DE2817026C2 - Leerlaufbrennstoffsystem in einem Vergaser für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft die Gemischaufbereitung in Brennkraftmaschinen und insbesondere ein Leerlaufbrennstoffsystem in einem Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einem Brennstoff-Emulsionskanal, der in eine Kammer mit einem beweglichen Element mündet, wobei das bewegliche Element mit der Innenwandung der Kammer einen Ringkanal bildet, in welchen die Brennstoffemulsion für den Leerlauf zugeführt wird, um dann in den Ansaugkanal stromab der Drosselklappe gesaugt zu werden. Ein solches Leerlaufbrennstoffsystem ist aus der DE-AS 17 51 913 bekannt

Bei dieser bekannten Ausbildung ist das bewegliche Element ein einfacher Ventilkörper, der es gestattet, den Brennstoff-Luft-Gemischstrom in den Abschnitt des Ansaugkanals stromab der Drosselklappe abzusperren. Das Brennstoff-Luft-Gemisch stellt dabei die Brennstoffemulsion dar, an deren Aufbereitung das bewegliche Element jedoch nicht teilnimmt Die Emulgierung der Luft mit dem Brennstoff geschieht vielmehr an einer einfachen Einmündungsstelle eines Luftkanals in den Emulsionskanal, wovon keine besonderen Wirkungen bezüglich der Aufbereitung dieses Gemischs erwartet werden können.

Bekanntlich ist der Schadstoffgehalt der Abgabe von Brennkraftmaschinen besonders hoch im Leerlauf, im Schiebebetrieb und bei der Beschleunigung unter Last bei niedrigen Drehzahlen. Diese Beiriebszuständc sind kennzeichnend für den Stadtverkehr, in dem ein häufiges Anhalten des Kraftwagens, dessen Abbremsung durch den Motor und ein häufiger Wechsel der Gänge erforderlich ist Dabei entspricht die Gesamtdauer des Motorbetriebs im Schiebezustand, im Leerlauf und im Kachfolgenden Betriebszustand der Beschleunigung des Kraftwagens etwa die Hälfte der gesamten Fahrzeit des Kraftwagens.

Die vorstehend betrachtete bekannte Ausbildung des Leerlaufbrennstoffsystems verwirklicht keine günstigen Bedingungen bei der Leerlaufgemischaufbereitung.

Ähnliches gilt für eine aus DE-OS 27 54 557 bekannte Ausbildung, bei der die Emulgierung des Brennstoffs mit der Luft unmittelbar vor der Einströmung in den Ansaugkanal geschieht und zwar durchströmt die Luft einen Ringspalt um ein den Brennstoff leitendes Mischrohr und kommt mit diesem erst zusammen, wenn er in Axialrichtung aus dem wrderen Ende des Mischrohres austritt Da diese Stelle aber bereits in unmittelbarer Nähe des lichten Querschnitts des Ansaugkanals liegt, kommt die Mischung im Grunde erst in diesem zustande.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leerlaufbrennstoffsystem zu schaffen, mit dem eine bessere, d. h. homogenere Aufbereitung und eine stärkere Verarmung des Brennstoff-Luft-Gemischs im Leerlauf sowie bei geringeren Teillasten des Motors möglich wird, so daß die Vollkommenheit der Verbrennung in den genannten Betriebszuständen eine höhere ist Es soll also eine optimale Leerlaufgemischauf· bereitung und dadurch eine erhebliche Verminderung der Schadstoffemission im Abgas erreicht werden.

Ausgehend von der eingangs genannten bekannten Ausbildung ist zur Lösung der gestellten Aufgabe die Kammer mit dem beweglichen Element von einer Hülse in zwei Teilkammern geteilt, die mit dem beweglichen Element eine Verengung des Ringkanals hervorruft, wobei Luft über einen Bypasskanal aus dem Ansaugkanal stromauf der Drosselklappe in die stromaufwärts gelegene Teilkammer und den verengten Ringkanal zugeführt wird, wo sie mit der Brennstoffemulsion zusammentrifft und als Leerlaufgemisch in den Ansaugkanal stromab der Drosselklappe gelangt

