DE2519019A1

DE2519019A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2519019A1
Application number: DE19752519019
Authority: DE
Inventors: Wilfred T Oliver
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1974-05-03
Filing date: 1975-04-29
Publication date: 1975-11-27
Also published as: US3943205A

Description

Z/DR- 2 Ri uk Patentanmel dung

Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine und bezieht sich insbesondere auf einen Vergaser für eine Verbrennungskraftmaschine.

Es ist bekannt, Verbrennungskraftmaschinen so auszulegen, daß zur Erreichung möglichst weniger schädlicher Bestandteile in den Abgasen der Anteil an unverbrannten Wasserstoffen, Kohlenmonoxyden oder Stickoxyden verringert wird. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so eingestellt wird, daß etwa 18 bis 20 Teile Luft auf 1 Teil Kraftstoff kommen. Es ist jedoch schwierig, Verbrennungskraftmaschinen mit diesem Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit guten Laufeig en schaft en zu betreiben. Ein Grund für die Schwierigkeiten beim Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen mit diesen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen ist die mangelnde Vermischung und Zerstäubung des Kraftstoffes. Dazu kommt, daß für die vers chiedenen Zylinder meist avc h eine unterschiedliche Vermischung von Luft und Kraftstoff stattfindet. Es ist selbstverständlich, daß für den Fall, daß es gelingt, eine bessere Vermischung von Luft und Kraftstoff durchzuführen,

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das Gemisch insgesamt magerer sein kann.

Es hat sich nun herausgestellt, daß eine Vermischung von Luft und Kraftstoff dadurch verbessert werden kann, daß Schockwellen und Turbulenzerscheinungen in den Vergasern stattfinden.

Gemäß der Erfindung wird nun ein Vergaser vorgeschlagen, bei dem die Zerstäubung von Kraftstoff unter Zuhilfenahme einer Luftströmung stattfindet, die Schallgeschwindigkeit erreicht.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die in den Ansprüchen angeführten Merkmale.

Bei einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung gelangt der Kraftstoff ausschließlich durch eine öffnung in den Vergaser, durch die Luft mit Schallgeschwindigkeit bewegt wird. Das hat zur Folge, daß infolge der auftretenden Turbulenz und der Schockwellen eine gute Zerstäubung und Durchmiscbung stattfindet. Die Luftpumpe, die für eine Schallgeschwindigkeit innerhalb der Zerstäubungsöffnung sorgt, ist so ausgelegt, daß der Luftstrom über den ganzen Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine sich mit Schallgeschwindigkeit durch die öffnung bewegen kann. Im Leerlaufbereich ist das Drosselventil völlig geschlossen und die gesamte Luft und der benötigte Kraftstoff gelangt durch eine öffnung. Wird nun das Drosselventil geöffnet, so gelangt auch eine größere Kraftstoffmenge durch die mit Schallgeschwindigkeit durchflossene öffnung. Dabei ist die Auslegung so vorgenommen, daß für jeden Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine die gewünschte Kraftstoffmenge der einfließenden Luft zugeführt werden kann.

Die Erfindung wird näher erläutert anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Vergaser für eine Verbrennungskraftmaschine;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Anordnung nach Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B der Anordnung nach Fig. 1; Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie C-C der Anordnung nach Fig. 1; Fig. 5 einen Teilschnitt entlang der Linie D-D der Anordnung nach Fig. 1; Fig. 6 einen Teilschnitt entlang der Linie E-E der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 7 ein Teil ähnlich dem in der Fig. 2 gezeigten Teil, eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellend.

Eine im einzelnen nicht näher dargestellte Verbrennungskraftmaschine besitzt ein Ansaugrohr 10, auf dem ein Vergaser befestigt ist.

Der Vergaser besitzt ein Unterteil 11 sowie ein Oberteil 12. Das Unterteil ist mit einem Lufttrichter 13 versehen, dessen unteres Ende mit dem Ansaugrohr 10 in Verbindung steht. Ein zylindrisch ausgebildetes Drosselventil ist bewegbar im Lufttrichter 13 angeordnet. Es wird nach oben gedrückt und kommt in Kontakt mit dem Oberteil 12 durch eine Feder 15.

Das Drosselventil 40 bildet mit dem Oberteil 12 eine ringförmige Öffnung, der Luft mit Atmosphärendruck durch eine Ringkammer 16 zugeführt wird.

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Ein nicht näher dargestellter Luftfilter sitzt auf dem Oberteil 12 und führt Luft der Ringkammer 16 zu.

