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Vergaser für Brennkraftmaschinen mit automatischer Brennstoffregelung
Für die lZegeiung und Gemischbildung von Ottomotoren sind Vergaser gebräuchlich,
bei denen das Mischverhältnis von Luft zu Brennstoff dadurch bestimmt wird, daß
der in einer Luftdüse, Lufttrichter, entstehende Wirkdruck auf eine kalibrierte
l3rentistoffdii:e so übertragen wird, daß die beiden Wirkdrucke gleich groß sind,
und somit das Mischverhältnis gleich dem Querschnittsverhältnis der Luft- und Brennstoffdüse
wird. Wenn die beiden Ouerschnitte konstant bleiben, so würde sich damit auch angenähert
ein gleiches Mischungsverhältnis über der Motorbelastung bei allen Drehzahlen ergel>en.
I)ic;.e \'oraussetztitig hlei,l>t auch im wesentlichen bestehen, wenn, wie bei den
sogenannten Schatundiisenvergasern, dem Hrennstoff vor dem .lostritt i»
den Lufttrichter. wo meistens die Mischung von Luft und Brennstoff geschieht,
noch Zusatz- oder Korrekturluft beigemischt wird, vorausgesetzt, daß bei der Dimensionierung
der Spritzrohre und der Ausbildung der Düsen die Gesetze der Strömungsmechanik richtig
berücksichtigt werden. Es bestehen dann annähernd die Beziehungen:
Hierin bedeuten: GL = angesaugtes Luftgewicht pro Zeiteinheit; GB" =angesaugtes
Brennstoffgewicht pro Zeiteinheit; ;engster Querschnitt
de; Lufttrichters;
fBe =engster Querschnitt der Brennstoffdüse; yL = spezifisches Gewicht der Ansaugluft;
;"e, = spezifisches Gewicht des Brennstoffes.
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Für Fahrzeugvergaser kann die Veränderlichkeit von YL vernachlässigt
werden, während die Veränderlichkeit Von yL für Flugzeugvergaser besondere
Regelvorrichtungen erforderlich macht.
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Für die Änderung der Motorbelastung ist meistens hinter der Gemischbildungsstelle
eine Drosselklappe oder ein Schieber vorgesehen, oder, falls die Drosselklappe in
Strömungsrichtung der Luft vor dem Lufttrichter angeordnet wurde, sind mechanische
Vorrichtungen bekannt, die nach einem empirisch entwickelten Gesetz den Brennstoffzulauf
regeln, oder die ähnlich arbeiten wie die Höhenkorrektur bei Flugvergasern.
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Für Kleinmotoren, insbesondere Kraftradmotoren, sind meist Vergaser
gebräuchlich, bei denen die Gemischbildungsstelle mit der Drosselstelle zusammengelegt
ist. Die Regelung dieser Vergaser geschieht dann rein empirisch, indem der veränderliche
Luftquerschnitt an der Gemisch-1» ldungsstelle durch gleichzeitige Veränderung des
Querschnitts der BrennstoffdÜse berücksichtigt wird. Wegen der sehr kleinen Brennstoffquerschnitte
wird aber die angestrebte Gesetzmäßigkeit nicht annähernd erreicht. Die beiden beschriebenen
Regel- und Gemischbildungsverfahren haben schwere Nachteile.
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Bei den Vergasern mit unveränderlichem Luftnieß- und BrennstoffmeSquerschnitt
ergibt sich mit abnehmender Belastung ein quadratischer Abfall des Wirkdruckes,
so daß die Saugwirkung des Vergasers und damit Verbunden die Brennstoffzerstäu'bung
rasch abnimmt. Diese Gesetzmäßigkeit machte beispielsweise auch die Anordnung der
Leerlaufvorrichtung nötig, die an der Drosselklappenkante mündet und eine zweite
Mischstelle für Luft und Brennstoff darstellt. Hierbei ist die Brennstoffzufuhr
von dem Unterdruck an dieser Mischstelle abhängig, der ganz verwickelten Gesetzen
folgt. So kommt es, daß die oben angegebene einfache Beziehung zwischen dem Brennstoff-
und Luftdurchsatz ganz erheblich durch das Hinzutreten der Leerlaufvorrichtung gestört
wird. Die Regelung von Brennstoff und Luft wird also nicht für alle lklastungen
angenähert gleiche Ergebnisse liefern, sondern ist wesentlich mit Von der Stellung
der Drosselklappe abhängig. Außerdem ergeben sieh besonders im Übergangsgebiet von
Leerlauf zu Teillast sehr unerwünschte Unstetigkeiten im Mischungsverhältnis.