Bei einer solchen erfindungsgemäßen Ausbildung wird eine besonders feine und gleichmäßige Leerlaufgemischaufbereitung dadurch erzielt, daß der Luftstrom in eine Ringkanalströmung übergeführt wird, durch eine Verengung beschleunigt wird, an der Verengungsstelle

mit der größten Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Schallgeschwindigkeit über auf dem Umfang verteilte Bohrungen die Brennstoff-Luft-Emulsion zugemischt wird, und das erhaltene Leerlaufgemisch anschließend durch eine Ringkanalerweiterung wieder verzögert wird, bevor es unter abermaliger Beschleunigung in den Ansaugkanal stromabwärts von der Drosselklappe eingeleitet wird

Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Erfindungsvorschlags ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Maßnahme nach Anspruch 2 strömt die Luft aus dem Bypasskanal mit Drall in die Kammer ein und wird im Ringspaltraum beschleunigt Es kommt zu einer Entspannung unter nahezu Schallgeschwindigkeit Daher wird eine Feinzerstäubung des aus dem Emulsionskanal in den Ringspaltraum zugeführten Brennstoffs begünstigt und durch die Drallströmung der Luft eine gleichmäßige Durchmischung bewirkt

Eine ähnliche Wirkung hat die tangential Einleitung des Brennstoff-Luft-Gemischs in den Ansaugkanal gemäß Ansprach 3. Beide Maßnahmen sowie die genannten sprungartigen Veränderungen der Bewegungsgeschwindigkeit und des Druckes im Brennstoff-Luft-Gemisch auf dessen Bewegungsweg begünstigen die Zerkleinerung der Brennstofftropfen und deren gleichmäßige Verteilung im Gemisch. Dadurch kann das Brennstoff-Luft-Gemisch magerer sein, die Verbrennung wird vollkommener und demzufolge der Brennstoffverbrauch sowie der Schadstoffgehalt der Abgase geringer.

Die Erfahrungen mit dem vorgeschlagenen Leerlaufbrennstoffsystem im Stadtverkehr zeigen, daß der Brennstoffverbrauch um 4 bis 7% herabgesetzt werden kann und der Anteil von Kohlenoxyd und Kohlenwasserstoffen in den Abgasen um 20 bis 40% ohne Erhöhung des Anteils an Stickstoffoxyden vermindert werden kann. Im Leerlauf sinkt der Anteil des Kohlenoxydes in den Abgasen auf 10 bis 16% und der der Kohlenwasserstoffe um 20 bis 30%, wobei auch ein stabilerer und ruhigerer Lauf des Motors erzielt wird

Es steigt auch die Effektivität der Kraftwagenbremsung durch den Motor (Schiebebetrieb), wöbe.· auch das Auspuffknallen vermieden wird Beim Ausschalten der Zündung tritt kein Weiterlaufen unter Selbstentzündung auf.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

F i g. 1 die schnittbildliche Darstellung eines Vergasers in Leerlaufstellung mit dem vorgeschlagenen Leerlaufbrennstoffsystem;

F i g. 2 den Schnitt nach Linie H-II der F i g. 1; F i g. 3 den Schnitt nach Linie HI-III der F i g. 2;

Fig.4 die schnittbildliche Darstellung eines Vergasers mit anderer Gestaltung des beweglichen Elements in der Leerlaufgemischaufbereitungskammer;

F i g. 5 der Ringspaltraum gemäß F i g. 4 im vergrößerten Maßstab;

Fig.6 eine Ausführungsvariante mit Servoantrieb des beweglichen Elements;

F i g. 7 eine Ausführungsvariante mit andersartigem Servoantrieb des beweglichen Elements.

Der Vergaser 1 besteht aus zwei Gehäuseteilen 2 und 3, in welchen der Ansaugkanal 4 verläuft und das Brennstoff-Luftgemisch aufbereitet wird. Durch die Drosselklappe 5 wird der Ansaugkanal 4 in einen Abschnitt 6 und einen Abschnitt 7 unterteilt. Der Brennstoff gelangt über einen Brennstoffkanal 8 vom

Schwimmergehäuse 9 zum Ansaugkanal 4,

Im Gehäuseteil 3 ist eine Kammer IO vorgesehen, die über einen Luft-Bypasskanal 11 mit dem Abschnitt 6 und über einen Mündungskanal 12 mit dem Abschnitt 7 des Ansaugkanals 4 Verbindung hat Im Gehäuseteil 3 ist noch ein Kanal 13 ausgeführt, dessen eines Ende über Bohrungen 14,15 im Bereich der Ober- und Unterkante der geschlossenen Drosselklappe S in den Ansaugkanalschnitt 6 bzw. 7 mündet und dessen anderes Ende zur

ίο Kammer 10 führt

In der Kammer 10 ist ein bewegliches Element 16 axialverstellbar montiert

Bei entsprechender Verstellung der Schraube 17 schließt das bewegliche Element 16 den Mündungskanal 12 und trennt den Abschnitt 7 von der Kammer 10.

