WO1989012163A1 - Device for improving the mixture in internal combustion engines - Google Patents

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WO1989012163A1
WO1989012163A1 PCT/CH1989/000068 CH8900068W WO8912163A1 WO 1989012163 A1 WO1989012163 A1 WO 1989012163A1 CH 8900068 W CH8900068 W CH 8900068W WO 8912163 A1 WO8912163 A1 WO 8912163A1
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WO
WIPO (PCT)
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rotor
fuel
improvement device
mixture
core cavity
Prior art date
Application number
PCT/CH1989/000068
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Bless
Roland Bucher
Original Assignee
Nova-Werke Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nova-Werke Ag filed Critical Nova-Werke Ag
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Priority to DE8989903674T priority patent/DE58902380D1/de
Priority to AT89903674T priority patent/ATE81190T1/de
Publication of WO1989012163A1 publication Critical patent/WO1989012163A1/de
Priority to KR1019900700184A priority patent/KR900702222A/ko

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/06—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by the pressurisation of the fuel being caused by centrifugal force acting on the fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M17/00—Carburettors having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of preceding main groups F02M1/00 - F02M15/00
    • F02M17/16—Carburettors having continuously-rotating bodies, e.g. surface carburettors

Definitions

  • the invention relates to a mixture improvement device for internal combustion engines with central injection, an impeller which is arranged in the intake pipe and rotated by the intake air flow and which drives a rotor with an injection device for the fuel and is connected to the latter, and one in one Cavity of the rotor led fuel supply.
  • Fuel can be supplied under pressure.
  • the injection valve is equipped with a nozzle, and the fuel is injected via this into the intake air flow.
  • a known throttle valve for regulating the air or mixture flow is located below the injection valve.
  • the fuel is supplied to the injection valve by a fuel pump, the delivery rate of this pump being determined by a control system.
  • the air flow meter serves as a sensor for the control.
  • Injection nozzles for pulsating or air-jacketed systems are technically complex to construct and manufacture and are correspondingly expensive.
  • the injection valves and nozzles known today are unable to ensure optimum mixing of the fuel with the air stream.
  • the droplet size of the injected fuel is distributed over a wide spectrum, which, in addition to the poor mixture formation, promotes the risk of fuel precipitation on the components of the mixture generator. This results in the known difficulties, such as increasing fuel consumption and pollutants in the exhaust gases.
  • a mixture improvement device is known from US Pat. No. 4,044,081, in which an injection valve is combined with a rotor atomizer.
  • an impeller is attached in the intake pipe, in the direction of flow of the intake air flow in front of the throttle valve. ordered, which is connected to a rotor and drives it. The air flow flowing through the intake pipe sets the impeller and thus the rotor in rotation.
  • An air line for hot air and a pressure line for fuel are inserted into the rotor.
  • one or more swirl chambers are arranged in the interior of the rotor, in which the hot air is to be thoroughly mixed with the injected fuel.
  • Nozzle bores are arranged in the peripheral areas of the swirl chamber, which allow the fuel-air mixture to drain in the direction of the intake air flow.
  • the outflow of the fuel-air mixture through the nozzle bores is promoted by the centrifugal action of the rotating rotor, additional baffles being arranged in the intake pipe in order to improve the mixing of fuel and air.
  • the arrangement of the additional mixture improvement devices in the intake pipe makes it clear that the same difficulties also occur with this device as with the known injection valves without additional rotating mixture improvers.
  • the mixture formation in the vortex chamber and also the outflow via the nozzle channels are difficult to control and an optimal mixture formation can hardly be achieved.
  • the design of the device is complex and hinders the air flow in the intake pipe.
  • Another carburetor for internal combustion engines with a rotating atomizer is known from German Offenlegungsschrift No. 2 133 134.
  • An atomizer pot is mechanically rotated from the outside. In the center of the atomizer pot there is an inflow opening for fuel and an insert body with a regulating needle.
  • An annular suction channel is formed between the inner wall of the atomizer pot and the insert body, from which the fuel is sucked into the air flow.
  • the metering of the fuel is difficult and very difficult inaccurate.
  • the additional mechanical rotary drive is complex and prone to failure.
  • This device is intended for a suction gasifier and is not suitable for mixture devices with an injection pump and injection nozzle. The 5 mixture quality is insufficient, in particular for the operation of lean-burn engines.
  • the device should have a simple structure and allow the use of simple injection nozzles.
  • the mixture formation for the various operating states is to be simplified, the operation of the internal combustion engine as a lean engine is to be made possible and the pollutants in the exhaust gas are reduced.
  • the 2.0 rotor consists of a jacket body with a free core cavity and a slinger, which directly adjoins the end of the free core cavity in the direction of flow of the intake air flow, the jacket surface of the free core cavity in the direction of the flow of the Intake air stream 25 diverges, the core cavity of the jacket body is at least partially closed against the direction of flow of the intake air stream, the fuel supply line at the closed end of the core cavity is introduced into the jacket body and connected to an injection nozzle, this injection nozzle in the area the longitudinal axis of the free core cavity is arranged and the spray jets are directed against the diverging lateral surface of the core cavity.
  • the fuel droplets thrown into the intake air stream are smaller than 10 micrometers and all of approximately the same size. Such small droplets of fuel mix completely with the intake air and are entrained by it without being able to settle on the wall of the intake pipe. The result is a mixture quality that has not been achieved before. If the end of the jacket body flowed against by the intake air flow is completely closed, the fuel film is conveyed to the other end only as a result of the diverging jacket surfaces. The conveying movement can additionally be supported by arranging air inlet openings at the closed end of the jacket body.
  • the core cavity is closed off at the widened end by a plate which is transverse to the rotor axis and an annular passage extending parallel to the shell surface of the core cavity is arranged between this plate and the jacket body.
  • the turbulence of the air flow occurring in the intake pipe can also have an effect on the core cavity in the jacket body.
  • the plate arranged at the widened end of the core cavity prevents such disturbances and facilitates the formation of the fuel film on the outer surface of the core cavity. The unhindered flow of the fuel film in the direction of the enlarged end of the core cavity is made possible by the annular passage.
  • a further improvement with regard to the formation of a uniform fuel film on the lateral surface of the core cavity is achieved in that an annular channel extending around the entire circumference of the core cavity is arranged on the inner wall of the jacket body and in front of the slinger.
  • This ring channel has a rectangular cross section and is worked into the inner wall of the jacket body.
  • the ring channel is formed by a local narrowing of the inner diameter of the core cavity. A thicker liquid film is formed in the area of this ring channel, and the subsequent narrowing of the core cavity forms a higher flow resistance. Before the fuel film can overcome this resistance, it is distributed completely uniformly over the entire circumference of the
  • Ring channel only then continues to flow in the direction of the expanded end of the core cavity.
  • the continuation of the core cavity in the area of the centrifuge ring is widened conically from the inside to the outside, and the cone surface created in the area of intersection with the outer surface of the centrifugal ring forms an annular spraying edge.
  • the design of this conical lateral surface allows the mixture improvement device to be adapted in a simple manner to different configurations of the intake manifold and the air flow.
  • a preferred embodiment is characterized in that an annular undercut is formed on the outer surface of the centrifugal ring and this runs out into the annular spraying edge. This backlash prevents fuel from being able to feed back against the direction of flow of the intake air flow along the outer surface of the centrifugal ring.
  • the outlet openings of the injection nozzle are designed in such a way that the emerging fuel jets completely meet the outer surface of the core cavity in the rotor. This can be accomplished with simple and inexpensive nozzles, both low and high pressure systems being able to be used.
  • the injection valves which inject the fuel directly into the air stream, less stringent requirements must be placed on the uniformity of the fuel jets and the droplet size. The exact size of the droplet size and the intensive mixing with the intake air flow only take place after the liquid film according to the invention has been formed from the spray jets and spun off.