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Ein weiterer schwerwiegender Nachteil dieser am meisten gebräuchlichen
Vergaser zeigt sich bei der Gemischbildung. Die Gemischbildung soll zweckmäßig an
der Stelle größter Luftgeschwindigkeit stattfinden. weil dort die Mischung am innigst°n
und vollkommensten ist. Statt dessen wird das Geinisch bei diesen Vergasern hinter
der Gemischhil(lungsstelle 1>ei teilweise geschlossener Drossel hier wieder niedergeschlagen
und muß sich neu beim Durchgang durch die Drosselsielle bil:len. Da ferner der Durchgang
durch die Drossel hei Teillast auf beiden Hälften von der .Achse aus gerechnet wegen
der unterschiedlichen Strömungsverhältnisse ganz verschieden ist, ist auch das Gemisch
hinter der Drossel ganz verschieden konzentriert. Das Gemisch ist streifig.
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Die Güte der Zerstäuliung ist weiter bei gegebenem Querschnitt Von
dem Druckgefälle an der Düse abhängig. Da nun das Druckgefälle mit der Belastung
quadratisch kleiner wird, wird auch aus diesem Grunde die Brennstoffaufbereitung
am Düsenaustritt bei Teillast schlecht.
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Diese Umstände sind ein wesentlicher Grund für die schlechten Teillastverbräuche
bei den heute üblichen Vergasermaschinen. Günstiger liegen in dieser Beziehung die
Verhältnisse bei den gebräuchlichen Motorradvergasern, weil hier tatsächlich die
Gemischbildung an der Stelle größerer Strömungsgeschwindigkeit stattfindet.
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Bei diesen Vergaserkonstruktionen ergibt sich aber die Schwierigkeit,
die Düsennadel, die dazu bestimmt ist, den Querschnitt der Brennstoffdüse proportional
der Änderung des Querschnittes an der Gemischbildungsstelle zu Verändern, richtig
zu dimensionieren. Bei der hohen Strömungsgesch-,vindigkeit an der Drosselstelle
spielen nämlich die i Strömungsbeiwerte, die eine Abweichung Von dem quadratischen
Strömungsgesetz ergeben, eine erhebliche Rolle, so daß es unmöglich ist, die Drosselnadel
auch nur angenähert so zu gestalten. daß sich hei allen Belastungen (las gewünschte
konstante --Mischverhältnis oder die e rforderliche Abhängigkeit des Mischungsverhältnisses
vom Luftdurchsatz ergibt.
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!, Ferner ist es klar. daß der meist zvlindrisch ausgebildete Luftschieber
in Verbindung mit dem rechtwinklig dazu laufenden Luftansaugstutzen des Vergasers
an der engsten Stelle absolut kein Querschnittsgebilde darstellt. das in der Strömungsgleichung
als 11eß(ltiersclinitt fL eiiiriesetzt werden kann, so daß der an der 13rennstoff(liise
entstehende @\'irk(lruck absolut kein Mali für das strömende Luftvolumen ist. Das
Mischungsverhältnis ist also auch bei sorgfältigster Ausbildung der Düsennadel mit
der Belastung und Drehzahl sehr veränderlich.
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Iss ist bereits ein Vergas:r bekannt. der äußerlich Ähnlichkeit mit
dein Vergaser stach der Erfindutig hat, denn :#r ist mit einer Mischkammer mit X7enturidiise
und #:incin voni L-nterdruck dieser Venturidüse beeinflußten Regler ausgerüstet,
der seine Rückstellkraft von (lein Differenzdruck der Brennstoffdüse 'bakomnit.
Bei dem l).:karinten Vergaser ist jedoch keine Trennung zwischen Luftineßdüse und
J1ischkamnier durchgeführt. Seite Regelventil kann nur dann in Tätigkeit treten,
wenn (11r Brennstoff unter Druck zugeführt wird. Ist kein B(-nziniilwr(li-tick vc;rhan(l@n.
dann versagt dis Regelung und die lirennstoffzc-rstäul)ung 1>:schränkt sich darauf,
daß (las Benzin drucklos aus dem Spritzrohr von der Luft mitgerissen wird. Beim
Vergaser nach der Erfindung tritt durch Zusatz von Zerstäuherluft der Brennstoff
unter allen Umständen
mit hoher Geschwindigkeit aus der Spritzdüse.
