Betätigen eines Zündschalters 18 wird durch eine Kraftstoffpumpe I9 dem Kraftstofftank l6 Kraftstoff entnommen und einem Filter 20 zugeführt. Je nach Bedarf der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff entweder über eine Leitung 21 weitergeleitet oder über eine Leitung 22 in den Tank 16 zurückgeführt, dabei weist die Leitung 22 eine Verengung 23 auf. Am Auslass des Filters 20 ist ein Regulierventil 27 angeordnet, das einem Kompensierventil 28 eine Strömung mit geregelten Druck zuführt. Das Kompensierventil 28 gibt abgemessene Kraftstoffmengen entweder an ein Nadelventil 29 oder an eine Rückführschleiie 30 ab, die eine Verengung 31 aufweist und überschüssigen Kraftstoff an den Kraftstofftank 16 zurückleitet. Das Nadelventil 29 steht mit der Vorrichtung 10 in Wirkverbindung und reguliert irr. wesentlichen die Kraftstoff zuführung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, während die Kraftstoffanforderungen in Abhängigkeit von der Belastung und dergleichen durch das Kompensierventil 28 ausgeglichen wird. Die Wirkungsweise des Kompensierventils ist dabei bestimmt durct das Vakuum einer Verteileranordnung 3?j die über eine Leitung 33 mit dem Einlassverteiler 12 verbunden ist. Durch diese Anordnung werden Veränderungen der Vakuumwerte augenblicklich durch eine Leitung 34 an eine sonst abgedichtete Kammer 38 des Kompensierventils 28 weitergeleitet.

Das Nadelventil 29 steht zusammen mit der Vorrichtung 10 unter

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der Steuerung einer Dros°elbetätigung, welche den Kraftstoff und die Verbrennungsluft in Abhängigkeit von den Betriebsanforderungen der Brennkraftmaschine liefert. Ein Nebenschluss 39 dient zur Umgehung des Kompensierventils 28. Er führt Kraftstoff in eine Zufuhrleitung 40 an einer Stelle zwischen dem Nadelventil 29 und der Vorrichtung 10 ein. In dem Nebenschluss 39 befindet sich ein Drucksammler 41, der zwischen zwei federbelasteten Rückschlagventilen 42 und 43 angeordnet ist. Der Nebenschluss 39 dient im wesentlichen dazu, im Zeitpunkt einer Beschleunigung zusätzliche Kraftstoffmengen zu liefern.

Als Zusatzeinrichtung sind zwei Entlüftungen 47 und 48 vorgesehen, die das der Kammer 38 zugeführte Vakuum in Abhängigkeit von den Temperaturverhältnissen der Brennkraftmaschine im Betrieb verändert. Die Entlüftung 47 besitzt ein thermostatisch gesteuertes Ventil 49 mit einem Temperaturfühler 51 in Form einer Ausdehnungskugel oder eines Bimetalles, der so angeordnet ist, daß er auf die Temperatur der Brennkraftmaschine anspricht. In dieser Anordnung öffnet das Ventil 49 beim Kaltstart und schliesst sich nach und nach, wenn sich die Brennkraftmaschine auf ihre Betriebstemperatur erwärmt. In ähnlicher Weise enthält die Entlüftung 48 ein thermostatisch gesteuertes Ventil 50 mit einem kugelförmigen oder bimetallischen Temperaturfühler 52, der so angeordnet ist, daß er die Temperatur der Verbrennungsluft an der Einlassöffnung der Vorrichtung 10 erfühlt. Wenn die Temperatur der Einlassluft unterhalb des optimalen Wertes liegt, bewirkt der Temperaturfühler 52 unabhängig davon, ob die Brennkraftmaschine warm oder kalt ist, daß das Ventil 50 si oh um einen entsprechenden Betrag öffnet. Eine Vergrösserur der öffnung der Entlüftungen 47 und 48 bewirkt eine Reduzierung

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der effektiven Vakuumwerte in der Kammer 38 und ermöglicht da- ί? durch eine grössere Kraftstoff zufuhr zu der Misch- und Dosier- ^!i vorrichtung 10. £

Die Misch- und Dosiervorrichtung 10 wird im folgenden anhand ·.■ der Fig. 2 bis 5 näher beschrieben. Sie enthält ein langgestrecktes Gehäuse 55 > das in seinem Innern einen zentralen ;! Strömungskanal 56 besitzt. Der Strömungskanal steht in senk- ΐ rechter Richtung über eine Befestigungseinrichtung in Form ei- ^i! ner rechteckigen Grundplatte 57 mit dem Einlassverteiler 12 ^; der Brennkraftmaschine 14 in Verbindung. Ein oberer Flansch 58, der von einem Rahmen 59 getragen wird, bildet den Lufteinlass ;',' für den Strömungskanal 56.