  • the device according to the invention enables the rotor to be supported on the closed or open end of the casing body, or else it can be supported on both sides.
  • the rotor In the case of storage at the upper end of the casing body, ie at the end which is flown by the air flow, no further installation parts in the intake pipe are necessary after the spraying edge on the centrifugal ring. This further reduces the risk of fuel being deposited on components.
  • the thrown off fuel droplets may be deposited on the wall of the intake pipe. It is therefore advantageous to equip the rotor at the lower end with at least one additional baffle ring and / or to arrange at least one baffle ring firmly in the intake pipe, in the flow direction below the rotor.
  • These baffle rings in a single arrangement, bring about additional atomization of the impacting fuel droplets and prevent the deposition of fuel on the intake pipe.
  • multiple arrangements of the impact rings result in optimal solutions.
  • the speed of the impeller is directly proportional to the amount of air drawn in.
  • the linear dependence of the speed of the impeller on the amount of air enables easy control of the mixture formation.
  • This control is characterized in that the device has a measuring point for determining the speed of the rotor, this measuring point is connected to a fuel pump via a control unit and the control unit forms the control device for the fuel quantity with the fuel pump.
  • the control device is additionally equipped with sensors for measuring the density and the temperature of the intake air. The control used corresponds to the known controls which are already used for fuel injection systems.
  • the device according to the invention does not require an additional air volume meter, since the air volume can be determined on the basis of the speed of the existing impeller.
  • all known additional controls can be combined with the inventive device or control.
  • the control unit is set to a constant ratio of the air quantity to the fuel quantity over the entire speed range of the internal combustion engine.
  • the desired change in the fuel / air mixture ratio is achieved by supplying additional air.
  • inlet openings for additional air are arranged on the intake pipe in the flow direction of the intake air flow after the centrifugal ring. This additional air is taken either from the fresh air filter or the exhaust duct after the internal combustion engine.
  • the control of the additional air quantity also takes place via the known control unit mentioned, this control being considerably simpler than that of other known systems necessary change in the fuel pump delivery rate.
  • FIG. 1 shows a section in a schematic representation through a mixture improvement device with a rotor mounted on the upper end of the casing body
  • FIG. 2 shows a section in a schematic representation through a mixture improvement device with a rotor mounted on the lower open end of the casing body
  • FIG. 3 shows a section through the end of the casing body and a slinger in a special embodiment
  • FIG. 4 shows a partial section from the intake pipe in a schematic representation with a mixture improvement device, throttle valve and a downstream auxiliary air supply .
  • a rotor 4 is arranged in the intake pipe forms an impeller with blades 2 and 3.
  • the rotor 4 further consists of a casing body 5, which encloses a core cavity 6.
  • the jacket body 5 is closed at one end 10 and open at the other end 11.
  • the closed end 10 of the jacket body 5 is directed against the flow direction of the intake air flow represented by the arrows 30.
  • a fuel feed line 8 and a nozzle holder 26 are inserted into the region of the core cavity 6 of the rotor 4 through the closed end 10.
  • a gap or labyrinth seal 27 is arranged in the area of the bushing. This arrangement prevents intake air from entering the core cavity 6 in an uncontrolled manner.
  • the nozzle holder 26 is supported by radial struts 17, 18 on the intake pipe 1 and fixed in its position. Arranged on the nozzle holder 26 in the further bearing 15, 16, on which the jacket body 5, or the rotor 4, is supported and supported. At the end of the nozzle holder 26 there is an injection nozzle 9, which is connected to the fuel feed line 8. This injection nozzle 9 is designed such that fuel jets 24, 25 are formed which are directed onto the inner wall. 20 of the sheath body 5 strike. This inner wall 20 of the jacket body 5 is identical to the jacket surface 20 of the core cavity 6. The jacket surface 20 of the core cavity 6 diverges in the flow direction 30, 31 of the intake air stream, ie the core cavity 6 has a narrow end 12 and a widened end 13.
  • the injection nozzle 9 is arranged in the region of the narrow part 12 of the core cavity 6.
  • the widened end 13 of the core cavity 6 forms part of the open end 11 of the jacket body 5.
  • At the open end 11 of the jacket body 5 there is a sling ring 14 which connects to the jacket body 5 in one piece.
  • the widened end 13 of the core cavity 6 is additionally widened in a cone shape from the inside to the outside, as a result of which a conical surface 21 is formed.
  • This conical surface 21 intersects the outer surface 22 of the slinger and forms There is an annular spraying edge 23.
  • an annular channel 19 is worked into the inner wall 20 of the casing body 5, which extends around the entire circumference of the core cavity 6.
  • a measuring probe 28 is arranged on the intake pipe 1 in the area of the wings 2, 3, by means of which the speed of rotation of the rotor 4 is determined.
  • the signals determined on the measuring probe 28 are fed via a line 29 to a control device (not shown).
  • a control device (not shown).
  • this control unit regulates the delivery capacity of a fuel pump, also not shown, which delivers fuel under pressure into the injection nozzle 9 via the fuel feed line 8.
  • a known throttle valve is located in the intake pipe 1 in the direction of flow of the intake air flow after the rotor 4. This is shown in Figure 4.
  • a negative pressure is created in the intake manifold 1, which causes an intake air flow in the direction of the arrows 30, 31 when the throttle valve is open.
  • This intake air flow flows through the impeller with the vanes 2, 3 and sets it in rotation.
  • the angle of attack and the shape of the blades 2, 3 are chosen so that the speed of the rotor 4 and the amount of intake air are directly proportional or linear.
  • fuel is injected onto the inner wall 20 of the casing body 5 via the injection nozzle 9.
  • the rotor 4 rotates depending on the amount of air at a speed of up to 100,000 revolutions per minute. As a result of this rapid rotation, the fuel is distributed uniformly along the circumference of the inner wall 20 and forms a uniform fuel film. This fuel film flows from the narrow end 12 of the core hollow space 6 against the enlarged end 13. This flow is caused by the diverging outer surface or inner wall 20 and the rotation of the shell body 5. Fuel accumulates in the area of the ring channel 19 until it is filled. Afterwards, the fuel film continues to form thin and uniformly and reaches the area of the cone jacket surface 21. This conical widening in the area of the slinger 14 additionally dilutes the fuel film so that it drops into droplets when the spraying edge 23 is reached resolves which are smaller than 10 microns.
  • the droplets of fuel thrown off are all practically of the same size, mix intensively with the intake air flow and the fuel / air mixture formed flows in the direction of arrows 31 against the internal combustion engine.
  • the amount of fuel injected at the injector 9 is regulated as a function of the speed of the rotor 4 and the throttle valve position by means of the control unit and the fuel pump.
  • further probes for example for measuring the density and the temperature of the intake air, can be linked to the control unit in a known manner.
  • the control range of this mixture formation device extends over a range of lambda values from 0.9 to 1.6.
  • FIG. 2 shows essentially the same mixture improvement or mixing device as in FIG. 1.
  • the rotor 4 is mounted on the open end 11 of the casing body 5.
  • a plate 32 is arranged at the enlarged end 13 of the core cavity 6, which is provided with a bearing pin 34.
  • Two bearings 15, 16 are arranged on the bearing journal 34, which in turn are supported in the bearing 36.
  • Struts 37, 38 connect the bearing 36 to the intake pipe 1 and hold the rotor 4 in the desired position.
  • annular passage 33 running parallel to the jacket surface 20.
  • the casing body 5 is supported on the plate 32 by means of several struts.
  • the purpose of the plate 32 is to protect the core cavity 6 from disturbances caused by the intake air flow, for example vortex formation below the rotor.
