DE2407995C2

DE2407995C2 - Vergaservorrichtung für einen Ottomotor

Info

Publication number: DE2407995C2
Application number: DE19742407995
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Zürich Diener
Original assignee: Autoelektronik AG
Current assignee: Kwik Products International Corp
Priority date: 1973-06-01
Filing date: 1974-02-20
Publication date: 1982-08-26
Also published as: DE2407995A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einem im Ansaugkanal stromauf einer willkürlich einstellbaren, der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Mengenregelung dienenden Drosselklappe angeordneten, vom Ansaugluftstrom in Rotation versetzten Flügelrad, das einen Rotor antreibt, in dessen Umfang mindestens eine Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung vorgesehen ist die mit einem Kraftstoffraum im Rotor verbunden ist und die durch den von der Zentrifugalkraft bewirkten Überdruck Kraftstoff abgibt, wobei der Kraftstoffraum über Verbindungskanäle an eine Kraftstoffkammer konstanten Kraftstoffniveaus angeschlossen ist und bei stehendem Rotor das Kraftstoffniveau knapp unterhalb der Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung liegt und an dieser kein Kraftstoff austritt.

Bekanntlich ist die Herabsetzung der in den Abgasen von Brennkraftmaschinen enthaltenden Schadstoffanteile, insbesondere der CO- und CH-Anteile, derzeit von besonderer Bedeutung. Es hat sich bei den Versuchen zur Lösung dieses Problems gezeigt daß ein hoher Schadstoffanteil im Abgas eines Otto-Motors offenbar vor allem auf eine unrichtige Dosierung des Kraftstoffes zurückzuführen ist d. h. für den Schadstoffanteil ist nicht so sehr der Motor selbst, sondern vor allem der Vergaser bzw. die Einspritzvorrichtung verantwortlich. Schon bei einem üblichen Motor sind ohne Änderungen in dieser Hinsicht wesentlich bessere Resultate zu erwarten, wenn der Kraftstoff in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen genau dosiert wird.

Wesentlich für den Betrieb eines Otto-Motors ist jedoch nicht nur die Kraftstoffdosierung sondern auch die Aufbereitung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, dessen Qualität in der Praxis nach den Kriterien der Tröpfchengröße und des Niederschlages des Kraftstoffes an den Vergaserwandungen beurteilt wird. Bei einem ideal aufbereiteten Luft-Kraftstoff-Gemisch müßten in der angesaugten Luft kleine Kraftstofftröpfchen gleicher bestimmter Größe gleichmäßig verteilt und relativ zur strömenden Luft in Ruhe sein. Ein derartiges ideales Luft-Kraftstoff-Gemisch läßt sich mit einem Spritzvergaser grundsätzlich nicht herstellen, doch ist es auch im Interesse des Umweltschutzes erforderlich, daß eine möglichst weitgehende Annäherung an diesen Gemischzustand erreicht wird.

Als eine vorteilhafte, weil wirtschaftliche und kostensparende Lösung dieses Abgasproblems wäre ein Vergaser anzusehen, der ein für einen optimalen niedrigen CO- und CH-Anteil in den Abgasen richtig aufbereitetes und die Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine zumindest nicht verschlechterndes Kraftstoff-Luft-Gemisch mit auf die Luftdurchsatzmenge bemessenem Kraftstoffanteil liefert und der möglichst keine verstellbaren Teile, wie z. B. Nadelventile, enthält so daß der bei der Dimensionierung erzielte optimale niedrige Schadstoffanteil auch auf die Dauer unverändert erhalten bleibt.
Bewährte Mittel zur Flüssigkeitszerstäubung sind Rotorzerstäuber oder Schleuderräder, die zugeführte Flüssigkeit infolge der wirkenden Zentrifugalkräfte z. B. durch Düsen in feinste Tröpfchen zerstäuben, und daher sind auch schon solche Rotorzerstäuber oder Schleuder-

räder enthaltende Vergaser bekannt

Bei einem bekannten, in der US-PS 1150115 beschriebenen Vergaser treibt ein vom Ansaugluftstrom in Rotation versetztes Flügelrad einen Rotor an, der aus einem auf der Spitze stehenden kegelstumpfförmigen Hohlkörper mit an seiner großen, oben liegenden Basis radial abstehenden Zerstäubungsdüsen und mit einer in Form eines Schraubenganges ausgebildeten Bodenwand an der kleinen Basis besteht Der Rotor taucht mit seiner Spitze in ein oben offenes Gefäß, das mit einem Schwimmer verbunden ist Bei rotierendem Rotor fördert die eine Schraubenpumpe bildende Bodenwand Kraftstoff aus dem Gefäß in den Rotor, und unter Wirkung von Zentrifugalkräften gelangt der Kraftstoff in die oben liegenden Düsenkanäle und durch die Austrittsdüsenbohrungen zerstäubt in den Ansaugluftstrom.