Die geometrische Form des Strömungskanals 56 wird durch eine Anzahl benachbarter Stützen gebildet, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind und als Wandung oder Umfassung des Strömungskanals 56 dienen. In einer Richtung parallel zur 1 Strömungsachse befinden sich im Abstand voneinander zwei gegenüberliegende stationäre Wand- oder Plattenteile 6l und 62, zwischen denen senkrecht zwei im Abstand voneinander gegenüberliegend angeordnete, relativ zueinander bewegliche Backen- oder Klauenglieder 63 und 64 angeordnet bzw. eingesetzt sind. Die beweglichen Glieder 63 und 64 sind im wesentlichen symmetrisch aufgebaut und einander gegenüberliegend in quer verlaufenden Kanälen 67 und 68 zwischen der Oberseite der Grundplatte 57 und der Unterseite des Rahmens 59 gehalten. Einander zugewandte Oberflächen 65 und 66 der beweglichen Glieder 63 und 64 weisen einen Abstand auf und bilden den Strömungskanal 56 in Form einer senkrecht zwischen ihnen verlaufenden Venturi-Düse vorbe-

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stimmter geometrischer Form. Zur Berücksichtigung der Betriebsanforderungen der Brennkraftmaschine ist mindestens eines der beweglichen Glieder, bevorzugt aber beide, seitlich gegenüber der Strömungsachse und gegeneinander in der Weise verschiebbar, daß der Strömungsquerschnitt der Venturi-Düse je nach Bedarf erhöht oder erniedrigt wird, ohne daß die winkelmäßige Beziehung der Kanten- oder Randflächen zueinander und überhaupt beeinflusst oder verändert wird.

Die Verschiebung der beweglichen Glieder 63 Und 64 wird durch die Drosselbetätigung bewirkt, die in Wirkverbindung mit zwei sektorförmigen, miteinander kämmenden Zahnscheiben 69 und 70 auf der Aussenseite des Gehäuses 55 steht. Die Sektorscheiben 69 und 70 sind zusammen mit zwei drehbar gelagerten Wellen 73 und 7^ verschwenkbar, die zum Verdrehen zweier Kurvenscheiben 75 und 76 dienen. Jede Kurvenscheibe besitzt einen gewölbten Führungsschlitz 77, der eine Mitnehmerrolle 78 aufnimmt. Eine langgestreckte mittlere Ausnehmung 79, die nach innen in Seitenwände 80 und 81 des Gehäuses 55 ragt, ermöglicht dabei eine solche Schwenkbewegung der Kurvenscheiben 75 und 76. Mittels zweier Seitenarme 93 sind seitlich von der Mitnehmerrolle 78 zwei sich im Abstand voneinander in Längsrichtung erstreckende Führungsstifte 96 und 97 angebracht, die durch Einschrauben in die Rückseite der beweglichen Glieder 63 und 64 mit diesen verbunden und in Bohrungen 99 und 100 in den Seitenwänden verschiebbar gelagert sind. Auf diese Weise erzeugt eine Verdrehung der Wellen 73 und 74 eine seitliche Verschiebung der beweglichen Glieder 63 und 64 über die Führungsstifte, die in Kugellagern 98 getragen sind (von denen nur eines dargestellt ist). Das Ausmass dieser Verschiebung wird natürlich in Abhängigkeit von den Betriebsanforderungen der Brennkraftmaschine in einem vor-

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bestimmten Verhältnis zu der Kraftstoffzufuhr geregelt. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, insbesondere durch geeignete Wahl des durch die Leitkurvensteigung des Pührungsschlitzes 77 bewirkten Vorschubes.

