DE3107064C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ver­ gaser für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Vergaser ist aus der US-PS 12 38 787 bekannt.

Bei dieser bekannten Ausbildung gehört zur Kraftstoff­ zufuhreinrichtung eine mittig im Luftansaugkanal ange­ ordnete kegelstumpfförmige Platte, die die herankommende Luft zwingt, ihren kreisförmigen Rand durch einen ring­ kanalförmigen Spalt zu umströmen, wobei der Kraftstoff auf die stromabwärts gelegene äußere Kegelfläche durch einen Ringschlitz einer zentralen Verteilvorrichtung gelangt, auf dieser Kegelfläche nach außen zerfließt und vom kreisförmigen Rand weg zerstäubt wird. Der gesamte stromabwärts an diese Kraftstoffzufuhreinrichtung anschließende Abschnitt des Luftansaugkanals ist durch die Motorabgase gleichmäßig beheizt.

Bei dieser bekannten Ausbildung kann die zugeführte Wärme nur die Verdampfung desjenigen Krafstoff-Luft- Gemischs begünstigen, welches in der Wandnähe des Luft­ ansaugkanals strömt und im übrigen nur durch ihre Strahlungswirkung. Hieraus ergibt sich eine ungleich­ mäßige und unvollständige Nutzung der zugeführten Wärme. Zwar ist zwecks Vergrößerung der wärmeübertragenden Wand­ fläche des Luftansaugkanals und Turbulenzerzeugung im Gemischstrom die Kanalwand im Längsschnitt zickzack­ förmig ausgebildet, so daß also eine Vielzahl von diver­ gierenden und konvergierenden Kegelstumpfabschnitten aufeinanderfolgen, was eine gewisse Verbesserung der Kraftstoffverdampfung bewirken mag, aber dafür erhöhte Strömungsverluste verursacht.

Aus der US-PS 34 61 850 ist für einen Einspritzmotor eine Gemischaufbereitung in der Weise vorgesehen, daß die in den Luftansaugkanal eines jeden Zylinders ein­ spritzende Kraftstoffdüse so gerichtet ist, daß der Kraftstoffstrahl den Ansaugkanal durchquert und auf eine gegenüberliegende Stelle auftrifft, welche un­ mittelbar durch die Auspuffgase aufgeheizt wird. Hier­ zu bilden die Luftansaugkanäle und der Auspuffkanal ein einstückiges Gußteil. Hier findet die Gemischauf­ bereitung zum Teil durch Oberflächenverdampfung des Kraftstoffs an der Stelle seines Auftreffens statt, je­ doch ist diese nicht einmal zentralsymmetrisch und somit bezüglich des Strömungsquerschnitts ziemlich ungleich­ mäßig.

Außerdem kann es bei nicht genau eingehaltenen Tempera­ turverhältnissen leicht zum Verkoken der verdampfenden Oberflächen aufgrund einer thermischen Zersetung des Kraftstoffes kommen. Dies erklärt sich aus der hohen Tempratur der Kraftstoffverdampfungsstelle, welche sogar eine vollständige Verdampfung des Kraftstoffs verhindern kann. Wenn nämlich die Krafstofftropfen auf die stark erwärmte Oberfläche auftreffen, beginnen sie, so intensiv zu verdampfen, daß sich unter ihnen ein Dampfkissen ausbildet. Dieses Dampfkissen verhin­ dert das Zerfließen der Tropfen über die Oberfläche und zerstört gleichzeitig den erforderlichen Wärme­ kontakt zwischen den Kraftstofftropfen und der Ober­ fläche. Die nicht verdampften Kraftstofftropfen werden vom Luftstrom erfaßt und in die Zylinder des Motors hineingetragen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Vergasers für Verbrennungsmotoren, mit dem eine verbesserte Homogenisierung des in die Zylinder des Motors gelangenden Kraftstoff-Luft-Gemischs unter allen Betriebsbedingungen gelingt und eine Verkokung der wärmeeinleitenden Oberflächen vermieden ist. Auf diese Weise soll der Motor bei gutem Wirkungsgrad und geringem Schadstoffausstoß eine hohe Lebensdauer ohne Notwendigkeit von Wartungsarbeiten erreichen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Einleitung des Kraftstoffs in den Luftansaug­ kanal gemäß Patentanspruch 3 ist an sich aus der US-PS 28 23 906 bekannt. Hier spritzt das Flügelrad den Kraftstoff jedoch gegen einen speziellen Ring, der bei verhältnismäßig kompliziertem Aufbau des Vergasers und komplizierter Strömungsführung in diesem nur als Prallfläche dient, ohne daß eine Verdampfung unter Wärmezufuhr stattfinden würde.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung findet dagegen eine über den Umfang des Luftansaugkanals gleichmäßig verteilte und in Strömungsrichtung dosiert wirksame Verdampfung des Kraftstoffs statt. Durch die Anordnung des Wärmezuleitungsabschnitts im stromabwärtigen Be­ reich des Oberflächenverdampfungselements kommt es in diesem zu einem Temperaturgradienten derart, daß die Kraftstoffzufuhr im kälteren Bereich erfolgt und der die Kanaloberfläche bespülende Krafstoffilm in Strömungsrichtung zunehmend verdampft.