Ein anderer Vergaser mit Schleuderrad ist durch die FR-PS 4 55 356 bekanntgeworden. Der vom Flügelrad angetriebene Rotor enthält einen Kraftstoffraum, bei dem sich an einen zylindrischen Teil nach oben ein kegelstumpfförmiger Teil mit obenliegender großer Basis anschließt Am Umfang der großen Basis des kegelstumpfförmigen Raumteiles ist eine Vielzahl von radialen Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrungen vorgesehen, die in einer im Ansaugrohr gebildeten düsenförmigen Verengung liegen. Der Kraftstoffraum im Rotor ist über Kanäle mit einem Schwimmer verbunden, der das Kraftstoffniveau bei ruhendem Rotor in Höhe der kleinen Basis des kegelstumpfförmigen Raumteiles hält Bei drehendem Rotor fließt Kraftstoff als Film auf der konischen Wandung des Kraftstoffraumes nach oben zu den Düsenbohrungen und durch diese zerstäubt in den Ansaugluftstrom.

Aus der DE PS 3 58 738 ist ein Vergaser bekannt, bei dem ein vom Ansaugluftstrom in Rotation versetztes Flügelrad einen Rotor antreibt, bei dem Kraftstoff-Austrittsbohrungen vorgesehen sind, die mit einem Kraftstoffraum ^:m Rotor verbunden sind, der seinerseits wieder über Verbindungskanäle an eine Kraftstoffkammer mit einem Schwimmer angeschlossen ist. Die Zuleitungsrohre für die zur Abgabe des Kraftstoffes dienenden Düsen gehen in im wesentlichen radialer Richtung von der Rotorwand ab, während die eigentlichen Düsen durch einen besonderen Abzweig eine Richtung haben, die sich von der Wand des Gehäuses abwendet, um diese möglichst von austretendem Brennstoff freizuhalten. Diese Ausführung soll insbesondere eine Belieferung der Düsen erreichen, auch für den Fall, daß der Vergaser eine Schräglage einnimmt; bei stehendem Rotor liegt das Kraftstoffniveau zumindest knapp unterhalb der Kraftstoffzuleitungsrohre für die Düsen. Ist bei horizontaler Vergaserlage der Kraftstoffraum im Rotor weitgehend mit Kraftstoff gefüllt, liegt das Kraftstoffniveau knapp unterhalb der Kraftstoif-Austrittsdüsenbohrungen.

Auf der durch diesen Vergaser gelegten Grundlage baut die Erfindung auf.

Bei dem Vergaser gemäß US-PS 28/3 906 ist die Nabe des Rotors mit einer Mehrzahl von Durchgängen für den Kraftstoff versehen, die an den äußeren Enden Mundstücke tragen, um die Geschwindigkeit des ausgestoßenen Kraftstoffes zu erhöhen. Vor den Austrittsöffnungen ist ein Ring angebracht, der fest mit dem Gehäuse verbunden und so gerichtet ist, daß der Kraftstoff durch den Aufprall zerstäubt und nach abwärts umgelenkt wird, wo er in den Luftstrom gelangt i dprt vqgstgn^ig verdampft und mit der Luft gemischt wird.

Die Verdüsung des Kraftstoffes gegen eine konisch geformte rotierende Oberfläche ist im Zusammenhang mit der Verwendung eines Rotationszerstäubers für einen Lader in der US-PS 29 22 631 beschrieben. Um ein? vollkommene Zerstäubung zu erreichen, wird bei dem Lader in Kombination mit der rotierenden konischen Zerstäubungsfläche auch Luft unter hohem Druck in den Zerstäubungsraum eingeführt Damit ist ii> für sich bekannt, stromab jeder Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung eine mit der Düsenbohrung rotierende Zerstäubungsvorrichtung für den aus der Düsenbohrung austretenden Kraftstoff-Sprühstrahl vorzusehen. Die Zerstäubungsvorrichtung umfaßt dabei einen zum Ansaugluftstrom hin offenen Hohlraum, in den die Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung mündet

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vergaservorrichtung für Otto-Motoren zu schaffen, bei der von vornherein die Kraftstoffdosierung in Abhängigkeit vom Unterdruck weitgehend ausgeschlossen ist und bei welcher durch eine der linearen Abhängigkeit von Kraftstoffmenge und angesaugter Luftmenge in dem gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine konforme Regelung mit einfachen Mitteln eine befriedigend genaue Kraftstoffdosierung erreicht wird und die zudem ein gut aufbereitetes Luft-Kraftstoff-Gemisch liefert.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß bei einem Vergaser der eingangs angegebenen Art stromab nach jeder Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung eine mit dem Rotor rotierende Zerstäubungsvorrichtung für den aus der Austrittsdüsenbohrung austretenden Kraftstoff-Sprühstrahl vorgesehen ist und daß die Zerstäubungsvorrichtung einen durch einen Spalt zum Ansaugluftstrom hin offenen Hohlraum umfaßt, in den die Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung mündet.