  • one or more air channels 35 are arranged in the area of the passage of the nozzle holder 26 through the closed end 10 of the jacket body 5, which allow intake air to enter the core cavity 6.
  • the air flowing into the core cavity 6 through the channels 35 supports the fuel flow along the inner wall 20 and additionally dampens the disturbances mentioned above, for example as a result of eddy formation.
  • the solution shown in FIG. 2 enables the injection nozzle 9 to be easily installed and removed without the rotor 4 also having to be removed. Otherwise, this embodiment has the same advantages and properties, and the mixture is formed in the same way.
  • an additional impact ring 60 is arranged in the area of the lower end of the rotor 4.
  • This impact ring 60 is fixedly connected via struts 61 to the open end 11 of the casing body 5 and rotates with it.
  • the baffle ring 60 is arranged in such a way that the droplets thrown off by the spraying edge 23 hit the inner surface of the baffle ring 60.
  • the droplets which strike at very high speed are additionally atomized and entrained by the air stream.
  • FIG. 3 shows a special embodiment of the centrifuge ring 14, in which the backfeeding of fuel along the outer wall 40 of the jacket body 5 is prevented.
  • an undercut 41 is arranged on the outer surface of the centrifugal ring 14, which runs out into the annular spraying edge 23.
  • the core cavity 6 in the region of the centrifugal ring 14 is expanded conically from the inside to the outside and forms a conical lateral surface 21.
  • the arrangement of the undercut 41 and the sharp spraying edge 23 prevent fuel from flowing back in any case and promote the tearing off of the fuel film at the edge 23 through the air flow in the finest droplet form.
  • FIG. 3 shows a further possibility for designing an annular channel 42.
  • the inner diameter of the core cavity 6 is narrowed locally, as a result of which a constriction 43 is formed. This creates behind it a pocket-shaped ring channel 42, in which a thicker fuel film is formed than on the other areas of the inner wall 20. This thicker fuel film enables, on the one hand, an equalization of the film over the entire circumference of the inner wall 20 and an equal more massive flow of the fuel film in the direction of the spraying edge 23.
  • FIG. 4 shows a complete mixture formation device in a simplified version.
  • the rotor 4 with the casing body 5 and the vanes 2, 3 is arranged in the intake pipe 1.
  • the fuel is fed into the core cavity 6 of the jacket body 5 via the injection nozzle 9, the nozzle holder 26 and the fuel feed line 8.
  • the rotor 4 is supported in the bearing 36 by means of the bearing pin 34 via the bearings 15, 16.
  • a throttle valve 45 which is connected to an actuating device 46.
  • an inlet opening 47 in the form of an annular gap is arranged in the intake pipe 1, which is surrounded by an annular air channel 48.
  • This annular gap 47 forms an inlet opening for additional air which can be sucked into the intake pipe 1 from the ring channel 48.
  • the ring duct 48 is connected to an air supply line 49 which leads additional air from the fresh air filter or hot exhaust gases from the exhaust duct to the ring duct 48.
  • this air supply line 49 there is also a throttle valve 50, which is connected to an actuating device 51, 52.
  • Connecting lines 54, 55 and 29 lead from an electronic control device 53 to the corresponding actuating devices or sensors.
  • the line 29 connects the control device 53 to the sensor 28 for measuring the speed of the rotor 4.
  • the connecting line 54 controls the fuel pump and contains further supply and discharge lines for additional control and measuring elements.
  • the connecting line 55 serves to control the actuators 51, 52 or the throttle valve 50 in the air supply line 49.
  • the fuel injector 9 is always supplied with so much fuel that a mixture with a lambda number of 0.9, ie a rich mixture, is formed. This ratio is over the entire range of air volume change, or

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Description

Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Gemisch-Verbesserungs-Vorrich¬ tung für Brennkraftmaschinen mit Zentraleinspritzung, einem im Ansaugrohr angeordneten und vom Ansaugluftstrom in Rota¬ tion versetzten Flügelrad, welches einen Rotor mit einer Einspritzvorrichtung für den Kraftstoff antreibt und mit diesem verbunden ist, sowie einer in einen Hohlraum des Rotor geführten KraftstoffZuleitung.
Bei der Gemisch-Aufbereitung und der Kraftstoffzumessung für Brennkraftmaschinen werden sowohl an Vergaser als auch an Einspritzanlagen im Hinblick auf den Schadstoffgehalt der Abgase sehr hohe Anforderungen gestellt. Bekanntlich sind hohe Schadstoffanteile in den Abgasen vor allem auf eine ungenügende Gemischqualität, d.h. Vermischung von Kraftstoff und Verbrennungsluft zurückzuführen. Zur Errei¬ chung einer guten Gemischqualität sind eine optimale Vermi¬ schung von Kraftstoff und Ansaugluft, eine homogene Vertei¬ lung des Kraftstoffes im Luftstrom und eine homogene Tröpf- chengrösse besonders wichtig. Insbesondere bei Magermotor- konzepten, wo mit hohem Luftüberschuss gearbeitet wird, er¬ langen diese Faktoren noch grössere Wichtigkeit.
Bekannte Mittel zur Erlangung einer guten Gemischqualität sind Zentraleinspritzeinlagen, wie sie im Kraftfahrttech- nischen Taschenbuch, 19. Auflage, VDI-Verlag GmbH, Düssel¬ dorf, auf den Seiten 374 und 375 beschrieben sind. Bei die¬ sen Einrichtungen ist zwischen Luftfilter und Gemischbild- ner ein Luftmengenmesser eingebaut. Bei diesem Luftmengen- messer kann es sich um eine Einrichtung mit einer Stauklap¬ pe, einem Hitzdraht oder einer Ultraschallmessstrecke han¬ deln. Nach dem Durchströmen des Luftmengenmessers wird die Ansaugluft zur Gemischbildungsstelle geführt. Hier ist im Ansaugrohr ein Einspritzventil angeordnet, welchem der
Kraftstoff unter Druck zugeführt werden. Das Einspritzven¬ til ist mit einer Düse ausgestattet, und der Kraftstoff wird über diese in den Ansaugluftstrom gespritzt. In Strö¬ mungsrichtung des Ansaugluftstromes befindet sich unterhalb des Einspritzventils eine bekannte Drosselklappe zur Rege¬ lung des Luft- bzw. Gemischstromes. Die Zuführung des Kraftstoffes zum Einspritzventil erfolgt durch eine Kraft¬ stoffpumpe, wobei die Fδrdermenge dieser Pumpe durch eine Steuerung bestimmt wird. Als Sensor für die Steuerung dient der Luftmengenmesser.
Zur Verbesserung der Gemischqualität werden zusätzlich zu den Einspritzventilen teilweise noch Drallschaufeln, Ultra¬ schallschwinger, pulsierende Systeme und andere Vorrichtun- gen angewendet. Einspritzdüsen für pulsierende oder luftum¬ mantelte Systeme sind technisch aufwendig in der Konstruk¬ tion und Herstellung und entsprechend teuer. Die heute be¬ kannten Einspritzventile und -düsen sind nicht in der Lage, eine optimale Durchmischung des Kraftstoffes mit dem Luft- ström zu gewährleisten. Zudem ist die Tropfchengrösse des eingespritzten Kraftstoffes über ein weites Spektrum ver¬ teilt, was zusätzlich zur schlechten Gemischbildung die Gefahr des Kraftstoffniederschlages an den Bauteilen des Gemischbilders fördert. Daraus resultieren die bekannten Schwierigkeiten, wie Erhöhung des Kraftstoffverbrauches und der Schadstoffe in den Abgasen.