Eine Hülse 19 ist in der Kammer 10 derart untergebracht, daß zwischen der Außenwandung 20 des beweglichen Elementes 16 und der Innenfläche 21 der Hülse 19 ein Ringkanal 22 gebildet wird, durch den in der Kammer 10 ein vorderer Innenreim 23, der über den Bypasskana! 11 mit dem Abschnitt 6 stromauf der Drosselklappe 5 in Verbindung steht, abgesetzt ist von einem hinteren Innenraum 24, der über den Mündungskanal 12 mit dem Abschnitt 7 stromab der Drosselklap- pe 5 verbunden ist

In der Hülse 19 ist eine Eindrehung 25 ausgefräst die über genau kalibrierte Bohrungen 26 mit dem Ringkanal 22 in Verbindung steht Zu dieser Eindrehung 25 führt der Kanal 13, in dem eine einstellbare Drossel 27 sitzt und in den ein diesen mit dem Brennstoffkanal 8 verbindender Brennstoff-Emulsionskanal 28 einmündet

Der Kanal 12 mündet mit seiner Austrittsöffnung 29

tangential in den Ansaugkanal 4 ein, so daß das

Leerlaufgemisch mit einem Drall behaftet einströmt

j5 Der Luft-Bypasskanal 11 mündet mit seiner Austrittsöffnung 31 ebenfalls tangential zur Innenfläche 32 in die Kammer 10 ein, wodurch bereits in der Kammer 10 eine drallbehaftete Strömung erzeugt wird

Der beschriebene Vergaser funktioniert wie folgt:

Bei laufendem Motor herrscht im Abschnitt 7 ein Unterdruck. Dadurch entsteht im Emulsionskanal 28 ein Druckgefälle, durch das aus dem Brennstoffkanal 8 Brennstoff und aus dem Abschnitt 6 Luft angesaugt wird die als Emulsion durch den Emulsionskanal 28 unter anderem in den Kanal 13 gelangen. Von hier gelangt die Emulsion 25 durch die Bohrungen 26 in den Ringkanal 22.

Gleichzeitig strömt auf Grund des gleichen Druckgefälles an der Drosselklappe 5 Luft über den Bypasskanal 11 in die Kammer 10 und nach ihrem Austritt durch die öffnung 31 in einer Drallbewegung längs der Innenfläche 32 der Kammer 10 weiter in den Ringkanal 22. Durch die Verengung des Strömungsquerschnitts im Ringkanal 22 kommt es zu einer Beschleunigung der

Luft auf nahezu Schallgeschwindigkeit Di :s bewirkt eine feine Zerstäubung der aus den kalibrierten Bohrungen 26 in den Ringkanal 22 eintretenden Brennstoff-Luft-Emulsion. Auch wird eine gleichmäßigere Vermischung Jer Luft mit dem Brennstoff durch die Drallbewegung des Luftstromes erreicht

Aus dem Ringkanal 22 gelangt das Leerlaufgemisch in den Innenraum 24, in welchem die Bewegunjsgeschwindigkeit rasch abnimmt Hiernach wird das Gemisch am Eintritt in den Mündungskanal 12 von neuem beschleu nigt und strömt nach «einem Austritt aus dem Kana' 12 über die Austrittsöffnung 29 unter abermaliger Verzögerung in den Ansaugkanal 4 und weiter zu den Zylindern des Motors.

Diese extremen Veränderungen der Bewegungsgeschwindigkeit begünstigen eine feine Zerteilung der Brennstofftröpfchen und deren gleichmäßigere Verteilung im Gemisch. Dadurch kann ein Verarmen des Gemisches erfolgen und gleichzeitig der Verbrennungs-Vorgang verbessert werden, wodurch der Brennstoffverbrauch begünstigt und der Anteil an Schadstoffen im Abgas verringert wird.