Bei der beschriebenen Anordnung wird in dem Einlass 82 des Strömungs-kanals- 56 Verbrennungsluft angesaugt. Der Eingang des Einlasses 82 wird durch glatt geformte Oberflächen 83 des oberen Flansches 58 gebildet. Eine Innenfläche 8H des Rahmens 59 engt den Einlass ein bis zu einer Stelle unmittelbar oberhalb der oberen Teile der beweglichen Glieder 63 und 64. Diese laufen dann weiter aufeinander zu bis zu der Stelle maximaler Verengung an einem Düsen-, Trichter- oder Halsteil 88. Unterhalb dieses Halsteils 88 erweitert sich der Strömungskanal 56 sofort wieder glatt und stetig und bildet dabei einen primären Diffusorteil 89. Weiter stromabwärts geht der primäre Diffusorteil 89 dann relativ plötzlich in einen sekundären Diffusorteil 90 über, der eine wesentlich stärkere Erweiterung bis zu einer sich noch stärker erweiternden öffnung 91 in der Grundplatte 57 vermittelt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der sekundäre Diffusorteil 90 auch weggelassen sein und der primäre Diffusor 89 mündet unmittelbar in die divergierende öffnung 91 der Grundplatte 57 ein. Zur gleichen Zeit wird in dem Einlassbereich Luft angesaugt und über die Zufuhrleitung 40 wird die erforderliche Menge Brennstoff aus dem Kraftstofftank 16 konstant und gleichmässig zugeführt, wobei sich die Zufuhrleitung an gegenüberliegenden Stellen in Querrichtung in den Einlassbereich erstreckt und im wesentlichen bündig mit den vertikalen Konturflächen 83 abschliesst. Zur Einführung des Kraftstoffes in die Verbrennungsluftströmung

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enthält die Zufuhrleitung 40 eine Vielzahl gleichförmig verteilter feiner Öffnungen 94, durch welche der Kraftstoff im wesentlichen gleichförmig auf die Innenflächen 84 des Rahmens 59 ausgegeben wird. Die Ausgangsform der Venturi-Düse in dem Strömungskanal 56 kann zur Optimierung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine durch Versuch bestimmt werden. Die bisher durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, daß, obwohl gewisse Veränderungen der Konstruktion möglich sind, die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn mindestens einige der Parameter innerhalb relativ enger Grenzen gehalten werden. Lediglich zum Zwecke der Hervorhebung der vorrangigen Entwicklungskriterien sind in den Fig. 6 (a) bis (f) verschiedene Ausbildungen der beweglichen Glieder 63 und 64 dargestellt, wie sie passend paarweise untersucht worden sind. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, liegen die halben Öffnungswinkel J& am Einlass zwischen 0° bei (e), wo eine gleichmässige Abrundung vorgesehen ist, und 45 bei (c) und beträgt 24 in den übrigen Fällen. Der halbe Öffnungswinkel ρ des primären Diffusorteiles schwankt zwischen 3 und 4 1/2 bei einer effektiven Länge des primären Diffusors zwischen 28 und 49 mm ( 1 1/8" bis 1 7/8"), während der halbe öffnungswinkel^ des sekundären Diffusorteiles der Fig. (a) bis (e) zwischen 21° und 26° liegt. Der eingeschlossene Öffnungswinkel schwankt also beim primären Diffusorteil zwischen 6° und 9° und beim sekundären Diffusorteil zwischen 42° und 52°. Hinsichtlich des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 (f), bei welchem der sekundäre Diffusor weggelassen ist, können die gleichen Bereichsdaten und Diffusorwinkel angewendet werden, wie dies für den primären Diffusor der Fig. 6 (a) bis 6 (e) zutrifft, dabei erstreckt sich die effektive Länge dieses Diffusors über 6,67 cm (2 5/8").

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In Tabelle I sind Untersuchungsergebnisse für den eingeschwungenen Zustand bei vergleichbaren Kraftstoff-Luft-Verhältnisscn (A/P) dargestellt, um Konstruktionsrichtlinien festzulegen und den Entdrosselpunkt für diese verschiedenen geometrischen Formen" zu bestimmen.