Aus der US-PS Nr. 4 044 081 ist eine Gemisch-Verbesserungs- Vorrichtung bekannt, bei welcher ein Einspritzventil mit einem Rotorzerstäuber kombiniert wird. Bei dieser Einrich¬ tung ist im Ansaugrohr, und zwar in Strömungsrichtung des Ansaugluftstromes vor der Drosselklappe ein Flügelrad an- geordnet, welches mit einem Rotor verbunden ist und diesen antreibt. Der durch das Ansaugrohr strömende Luftstrom setzt das Flügelrad und damit den Rotor in Rotation. In den Rotor ist eine Luftleitung für Heissluft sowie eine Druck- leitung für Kraftstoff eingeführt. Im Bereich, wo die bei¬ den Leitungen in den Rotor münden, sind im Innern des Ro¬ tors eine oder mehrere Wirbelkammern angeordnet, in welchen eine intensive Durchmischung der Heissluft mit dem einge¬ spritzten Brennstoff erfolgen soll. In den peripheren Be- reichen der Wirbelkammer sind Düsenbohrungen angeordnet, welche einen Abfluss des Kraftstoffluftgemisches in Rich¬ tung des Ansaugluftstromes ermöglichen. Das Abströmen des Kraftstoffluftgemisches durch die Düsenbohrungen wird durch die Zentrifugalwirkung des rotierenden Rotors gefördert, wobei im Ansaugrohr noch zusätzliche Schikanen angeordnet sind, um eine Verbesserung der Durchmischung von Kraftstoff und Luft zu erreichen. Die Anordnung der zusätzlichen Ge¬ misch-Verbesserungs-Vorrichtungen im Ansaugrohr macht deut¬ lich, dass auch bei dieser Einrichtung die gleichen Schwie- rigkeiten auftreten, wie bei den bekannten Einspritzventi¬ len ohne zusätzlichen rotierenden Gemisch-Verbesserer. Die Gemischbildung im Wirbelraum und auch die Abströmung über die Düsenkanäle ist nur schwer kontrollierbar und eine op¬ timale Gemischbildung kaum erreichbar. Die konstruktive Ausgestaltung der Einrichtung ist aufwendig und behindert den Luftstrom im Ansaugrohr.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2 133 134 ist ein weiterer Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einem rotie- renden Zerstäuber bekannt. Ein Zerstäubertopf wird von aus- sen mechanisch in Rotation versetzt. Im Zentrum des Zer¬ stäubertopfes befindet sich eine Zuflussöffnung für Kraft¬ stoff und ein Einsatzkörper mit einer Reguliernadel. Zwi¬ schen der Innenwand des Zerstäubertopfes und dem Einsatz- körper ist ein ringförmiger Saugkanal gebildet, aus wel¬ chem der Kraftstoff in den Luftstrom gesaugt wird. Die Zumessung des Kraftstoffes ist hierbei schwierig und sehr ungenau. Der zusätzliche mechanische Drehantrieb ist auf¬ wendig und störungsanfällig. Diese Einrichtung ist für einen Saugvergaser bestimmt und für Gemisch-Vorrichtungen mit Einspritzpumpe und Einspritzdüse nicht geeignet. Die 5 Gemischqualität ist insbesondere für den Betrieb von Mager¬ motoren ungenügend.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Gemisch-Verbesserungs-Vor- 0 richtung zu schaffen, welche eine optimale Gemischbildung mit feinen Tröpfchen und einer homogenen Tröpfchengrösse gewährleistet. Die Einrichtung soll einen einfachen Aufbau aufweisen und den Einsatz von einfachen Einspritzdüsen er¬ möglichen. Zusätzlich soll die Gemischbildung für die ver- 5 schiedenen Betriebszustände vereinfacht, der Betrieb der Brennkraftmaschine als Magermotor ermöglicht und eine Re¬ duktion der Schadstoffe im Abgas erreicht werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der 2.0 Rotor aus einem Mantelkörper mit einem freien Kernhohlraum und einem Schleuderring, welcher in Strδmungsrichtung des Ansaugluftstromes direkt an das Ende des freien Kernhohl¬ raumes anschliesst, besteht, die Mantelfläche des freien Kernhohlraumes in Richtung der Strömung des Ansaugluft- 25 Stromes divergiert, der Kernhohlraum des Mantelkörpers ent¬ gegen der Strömungsrichtung des Ans ugluftstromes minde¬ stens teilweise abgeschlossen ist, die Kraftstoffzuleitung am geschlossenen Ende des Kernhohlraumes in den Mantelkör¬ per eingeführt und mit einer Einspritzdüse verbunden ist, 30 diese Einspritzdüse im Bereiche der Längsachse des freien Kernhohlraumes angeordnet ist und die Sprühstrahlen gegen die divergierende Mantelfläche des Kernhohlraumes gerichtet sind.
35 Der über die Einspritzdüse in den Kernhohlraum eingespritz¬ te Kraftstoff verteilt sich infolge der Zentrifugalwirkung des rotierenden Mantelkörpers über die Mantelfläche des Kernhohlraumes. Infolge der in Strömungsrichtung des An¬ saugluftstromes divergierenden Mantelfläche wird der Kraft- stoffilm in Richtung des erweiterten Endes des Kernhohlrau¬ mes getrieben. Der Kraftstoffilm auf der Mantelfläche dehnt sich weiter aus und wird immer dünner, bis er am erweiter¬ ten Ende des Kernhohlraumes das offene Ende des Mantelkör¬ pers und damit den Schleuderring erreicht. Hier fliesst der Kraftstoffilm an die Peripherie des Schleuderringes und wird durch die Zentrifugalkräfte vom Schleuderring abgeris- sen und in feinste Tröpfchen aufgelöst. Die in den Ansaug¬ luftstrom abgeschleuderten Kraftstofftröpfchen sind kleiner als 10 Mikrometer und alle von etwa gleicher Grosse. Derart kleine Kraftstofftröpfchen vermischen sich vollständig mit der Ansaugluft und werden von dieser mitgerissen, ohne dass sie sich an der Wandung des Ansaugrohres absetzen können. Es entsteht eine bisher nicht erreichte Gemischqualität. Ist das vom Ansaugluftstrom angeströmte Ende des Mantel¬ körpers vollständig geschlossen, so wird der Kraftstoffilm nur infolge der divergierenden Mantelflächen zum anderen Ende gefördert. Die Förderbewegung kann zusätzlich unter¬ stützt werden, indem am geschlossenen Ende des Mantelkör¬ pers Lufteintrittsöffnungen angeordnet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Kernhohl- räum am erweiterten Ende durch eine quer zur Rotorachse stehende Platte abgeschlossen und zwischen dieser Platte und dem Mantelkörper ein ringförmiger parallel zur Mantel¬ fläche des Kernhohlraumes verlaufender Durchlass angeord¬ net. Die im Ansaugrohr auftretenden Turbulenzen des Luft- Stromes können sich auch auf den Kernhohlraum im Mantelkör¬ per auswirken. Die am erweiterten Ende des Kernhohlraumes angeordnete Platte verhindert derartige Störungen und er¬ leichtert die Ausbildung des Kraftstoffilmes an der Mantel¬ fläche des Kernhohlraumes. Der ungehinderte Fluss des Kraftstoffilmes in Richtung des erweiterten Endes des Kern¬ hohlraumes wird durch den ringförmigen Durchlass ermög¬ licht. Eine weitere Verbesserung bezüglich der Ausbildung eines gleichmässigen Kraftstoffilmes an der Mantelfläche des Kernhohlraumes wird dadurch erreicht, dass an der Innenwand des Mantelkörpers und vor dem Schleuderring ein sich um den ganzen Umfang des Kernhohlraumes erstreckender Ringkanal angeordnet ist. Dieser Ringkanal weist einen rechteckförmi- gen Querschnitt auf und ist in die Innenwand des Mantelkör¬ pers eingearbeitet. In einer anderen bevorzugten Ausfüh- rungsform ist der Ringkanal durch eine lokale Verengung des Innendurchmessers des Kernhohlraumes gebildet. Im Bereiche dieses Ringkanales wird ein dickerer Flüssigkeitsfilm ge¬ bildet, und die nachfolgende Verengung des Kernhohlraumes bildet einen höheren Fliesswiderstand. Bevor der Kraft¬ stoffilm diesen Widerstand überwinden kann, verteilt er sich vollständig gleichmässig über den ganzen Umfang des
Ringkanales und strömt erst dann weiter in Richtung des er¬ weiterten Endes des Kernhohlraumes.