Bei dem Vergaser gemäß der Erfindung wird durch den von der Zentrifugalkraft bewirkten Übsrdruck Kraftstoff aus dem Kraftstoffraum in die Mischkammer gespritzt. Hierbei ist wegen der Abhängigkeit der aus den Düsenkanälen sekundlich ausfließenden Kraftstoffmenge vom Überdruck in dem Kraftstoffraum und der Abhängigkeit des Überdruckes in dem Kraftstoffraum von der sekundlichen Umdrehungszahl des Flügelrades bei der Anströmgeschwindigkeit proportionaler Umdrehungszahl des Flügelrades die sekundlich ausfließende Kraftstoffmenge mindestens in erster Näherung der sekundlich angesaugten Luftmenge proportional.
Zur Gewinnung eines in jedem Fall gut aufbereiteten Kraftstoff-Luft-Gemisches ist demnach bei dem Erfindungsgegenstand stromab nach jeder Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung am Rotor eine Zerstäubungsvorrichtung vorgesehen, um den aus der Austrittsdüsenbohrung austretenden Kraftstoff-Sprühstrahl in den Ansaugluftstrahl zu zerstäuben. Die Zerstäubung, d. h. die Vergasung des Kraftstoffes erfolgt damit unabhängig von der Dosierung des Kraftstoffes durch die Düsen und kann für sich durch eine entsprechende Ausgestaltung der Zerstäubungsvorrichtung optimiert werden. Für die Ausbildung der Zerstäubungsvorrichtungen ist von Bedeutung, daß sie mit dem Flügelrad in der vom Ansaugluftstrom durchströmten Mischkammer rotieren, so daß auch mit einfachen Mitteln eine befriedigende Zerstäubung des aus den Spritzdüsen ausgespritzten Kraftstoffes erreicht werden kann.

Anstelle eines vor jeder Spritzdüse vorhandenen, durch einen Spalt zur Mischkammer hin offenen

Hohlraumes kann auch ein durch einen Ringspalt zur Mischkammer hin offener ringförmiger Hohlraum vorgesehen sein, in den alle Spritzdüsen der KraftstoffkaiTiimer münden. Der Ringspalt einer solchen Zerstäubungsvorrichtung kann in einer mit der Drehachse der Kraftstoffkammer koaxialen Zylindermantelfläche liegen, also eine Zerstäubungsdüse bilden, bei der die Tröpfchengröße des zerstäubten Kraftstoffes wesentlich durch die Spaltweite gegeben ist. Noch günstigere Verhältnisse hinsichtlich einer wirtschaftlichen Fertigung und insbesondere für eine leichte Optimierung der Ki'aftstoffzerstäubung werden nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch eine Zerstäubungsvorrichtung geschaffen, bei der der Ringspalt in einer zur Drehachse der Kraftstoffkammer senkrechten Ebene liegt, d. h. der Hohlraum in Richtung der Drehachse offen und außen durch eine in der Spaltebene liegende Ring-Stirnfläche begrenzt ist.

Der Vorteil der Ausbildung der Prallflächen als Hohlraum vor dem Düsenaustritt liegt vor allem darin, daß der Düsenaustritt gegen die vorbeistreichende angesaugte Luft geschützt wird, so daß auch in der Düsenöffnung selbst lokal kein Unterdruck in einem solchen Ausmaß entstehen kann, daß er die rotordrehzahlabhängige Überdruck-Förderung des Kraftstoffes entscheidend beeinflussen könnte.

Der erfindungsgemäße Vergaser mit dem im Bereich des Anschlusses der Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrungen während aller Betriebsphasen weitgehend konstant mit Kraftstoff, d. h. vor allem mit Kraftstoff ohne Luftzusatz, gefüllten Kraftstoffraum kann leicht für eine gegebene Brennkraftmaschine durch Variation der Düsenzahl, des Querschnittes der Austrittsbohrungen, des j-LuStanuCS ucr r-LUStritt

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Drehachse und des Anstellwinkels der Flügel (Umdrehungszahl) auf die abzugebende optimale Kraftstoffmenge dimensioniert werden. Da auch die Kraftstoffzerstäubung durch diese Parameter beeinflußt ist, kann der Vergaser neben der richtigen Kraftstoffzumessung gleichzeitig auch eine richtige Kraftstoffzerstäubung bewirken.

Bei den vorstehend behandelten vorbekannten Vergasern steht entweder die über den Rotor geförderte Kraftstoffmenge nicht, zumindest nicht im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in einem linearen Verhältnis zur angesaugten Luftmenge, oder es fehlt die Optimierung der Zerstäubung durch entsprechend angeordnete Prallflächen und damit die mit der Erfindung verwirklichte Entkopplung der Dosierung des Kraftstoffes durch die Düsen von der Feinstzerteilung durch die Zerstäubungsvorrichtung.