Dieses bezüglich der Wärmeeinleitung und Kraftstoffzu­ fuhr über die Verdampfungsstrecke verwirklichte Gegen­ stromprinzip führt zu einer gleichmäßigen und schonen­ den Verdampfung und dadurch zur Aufbereitung eines homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisches, in dem der Kraft­ stoff praktisch vollständig in Dampfphase vorliegt.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein Kraftstoffsystem für Verbrennungs­ motoren mit einem erfindungsgemäßen Vergaser im Längs­ schnitt;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Vergasers im Längsschnitt;

Fig. 3 eine Ausführungsform des Oberflächenverdampfungs­ elements im Längsschnitt.

Zum Kraftstoffsystem für Verbrennungsmotoren gehört ein Luftansaugkanal 1 mit einer Drosselklappe 2 und einem Oberflächenverdampfungselement 3 sowie eine Kraft­ stoffzufuhreinrichtung 4. Die Kraftstoffzufuhreinrich­ tung 4 ist am stromaufwärtigen Ende 5 des Oberflächen­ verdampfungselements 3 angeordnet und hat elektroma­ gnetische Zuteiler 6 sowie eine Krafstoffeinleitungs­ vorrichtung 7, die den Kraftstoff in Form eines Films 8 zum Oberflächenverdampfungselement 3 gelangen läßt.

Die elektromagnetischen Zuteiler 6 sind durch eine Rohrleitung 9 mit einer Kraftstoffpumpe 10 und einem Kraftstoffbehälter 11 verbunden. Sie werden von einer elektronischen Dosiereinheit 12 gesteuert, auf deren Eingang Geber 13 für den Betriebszustand des Motors wirken.

Die Kraftstoffeinleitungsvorrichtung 7 besteht aus einem Ringhohlraum 14, der den Luftansaugkanal 1 um­ faßt und mit dem stromaufwärtigen Ende 5 des Ober­ flächenverdampfungselements 3 durch einen Ringschlitz 15 in der Wandung des Luftansaugkanals 1 verbunden ist.

Der Wärmezuleitungsabschnitt 16 ist an dem dem Ende 5 gegenüberliegenden stromabwärtigen Ende 17 des Ober­ flächenverdampfungselements 3 angeordnet. Die Wärme wird den Motorabgasen in der Auspuffleitung entnommen.

Die Drosselklappe 2 ist unmittelbar hinter dem strom­ abwärtigen Ende 17 des Oberflächenverdampfungselements 3 angeordnet. Sie kann jedoch auch stromaufwärts von der Kraftstoffzufuhreinrichtung 4 angeordnet sein, wie dies in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Vergasers, bei dem die Kraftstoffeinleitungsvorrichtung 7 als Flügel­ rad 18 ausgeführt ist, das den Kraftstoff in Form eines Films an das Oberflächenverdampfungselement 3 gelangen läßt. Das Flügelrad 18 hat an einer Achse 20 befestigte Flügel 19. Die Achse 20 des Flügel­ rads 18 läuft in Lagern 21 der Nabe 22 eines Stegs 23. Der Steg 23 ist im Luftansaugkanal 1 so angeordnet, daß die Flügel 19 des Flügelrads 18 sich auf der Höhe des stromaufwärtigen Endes 5 des Oberflächenverdampfungs­ elements 3 befinden. In den Flügeln 19 sind durch­ gehende Kanäle 24 ausgeführt, die über einen Kanal 25 in der Achse 20 und Kanäle 26 im Steg 23 mit den elektromagnetischen Zuteilern 6 in Verbindung stehen.