Zur weiteren Verdünnung des Flüssigkeitsfilms und damit der Reduktion der Tropfchengrösse ist die Fortsetzung des Kern¬ hohlraumes im Bereiche des Schleuderringes von innen nach aussen kegelförmig erweitert, und die entstandene Kegelman¬ telfläche bildet im Schnittbereich mit der Aussenflache des Schleuderringes eine ringförmige Abspritzkante. Die Gestal- tung dieser Kegelmantelfläche lässt in einfacher Weise die Anpassung der Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung an ver¬ schiedene Ausgestaltungen des Saugrohres und des Luft¬ stromes zu. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenfläche des Schleuder- ringes eine ringförmige Hinterstechung ausgebildet ist und diese in die ringförmige Abspritzkante ausläuft. Durch diese Hinterstechung wird verhindert, dass Kraftstoff ent¬ gegen der Strδmungsrichtung des Ansaugluftstromes entlang der Aussenfläche des Schleuderringes zurückfHessen kann. Andernfalls könnten sich an der Aussenfläche des Rotors unerwünschte Niederschläge von Kraftstoff bilden, welche die optimale Gemischbildung stören. In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Aus¬ trittsöffnungen der Einspritzdüse so ausgebildet, dass die austretenden Kraftstoffstrahlen vollständig an die Mantel¬ fläche des Kernhohlraumes im Rotor treffen. Dies lässt sich mit einfachen und billigen Düsen bewerkstelligen, wobei so¬ wohl Nieder- als auch Hochdrucksysteme zur Anwendung gelan¬ gen können. Im Gegensatz zu den Einspritzventilen, welche den Kraftstoff direkt in den Luftstrom einspritzen, müssen hier weniger hohe Anforderungen an die Gleichförmigkeit der Kraftstoffstrahlen und die Tropfchengrδsse gestellt werden. Die genaue Bemessung der Tröpfchengrösse und die intensive Vermischung mit dem Ansaugluftstrom erfolgt erst, nachdem aus den Sprühstrahlen der erfindungsgemässe Flüssigkeits¬ film gebildet und abgeschleudert wurde. Die erfindungsge- mässe Vorrichtung ermöglicht die Lagerung des Rotors am ge¬ schlossenen oder am offenen Ende des Mantelkörpers oder auch eine beidseitige Lagerung. Bei der Lagerung am oberen Ende des Mantelkörpers, d.h. an dem Ende, welches vom Luft¬ strom angeströmt wird, sind nach der Abspritzkante am Schleuderring keine weiteren Einbauteile im Ansaugrohr mehr notwendig. Dadurch verringert sich die Gefahr der Absetzung von Kraftstoff an Bauteilen noch zusätzlich.
Bei Betrieb der Vorrichtung in Grenzbereichen können sich die abgeschleuderten Kraftstofftröpfchen eventuell an der Wandung des Ansaugrohres ablagern. Es ist deshalb vorteil¬ haft, den Rotor am unteren Ende mit mindestens einem zu¬ sätzlichen Prallring auszustatten, und/oder im Ansaugrohr, in Strömungsrichtung unterhalb des Rotors mindestens einen Prallring fest anzuordnen. Diese Prallringe bewirken be¬ reits in Einzelanordnung eine zusätzliche Zerstäubung der aufschlagenden Kraftstofftröpfchen und verhindern die Ab¬ lagerung von Kraftstoff am Ansaugrohr. Für bestimmte Aus¬ gestaltungen der Vorrichtung und Drehzahlbereiche ergeben Mehrfachanordnungen der Prallringe optimale Lösungen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Dreh¬ zahl des Flügelrades direkt proportional zur angesaugten Luftmenge. Dies wird dadurch erreicht, dass Stellung und Form der einzelnen Flügel auf die Form des Ansaugrohres und den Geschwindigkeitsbereich des Ansaugluftstromes in be¬ kannter Weise abgestimmt werden. Die lineare Abhängigkeit der Drehzahl des Flügelrades von der Luftmenge ermöglicht eine einfache Steuerung der Gemischbildung. Diese Steuerung ist dadurch ausgezeichnet, dass die Vorrichtung eine Mess- stelle zur Ermittlung der Drehzahl des Rotors aufweist, diese Messstelle über ein Steuergerät mit einer Kraftstoff¬ pumpe verbunden ist und das Steuergerät mit der Kraftstoff¬ pumpe die Regeleinrichtung für die Kraftstoffmenge bildet. In weiterer Ausgestaltung ist das Steuergerät zusätzlich mit Sensoren zur Messung der Dichte und der Temperatur der Ansaugluft ausgestattet. Die eingesetzte Steuerung ent¬ spricht den bekannten Steuerungen, welche für Kr ftstoff- einspritzSysteme bereits Verwendung finden. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen, bedarf die erfindungsgemässe Vorrichtung keines zusätzlichen Luftmengenmessers, da die Luftmenge anhand der Drehzahl des vorhandenen Flügelrades ermittelt werden kann. Zusätzlich zu dem hier beschriebenen Regelkreis können alle bekannten Zusatzregelungen mit der erfindungsgemässen Vorrichtung, bzw. Steuerung, kombiniert werden. In vorteilhafter Weise ist das Steuergerät über den ganzen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine auf ein kon¬ stantes Verhältnis der Luftmenge zur Kraftstoffmenge einge¬ stellt. Die gewünschte Veränderung des Kraftstoff-/Luft- Mischungsverhältnisses wird durch Zuführen von Zusatzluft erreicht. Dazu sind am Ansaugrohr in Strömungsrichtung des Ansaugluftstromes nach dem Schleuderring Einlassöffnungen für Zusatzluft angeordnet. Diese Zusatzluft wird entweder dem Frischluftfilter oder dem Abgaskanal nach der Brenn¬ kraftmaschine entnommen. Die Steuerung der Zusatzluftmenge erfolgt ebenfalls über das erwähnte bekannte Steuergerät, wobei diese Steuerung wesentlich einfacher ist als die bei anderen bekannten Systemen notwendige Veränderung der Kraftstoffpumpen-Förderleistung.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind somit im wesentlichen darin zu sehen, dass ein sehr homogenes Kraft- stoff-/Luft-Gemisch mit ausserordentlich kleinen Kraft- stofftröpfchen gebildet wird. Dieses optimale Gemisch er¬ möglicht den Betrieb von Brennkraftmaschinen mit La bda- Werten bis gegen 1,6. Daraus resultiert der Vorteil einer hohen Ausnutzung des Kraftstoffes und infolge des Luftüber¬ schusses eines ausserordentlich geringen Schadstoffgehaltes der Abgase. Die Gemischbildung in den verschiedenen Be- triebszuständen wird zudem erheblich vereinfacht, und die gesamte Gemischbildungseinrichtung weist weniger und teil- weise einfachere Bauteile auf.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt in schematischer Darstellung durch eine Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung mit am oberen Ende des Mantelkörpers gelagertem Rotor, Fig. 2 einen Schnitt in schematischer Darstellung durch eine Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung mit am unteren offenen Ende des Mantelkörpers gelagertem