Bsi dem Vergaser nach der US-PS 11 50 115 ist das die Kraftstoffdüsen enthaltende Schleuderrad im Bereich der Kraftstoffzuführung mit einer Schraubenförderpumpe ausgestattet, deren Fördercharakteristik bekanntlich nicht linear ist

Bei dem in der FR-PS 455 356 beschriebenen Vergaser ist die konstruktive Ausgestaltung des im Schleuderrad vorhandenen Kraftstoffraumes, insbesondere im Bereich des Anschlusses der Vielzahl Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrungen sowie des Außenraumes des Schleuderrades so, daß Kraftstoff durch die Vielzahl Austrittsdüsenbohningen aus dem Kraftstoffraum abgesaugt wird und die Austrittsdüsenbohningen nicht während der ganzen Betriebsphase von Kraftstoff bedeckt sein können, so daß eine genaue Dosierung durch die Austrittsdüsenbohrungen nicht gewährleistet ist

Der Austritt des Kraftstoffstromes in eine Richtung abweichend von derjenigen der Zentrifugalkraftwirkung bei dem Vergaser nach der DE-PS 3 58 738 läßt weder eine optimale Dosierung des Kraftstoffes durch die Düse noch seine optimale Feinstzerteilung zu. Die Patentschrift vermittelt den Eindruck, daß der Vermeidung der Wandberührung des Kraftstoffstrahles Vorrang vor einer effektiven Zerstäubung einzuräumen ist

Zum Unterschied von der der Erfindung zugrundeliegenden Konzeption, nach der die Kraftstoffmenge Qk in allen Betriebsphasen proportional der angesaugten Luftmenge Ql, also Qk¹Ql = konst. ist, wird bei dem Vergaser nach der US-PS 28 23 906 in bestimmten Betriebsphasen durch Umwegleitungen ein Teil der angesaugten Luft um die Kraftstoffdüsen herumgeführt,

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verschiedener Betriebsphasen ändert Die Möglichkeit der Einhaltung eines während aller Betriebsphasen konstanten Verhältnisses zwischen Luft und Kraftstoff bei dem erfindungsgemäßen Vergaser erweist sich als besonderer Vorteil für die Schadstoff-Armut des Abgases. Auch die für die Funktion des Vergasers gemäß der Erfindung wesentliche Erkenntnis, daß für eine optimale Zerstäubung des Kraftstoffes die Prallflächen fest am Rotor angeordnet sein sollen, so daß keine Relativbewegung zwischen Düsenausgang und Prallflächen stattfindet läßt sich der Patentschrift

28 23 906 nicht entnehmen.

Die Verwendung von Luft als Zerstäubungsmittel, das in den Raum zwischen Düsenaustritt und mit umlaufender Prallfläche bei dem Zerstäuber gemäß US-PS

29 22 631 eingeblasen wird und für eine vollkommene Zerstäubung dort offenbar unerläßlich ist ist bei dem Vergaser gemäß Erfindung ausgeschlossen, da — wie oben erwähnt — die Düsenöffnungen im Interesse einer genauen Dosierung des Kraftstoffes bei der Überdruckförderung von strömender Luft freigehalten werden müssen. Es war im Hinblick auf diese US-PS nicht ohne weiteres zu erwarten, daß die Ausgestaltung der Zerstäubungsvorrichtung als Hohlraum auch ohne Luft als zusätzliches Zerstäubungsmittel eine Feinstverteilung des Kraftstoffstromes aus der Düse eriaubt, die ein schadstoffarmes Abgas gewährleistet Aus den vorstehend erörterten Gründen führt auch eine Vereinigung der Lehren der US-PS 29 22 631 mit denen der DE-PS 3 58 738 nicht zur Erfindung, weil abgesehen vom Anblasen der Düsenöffnung mit Luft die Stellung der Düsenaustrittsöffnungen senkrecht zur Wirkungsrichtung der Zentrifugalkraft wie sie in der DE-PS

so beschrieben ist, die auf der reinen Überdruckförderang beruhende Dosierung des Brennstoffes durch die Düsen beeinträchtigen und damit die Konstanz des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Frage stellen könnte.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführuagsbeispielen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 schematisch im Schnitt einen Vergaser mit seinen wesentlichen Teilen, der zur Anwendung der

ro Erfindung geeignet ist,

F i g. 2 schematisch einen Vergaser mit einer Nachzerstäubung des an den Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrungen austretenden Kraftstoffes mittels Zerstäubungsvorrichtungen, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig.3 schematisch einen Rotor mit Flügelrad und Zerstäabungsvorrichtungen in einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig.4 einen Längsschnitt durch einen Vergaser mit einer Zerstäubungsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung.