Eine nicht dargestellte Luftpumpe ist mit einer Druckluftleitung 17, die im Oberteil 12 sitzt, verbunden. Die Druckluftleitung 17 verläuft koaxial mit dem Lufttrichter 13. Eine Öffnung 18, durch die Luft mit Schallgeschwindigkeit geführt wird, ist am unteren Ende der Druckluftleitung 17 angeordnet. Die Kapazität der Luftpumpe ist ausreichend, um in der Öffnung 18 über alle Betriebsbereiche des Motors Schallgeschwindigkeit der strömenden Luft aufrecht zu erhalten. Weiterhin ist der Querschnitt der öffnung 18 so gewählt, daß ausreichend Luft für einen Betrieb des Motors im Leerlauf durchtreten kann.

In der Druckluftleitung 18 herrscht im wesentlichen ein gleicher Druck, was durch ein Entlastungsventil 19 bewirkt wird, durch das Luft aus der Druckluftleitung 17 in die Ringkammer 16 eintreten kann, wenn der Druck in der Druckluftleitung 17 einen vorherbestimmten Wert übersteigt.

Am Drosselventil 14 befindet sich ein Zapfen 20, der etwas in das untere Ende der öffnung 18 eintritt, wenn das Drosselventil sich in der Leerlaufposition befindet.

Im Unterteil des Vergasers ist eine Schwimmerkammer 21 angeordnet. Sie wird auf übliche Weise mit Kraftstoff versorgt. Der Kraftstoffstand in der Schwimmerkammer 21 wird durch einen Schwimmer 22 aufrecht erhalten, der mit einem Ventil 23 in der üblichen Weise verbunden ist.

Der Raum oberhalb des Kraftstoffes in der Schwimmerkammer 21 ist dicht gegenüber der Atmosphäre und durch die Leitung 24 mit der Druckluftleitung 17 verbunden. Eine Auslaßleitung 25 in der Leitung 24 wird über ein Ventil 26 so gesteuert, daß der Druck der Luft oberhalb des Kraftstoffes in der Schwimmerkammer 21 eingestellt werden kann.

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Kraftstoff fließt von der Schwimmerkammer 21 durch die Leitung 27 in eine Nadelventilkammer 28, durch eine Hauptdüse 29, gesteuert durch eine Nadel 30 und durch einen Kanal 31 in den Bereich der Öffnung 18.

Die Druckdifferenz zwischen der Schwimmerkammer 21 und der Öffnung 18 bleibt im wesentlichen für alle Betriebsbereiche der Verbrennungskraftmaschine konstant. Die Menge an Kraftstoff, die der Öffnung 18 zugeführt wird, ist so allein abhängig von der Position der Nadel 30.

Die Nadel 30 ist mit ihrem unteren Ende mit einem Kolben 32 verbunden, der in einem Zylinder 33 in einer Buchse 34 verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 32 wird nach oben gegen das Ende des Zylinders 33 durch eine Feder 35 gedrückt. Das untere Ende der Buchse 34 ist mit einer Membrane 36 verbunden, die einen Austritt von Kraftstoff aus dem unteren Ende der Nadelventilkammer 28 verhindert. Weiterhin ist eine Verbindung über einen Hebel 37 zu einer Drosselventilbetätigungswelle 38 vorgenommen. Der Hebel 37 wird innerhalb einer Öffnung 39 eines Verbindungsteiles 40 aufgenommen und ist mit der Membrane 36 verbunden. Die Drosselventilbetätigungswelle 38 trägt weiterhin einen Betätigungshebel 41, der in Wirkverbindung steht mit einer Ausnehmung 42 im Drosselventil 14, und zwar durch einen Schlitz 43 in der Wand des Unterteiles 1!.

Wenn die Drosselventilbetätigungswelle 38 verdreht wird, um das Drosselventil von der geschlossenen, also Leerlaufposition in eine andere Position zu bringen, wird die Membrane gleichzeitig nach unten gedrückt und führt mit sich die Buchse 34 und die Nadel 30. Dadurch wird die Größe der Öffnung innerhalb der Hauptdüse 29 vergrößert.

Der Zylinder 33 innerhalb der Buchse 34 ist durch Öffnungen 44 in der Buchse 34 und durch einen Kanal 45 im Unterteil 11 mit dem Lufttrichter 13 verbunden.
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Der Kanal 45 wird freigegeben vom Drosselventil 14, wenn das Drosselventil geöffnet wird. Der Zylinder 33 ist sodann dem Druck im Ansaugrohr ausgesetzt und der Kolben 32 und die Nadel 33 werden infolge der Druckveränderung im Ansaugrohr verschoben. Die mechanische Verbindung zwischen dem Drosselventil und der Nadel 30 stellt somit die MinimumverSchiebung der Nadel entsprechend der öffnung des Drosselventils dar. Die Nadel 30 wird weiterhin proportional mit dem Unterdruck im Ansaugstutzen verschoben. Das hat zur Folge, daß die Verschiebung der Nadel und entsprechend die Zufuhr von zusätzlichem Kraftstoff in die Hauptdüse der Öffnung des Drosselventils und zum anderen auch von der Differenz des Druckes an der öffnung des Drosselventils abhängig ist. So kann also die Zufuhr von Kraftstoff proportional der eingeführten Luftmenge gemacht werden und zwar für alle Betriebszustände des Motors.