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Auch hier ergibt sich als Folge hoher Teillastverbrauch.
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Die neue Vorrichtung beseitigt die oben beschriebenen Nachteile der
beiden Vergasersysteme, indem einmal die Gemischbildung an der Stelle höchster Strömungsgeschwindigkeit
vorgenommen wird, also an der Drosselstelle selbst, zum anderen aber die Brennstoffdosierung
durch einen einfachen lZegler in Abhängigkeit von dem irr einem Lufttrichter mit
unveränderlichem Querschnitt gemessenen Wirkdruck automatisch geschieht.
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Die Luftmeßstelle kann hierbei vor der Drosselstelle der Luft angeordnet
sein, was wegen der so erzielten größeren Meßgenauigkeit vorzuziehen ist, oder auch
hinter der Drosselstelle in ausreichender Entfernung, wenn die veränderliche Luftdichte
entsprechend berücksichtigt wird. Bei dem neuen Vergaser ist die Ausbildung der
Drosselstelle von gar keinem Einfluß auf die Meßgenauigkeit der Vorrichtung, weil
die Brennstoffmeßdüse so zwischen Schwimmerkammer und Regler angeordnet ist, daß
sie frei von allen Störungsfaktoten der Luftströmung bleibt. Es ist bei der Vorrichtung
auch völlig unerheblich, ob in Richtung der Benzinströmung hinter dem Regler ibeispielsweise
Drallvorrichtungen angeordnet werden, um die Zerstäubung zu verbessern. Das Mischungsverhältnis
wird in jeden- Falle nur von dem Querschnitt der Hauptdüse bestimmt und von dem
Querschnitt des Lufttrichters. Diese Voraussetzung gilt natürlich nur. solange da,
Druckgefälle an der Drosselklappe groß genug ist, um die Strömungswiderstände des
Gemisches von Brennstoff und Zerstäuberhift zwischen dem lZegelventil und der Spritzdüse
zu überwinden.
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Da mit abnehmender Belastung bei kleinster Teillast infolge des quadratisch
abnehmenden Wirkdruckes die `'Wirkung des Reglers aussetzt (io bis 20°,/o Vollast),
ist die Anordnung einer Leerlaufvorrichtung üblicher Form nötig. Aber auch diese
Vorrichtung beeinflußt nach Ansprechen des Reglers bei größer werdender Teillast
.nicht das Mischungsverhältnis, da die durch die Leerlaufdüse austretende Brennstoffmenge
in der Hauptdüse mitgemessen wird, und der Regler nur soviel Brennstoff hindurchläßt,
als insgesamt an beiden Düsen erforderlich ist.
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So ist es auch möglich, bei Mehrzylindermotoren mit nur einem Regler
und einer Hauptmeßdüse auszukommen und beliebig viele Drossel- und Gemischhildun.gsstellen
an verschiedenen Stellen der Saugleitung vorzusehen. Man kann in diesem Falle nur
eine Luftmeßstelle vorsehen oder die Meßleitungen von mehreren Luftmeßstellen zusammen
auf einen einzigen Regler führen.
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Der neue Regler wird dadurch besonders einfach, claß die Wirkdrücke
0 pL und A pee geteilt werden. Die 'Minusdrücke werden auf die beiden
Seiten einer mit einem Steuerventil verbundenen Membran geleitet. während die Plusdrücke
in einer vor dem Regler angeordneten Schwimmerkammer kurzgeschlossen werden. Bei
der Ausbildung des Venturiteiles des Vergasers ist es wichtig, daß bei voll geöffneter
Drossel der freie Drosselquerschnitt kleiner ist als der engste Querschnitt der
LuftmeB-stelle. Der engste. Querschnitt des Vergasers bei ganz offener Drossel muß
mindestens so groß sein, daß der Druckabfall vom Lufttrichter his zur Drosselstelle
größer ist als der Druckverlust des Brennstoffes von der Stelle hinter der Brennstoffmeßdüse
bis zum Austritt aus der Spritzdüse, die Austrittsverluste mitgerechnet.