Wie in F i g. 1 der Zeichnung ersichtlich ist, sind die wesentlichen Teile des Vergasers in ein ein Teilstück des Ansaugkanals bildendes rohrförmiges Gehäuse 1 eingebaut. Bei dem Gehäuse 1 geht ein zylindrischer Gehäuseoberteil 2, der die Mischkammer 3 enthält, über ein kegeliges Zwischenstück 4 in einen Klappenstutzen 5 kleineren Durchmessers über, der die um eine Achse 7 verstellbare Drosselklappe 8 enthält. Der Klappenstutzen 5 trägt einen Außenflansch 6 zur Befestigung des Gehäuses 1 auf dem Ansaugrohr des Motors. Auf den Gehäuseoberteil 2 wird das Luftfilter aufgesetzt.

In der Mischkammer 3 ist ein mit einem Flügelrad ausgerüsteter Rotor 9 montiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rotor 9 eine in Form eines unten abgeschlossenen Hohlzylinders ausgebildeten Hohlwelle 10 auf, die in der Mischkammer 3 um eine zur Kammerachse koaxiale Drehachse drehbar gelagert ist. Am unteren abgeschlossenen Ende ist die Hohlwelle 10 durch eine Lagerkugel 12 in einem Lager 13 abgestützt, das von an der Innenwand des Gehäuseoberteiles 2 befestigten radialen Stegen 14 gehalten wird. Am oberen Ende ist die Hohlwelle 10 in einem Lager 15, z. B. einem Kugellager, geführt, das ebenfalls von an der Innenwand des Gehäuseoberteiles 2 befestigten radialen Stegen 16 gehalten ist. Die radialen Stege 14 und 16 weisen zweckmäßig ein aerodynamisches Profil auf, so daß sie keinen nennenswerten Widerstand für den die Mischkammer 3 durchströmenden Ansaugluftstrom bilden. Eine ». B. am oberen Lager 15 befestigte Abschlußkappe 17 schließt die Hohlwelle 10 am oberen Ϊ?η/Ία oK titt/Ί ein /itirrAt rlio Äl\c/*hlttftl^annA 17 iin/4 /ί*"*^^)

die Wandung des Gehäuseoberteiles 2 geführtes Leitungsrohr 18 verbindet den Innenraum der Hohlwelle 10 mit einer Kraftstoffkammer 21, die durch ein Leitungsrohr 22 mit dem Ausgang 24 einer Kraftstoff-Zuführpumpe 23 üblicher Bauart verbunden ist

Aus der Kraftstoffkammer 21 gelangt durch das Leitungsrohr 18 Kraftstoff in die Hohlwelle 10, deren Innenraum den Kraftstoffraum i9 bildet. Oberhalb der Flügel 11 führen von dem Kraftstoffraum 19 zwei rohrförmige Düsenkanäle 20 schräg nach oben weg, die einander diametral gegenüber liegen. Die Düsenkanäle 20 können an die Hohlwelle 10 angesetzte Röhrchen sein. Der Durchmesser der am oberen Ende jedes Düsenkanals 20 befindlichen Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung 20a beträgt z. B. 0,1 bis 0,2 mm.

Die Kraftstoffkammer 21 weist eine seitliche Überlauföffnung 27 auf, die über ein Ventil 28 durch eine Oberlaijflpitijne 29 mit dem Fingang 25 der Kraftstoffpumpe 23 verbunden ist An den Eingang der Kraftstoffpumpe 23 ist ferner die Kraftstoff-Versorgungsleitung 25 angeschlossen.

Die Kraftstoffkammer 21 ist in bezug auf den Rotor 9 so angeordnet, daß ihre Überlauföffnung 27 etwas unterhalb der Horizontalebene liegt, in der die Austrittsdüsenbohrungen 20a der Dösenkanäle 20 liegen. Enthalten bei geöffnetem Ventil 28 Kraftstoffkammer 21, Leitungsrohr 18 und Kraftstoffrauin 19 Kraftstoff, so liegt der Kraftstoffspiegel bei stehendem Flügelrad 9 knapp unterhalb der Austrittsdüsenbohrungen 20a, und es tritt kein Kraftstoff aus diesen in die Mischkammer 3 aus.

Der Vergaser, soweit vorstehend beschrieben, arbeitet wie folgt

Beim Starten des Motors wird das Ventil 28 kurzzeitig geschlossen. Der von der Kraftstoffpumpe 23 geförderte Kraftstoff füllt die Kraftstoffkammer 21 und durch das Leitungsrohr 18 den Kraftstoffrauin 19 des Rotors 9. Durch die Drosselklappe 8 ist der Klappenstutzen 5 etwas geöffnet, und durch das Vergasergehäuse 1 strömt der Ansaugluftstrom, der über die Flügel 11 den Rotor 9 in Drehbewegung versetzt. Wegen des zu dieser Zeit schwachen Ansaugluftstromes dreht sich der Rotor 9 nur verhältnismäßig langsam, und der Druck im Kraftstoffraum 19 ist im wesentlichen durch den Pumpendruck der Kraftstoffpumpe 23 bestimmt. Dies hat den Zweck, daß beim Starten des Motors das hierzu erwünschte fette Kraftstoff-Luft-Gemisch durch Einspritzen einer entsprechenden Menge Kraftstoff in die Mischkammer 3 bereitet wird. Nach dem Starten des