	- rjw p^	(50)	(50)	(50)	(50)	(50)	(50)	■B-Ε L L-I	Γ ' "■ I	co2 ppm	HC ppm	NOx ppm	A/P
Einsatz Entdrosselung/ (mm Hg)	Geschw. km/h(MPH)	(45)	(44)	(43)	(44,5	(45)	Leerl.	Vak (mm Hg)	CO	11,9	20	330	18,2
(a)	80	Leerl.	Leerl.	Leerl.	Leerl.	Leerl.	41,7	0,16	10,9	35	120	19,5
69	72	80	80	80	80	80	37,6	0,19	11,9	92	105	18,2
	71	69	72	72	36-41	0,10	11,8	12	320	18,3
(b)	41,7	0,14	10,4	28	93	20,4
76	36,3	0,16	11,9	68	133	18,2
(geschätzt)	36,8	0,10	11,9	12	408	18,1
(c)	39,6	0,17	10,6	51	i65	20.0
69	34,1	0,23	12,5	75	150	17,3
	37,6	0,17	11,9	12	305	18,2
(d)	41,9	0,18	10,8	35	97	19,7
76	) 36,8	0,21	11,55	125	113	18,5
	37,4	0,25	11,9	16	385	18,2
(e)	42,2	0,18	11,0	35	205	19,3
61	39,1	0,20	11,55	88	150	18,7
	36,1	0,10	11,4	18	335	18,4
(f)	41,8	0,14	11,5	28	128	18,4
81,5	35,6-40,8	0,09

⁺(63-64 nach Fig. 6)

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Bei der Auswertung dieser Ergebnisse muss berücksichtigt werden daß die Untersuchungen nur zum Zwecke der Erstellung von Konstruktionsrichtlinien durchgeführt worden sind und daß ein mit einem solchen Vergaser ausgerüstetes Automobil, bei derartig mageren Gemischen nicht gefahren werden kann. Zum Vergleich sei noch angegeben, daß vor Anwendung der erwähnten Vorschriften über die Abgasentgiftung ein normaler Automobilmotor in gutem Zustand im Mittel ungefähr 9OO ppm unverbrannte Kohlenwassei stoffe (HC)₅ 3,9% Kohlenstoffmonoxid (CO) und ungefähr 1075 ppn Stickoxide (NO ) im Normalbetrieb bei Kraftstoff-Luft-Verhältnissen in der Grössenordnung von ungefähr 3 4 bis 15 : 1 erzeugt hat. Die Vorschriften verlangen für Automobile der Baujahre 1975 und 1976 (entsprechend umgerechnet) für einen normalen Acht-Zylinder-Motor 37 ppm HC, 0,25? CO und (für I976) 110 ppm NO_x.

Aufgrund der vorstehenden Daten, des Aussehens des Aerosols (wenn das Gemisch durch ein transparentes Zuführungsrohr betracl tet wird) und des Betriebsverhaltens eines hiermit ausgerüsteten Automobils ist der Einsatz (b) geringfügig besser in Bezug auf Schadstoffemissionen als der Einsatz (d); beide sind dabei deutlich besser als die übrigen Einsätze bei Fahr- oder Geschwindigkeitsbedingungen, während das System nach (f) die besten Emissionswerte bei Leerlauf erbrachte. Der niedrigste Entdrosselpunkt wurde mit dem Einsatz (e) erzielt. Der primäre Diffusor arbeitete daher einwandfrei bei einem halben öffnungswinkel im Bereich zwischen ungefähr 2 1/2° und 5° (der eingeschlossene Winkel also in dem Bereich zwischen 5 und 10 ), wobei der halbe Öffnungswinkel des sekundären Diffusorteiles zwischen ungefähr 20° und 30° liegen sollte. Gleichzeitig

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arbeitete eine Auslegung des halben Öffnungswinkels des Einganges zwischen 20° und 70° einwandfrei. Zusätzlich zu den bei den einzelnen Ausbildungen beobachteten Unterschieden in der Arbeitsweise wurde festgestellt, daß die mit dieser Vorrichtung in dem Einlassverteiler der Brennkraftmaschine erzielten Vakuumwerte grossenordnungsmässig um 25 bis 50 mm Hg höher lagen als die bei Verwendung eines üblichen Vergasers für gewöhnlich auftretenden Vakuumwerte. Allein diese Tatsache ist bereits ein Anzeichen für eine wirksamere Kraftstoffverbrennung innerhalb der Brennkraftmaschine.

Bei dem Einsatz (e) wurde der eingeschlossene Diffusorwinkel verändert und der Einfluss dieser Veränderung auf den Entdrosselpunkt bestimmt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Tabelle II angegeben.

TABELLE II

Primärer Ddffusorteil

Öffnungswinkel Entdrosselung

Grad (mm Hg)

3,5 71

4,4 66

5,3 66

6,0 64

7,0 56

7,3 56

8.3 58

9.4 64

9.5 66

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Wie ersichtlich, tritt der niedrigste Entdrosselpunkt bei einem eingeschlossenen Öffnungswinkel des primären Diffusorteiles zwischen ungefähr G 1/2° und 9° auf.