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Ein Ausführungsbeispiel des neuen Vergasers ist in der Fig. i schematisch
dargestellt. Die Luft tritt durch den Luftansaugstutzen i und gelangt durch den
Lufttrichter 2 zu der Drossel- und Gemischbildungsstelle 3. Für die Leistungsbegrenzung
dient der Drosselschieber 4, der beliebig geformt sein kann. Die Betätigung des
Schiebers geschieht durch ein hier nicht näher gezeichnetes und beschriebenes Gestänge.
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Der Brennstoff gelangt aus dem nicht gezeichneten Brennstoffibehälter
durch die Öffnung 5 über die Drosselnadel 7 in die Schwimmerkammer 6 bekannter Ausführung,
von dort zur Hauptbrennstoffdüse 8, über die Drosselnadel des Reglers 9 in das 1llischrohr
io zur Spritzdüse i i. Bei 'kleiner Teillast und bei Leerlauf schließt sich der
Regler automatisch, gegebenenfalls unter der Wirkung der kleinen Zusatzfeder 12,
die gleichzeitig ein wertvolles Mittel zur Beeinflussung der Reglercharakteristik
darstellt. In diesem Falle tritt der Brennstoff durch -die Leerlaufdüse i3 aus,
die notfalls noch durch eine Nadel 14 gesteuert werden kann. Die Zerstäubung im
Spritzrohr kann wirkungsvoll durch Zusatzluft, die durch die Düse 15 eintritt, verbessert
werden oder durch Drallvorrichtungen am Brennstoffaustritt, ohne daß die Regelung
dadurch ibeeinflußt wird. , Der Minusdruck an der Brennstoffdüse wird durch die
Leitung 16, der Minusdruck an der Luftdüse durch die Leitung 17 in die Membranikammern
18 und i9 geleitet. Die Plusdrücke werden über die Leitung 2o kurzgeschlossen. Die
Wirkung des Reglers ist wie folgt: Steigt beim Öffnen des Drosselschiebers der Luftdurchsatz,
so bewirkt der größer werdende Minusdruck eine Bewegung des Brennstoffventils im
Öffnungssinne. Dadurch steigt der Brennstoffdurchsatz so lange, bis der Druck hinter
der Brennstoffdüse genau so groß ist wie der Druck im Lufttrichter, so daß der Regler
wieder im Gleichgewicht ist.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel, hei dem von einem einzigen Regler
mehrere Gemischhildungsstellen versorgt werden, zeigt die Fig. 2. In dieser Fig.2
ist 21 die Schwimmerkammer und 22 .der Brennstoffregler, der durch die Leitung 23
an den Minusdruck der Brennstoffmeßdüse 24 angeschlossen ist, während der Minusdruck
der Luftmeßdüse 25 über die Verbindungsleitung 26 und die Sammelleitung 27 ebenfalls
an dem Regler liegt. In der Leitung 27 ist also der Mitteldruck aus den Messungen
in den Lufttrichtern 25 geführt, so claß sich auch an der gemeinsamen Brennstoffmeßdüse
ein
Mitteldruck einstellt. Durch Leitung 28 ist der Plusdruck der Luftmeßdüse 25 an
die Schwimmerkammer geführt. Auch hier können, genau wie hei den Minusdrücken der
LuftmeP-düsen, die beiden Drücke zu einem IMittehvert zusammengezogen werden. In
der Brennstoffleitung ist weiter die gemeinsame Zerstäuberluftdüse 29 vorgesehen.
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Der Brennstoff gelangt über den Zulaufstutzen 30 in die Schwimmerkammer
21, über die Hauptmeßdüse 2.4 zum Regler 22. :Fach dem Durchgang durch das Regelventil
gelangt der Brennstoff in die Sammelleitung 31 und von dort zu den beliebig zahlreichen
Spritzdüsen mit den Gemischbildungs- und I@ros:elstellen 32 und 33. Die Drosselschieber
32 sind über ein nicht dargestelltes Gestänge miteinander verbunden und werden von
einem gemeinsamen IIebel@ aus betätigt.
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Diese Anordnung gestatt;t die Versorgung beliebig vieler Ansaugstutzen
in der Saugleitung eines Motors mit der gleichen Gemischqualität, und ist durch
die Anwendung nur eines Reglers und nur eines Schwimmergehäuses besonders einfach.