Rotor, Fig. 3 einen Schnitt durch das Ende des Mantelkörpers und einen Schleuderring in spezieller Ausgestal¬ tung, Fig. 4 einen Teilausschnitt aus dem Ansaugrohr in sche¬ matischer Darstellung mit einer Gemisch-Verbesse¬ rungs-Vorrichtung, Drosselklappe und nachgeordne- ter Zusatzluftzuführung.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Ansaugrohr 1 im Be¬ reiche wo das Gemisch von Ansaugluft und Kraftstoff gebil¬ det wird. Im Ansaugrohr ist ein Rotor 4 angeordnet, welcher mit den Flügeln 2 und 3 ein Flügelrad bildet. Der Rotor 4 besteht im weiteren aus einem Mantelkörper 5, welcher einen Kernhohlraum 6 umschliesst. Der Mantelkörper 5 ist an einem Ende 10 geschlossen und am anderen Ende 11 offen. Das ge- schlossene Ende 10 des Mantelkörpers 5 ist gegen die durch die Pfeile 30 dargestellte Strömungsrichtung des Ansaug- luftstromes gerichtet. Durch das geschlossene Ende 10 ist eine KraftstoffZuleitung 8 und eine Düsenhalterung 26 in den Bereich des Kernhohlraumes 6 des Rotors 4 eingeführt. Im Bereiche der Durchführung ist eine Spalt- oder Laby¬ rinth-Dichtung 27 angeordnet. Diese Anordnung verhindert, dass Ansaugluft unkontrolliert in den Kernhohlraum 6 ein¬ dringen kann. Die Düsenhalterung 26 ist über radiale Stre¬ ben 17, 18 am Ansaugrohr 1 abgestützt und in ihrer Position festgelegt. Auf der Düsenhalterung 26 sind im weiteren La¬ ger 15, 16 angeordnet, auf welchen der Mantelkörper 5, bzw. der Rotor 4, abgestützt und gelagert ist. Am Ende der Dü¬ senhalterung 26 ist eine Einspritzdüse 9 angeordnet, welche mit der KraftstoffZuleitung 8 in Verbindung steht. Diese Einspritzdüse 9 ist so ausgebildet, dass Kraftstoffstrahlen 24, 25 gebildet werden, welche auf die Innenwand. 20 des Mantelkδrpers 5 auftreffen. Diese Innenwand 20 des Mantel¬ körpers 5 ist identisch mit der Mantelfläche 20 des Kern¬ hohlraumes 6. Die Mantelfläche 20 des Kernhohlraumes 6 divergiert in der Strömungsrichtung 30, 31 des Ansaugluft¬ stromes, d.h. der Kernhohlraum 6 verfügt über ein enges Ende 12 und ein erweitertes Ende 13. Die Einspritzdüse 9 ist im Bereiche des engen Teiles 12 des Kernhohlraumes 6 angeordnet. Das erweiterte Ende 13 des Kernhohlraumes 6 bildet einen Teil des offenen Endes 11 des Mantelkörpers 5. Am offenen Ende 11 des Mantelkörpers 5 ist ein Schleuder¬ ring 14 angeordnet, welcher einstückig an den Mantelkörper 5 anschliesst. Im Bereiche des Schleuderringes 14 ist das erweiterte Ende 13 des Kernhohlraumes 6 zusätzlich kegel- förmig von innen nach aussen erweitert, wodurch eine Kegel¬ mantelfläche 21 gebildet wird. Diese Kegelmantelfläche 21 schneidet die Aussenfläche 22 des Schleuderringes und bil- det eine ringförmige Abspritzkante 23. Vor dem Schleuder¬ ring ist im weiteren in die Innenwand 20 des Mantelkörpers 5 ein Ringkanal 19 eingearbeitet, welcher sich um den gan¬ zen Umfang des Kernhohlraumes 6 erstreckt.
Am Ansaugrohr 1 ist im Bereiche der Flügel 2, 3 eine Mess¬ sonde 28 angeordnet, mittels welcher die Drehzahl des Ro¬ tors 4 festgestellt wird. Die an der Messonde 28 ermittel¬ ten Signale werden über eine Leitung 29 einem nicht darge- stellten Steuergerät zugeführt. Es handelt sich dabei um ein bekanntes elektronisches Steuergerät, wie es in ähnli¬ cher Ausführung z.B. bei den bekannten Monojetronic-Anlagen der Firma Bosch eingesetzt wird. Dieses Steuergerät regelt abhängig von der Drehzahl des Rotors 4 die Förderleistung einer ebenfalls nicht dargestellten Kraftstoffpumpe, welche Kraftstoff über die KraftstoffZuleitung 8 unter Druck in die Einspritzdüse 9 fördert.
Beim Betrieb der dargestellten Gemischbildungs-Vorrichtung befindet sich in Strömungsrichtung des Ansaugluftstromes nach dem Rotor 4 im Ansaugrohr 1 eine bekannte Drosselklap¬ pe. Diese ist in Figur 4 dargestellt. Beim Betrieb der nachgeordneten Brennkraftmaschine entsteht im Ansaugrohr 1 ein Unterdruck, wodurch bei geöffneter Drosselklappe ein Ansaugluftstrom in Richtung der Pfeile 30, 31 entsteht. Dieser Ansaugluftstrom durchströmt das Flügelrad mit den Flügeln 2, 3 und setzt dieses in Rotation. Anstellwinkel und Form der Flügel 2, 3 werden dabei so gewählt, dass sich die Drehzahl des Rotors 4 und die Ansaugluftmenge direkt proportional, bzw. linear, verhalten. Gleichzeitig wird über die Einspritzdüse 9 Kraftstoff an die Innenwand 20 des Mantelkörpers 5 gespritzt. Der Rotor 4 dreht dabei je nach Luftmenge mit einer Drehzahl von bis zu 100' 000 Umdrehungen pro Minute. Durch diese schnelle Rotation wird der Kraft- stoff gleichmässig entlang des Umfanges der Innenwand 20 verteilt und bildet einen gleichmässigen Kraftstoffilm. Dieser Kraftstoffilm strömt vom engen Ende 12 des Kernhohl- raumes 6 gegen das erweiterte Ende 13. Diese Strömung wird durch die divergierende Mantelfläche bzw. Innenwand 20 und die Rotation des Mantelkörpers 5 bewirkt. Im Bereiche des Ringkanales 19 sammelt sich Kraftstoff an bis dieser ge- füllt ist. Nachher bildet sich der Kraftstoffilm weiterhin dünn und gleichmässig aus und erreicht den Bereich der Ke¬ gelmantelfläche 21. Durch diese kegelförmige Erweiterung im Bereiche des Schleuderringes 14 wird der Kraftstoffilm zu¬ sätzlich verdünnt, so dass er sich bei Erreichen der Ab- spritzkante 23 in Tröpfchen auflöst, welche kleiner als 10 Mikrometer sind. Die abgeschleuderten Kraftstofftropfchen sind alle praktisch gleich gross, vermischen sich intensiv mit dem Ansaugluftstrom und das gebildete Kraftstoff-/Luft- gemisch strömt in Richtung der Pfeile 31 gegen die Brenn- kraftmaschine. Bei dieser Anordnung wird die an der Ein¬ spritzdüse 9 eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors 4 und der Drosselklappenstel¬ lung mittels des Steuergerätes und der Kraftstoffpumpe ge¬ regelt. Zur Verfeinerung der Regelung können neben der Son- de 28 zur Drehzahlmessung noch weitere Sonden, z.B. für die Messung der Dichte und der Temperatur der Ansaugluft mit dem Steuergerät in bekannter Weise verknüpft werden. Der Regelbereich dieser Gemischbildungs-Einrichtung erstreckt sich dabei über einen Bereich der Lambda-Werte von 0,9 bis 1,6.