Bei der Ausbildung gemäß Fig.4, 5 ist die Außenfläche 33 des beweglichen Elementes 34 und die Innenwandung 35 der Hülse 36 am Anfang des Ringkanals 40 kegelig ausgeführt, daß sich bis zur Mündungsstelle der Bohrungen 26 eine düsenartige Verengung des Strömungsquerschnitts ergibt. Auf diesen Konfusorabschnitt 39 folgt ein Diffusorabschnitt ii 41. auf dem zunächst einer weiteren kegeligen Verjüngung des beweglichen Elements 34 ein zylindrischer Abschnitt der Hülse 36 gegenüberliegt und danach eine Diffusorerweiterung 38 der Hülse mit einem zylindrischen Abschnitt 37 des beweglichen Elements folgt.

Die Funktion unterscheidet sich nicht vom bereits Beschriebenen; auch hier steigt die Strömungsgeschwindigkeit im Konfusorabschnitt 39 an und erreicht im Ringkanal 40 Werte nahe der Schallgeschwindigkeit. Dadurch wird eine feinste Zerstäubung bis hin zum Molekularzustand des aus den kalibrierten Bohrungen 26 in den Ringkanal 40 gelangenden Brennstoffs erzielt.

Der Kegelwinkel der Kegelfläche 35 beträgt, wie in F i g. 5 eingezeichnet, 30° und der der Kegelfläche 33 3n beträgt 23°. Der anschließende Diffusorabschnitt 41 ist gekennzeichnet durch die ebenfalls aus F i g. 5 ersichtlichen Kegelwinkel von 6° und 30°. Diese Ausführung gewährleistet ein konstantbleibendes Verhältnis zwischen dem durch den Ringkanal 40 hindurchströmenden Luftstrom und dem aus den kalibrierten Bohrungen 26 eintretenden Brennstoff. Dadurch kann die Leerlaufdrehzahl des Motors bei konstanter Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nur durch Drehen der Leerlaufschraube 17 eingestellt werden. Die in Fig. 5 ersichtlichen Kegelwinkel sind optimale Werte für einen Motor mit einem Hubraum von 1,45 1.

Bei der Ausbildung gemäß Fig.6 ist das bewegliche Element mit der Membran 43 eines Pneumo-Stellwerks 46 verbunden, welches am Unterteil 3 des Gehäuses 1 **> mittels eines Deckels 44 angeflanscht ist Der Arbeitsraum 45 dieses Pneumo-Stellwerks 46 steht über einen Kanal 47 mit einem von einer Steuereinheit 48 aus in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl gesteuerten Auf/Zu-Elektromagnetventils 49 in Verbindung. Das Auf/Zu-Ventil 49 besteht aus einem Gehäuse 50 mit in diesem untergebrachtem Elektromagnet 51 und durch eine Feder 52 belastetem Schieber 53. Das Ventil 49 verbindet den Arbeitsraum 45 abwechselnd mit der Atmosphäre, nämlich über den Kanal 54, oder mit dem Abschnitt 7, nämlich über den Kanal 55, und zwar in von der Stellung der Drosselklappe 5 und der Drehzahl der Kurbelwelle des Motors.

Im Deckel 44 sitzt eine Schraube 56. mit der die Leerlaufdrehzahl durch Veränderung der Stellung des beweglichen Elementes 42 über die Membrane 43 eingestellt werden kann.

Der Arbeitsraum 45 des Pneumo-Stellwerks kann gemäß Fig.7 auch ständig mit der Atmosphäre über einen Kanal 57 in Verbindung stehen, der im Abschnitt 6 im Bereich der Oberkante der geschlossenen Drosselklappe 5 in den Ansaugkanal 4 mündet. In diesem Falle besteht die Steuerungseinheit 58 nur aus einem Drehzahlgeber.

Bei der elektrisch-pneumatischen Regelung wird bei geschlossener Drosselklappe 5 und LeeHaufdrehzahl des Motors von der Steuereinheit 48 (Fig. 6) ein derartiges Signal zum Auf/Zu-Ventil 49 gegeben, daß der Arbeitsraum 45 mit dem Abschnitt 7 verbunden wird. Solange der Luftdruck auf dem Abschnitt 7 niedriger ais der Atmosphärendruck ist, biegt sich die Membrane 43 zum Deckel 44 durch und verstellt somit das bewegliche Element 42 unter Öffnung des Kanals 12. Der Abschnitt 7 kommt mit dem Innenraum 24 der Kammer 10 in Verbindung und es gelangt Leerlaufgemisch in den Ansaugkanal 4 wie oben beschrieben. Bei dieser Wirkungsart wird nur sehr wenig elektrische Energie zur Betätigung des Ventils 49 benötigt, da die Verstel'ung des beweglichen Elementes 42 unter Wirkung des an der beweglichen Membrane 43 angreifenden Druckgefälles zustande kommt.