Der am stromabwärtigen Ende 17 des Oberflächenver­ dampfungselements 3 angeordnete Wärmezuleitungsab­ schnitt 16 kann sowohl eine glatte Oberfläche haben, wie das in den Fig. 1 und 2 zu sehen ist, als auch Rippen 27 (Fig. 3) aufweisen, die die Wärmeaufnahme­ fläche des Abschnitts 16 vergrößern. Bei dieser Aus­ bildung wird die Wärmeeinleitung in das Oberflächen­ verdampfungselement 3 intensiviert, was dessen Ver­ kürzung erlaubt. Zur Erzielung einer maximalen Wirk­ samkeit besteht das Verdampfungselement 3 aus einem Werk­ stoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus Kupfer.

Die beschriebenen Vergaser funktionieren folgender­ maßen:

Beim Betrieb des Motors wird der Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 11 (Fig. 1) mittels der Kraft­ stoffpumpe 10 über die Rohrleitung 9 unter Überdruck zu den elektromagnetischen Zuteilern 6 gefördert. Von diesen gelangt der Kraftstoff in den Ringhohl­ raum 14 und von hier durch den Ringschlitz 15 in der Wandung des Luftansaugkanals 1 auf das stromaufwärtige Ende 5 des Oberflächenverdampfungselements 3. Die Dosierung der Kraftstoffzuführung geschieht durch eine Änderung der Dauer der Steuerimpulse, die die elektronische Dosiereinheit 12 in Abhängigkeit von den Signalen der Geber 13 für den Betriebszustand des Motors erzeugt.

Der in einer dosierten Menge in den Ringhohlraum 14 zugeführte Kraftstoff gelangt durch den Ringschlitz 15 zum Ende 5 des Oberflächenverdampfungselements 3 und wird unter Wirkung des von der geöffneten Drossel­ klappe durchgelassenen Luftstroms und der Oberflächen­ spannungskräfte in Form eines Films 8 auf dessen Oberfläche verteilt.

Da die Wärmezuleitung zum Oberflächenverdampfungs­ element 3 auf dessen stromabwärtigem Abschnitt 16 erfolgt, wird sich der Wärmestrom vom Wärmezuleitungs­ abschnitt 16 über das Oberflächenverdampfungselement 3 entgegen der Bewegungsrichtung des Kraftstoffilms 8 ausbreiten. Dabei entsteht im Oberflächenverdampfungs­ element 3 ein Temperaturgradient, unter dessen Wirkung der sich bewegende Kraftstoffilm 8 etwa entsprechend der Kurve der fraktionierten Krafstoffdestillation erwärmt und verdampft wird. Bei einer vorgegebenen Temperatur des Wärmezuleitungsabschnitts 16 des Ober­ flächenverdampfungselements 3 wird sich jede Fraktion des sich in Form des Films 8 bewegenden Kraftstoffs allmählich erwärmen und eine Zone erreichen, wo die günstigsten Bedingungen zur Verdampfung dieser Fraktion vorliegen, d. h. sie erreicht eine Zone, wo die Temperatur auf der Oberfläche des Verdampfungselements 3 der Siede­ temperatur der entsprechenden Fraktion nahe liegt.

Das sich im Oberflächenverdampfungselement 3 ausbildende Temperaturfeld mit einem weiten Bereich und der steile Anstieg der Wärmeaustauschzahl infolge der Verdünnung des Kraftstoffilms beim Zerfließen und Verdampfen des­ selben gewährleisten automatisch eine Verdampfung jeder Kraftstofffraktion an der Stelle, wo die Wärmeaustausch­ bedingungen optimal sind, wodurch eine Regelung der Temperatur des Oberflächenverdampfungselements 3 bei sämtlichen Betriebszuständen des Motors entbehrlich wird.