Auch bei dem Einsatz (d) wurden zusätzliche Daten bestimmt, die in den Tabellen III und IV zusammengestellt sind.

TABELLE III (11 PS indizierte Strassenleistung)

Prüfeinheit 2 bbl. Vergaser

Geschwindigkeit, km/h 80 80 80 80

Vakuum, (mm Hg) 35,6 27,9 35,6 29,2

CO, % 0,13 0,17 0,12 0,18

CO₂, % 11,5 10,7 12,1 10,6

HC, ppm 8 12 12 12

NO_x, ppm 335 150 570 270

A/P 18,7 19,9 17,9 20,0

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TABELLE IV

(27 PS indizierte Strassenleistung)

	Prüfeinheit	76	72	,8	2 bbl.	,8	Vergaser	72 +
Geschwindigkeit,	km/h. 79	20,3	17	,19	79	,17	76	15,2
Vakuum, (mm Hg)	22,6	0,16	0	,η	18	,0	17,5	0,30
CO, %	0,13	10,9	10		0		0,20	10,6
co2, %	11,2	10	28		11		10,9	68
HC, ppm	8	290	120	,3	10		12	290
Ν0χ, ppm	520	19,6	20	690	600	19,9
A/F	19,2			19	19,7

Fehlzündungen

Die Ergebnisse der Tabelle IV sind von besonderer Bedeutung, da sie einen Vergleich der beiden Systeme im Volleistzustand ermöglichen, wo die höchsten Konzentrationen und die grössten Ausstossmengen an NO gebildet werden. Wiederum muss berück-

.X.

sichtigt werden, daß es sich hier um Versuche im eingeschwungenen Zustand handelt und daß ein entsprechend ausgerüstetes Automobil bei solchen Kraftstoff-Luft-Verhältnissen nicht gefahren werden kann. Trotzdem kann festgestellt werden, daß die Prüfeinheit insofern eine beträchtlich bessere Leistung bietet, als sie einen niedrigen Ausstoss an NO besitzt. Weil der mit dem Normalvergaser ausgerüstete Wagen bereits bei einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis von 19,9 Fehlzündungen aufwies,

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ermöglicht die vorliegende Prüfeinheit einen erheblich magereren Betrieb. Weiterhin liegen die Vakuumwerte im Einlassverteiler bei der vorliegenden Vorrichtung um 25 bis 38 mm Hg höher, was auf einen entsprechend ansteigenden Wirkungsgrad bei der Verbrennung hinweist.

Schließlich wurde die AusfUhrungsform der Fig. 6 (f) in einem Ford Galaxy 500 des- Jahres 1971 eingebaut und getestet. Dabei gelangte man, unter Verwendung der 1972er CVS Kaltstartbedingungen und einer Trägheitsbelastung von ^500 US-Pfund bei etwa 1'4 PS zu Emissionsergebnissen, die in der nachfolgenden Tabelle mit Basisdaten verglichen werden:

Kohlenwasserstoff CO NO Meilen Gramm pro Meile Gramm pro Grimm pro pro

Meile Meile Gal

Basiseinheit
Testeinheit

1,95 0,93

34,9
6,35

4,1
1,1

Gallone

10,4 11,5

⁺Daten, wie sie von dem Fahrzeughersteller in Übereinstimmung mit dem kclifornischen Standard geliefert werden.

In den Fig. 7 bis 9 ist schliesslich noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im wesentlichen einer kinematischen Umkehrung der bisher besprochenen ersten Ausführungsbeispiele entspricht. Im Gegensatz zu der früheren Konstruktion 55, bei welcher die Klauenglieder 63 und 64 relativ zueinander und relativ zu den stationären Plattenteilen oder Plattenwänden 61 und 6~2 bewegbar oder verschiebbar sind, werden

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bei diesem Grundaufbau 55' .Wandteile 6l^l .und 62' .verwendet, die relativ zueinander und zu stationären Klauengliedern 63' .und 6¹J' in einer vorgegebenen Ebene bewegbar sind. Bei diesem Ausführungs· beispiel verbleibt der Venturi-Querschnitt, so wie er zwischen den Klauengliedern definiert ist, unverändert und konstant, während der Plussbereich durch den Durchlass 56 durch Längsverschiebung einer oder beider der dazwischenliegenden Wandbereiche variiert wird. Wie zuvor wird auch hier der Venturi-Plussbereich im Zusammenhang mit den Betriebsanforderungen des Motors vergrössert und verkleinert, ähnlich wie dies bei den anderen, weiter vorn schon erläuterten Komponenten der Fall ist.