Bei einer Drehzahl oberhalb der Leerlaufdrehzahl von 200 bis 400 U/min und geschlossener Stellung der Drosselklappe 5, d. h. in einem Schiebebetriebszustand des Motors, trennt das Auf/Zu-Ventil 49 den Arbeitsraum 45 von dem Abschnitt 7 und setzt ihn mit der Atmosphäre in Verbindung. Dadurch strebt die Membrane 43 zurück in ihre Anfangsstellung und verstellt das bewegliche Element 42 unter Schließung des Kanals 12 zurück, wobei die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf diese Weise unterbrochen wird.

In der Ausbildung gemäß Fig.7 ist der Arbeitsraum 45 bei geschlossener Drosselklappe 5 über den Kanal 57 mit dem Abschnitt 6 verbunden, auf welchem der Druck gleich dem Atmosphärendruck ist, und bei Leerlaufdrehzahl wird von der Steuerungseinheit 58 über das Auf/Zu-Ventil 55 der Arbeitsraum 45 mit dem Abschnitt 7 verbunden, so daß der Leerlaufbetrieb wie oben beschrieben verläuft. Bei Überschreiten der Leerlaufdrehzahl trennt die Steuerungseinheit 58 den Arbeitsraum 45 vom Abschnitt 7 und der Druck im Arbeitsraum 45 steigt, weil die Verbindung dieses Arbeitsrau· es 45 mit dem Abschnitt 6 über den Kanal 57 wirksam wird.

Die Betriebssicherheit der Ausbildung gemäß F i g. 7 kann etwas höher eingeschätzt werden, da beim Schließen der Drosselklappe 5 das Steuersignal unter Umgehung der Steuerungseinheit unmittelbar an die Membrane 43 gegeben wird. Irgendwelche Stellungsgeber der Drosselklappe 5 werden entbehrlich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Leerlaufbrennstoffsystem in einem Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einem Brennstoff-Emulsionskanal, der in eine Kammer mit einem beweglichen Element mündet, wobei das bewegliche Element mit der Innenwandung der Kammer einen Ringkanal bildet, in welchen die Brennstoffemulsion für den Leerlauf zugeführt wird, um dann in den Ansaugkanal stromab der Drosselklappe gesaugt zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (10) von einer Hülse (19, 36) in zwei Teilkammern (23, 24) geteilt wird und mit dem beweglichen Element (16, 34, 42) eine Verengung des Ringkanals (22) hervorruft, wobei Luft über einen Bypasskanal (11) aus dem Ansaugkanal (4) stromauf der Drosselklappe (5) in die Teilkammer (23) und den verengten Ringkanal (22) zugeführt wird, wo se mit der Brennstoff emulsion zusammentrifft und als Leerlaufgemssch über eine Öffnung (12) in den Ansaugkanal (4) stromab der Drosselklappe (5) gelangt

2. Leerlaufbrennstoff system nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft aus dem Bypasskanal (11) tangential in die erste Teilkammer

(23) geführt wird

3. Leerlaufbrennstoffsystem nach Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leerlaufgemisch tangential in den Ansaugkanal (4) stromab der Drosselklappe (5) gelangt

4. Leerlaufbrennstoffsystetn nach einem oder mehreren der. vorhandenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Ringkanals (22) sich diffusorartig (41) in die zweite Teilkammer

(24) erweitert und sich anschließend düsenartig in den Mündungskanal (12) verjüngt

5. Leerlaufbrennstoffsystem nach einem oder mehreren der vorhandenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (42) zu seiner axialen Verstellung in der Kammer (10) mit der Membran (43) eines Pneumo-Stellwerks (46) in Wirkverbindung steht, dessen Arbeitsraum (45) von einem Elektromagnetventil in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Stellung der Drosselklappe (5) wechselweise mit der Atmosphäre oder mit dem Abschnitt (7) des Ansaugkanals (4) verbindbar ist

6. Leerlaufbrennstoffsystem nach einem oder mehreren der vorhandenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (45) des Pneumo-Stellwerks (46) über einen Kanal (57) so unmittelbar stromauf der geschlossenen Drosselklappe (5) mit dem Abschnitt (6) des Ansaugkanals (4) und über ein in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuertes Elektromagnetventil (55) mit dem Abschnitt (7) des Ansaugkanals (4) ss stromab der Drosselklappe (5) verbunden ist