WO1981000432A1 - Dispositif pour la pulverisation dosee de carburant, afin de former un melange air-carburant dans le tube d'aspiration de moteurs a combustion interne - Google Patents

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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device of the type mentioned, in which a rotating, truncated cone-shaped atomizing body 6, which is connected to an electric motor 2 via a hollow shaft 4, is provided.
  • CH-PS 559 856 which uses the intake air flow to drive an impeller that injects fuel into the intake pipe due to its rotation, should not have the short response times that are necessary to allow an electronic control to be fully effective.
  • FR-PS 1 247 924 provides the suction of the fuel through a hollow shaft to the head end of a frusto-conical atomizing body, where it is deflected onto the surface of this body, on which it spreads and is from the edge of this body or from fine holes near the edge, which then becomes a lip is trained, the intake air thrown against by special devices is prevented from forming turbulence.
  • This invention also does not meet the requirement for the greatest possible turbulence in the mixture formation, which is required by the current state of the art.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, with which an improved use of the fuel is achieved compared to the current state of the art.
  • the best possible mixing of air and fuel and the most exact observance of the stoichiometrically necessary mixing ratio - or a controlled deviation from this - are required under all operating conditions.
  • the solution with the most promising solution appears to be an electronic control system. Compare Automotive Engineering, 85, No. 2 (Feb. 1977), 45 - 51: "Lambda-Sond: Complete Emission Control?". However, this requires coupling the control system to an efficient, fast-reacting mixture preparation system.
  • the aim of the invention is to provide such a system which can also be controlled non-electronically if suitably designed.
  • this object is achieved by a device for the meterable atomization of fuels to form the fuel-air mixture in the intake pipe of internal combustion engines, in which a rotating, frustoconical atomizer body 6 connected via a hollow shaft 4 to an electric motor 2 is provided, characterized in that before The atomizing body 6 is a smaller, approximately cone-shaped suction body 1, which, like the atomizing body 6, extends from the cone head in the flow direction of the air, so that the suction body 1 is controlled by a controllable second electric motor 5 with a smaller one Speed is driven as the atomizing body 6, the axis 3 of which extends through the hollow shaft 4 of the atomizing body 6, and that the suction body 1 receives the fuel with a pin 9 at its head end from the fuel supply 10 and from its conical surface 12 or from near this surface running holes 8 throws onto the distributor surface 7 of the atomizing body 6.
  • baffle plates can be arranged in the air flow in front of the atomizing body, which give the air a swirl that corresponds to the direction of rotation of the atomizing.
  • exercise body 6 is opposite, and which can cover the fuel supply.
  • the atomization body 6 can be heated from the inside.
  • a grid or perforated plate 11 can be arranged, which partially causes the sprayed fuel particles to bounce back on the distributor surface 7, partially intensively mixing them with the intake air, by causing strong small turbulence above the distributor surface 7.
  • the grille or perforated plate 11 is designed as a grille or with perforation only in the part which is more distant from the suction body 1, so that the front part acts completely as a baffle plate for those who exit the suction body 1 particularly quickly
  • a wavy or toothed design of the distributor surface 7 of the atomizing body 6 can be particularly advantageous for the atomization, since the fuel particles are then exposed to a centrifugal force that rapidly changes in strength.
  • the distributor surface 7 and grille or perforated plate 11 are advantageously curved so that the convex Side of the grid or perforated plate 11 faces the concave distributor surface 7 or the convex distributor surface 7 of the concave side of the grid or perforated plate 11.
  • the centrifugal acceleration started by the suction body 1 continues on the distributor surface 7. If the opposite direction of rotation is selected for the two rotating bodies and the atomizing body 6 runs at a sufficiently high speed, the fuel thrown out of the suction body 1 hits an air layer which migrates as a circulation flow to the blunt end of the atomizing body 6 and from which Fuel is detected and distributed particularly finely.
  • FIG. 1 of the application an exemplary embodiment is shown in section in a simplified manner.
  • the axis 3 and the hollow shaft 4 run coaxially approximately in the middle of the intake pipe, which is curved at some distance behind the atomizing body 6, so that axis 3 and hollow shaft 4 are guided through its wall and the two electric motors 2 and 5 outside the Intake pipe are arranged.
  • the atomizing body 6 delivers the fuel from its distributor surface 7 and from its outer edge in a finely distributed form to the intake air which is caused by strong turbulence by baffles, which are not shown in the drawing.
  • FIG. 2 shows a section of FIG.
  • FIG. 1 in a simplified sectional view, a wavy convex distribution ler Structure 7 and a concave grid or perforated sheet 11 have been selected.
  • Figure 3 shows the same modified so that the distributor surface is concave and partially wavy, partially toothed and the grid or perforated plate 11 turns its convex side of the distributor surface 7.
  • the invention advantageously achieves the metering and fine distribution of the fuel and the thorough mixing of air and fuel in the intake manifold. These advantages have a particularly strong effect if the device is coupled to an electronic control system which calculates the most favorable speed for the intake body 1 and the atomizing body 6 from the operating state of the internal combustion engine and its load and controls its speed accordingly.