Kraftstoffkammer 21 Kraftstoff durch die Überlaufleitung 29 abfließt und sich der Kraftstoffspiegel in der Kraftstoffkammer 21 auf die durch die Überlauföffnung 27 bestimmte konstante Höhe einstellt. Der Überdruck im Innern des Kraftstoffraumes 19 und in den Düsenkanälen 20 ist nun durch die bei rotierendem Rotor 9 auftretenden Zentrifugalkräfte bestimmt.
Hierbei ergeben sich folgende Beziehungen:

a) Bei dem Rotor 9 ist die sekundliche Umdrehungszahl η proportional der Anströmgeschwindigkeit und damit proportional der je Sekunde angesaugten Luftmenge Ql,

b) Der Kraftstoffdruck im Kraftstoffraum 19 und in den Düsenkanälen 20 ändert sich über die Zentrifugalkraft mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit u = 2 nn.

c) Die aus der Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung 20a sekundlich ausfließende Kraftstoffmenge Qk ändert sich mit der Quadratwurzel aus dem Kraftstoffdruck.

Hieraus ergibt sich:

Die aus den Austrittsdüsenbohrungen 20a sekundlich ausfließende Kraftstoffmenge Qk steht in einem linearen Verhältnis zur sekundlich angesaugten Luftmenge Qi, Eine solche im wesentlichen lineare Funktion zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge ermöglicht eine genaue Dosierung des Kraftstoffes, wobei die Genauigkeit über den gesamten Bereich der Ansaugluftstrom-Geschwindigkeiten praktisch gleich ist Es ist somit ausreichend, wenn der Vergaser an einem Arbeitspunkt richtig eingestellt wird. Etwa an der Düsenöffnung herrschender, aus der vorbeistreichenden Ansaugluft herrührender Unterdruck ist indessen unberücksichtigt.

Für die Einstellung des Vergasers ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein die Mischkammer 3 überbrükkender Nebenkanal 30 vorgesehen, dessen freier Querschnitt durch eine Stellschraube 31 verändert werden kann, so daß vom Ansaugluftstrom ein bestimmter Anteil abgezweigt und damit die Geschwindigkeit des Flügelrades 9 justiert werden kann.

Es kann erwünscht sein, den Proportionalitätsfaktor für die Umdrehungszahl π (π= aQ{) und damit den Proportionalitätsfaktor für die Kraftstoffmenge (Ql = bQx) von äußeren Parametern abhängig zu machen. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen. Im einfachsten Falle kann, wie in der Zeichnung veranschaulicht ist, in die Mischkammerwandung in Höhe der Flügel 11 ein Magnetkern 32 mit einer Spule 33 eingesetzt werden. Durch Erregung dieses Elektroma-

Kneten 32, 33 mit einem ζ. B. den Werten äußerer Parameter analogen Gleichstrom kann dann die Umdrehungszahl des Flügelrades entsprechend geregelt werden.

Vorstehend ist anhand eines einfachen Ausführungsbeispieles nur der prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Arbeitsweise eines Vergasers zur Anwendung der Erfindung beschrieben worden. Je nach speziellen Erfordernissen hinsichtlich einer wirtschaftlichen Fertigung und Genauigkeit der Dosierung können verschiedene Änderungen vorgenommen werden. So können beispielsweise mehr als zwei Düsenkanäle oder auch nur ein Düsenkanal vorgesehen werden, und die Düsenkanäle können auch in die Flügel selbst verlegt sein. Es können zusätzliche Strömungsleitbleche eingebaut werden, und die Düsenkanäle können auch gebogen sein. Schon aus diesen Beispielen isi ersichtlich, daß mit einfachen Mitteln die Dosiergenauigkeit ohne Schwierigkeiten erreichbar ist.

Der Zerstäubungsgrad des Kraftstoffes wird nun bei einem solchen Vergaser dadurch verbessert, daß, wie in Fig.2 ersichtlich ist, stromab nach jeder Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung 20a am Rotor 9 eine Zerstäubungsvorrichtung 40 vorgesehen ist, um die aus den Austrittsdüsenbohrungen austretenden Kraftstoff-Sprühstrahlen in die Mischkammer 3 zu zerstäuben. In Fig.2 sind die Zerstäubungsvorrichtungen 40 nur symbolisch angedeutet, da sie im Rahmen der Merkmalsvereinigung nach Patentanspruch 1 an sich aus für diesen Zweck konstruktiv abgewandelten bekannten Zerstäubungsorganen, wie Prallteilen, Scheiben, Kanten usw. oder Kombinationen derselben bestehen können. Im übrigen ist der in F i g. 2 dargestellte Rotor 9 ebenso ausgebildet wie der der F i g. 1: Die Hohlwelle 10 isi oben und unten mittels Lager 12,13 und 15 in am Gehäuseoberteil 2 befestigten Streben 14, 16 drehbar gelagert, und die Flügel 11 des Rotors 9 sind auf der Hohlwelle 10 unterhalb der Düsenkanäle 20 befestigt