In der Fig. 4 ist nun eine Kaltstarteinrichtung im einzelnen dargestellt. Diese Einrichtung enthält einen Kanal 46, durch den die Schwimmerkammer mit dem Lufttrichter 13 unterhalb des Drosselventils verbunden ist, wenn dieses in der Leerlaufposition steht. Zusätzlicher Kraftstoff wird durch diesen Kanal dem Motor zugeführt, wenn der Anlasser betätigt wird. Wenn die Verbrennungskraftmaschine läuft und sich eine Leerlaufdrehzahl einstellt, fällt der Druck im Ansaugrohr und schließt das Ventil 47, das so ausgelegt ist, daß es bei einem vorherbestimmten Druck schließt, wobei dieser vorherbestimmte Druck kleiner ist als der Druck im Ansaugstutzen bei Leerlauf. Wenn das Drosselventil geöffnet wird, fällt der Druck im Ansaugstutzen unter den Druck, der benötigt wird, um das Ventil 47 zu schließen. Unter diesen Bedingungen schließt jedoch das Drosselventil das Ende des Kanales 46 ab.

Während jedes Betriebszustandes des Motors findet eine Luftströmung mit Schallgeschwindigkeit durch die öffnung 18 statt. Bei einem Betrieb im Leerlaufbereich, diese Position ist in den Figuren dargestellt, gelangt alle Luft

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für den Betrieb des Motors durch die Öffnung 18. Das Nadelventil mit der Nadel 30 ist dabei so ausgebildet, daß die erforderliche Menge an Kraftstoff für den Leerlaufbetrieb in den Motor gelangen kann. Das Gemisch für den Leerlaufbetrieb wird somit ebenfalls den Turbulenzerscheinungen und den Schockwellen ausgesetzt, da auch hier die Bewegung des Gemisches mit Schallgeschwindigkeit durch die Öffnung 18 erfolgt.

Wenn das Drosselventil geöffnet wird, gelangt zusätzliche Luft durch die Ringkammer 16 in den Motor. Das Nadelventil wird entsprechend der Öffnung des Drosselventils und dem Druck im Ansaugstutzen bewegt und erhöht die Kraftstoffzufuhr zu der Öffnung 18. Die Zufuhr an Kraftstoff ist so ausgebildet, daß unter Einhaltung des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Gemischbildung erfolgt. Auf diese Weise gelangt ein entsprechendes Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die Öffnung 18, wobei eine innige Durchmischung und Zerstäubung durch die Schockwellen und die Turbulenz innerhalb der Strömung mit Schallgeschwindigkeit erfolgt. Dieses Gemisch wird dann über das Drosselventil der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Der Zapfen 20 ist so ausgebildet, daß er eine Vermischung zwischen Luft und Kraftstoff fördert.

Bei der vorher beschriebenen Ausführungsform ist eine Öffnung 18 mit unveränderbaren Dimensionen vorgesehen. Dabei kann die.Größe der Öffnung so gewählt werden, daß die erreichten Ergebnisse den Betrieb des Motors bei einer bestimmten Temperatur Rechnung tragen. Bei veränderten Temperaturen kann es jedoch vorkommen, daß die Leerlauf drehzahl des Motors nicht den Gegebenheiten Rechnung trägt, da beispielsweise eine größere Reibung innerhalb des Motors vorhanden ist.

In der Fig. 7 ist nun eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei hier ein bewegbarer Zapfen 48 vorgesehen ist.

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In der Fig. 8 ist ein Zapfen 48 erkennbar, der verschieblich im Unterteil 17 sitzt. Er wird nach unten durch eine Feder 49 gedrückt. Ein Kolben 50, der durch den unteren Bereich des Zapfens 48 gebildet wird, steht in Wirkverbindung mit einem Zylinder 51, der in das Unterteil 11 eingeformt ist. Das untere Ende des Kolbens 50 steht in Verbindung mit Atmosphärendruck, der in der Ringkammer 16 herrscht; die Verbindung erfolgt hier über einen Kanal 52 und die Oberseite des Kolbens ist dabei dem Druck im Ansaugsystem ausgesetzt. Wird nun die Verbrennungskraftmaschine bei einer kalten Außentemperatur gestartet, so ist der Unterdruck im Ansaugsystem nicht in der Lage, den Kolben 50 vom Anschlag 53 wegzubewegen. Die Strömung in der öffnung 18 ist entsprechend maximal eingestellt. Steigt jedoch die Temperatur des MOtOrS₇ so steigt auch die Leerlaufdrehzahl, da die Reibung innerhalb der Verbrennungs kraftmaschine abnimmt und der Unterdruck im Ansaugsystem wächst. Das hat jedoch zur Folge, daß der Zapfen 48 nach oben bewegt wird. Dadurch wird die Größe der öffnung 18 reduziert, was wiederum zur Folge hat, daß die Menge an Luft-Kraftstoff-Gemisch auch reduziert wird. Dadurch wird die Leerlaufdrehzahl herabgesetzt und diese Drehzahl auf dem gewünschten Niveau gehalten.