  • the speed of the intake body 1 By controlling the speed of the intake body 1, the amount of fuel supplied is metered, while the rotation of the atomizing body, in cooperation with the amount and turbulence of the air, determines the quality of the mixture preparation. This makes it possible to maintain the most favorable stoichiometric ratio between air and fuel ( ⁇ - 1) with great accuracy and reliability, but also to change it under certain operating conditions if it is desirable (lean operation at idle e.g.).
  • a mode of operation which is satisfactory in comparison to the electronic control can also be achieved by a mechanical or electrical control which receives its signal either from a measuring device for the amount of the intake air or possibly from the person operating the internal combustion engine itself, whereby the throttle valve could be omitted .
  • the manufacturing costs are probably considerably lower than those of injection systems.
  • the conventional injection systems or carburettors can be replaced by this rotary carburetor.
  • the device is connected to an electronic control, operation with fuels of very different types is possible; mechanical errors can be compensated to a certain extent by the electronic control.
  • the setting work is limited to mechanical, electrical or electronic control.

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Description

Beschreibung
Technisches Gebiet
Vorrichtung zur dosierbaren Zerstäubung von Kraftstoffen zur Bildung des Kraftstoffluftgemisches im Ansaugrohr von Brennkraftmaschinen. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der genannten Art, bei der ein rotierender, über eine Hohlwelle 4 mit einem Elektromotor 2 verbundener kegelstumpf- förmiger Zerstäubungskörper 6 vorgesehen ist.
Zugrunde liegender Stand der Technik
Eine auf dem Rotationsprinzip beruhende Erfindung
(CH-PS 559 856), die den Ansaugluftstrom zum Antrieb eines Flügelrades ausnutzt, das durch seine Drehung Kraftstoff in das Ansaugrohr spritzt, dürfte nicht die kurzen Ansprechzeiten haben, die nötig sind, um eine elektronische Steue- rung voll wirksam werden zu lassen. Eine bekannte Vorrichtung zur Vernebelung von Kraftstoff mittels eines Kreisels (DT-PS 723 745, zielt ausdrücklich auf die Vermeidung von Wirbelbildung. Damit entspricht sie nicht der Zielsetzung, die durch den heutigen Stand der Technik geboten ist. Die FR-PS 1 247 924 sieht die Ansaugung des Kraftstoffs durch eine Hohlwelle zu dem Kopfende eines kegelstumpfförmigen Zerstäubungskörpers vor, wo er umgelenkt wird auf die Oberfläche dieses Körpers. Auf ihr verteilt er sich und wird vom Rand dieses Körpers oder aus feinen Löchern in der Nähe des Randes, der dann als Lippe ausgebildet ist, der Ansaugluft entgegenschleudert, die durch besondere Vorrichtungen an Turbulenzbildung gehindert wird. Auch diese Erfindung entspricht nicht der Forderung nach möglichst großer Turbulenz in der Gemischbildung, die durch den heutigen Stand der Technik geboten ist.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der eine gegenüber dem heutigen Stand der Technik verbesserte Ausnutzung des Kraftstoffs erreicht wird. Zur möglichst vollständigen und schadstofffreien Verbrennung des Kraftstoffs in Brennkraftmaschinen sind möglichst gute Durchmischung von Luft und Kraftstoff und möglichst genaue Einhaltung des stöchio- metrisch notwendigen Mischungsverhältnisses - oder eine kontrollierte Abweichung hiervon - unter allen Betriebsbe- dingungen erforderlich. Am aussichtsreichsten erscheint die Lösung dieser Aufgabe mit Hilfe eines elektronischen Regelsystems. Vergleiche Automotive Engineering , 85, Nr. 2 (Febr. 1977), 45 - 51: "Lambda-Sond: Complete Emission Control?". Hierzu ist jedoch die Koppelung des Regelsystems an ein leistungsfähiges schnell reagierendes System der Gemischaufbereitung nötig. Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Systems, das sich bei geeigneter Ausführung auch nicht-elektronisch steuern läßt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vor- richtung zur dosierbaren Zerstäubung von Kraftstoffen zur Bildung des Kraftstoffluftgemisches im Ansaugrohr von Brennkraftmaschinen, bei der ein rotierender, über eine Hohlwelle 4 mit einem Elektromotor 2 verbundener kegelstumpfförmiger Zerstäubungskörper 6 vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zerstabungskörper 6 ein kleinerer, etwa kegel- stiunpfförmiger Ansaugkörper 1 .angeordnet ist, der sich ebenso wie der Zerstäubungskörper 6 vom Kegelkopf aus in Strömungsrichtung der Luft erstreckt, daß der Ansaugkörper 1 von einem regelbaren zweiten Elektromotor 5 mit kleinerer Drehzahl angetrieben wird als der Zerstäubungskörper 6, dessen Achse 3 durch die Hohlwelle 4 des Zerstäubungskörpers 6 verläuft, und daß der Ansaugkörper 1 den Kraftstoff mit einem Zapfen 9 an seinem Kopfende aus der KraftstoffZuführung 10 aufnimmt und von seiner konischen Oberfläche 12 oder aus nahe dieser Oberfläche verlaufenden Bohrungen 8 auf die Verteilerfläche 7 des Zerstäubungskörpers 6 schleudert.