Ein Rotor etwas geänderter Konstruktion mit einer beispielsweisen Zerstäubungsvorrichtung ist schematisch in Fig.3 wiedergegeben. Bei dem in Fig.3 gezeigten Rotor ist die Anordnung der Flügel 11 und der Düsenkanäle 20 auf der zylindrischen Hohlwelle 10 gegenüber der Anordnung in Fig. 1 und 2 umgekehrt, d.h. die Düsenkanäle 20 führen von dem unteren Bereich des Kraftstoffraumes 19 weg, und die Flügel 11 befinden sich oberhalb der Düsenkanäle. Die Austrittsdüsenbohrung 20a jedes Düsenkanals 20 mündet in einen in der verdickten Wandung der Hohlwelle 10 vorhandenen Hohlraum 41, der oberhalb der Austrittsdüsenbohrung 20a durch einen Spalt 42 zur Mischkammer hin offer: ist. Bei röücfcnucm Rotor 3 wird aus den Austrittsdüsenbohiimgen 20a Kraftstoff dosiert in die Hohlräume 41 abgegeben und dann durch den Spalt 42 in die Mischkammer zerstäubt Der Spalt 42 kann horizontal verlaufen oder bezüglich der Horizontalen geneigt sein. Anstelle je eines separaten Hohlraumes 41 und Spaltes 42 für jeden Düsenkanal 20 kann auch ein für alle Düsenkanäle gemeinsamer Ringraum mit Ringspalt vorgesehen sein.

Fig.4 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Vergaser mit Zerstäubungsvorrichtung. Ein in das Luftansaugrohr einsetzbarer Rohrstutzen 47 enthält z. B. drei radiale Stege 14, die den Rotor 9 tragen und von denen einer als Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 ausgebildet ist Auf den radialen Stegen ist ein Rohrstück 34 koaxial mit der Längsachse des Rohrstutzens 47 befestigt, das mit der Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 in Verbindung steht und als Drehachse für den Rotor 9 dient. Auf das Rohrstück 34 sind zwei Kugellager 35 aufgeschoben. Am oberen Ende ist das Rohrstück 34 unter Bildung einer ringsumlaufenden Schulter auf einen kleineren Außendurchmesser abgesetzt.

Der Rotor 9 weist eine auf die Kugellager 35 passende Hohlwelle 10 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel oben durch eine halbkugelförmige Stirnwand 38 abgeschlossen ist. Unterhalb der Stirnwand 38 liegt der Brennstoffraum 19, der unten durch eine innerhalb der Hohlwelle 10 befestigte Ringscheibe 36 abgeschlossen ist. Der Innendurchmesser der Ringscheibe 36 ist nur wenig größer als der Außendurchmesser des abgesetzten Endes des Rohrstückes 34, so daß bei auf die Kugellager 35 aufgesetzter Hohlwelle 10 die Ringscheibe 36 mit wenig Spiel das Rohrstückende umschließt und durch die Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 und das Rohrstück 34 Kraftstoff in den rotierenden Kraftstoffraum 19 eingeleitet werden kann. Die Ringscheibe 36 hat eine kraftstoffabweisende Oberfläche und auf ihrer in dem Kraftstoffraum 19 liegenden Seite radiale Rillen 37, wodurch — zusammen mit dem geringen Spiel zwischen Scheibe 36 und Rohrstück 34 — gewährleistet ist, daß während des Betriebes kein Kraftstoff über die Kugellager 35 in die Mischkammer 3 gelangen kann und der Kraftstoff in dem Kraftstoffraum 19 bei rotierendem Flügelrad mitdreht In der zylindrischen Wandung des Kraftstoffraumes 19 befinden sich radiale Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrungen 20a. Die Zerstäubungsvorrichtung 40 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Ring 43, der auf der Hohlwelle 10 befestigt ist Im oberen Teil weist der Ring 43 eine ringsumiaufende Ausnehmung 43a auf, so daß zwischen Ring 43 und Hohlwelle 10 ein durch einen Ringspalt 45 zur Mischkammer 3 hin offener ringförmiger Hohlraum 46 vorhanden ist, in den die Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrungen 20a münden.