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Claims

Patentansprüche

1. \ Verbrennungskraftmaschine mit einem Vergaser, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) der Vergaser besitzt einen Lufttrichter (13), der an das Ansaugrohr (10) der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist;

b) am Lufttrichter (13) ist eine öffnung (18) vorgesehen, durch die Luft mit Schallgeschwindigkeit in den Lufttrichter einführbar ist;

c) die in den Lufttrichter (18) eingeführte Luft wird bei allen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine mit Schallgeschwindigkeit eingeführt;

d) die Öffnung (18) ist so groß gewählt, daß durch sie der für den Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine erforderliche Luftbedarf einführbar ist;

e) dem der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luftstrom ist Kraftstoff im Bereich der Öffnung (18) oder in Strömungsrichtung gesehen vor der öffnung (18) zuführbar;

f) durch ein Drosselventil (14) ist der Zustrom von Luft von der Atmosphäre zum Lufttrichter (13) steuerbar;

g) die Zufuhr von Kraftstoff ist so gesteuert, daß bei Öffnung des Drosselventils (14) mehr Kraftstoff dem Luftstrom zuführbar ist.

2. Verbrennungskraftmaschine.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff einer Druckluftleitung (17) über eine Leitung zuführbar ist, die in Verbindung mit einer Schwimmerkammer (21) steht, wobei die Zufuhr von Kraftstoff durch ein Ventil ..steuerbar

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ist, das vom Drosselventil (14) beeinflußbar ist.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruc h 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil aus einem Nadelventil besteht, das eine Leerlaufposition besitzt, die so eingerichtet ist, daß in ihr eine vorgesehene Menge Kraftstoff der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.

4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (14) mit einer mechanischen Verbindung zum Nadelventil ausgerüstet ist, die so ausgelegt ist, daß bei Bewegung des Drosselventils (14) aus der Leerlaufposition heraus eine Bewegung der Nadel im Nadelventil proportional zur Bewegung des Drosselventils (14) bewirkbar ist.

5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Nadelventil eine Nadel (30) enthält, die mit einem Kolben (32) verbunden ist, wobei der Kolben (32) in einem Zylinder (33) angeordnet ist, der mit dem Druck im Ansaugrohr beaufschlagbar ist und daß der Kolben (32) von einer Feder (35) in die Ausgangsstellung drückbar ist, wobei der Kolben (32) durch den Druck im Ansaugstutzen entgegen der Wirkung der Feder (35) bewegbar ist.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff in einer Schwimmerkammer (21) gehalten wird, die zur Druckluftleitung (17) entlüftet ist.

7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckluftleitung (17) ein Entlastungsventil (19) im Bereich der Einmündung der Kraftstoffleitung angeordnet ist zwecks Aufrechterhaltung eines definierten Druckes am Ende der Kraftstoffleitung.

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8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (24) zwischen der Druckluftleitung (17) und der Schwimmerkammer (21) ein Ventil (26) angeordnet ist zwecks Aufrechterhaltung der Druckdifferenz zwischen der Druckluftleitung (17) und der Schwimmerkammer (21).

9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeic hn e t, daß das Drosselventil (14) in Richtung auf die Öffnung (18) zu oder von ihr weg verschieblich angeordnet ist und

. einen Zapfen (20, 48) trägt, der in die öffnung (18) eintauchen kann, wobei ein Eintauchen insbesondere in Leerlaufposition stattfindet.

] 0. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Kaltstarteinrichtung eine gesonderte Zufuhr von Kraftstoff vorgesehen ist, wobei in dieser Zufuhr ein Ventil angeordnet ist, durch das die Zufuhr absperrbar ist, sobald der Unterdruck im Ansaugstutzen einen vorherbestimmten Wert erreicht hat.

11. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Kraftstoff innerhalb der Kaltstarteinrichtung durch das Drosselventil (14) absperrbar ist, bevor der Unterdruck im Ansaugstutzen einen vorher bestimmten Wert erreicht hat.

12. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Drosselventil (14) eine öffnung einer Ring\kammer (16) steuerbar ist und die Öffnung (18) auf einer Seite des Lufttrichters (13) angeordnet ist, wobei die öffnung (18) koaxial zur Ringkammer (16) liegt.

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