Die Dämpfe des verdampften Kraftstoffs vermischen sich mit Luft und es entsteht ein homogenes Kraft­ stoff-Luft-Gemisch der erforderlichen Zusammensetzung. Die Anordnung der Drosselklappe 2 im Luftansaugkanal 1 unmittelbar hinter dem stromabwärtigen Ende 17 des Oberflächenverdampfungselements 3 verwirbelt den Strom des Kraftstoff-Luft-Gemisches, wodurch er zusätzlich über den Kanalquerschnitt homogenisiert wird.

Der Vergaser gemäß Fig. 2 funktioniert folgendermaßen:

Beim Betrieb des Motors ist die Drosselklappe geöffnet und die Luft durchströmt den Luftansaugkanal 1. Dabei umströmt sie die Flügel 19 des Flügelrads 18, wodurch dieses in Drehung versetzt wird. Je höher der Luft­ durchsatz ist, d. h. je weiter die Drosselklappe 2 ge­ öffnet wird, desto höher wird die Drehzahl des Flügel­ rads 18 ein.

Gleichzeitig mit der Zuleitung der Luft in die Zylinder des Motors geschieht auch die dosierte Zuführung des Kraftstoffs durch die elektromagnetischen Zuteiler 6. Der Kraftstoff gelangt durch die Kanäle 26 im Steg 23 und den Kanal 25 in der Achse 20 des Flügelrads 18 in die Kanäle 24 seiner Flügel 19. Aus den Kanälen 24 fließt der Kraftstoff auf das stromaufwärtige Ende 5 des Verdampfungselements 3 und zerfließt auf dessen Oberfläche in Form eines Films. Das Flügelrad 18 ge­ währleistet eine hohe Gleichmäßigkeit der Verteilung des Kraftstoffs auf dem Oberflächenverdampfungselement 3, wodurch dessen Länge reduziert werden kann. Die Verdampfung des Kraftstoffilms geschieht wie bereits beschrieben. Eine weitere Verkürzung und damit kompaktere Bauweise wird möglich, wenn der Wärmezulei­ tungsabschnitt 16 mit Rippen 27 versehen wird, wie dies Fig. 3 zeigt.

Claims (4)

1. Vergaser für Verbrennungsmotoren mit einem Luftan­ saugkanal, in welchem in Strömungsrichtung der Luft hintereinander eine Kraftstoffzufuhreinrichtung, ein beheizter Kanalwandabschnitt und eine Drosselklappe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der beheizte Kanalwandab­ schnitt als Oberflächenverdampfungselement (3) mit einem stromabwärtigen Wärmezuleitungsabschnitt (16) ausgebildet ist, und die Kraftstoffzufuhreinrichtung (4) eine Vorrichtung (7) zur Einleitung von Kraft­ stoff am stromaufwärtigen Ende (5) des Oberflächenver­ dampfungselements (3) derart aufweist, daß auf der an­ saugluftseitigen Oberfläche des Oberflächenverdampfungs­ elements (3) ein in Strömungsrichtung der Luft zunehmend verdampfender Kraftstoffilm erzeugt wird.

2. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) zur Einleitung von Kraftstoff einen den Luftansaugkanal (1) umfassenden Ringhohl­ raum (14) aufweist, der über einen Ringschlitz (15) mit dem Innenraum des Luftansaugkanals (11) verbunden ist.

3. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) zur Einleitung von Kraftstoff ein in dem Luftansaugkanal (1) drehbar angeordnetes Flügelrad (18) aufweist, in dessen Achse (20) und Flügeln (19) durchgehende Kraftstoffzuführungskanäle (24, 25) ausgebildet sind.

4. Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmezuleitungsabschnitt (16) des Oberflächenverdampfungselements (3) Rippen (27) zur Vergrößerung der Wärmeaufnahmeoberfläche aufweist.