Figur 2 zeigt im wesentlichen die gleiche Gemischverbesse- rungs-, bzw. Mischungs-Vorrichtung wie Figur 1. Im Unter¬ schied zu Figur 1 ist hier der Rotor 4 am offenen Ende 11 des Mantelkörpers 5 gelagert. Dazu ist am erweiterten Ende 13 des Kernhohlraumes 6 eine Platte 32 angeordnet, welche mit einem Lagerzapfen 34 versehen ist. Auf dem Lagerzapfen 34 sind zwei Lager 15, 16 angeordnet, welche wiederum in der Lagerung 36 abgestützt sind. Streben 37, 38 verbinden die Lagerung 36 mit dem Ansaugrohr 1 und halten den Rotor 4 in der gewünschten Position. Zwischen der Platte 32 und der Innenwand bzw. Mantelfläche 20 des Mantelkörpers 5 ist ein ringförmiger, parallel zur Mantelfläche 20 verlaufender Durchlass 33 angeordnet. Der Mantelkörper 5 ist dabei mittels mehrerer Streben an der Platte 32 abgestützt. Die Platte 32 hat zum Zweck, den Kernhohlraum 6 vor Störungen durch den Ansaugluftstrom, z.B. Wirbelbildungen unterhalb des Rotors zu schützen. Bei dieser Ausführung sind im Bereiche der Durchführung der Dü¬ senhalterung 26 durch das geschlossene Ende 10 des Mantel- körpers 5 eine oder mehrere Luftkanäle 35 angeordnet, wel¬ che das Eintreten von Ansaugluft in den Kernhohlraum 6 er¬ möglichen. Die durch die Kanäle 35 in den Kernhohlraum 6 einströmende Luft unterstützt den Kraftstofffluss entlang der Innenwand 20 und dämpft zusätzlich die schon oben er- wähnten Störungen, z.B. infolge Wirbelbildung. Die in Figur 2 dargestellte Lösung ermöglicht ein einfaches Ein- und Ausbauen der Einspritzdüse 9, ohne dass der Rotor 4 eben¬ falls ausgebaut werden müsste. Im übrigen weist diese Aus- führungsform die gleichen Vorteile und Eigenschaften auf, und die Gemischbildung erfolgt in gleicher Weise.
Zur weiteren Verbesserung der Gemischbildung ist im Berei¬ che des unteren Endes des Rotors 4 ein zusätzlicher Prall¬ ring 60 angeordnet. Dieser Prallring 60 ist über Streben 61 fest mit dem offenen Ende 11 des Mantelkörpers 5 verbunden und rotiert mit diesem. Dabei ist der Prallring 60 so ange¬ ordnet, dass die von der Abspritzkante 23 abgeschleuderten Tröpfchen an der Innenfläche des Prallringes 60 aufschla¬ gen. Die mit sehr hoher Geschwindigkeit aufschlagenden Tröpfchen werden zusätzlich zerstäubt und vom Luftstrom mitgerissen.
Beim Anlaufen der Vorrichtung oder bei anderen nicht voll¬ ständig kontrollierten Drehzahlbereichen des Rotors 4 kann sich Gemisch an der Wandung des Ansaugrohres 1 niederschla¬ gen und dort einen ungewünschten Film oder grössere Tropfen bilden. Um zu verhindern, dass Tröpfchen von den rotieren- den Teilen direkt an die Wandung des Ansaugrohres 1 ge¬ schleudert werden, ist ein stationärer Prallring 62 einge¬ baut. Dieser ist über die Streben 63 mit dem Ansaugrohr 1 verbunden. Die Kraftstofftröpfchen werden vom Prallring 60, oder wenn dieser nicht eingebaut ist, von der Abspritzkante 23 an die Innenfläche des Prallringes 62 geschleudert. Bil¬ den sich bei Grenzzuständen an dieser Innenfläche ein Kraftstoffilm oder grδssere Tropfen, so fliessen diese zur Kante 64 und werden dort von Luftstrom mitgerissen und zer- stäubt. Dadurch wird die Bildung von Kraftstoffablagerungen am Ansaugrohr 1 verhindert und auch in Grenzbereichen eine gute Gemischbildung gewährleistet. Die Prallringe 60, 62 können in der dargestellten Vorrichtung gemeinsam oder auch nur je einzeln angeordnet sein.
In Figur 3 ist eine spezielle Ausgestaltung des Schleuder¬ ringes 14 dargestellt, bei welcher das ZurückfHessen von Kraftstoff entlang der Aussenwand 40 des Mantelkörpers 5 verhindert wird. Dazu ist an der Aussenfläche des Schleu- derringes 14 eine Hinterstechung 41 angeordnet, welche in die ringförmige Abspritzkante 23 ausläuft. Auch hier ist der Kernhohlraum 6 im Bereiche des Schleuderringes 14 von innen nach aussen kegelförmig erweitert und bildet eine Kegelmantelfläche 21. Die Anordnung der Hinterstechung 41 und die scharfe Abspritzkante 23 verhindern in jedem Fall ein Rückfliessen von Kraftstoff und fördern das Abreissen des Kraftstoffilmes an der Kante 23 durch den Luftstrom in feinster Tröpfchenform. In Figur 3 ist eine weitere Mög¬ lichkeit zur Ausgestaltung eines Ringkanales 42 darge- stellt. Der Innendurchmesser des Kernhohlraumes 6 wird lo¬ kal verengt, wodurch sich eine Engstelle 43 bildet. Dadurch entsteht dahinter ein taschenförmiger Ringkanal 42, in welchem sich ein dickerer Kraftstoffilm bildet als an den übrigen Bereichen der Innenwand 20. Dieser dickere Kraft- stoffilm ermöglicht einerseits einen Ausgleich des Filmes über den ganzen Umfang der Innenwand 20 und ein gleich- massigeres Abfliessen des Kraftstoffilmes in Richtung der Abspritzkante 23.
Die Darstellung gemäss Figur 4 zeigt eine vollständige Ge- mischbildungs-Einrichtung in vereinfachter Ausführung. Im Ansaugrohr 1 ist der Rotor 4 mit dem Mantelkörper 5 und den Flügeln 2, 3 angeordnet. Die Zuführung des Kraftstoffes in den Kernhohlraum 6 des Mantelkörpers 5 erfolgt über die Einspritzdüse 9, den Düsenhalter 26 und die Kraftstoffzu- leitung 8. Der Rotor 4 ist mittels des Lagerzapfens 34 über die Lager 15, 16 in der Lagerung 36 abgestützt. In Strö¬ mungsrichtung der Ansaugluft nach dem Rotor befindet sich eine Drosselklappe 45, welche mit einer Stelleinrichtung 46 verbunden ist. In Strömungsrichtung, wiederum unterhalb der Drosselklappe, ist im Ansaugrohr 1 eine Einlassöffnung 47 in der Form eines Ringspaltes angeordnet, welche von einem ringförmigen Luftkanal 48 umgeben ist. Dieser Ringspalt 47 bildet eine Einlassöffnung für Zusatzluft welche aus dem Ringkanal 48 in das Ansaugrohr 1 eingesaugt werden kann. Der Ringkanal 48 steht mit einer Luftzuleitung 49 in Ver¬ bindung, welche Zusatzluft vom Frischluftfilter oder heisse Abgase vom Abgaskanal zum Ringkanal 48 führt. In dieser Luftzuleitung 49 befindet sich ebenfalls eine Drosselklappe 50, die mit einer Stelleinrichtung 51, 52 in Verbindung steht.