Im Vorstehenden ist eine neuartige Einrichtung für die Bereitstellung des Verbrennungs-Gemisches für eine Brennkraftmaschine beschrieben worden, welche den Schadstoffausstoss in den Abgasen der Brennkraftmaschine deutlich verringert. Durch Bildung eines StrSmungskanals in der Vorrichtung nach Art einer Venturi-Düsej deren Querschnitt leicht verändert werden kann, um die Betriebsanforderungen der Brennkraftmaschin-e zu erfüllen, ist die Vorrichtung trotz einfachen Aufbaus äusserst wirkungsvoll und erzielt damit ein Ergebnis, nach dem sowohl die Industrie als auch entsprechende Regierungsstellen schon lange gestrebt haben. Die Veränderung des Querschnittes der Venturi-Düse kann natürlich durch eine ganze Anzahl der bekannten Betätigungsglieder für die Drosselklappe erfolgen, es muss lediglich eine sorgfältig geregelte seitliche Verschiebung eines oder beider beweglicher klauenförmiger Glieder oder alternativ der Wandbereiche relativ zueinander sichergestellt sein. Die seitliche Verschiebung der beweglichen Glieder verändert dabei nur den Strömungsquerschnitt des Strömungskanals. Die WinkelVerhältnisse bei den beweglichen Gliedern, welche die allgemeine

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Form des Strömungskanals bestimmen, bleiben bei einer solchen Verschiebung jedoch konstant.

Trotz ihrer Einfachheit verbindet die beschriebene Vorrichtung die Punktionen der Kraftstoffzerstäubung, der Mischung mit der Verbrennungsluft und der Steuerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in einer einzigartigen Anordnung, die geeignet ist, den Schadstoffausstoss in den Abgasen zu reduzieren, wobei gleichzeitig das Fahrvermögen eines entsprechend ausgerüsteten Automobiles und die Wirtschaftlichkeit unverringert beibehalten oder gar verbessert werden. Mit Hilfe einer kritisch dimensionierten Venturi-Düse wird bis zu relativ niedrigen Vakuumwerten am Entdrosselpunkt in der Hals Verengung Schallgeschwindigkeit aufrechterhalten. Dadurch wird ein hoher Zerstäubungsgrad über einen grösseren Bereich der Vakuumwerte im Einlassverteiler erzielt, als es bei den üblichen Vergasern bisher möglich war. Dies hat zu einer verbesserten Gemischbildung, zu einer gleichmassigeren Aufteilung des Gemisches auf die einzelnen Zylinder und zu einem mageren Gemisch geführt, was den geringeren Schadstoffausstoss bei sehr viel günstigeren Kosten zu erzielen gestattet als dies andere, dem gleichen Zwecke dienende Vorrichtungen ermöglichen.

Während bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Misch- und Dosierv .r-richtung an dem Einlassverteiler einer Brennkraftmaschine angeschlossen war, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, weil diese Vorrichtung auch für die Versorgung eines oder einzelner Zylinder geeignet ist. Weiterhin ist diese Vorrichtung auch nicht auf die Verwendung in einer Brennkraftmaschine beschränkt, sondern kann auch mit anderen derartigen

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Einrichtungen verwendet werden, die in einem grossen Betriebs druckbereich ein feinvertexltes Flüssigkeits-Gas-Gemisch benötigen.

Claims (12)

A.40 792 b - 24 - G 74 24 840.1 k - 189 21. JuIi 1980 Sch utzansprüche

1. Vorrichtung zum Zuführen eines Gemisches aus einer feinverteilten Flüssigkeit und einem Gas zu der Einlaßöffnung einer Einrichtung zum Verwerten dieses Gemisches, gekennzeichnet durch

a) ein Gehäuse (55) mit einem einen Gaseinlaß (82) umfassenden Strömungskanal (56) , der von einem Paar zueinander im Abstand angeordneter paralleler Wandteile (61', 62') gebildet ist und der Gas von einer Quelle aufzunehmen vermag, welche Gas von einem Druck besitzt, der wesentlich größer ist, als der in der Einlaßöffnung (12) der Einrichtung (14) zum Verwerten des Gemisches jeweils herrschende Druck,