Die in einer zur Hohlwellenachse senkrechten Ebene liegende Stirnfläche 44 des Ringes 43 hat Einfluß auf die Zerstäubung des Kraftstoffes, wobei für das jeweilige Vergasermodell durch Variation der Stirnflächenbreite, der Lag „der Stirnfläche in bezug auf die Austrittsdüsenbohrungen 20a und der oberflächlichen Beschaffenheit der Stirnfläche optimale Verhältnisse erreicht werden können. Die Weite des Ringspaltes 45 bestimmt wesentlich die Tröpfchengröße des zerstäubten Kraftstoffes und beträgt z. B. 0,1 mm. Im Scheitel der halbkugelförmigen Stirnwand 38 des Kraftstoffraumes 19 ist eine öffnung 39 zur Entlüftung vorgesehen. Bei der in Fig.4 gezeigten Ausführung sind die Flügel 11 des Rotors S auf der Hohlwelle unterhalb der Austrittsdüsenbohrungen angeordnet, so daß, entsprechend F i g. 2, der zerstäubte Kraftstoff die rotierenden Flügel 11 passiert Stattdessen können entsprechend Fig.3 die Flügel 11 auch oberhalb der Austrittsdüsenbohrungen angeordnet sein.
Die Kraftstoff-Zuführungsleitung 18 führt zu einer Kraftstoffkammer 21, die zur Aufrechterhaltung eines knapp unterhalb des Bodens des Kraftstoffraumes 19 liegenden Kraftstoffniveaus bei stehendem Rotor auf bekannte Weise eingerichtet ist Der Spalt 45 kann hier abhängig von der Krafistoffdosierung für die gewünschte Tröpfchengröße dimensioniert werden, wobei eventuell vorkommende lokale Verstopfungen des Ringspaltes die Betriebstüchtigkeit des Vergasers nicht beeinträchtigen.

Ein besonderer Vorteil der vorstehend anhand von beispielsweisen Ausführungen (F i g. 2 bis 4) beschriebenen Vergasers besteht darin, daß eine optimale Gemischaufbereitung nicht durch Einstellung von irgendwelchen Organen, z. B. Düsen, sondern durch konstruktive Maßnahmen erreicht wird, wodurch eine stets gleichbleibende Betriebsweise gewährleistet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungea

Claims

Patentansprüche:

1. Vergaser für Brennkraftmaschinen mit einem im Ansaugkanal stromauf einer willkürlich einstellbaren, der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Mengenregelung dienenden Drosselklappe angeordneten, vom Ansaugluftstrom in Rotation versetzten Flügelrad, das einen Rotor antreibt, in dessen Umfang mindesten.¹· eine Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung vorgesehen ist, die mit einem Kraftstoffraum im Rotor verbunden ist und die durch den von der Zentrifugalkraft bewirkten Überdruck Kraftstoff abgibt, wobei der Kraftstoffraum über Verbindungskanäle an eine Kraftstoffkammer konstanten Kraftstoffniveaus angeschlossen ist und bei stehendem Rotor das Kraftstoffniveau knapp unterhalb der Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung liegt und an dieser kein Kraftstoff austritt, dadurch gekennzeichnet, daß stromab nach jeder Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung (2OaJ eine mit dem Rotor (9) rotierende Zerstäubungsvorrichtung (40) für den aus der Austrittsdüsenbohrung austretenden Kraftstoff-Sprühstrahl vorgesehen ist und daß die Zerstäubungsvorrichtung (40) einen durch einen Spalt (42;

45) zum Ansaugluftstrom hin offenen Hohlraum (41;

46) umfaßt, in den die Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung (2OaJ mündet

2. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (46) ein Ringraum ist, in den alle Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrungen (2OaJ des Kraftstoffraumes (19) münden, und der ringförmige Hohlraum (46) durch einen Ringspalt (45) zum Ansaugluftstrom hin offen ist.

3. Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (45) der Zerstäubungsvorrichtung (40) in einer zur Drehachse des Kraftstoffraumes (19) senkrechten Ebene liegt

4. Vergaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (45) außen durch eine in der Spaltebene liegende Ring-Stirnfläche (44) bestimmter Breite begrenzt ist.

5. Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (42) der Zerstäubungsvorrichtung (40) in einer mit der Drehachse des Kraftstoffraumes (19) koaxialen Zylinder-Mantelfläche liegt.

6. Vergaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Kraftstoffraum (19) des Rotors (9) im Bereich der Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung (2OaJ einen ringförmigen Aufsatz (43) mit einer ringsumlaufenden inneren Ausnehmung (43a,) trägt, der den ringförmigen Hohlraum (46) und den Ringspalt (45) bildet.

7. Vergaser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit einem Kraftstoff-Zuführungsrohr (18aJ koaxialen Kraftstoffraum (19), der am unteren Ende abgeschlossen ist und in den das Kraftstoff-Zuführungsrohr (18aJ von oben bis in den unteren Raumbereich hineinragt und dadurch, daß jede Kraftstoff-Austrittsddsenbohrung (2OaJ am oberen Ende eines in den Kraftstoffraum (19) im unteren Raumbereich einmündenden rohrförmigen Düsenkanals (20) angeordnet ist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Kraftstoff-Austrittsdüsenbohrung (20aJist.

8. Vergaser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Kraftstoffraum (19), der am oberen Ende abgeschlossen ist und in den ein Kraftstoff-Zuführungsrohr (34) von unten her in einer Bodenwand (36) des Kraftstoffraumes (19) mündet