Von einem elektronischen Steuergerät 53 führen Verbindungs¬ leitungen 54, 55 und 29 zu den entsprechenden Stelleinrich¬ tungen, bzw. Sensoren. Die Leitung 29 verbindet das Steuer- gerät 53 mit dem Sensor 28 zur Messung der Drehzahl des Ro¬ tors 4. Die Verbindungsleitung 54 steuert die Kraftstoff¬ pumpe und enthält weitere Zu- und Ableitungen für zusätzli¬ che Steuer- und Messglieder. Die Verbindungsleitung 55 dient zur Ansteuerung der Stellglieder 51, 52, bzw. der Drosselklappe 50 in der Luftzuleitung 49. Bei der in Figur 4 gezeigten Gemischbildungs-Einrichtung wird der Einspritzdüse 9 immer so viel Kraftstoff zuge¬ führt, dass sich ein Gemisch mit einer Lambda-Zahl von 0,9, d.h. ein fettes Gemisch, bildet. Dieses Verhältnis wird über den ganzen Bereich der Luftmengenveränderung, bzw.
Drehzahlveränderung des Rotors 4 konstant gehalten. Infolge der hohen Gemischqualität, welche nach der Abspritzkante 23 entsteht, muss das Gemisch auch in extremen Situationen nicht stärker angereichert werden. Im Normalbetrieb wird dem Gemischstrom nach dem Rotor 4 über den Ringspalt 47 Zu¬ satzluft beigemischt, wobei übliche Motoren mit einer Lambda-Zahl von ca. 1,25 betrieben werden können. Dies im Gegensatz zu bisher bekannten Vergasern oder Einspritzanla- gen, bei welchen eine Lambda-Zahl von etwa 1,05 eingestellt werden muss. Dadurch entstehen im Abgas wesentlich weniger Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoffe und Stickoxyde. Die Ein¬ richtung gemäss Figur 4 ist so ausgestattet, dass so viel Zusatzluft zugeführt werden kann, bis ein Lambda-Wert von ca. 1,6 erreicht wird, womit spezielle sogenannte Mager- motoren betrieben werden können. Dank der homogenen Durch¬ mischung von Ansaugluft und Kraftstoff sowie der kleinen Kraftstofftröpfchen erfolgt auch bei diesen hohen Beimi¬ schungen von Zusatzluft kein Niederschlag von Kraftstoff an den Ansaugrohrwänden.

Claims

Patentansprüche
1. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung für Brennkraftmaschi¬ nen mit Zentraleinspritzung, einem im Ansaugrohr ange¬ ordneten und vom Ansaugluftstrom in Rotation versetzten Flügelrad, welches einen Rotor mit einer Einspritzvor- richtung für den Kraftstoff antreibt und mit diesem verbunden ist, sowie einer in einen Hohlraum des Rotors geführten KraftstoffZuleitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) aus einem Mantelkörper (5) mit einem freien Kernhohlraum (6) und einem Schleuderring (14) , welcher in Strömungsrichtung des Ansaugluftstromes direkt an das Ende (11) des freien Kernhohlraumes (6) anschliesst besteht, die Mantelfläche (20) des freien Kernhohlraumes (6) in Richtung der Strömung (30) des Ansaugluftstromes divergiert, der Kernhohlraum (6) des Mantelkörpers (5) entgegen der Strömungsrichtung (30) des Ansaugluftstromes mindestens teilweise abgeschlos¬ sen ist, die KraftstoffZuleitung (8) am geschlossenen Ende (10) des Kernhohlraumes (6) in den Mantelkörper (5) eingeführt und mit einer Einspritzdüse (9) verbun- den ist, diese Einspritzdüse (9) im Bereiche der Längs¬ achse (7) des freien Kernhohlraumes (6) angeordnet ist und die Sprühstrahlen (24, 25) gegen die divergierende Mantelfläche (20) des Kernhohlraumes (6) gerichtet sind.
2. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernhohlraum (6) am erweiterten Ende (13) durch eine quer zur Rotorachse (7) stehende Platte (32) abgeschlossen und zwischen dieser Platte (32) und dem Mantelkörper (5) ein ring¬ förmiger, parallel zur Mantelfläche (20) des Kernhohl¬ raumes (6) verlaufender Durchlass (33) angeordnet ist.
3. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Pa- tentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwand (20) des Mantelkörpers (5) und vor dem
Schleuderring (14) ein sich um den ganzen Umfang des
Kernhohlraumes (6) erstreckender Ringkanal (19) ange¬ ordnet ist.
4. Ge isch-Verbesserungs-Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (19) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist und in die Innenwand (20) des Mantelkδrpers (5) eingearbeitet ist.
Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (19) durch eine lokale Verengung (43) des Innendurchmessers des Kernhohlraumes (6) gebildet ist.
6. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Pa¬ tentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsetzung des Kernhohlraumes (6) im Bereiche des Schleuderringes (14) von Innen nach Aussen kegelförmig erweitert ist und die entstandene Kegelmantelfläche (21) im Schnittbereich mit der Aussenfläche (22) des Schleuderringes (14) eine ringförmige Abspritzkante (23) bildet.
7. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Pa¬ tentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenfläche (22) des Schleuderringes (14) eine ringförmige Hinterstechung (41) ausgebildet ist und diese in die ringförmige Abspritzkante (23) ausläuft.
8. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Pa¬ tentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der Einspritzdüse (9) so ausgebildet sind, dass die austretenden Kraftstoffstrahlen (24, 25) vollständig an die Mantelfläche (20) des Kernhohlraumes (6) im Rotor (4) treffen. 3
9. Gefnisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Pa¬ tentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) am oberen mindestens teilweise geschlossenen Ende (10) des Mantelkörpers (5) gelagert ist und sich die Lager (15, 16) an der KraftstoffZuleitung (8) und/ oder der Einspritzdüse (9, 26,) abstützen.
10. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Patent¬ ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ro- tor (4) am offenen Ende (11) des Mantelkörpers (5) und nach dem Schleuderring (14) gelagert ist und die Lage¬ rung (36) über radiale Streben (37, 38) am Ansaugrohr (1) abgestützt ist.
11. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Patent¬ ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ro¬ tor (4) in Strömungsrichtung (30) des Ansaugluftstromes vor der Einspritzdüse (9) und nach dem Schleuderring (14) gelagert ist.
12. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Patent¬ ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ro¬ tor (4) am unteren Ende mit mindestens einem zusätzli¬ chen Prallring (60) ausgestattet ist.
13. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Patent¬ ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im An¬ saugrohr (1) , in Strömungsrichtung unterhalb des Rotors (4) mindestens ein Prallring (62) fest angeordnet ist.
14. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Patent¬ ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Flügelrades mit den Flügeln (2, 3) direkt proportional zur angesaugten Luftmenge ist.
15. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Patent¬ ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die 90
Vorrichtung eine Messonde (28) zur Ermittlung der Dreh¬ zahl des Rotors (4) aufweist, diese Messonde (28) über ein Steuergerät (53) mit einer Kraftstoffpumpe verbunden ist und das Steuergerät (53) mit der Kraftstoffpumpe die Regeleinrichtung für die Kraftstoffmenge bildet.
16. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (53) zusätzlich mit Sensoren zur Messung der Dichte und der Temperatur der Ansaugluft ausgestattet ist.
17. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (53) über den ganzen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine auf ein konstantes Verhältnis der Luftmenge zur Kraft- stoffmenge eingestellt ist.
18. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach einem der Patent¬ ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass am An- saugrohr (1) in Strömungsrichtung (30) des Ansaugluft¬ stromes nach dem Schleuderring (14) Einlassöffnungen (47) für Zusatzluft angeordnet sind.
19. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen
(47) für die Zusatzluft über einen Luftkanal (48, 49) mit dem Frischluftfilter verbunden sind.
20. Gemisch-Verbesserungs-Vorrichtung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen
(47) für die Zusatzluft über einen Luftkanal (48, 49) mit dem Abgaskanal nach der Brennkraftmaschine verbunden sind.
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