b) eine Anzahl in dem Gehäuse (55) im Abstand voneinander und einander jeweils gegenüberliegend angeordneter Glieder (63¹, 64'), die in dem Strömungskanal (56) eine Venturi-Düse bilden,

c) eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung (40, 94), welche die zu vermischende Flüssigkeit aufzunehmen und sie im wesentlichen gleichmäßig in die Strömungsbahn des von dem Gaseinlaß (82) aufgenommenen Gases einzuführen vermag, und

d) eine Einstellvorrichtung (69 bis 78, 93, 96 bis 100)

zum Verändern des Venturi-Flußbereiches in dem Strömungs-

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kanal (.56) In Abhängigkeit von dem Bedarf der Einrichtung (14) zum Verwerten des Gemisches, wobei mindestens eines der Wandteile (61',. 62') zwangsläufig verschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandteile in gegenseitiger Abhängigkeit verschiebbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder (63',· 64'). paarweise symmetrisch zueinander ausgebildet und einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ihre einander zugewandten Oberflächen (65, 66) die Venturi-Düse bilden, und daß mit der Einstellvorrichtung (6~9 bis 78, 93, 96 bis 10Ό) mindestens jeweils eines der Wandteile (6l·,. 62') senkrecht zu der Achse des Strömungskanales (56) verschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturi-Düse an der Stelle der Flüssigkeitseinführung oder stromabwärts davon einen Halsbereich (88) aufweist, der eine ausreichende Verengung des Strömungskanales (56) bildet, um die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches bei einer kritischen Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck an der Quelle und dem Druck in der Einlassöffnung (12) der Einrichtung (l4) zum Verwerten des Gemisches bis auf die Schallgeschwindigkeit zu erhöhen, sowie stromabwärts von dem Halsbereich (88) einen Diffusor (89> 90) besitzt, welcher

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zur Einspeisung des Gemisches mit der Einlassöffnung (12) der Einrichtung (14) zum Verwerten des Gemisches y verbindbar ist und eine derartige Erweiterung des Strömungskanales· (56) bildet, daß die kritische Druckdifferenz, bei der in dem Halsbereich (88) Schallgeschwindigkeit erzielt wird, beträchtlich verringert ^: wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle Luft von Atmosphärendruck besitzt und der Druck in der mit dem Diffusor (.89, 90) verbundenen Einlassöffnung (12) der Einrichtung (14) zum Verwerten des Gemisches ein Vakuum ist, das bis herab zu einem Schwellwert von ungefähr 150 mm Quecksilbersäule in dem Halsteil (88) den für die Erzielung von Schallgeschwindigkeit erforderlichen kritischen Druck erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 zum Erzeugen und Dosieren eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verwerten des Gemisches eine Brennkraftmaschine (14) ist und die Einstellvorrichtung (69 bis 78, 93, 96 bis 100) außerhalb des Gehäuses (55) angeordnete Betätigungsglieder (69, 70) besitzt, die mit der Drosselbetätigung der Brennkraftmaschine (14) in Wirkverbindung setzbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (89, 90) einen primären Diffusorteil (89) unmittelbar stromabwärts von dem die Verengung der Venturi-Düse bildenden·Halsteil (88) und

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einen sekundären Diffusorteil (90) unmittelbar 'stromabwärts von dem primären Diffusorteil (89) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Diffusorteil (.89) einen halben Öffnungswinkel in dem Bereich zwischen 2-1/2° und 5° besitzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich- j net, daß der primäre Diffusorteil (89) in Strömungs-. j richtung eine Länge von mindestens 28 ram besitzt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Diffusorteil (90) einen halben Öffnungswinkel in dem Bereich zwischen 20° und 70° besitzt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffosor (89, 90) einen Erweiterungswinkel aufweist, der herab bis zu Vakuumwerten am Entdrosselungspunkt von ungefähr 75 mm Quecksilbersäule in dem Halsteil (88) die Erzielung von Schallgeschwindigkeit gestattet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (69 bis 78, 93, 9^ bis 100) mindestens eine durch die Betätigungsglieder (69, 70) verdrehbare Kurvenscheibe (75, J6) aufweist, sowie eine Mitnehmerrolle (78), die auf der Leitkurve der Kurvenscheibe (75, 76) aufsitzt und zur Verschiebung eines beweglichen Gliedes (.63, 64) abhängig von der Verdrehung der Kurvenscheibe (75, 76) mit dem beweglichen Glied (63, 64) verbunden ist.