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich in folgender Weise aus den Unteransprüchen: Im Luftstrom können vor dem Zerstäubungskörper 6 Leitbleche angeordnet sein, die der Luft einen Drall geben, der der Drehrichtung des Zerstäu-. bungskörpers 6 entgegengesetzt ist, und die die Kraftstoffzuführung abdecken können. Zur Verbesserung des Zerstäubungsvorganges kann der Zerstäubungskörper 6 von innen beheiz- bar sein. In etwa parallel zur Verteilerfläche 7 kann ein Gitter oder perforiertes Blech 11 angeordnet sein, das teilweise die versprühten Kraftstoffteilchen auf die Verteilerfläche 7 zurückprallen läßt, teilweise sie mit der Ansaugluft intensiv vermischt, indem es über der Verteilerfläche 7 starke kleine Turbulenzen hervorruft. Um die Ansaugkraft des Unterdrucks und damit ein möglicherweise verfälschendes Einwirken auf die Menge des angesaugten Kraftstoffs auszuschalten, kann es wünschenswert sein, im Ansaugrohr in Höhe des Ansaugkörpers 1 und des Zerstäubungskörpers 6 eine Er- Weiterung vorzusehen.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn das Gitter oder perforierte Blech 11 nur in 'dem von dem Ansaugkörper 1 entfernteren Teil als Gitter oder mit Perforation ausgebildet ist, so daß der vordere Teil vollkommen als Prallblech wirkt für besonders schnell aus dem Ansaugkörper 1 austretenden
Kraftstoff. Für die Zerstäubung kann eine wellenförmige oder gezähnte Ausbildung der Verteilerfläche 7 des Zerstäubungs- körpers 6 besonders vorteilhaft sein, da dann die Kraftstoffteilchen einer in ihrer Stärke schnell wechselnden Zentri- fugalkraft ausgesetzt sind. Um keinen Betriebszustand zuzu- lassen, in dem Kraftstoff aus dem Ansaugkörper 1 durch einen Spalt zwischen Zerstäubungskörper 6 und Gitter oder perforiertem Blech 11 hindurchgeschleudert wird, ohne auf die Verteilerfläche 7 zu treffen, werden die Verteilerfläche 7 und Gitter oder perforiertes Blech 11 vorteilhaft gewölbt ausgeführt, so daß die konvexe Seite des Gitters oder perforierten Bleches 11 der konkaven Verteilerfläche 7 zugewandt ist oder die konvexe Verteilerfläche 7 der konkaven Seite des Gitters oder perforierten Bleches 11. Auch andere Kombinationsmöglichkeiten der in den Ansprüchen genannten Ausführungsformen der beiden Flächen sind möglich. Wenn für den Ansaugkörper 1 und den Zerstäubungskörper 6 die gleiche Drehrichtung gewählt wird, setzt sich die durch den Ansaugkörper 1 begonnene Zentrifugalbeschleunigung auf der Verteilerfläehe 7 fort. Wenn für die beiden rotierenden Körper die entgegengesetzte Drehrichtung gewählt wird, und der Zerstäu- bungskörper 6 mit genügend hoher Drehzahl läuft, trifft der aus dem Ansaugkörper 1 geschleuderte Kraftstoff auf eine Luftschicht, die als Zirkulationsströmung zum stumpfen Ende des Zerstäubungskörpers 6 abwandert und von der der Kraftstoff erfaßt und besonders fein verteilt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In der Figur 1 der Anmeldung ist ein Ausführungsbeispiel vereinfachend im Schnitt dargestellt. Die Achse 3 und die Hohl- welle 4 verlaufen koaxial etwa in der Mitte des Ansaugrohres, das in einiger Entfernung hinter dem Zerstäubungskörper 6 gekrümmt ist, so daß Achse 3 und Hohlwelle 4 durch seine Wand geführt sind und die beiden Elektromotoren 2 und 5 außerhalb des Ansaugrohres angeordnet sind. Der Zerstäubungskörper 6 gibt infolge seiner hohen Drehzahl den Kraftstoff von seiner Ver- teilerfläche 7 und von seinem äußeren Rand in fein verteilter Form an die durch Leitbleche, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, in starke Turbulenzen versetzte Ansaugluft ab. Figur 2 zeigt in vereinfachter Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus Figur 1 , wobei eine wellenförmige konvexe Vertei- lerfläche 7 und ein konkaves Gitter oder perforiertes Blech 11 gewählt worden sind. Figur 3 zeigt das Gleiche so abgewandelt, daß die Verteilerfläche konkav und teilweise wellenförmig, teilweise gezähnt ausgebildet ist und das Gitter oder perforierte Blech 11 seine konvexe Seite der Verteilerfläche 7 zuwendet.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Durch die Erfindung werden in vorteilhafter Weise erreicht die Dosierung und feine Verteilung des Kraftstoffs und die gründliche Durchmischung von Luft und Kraftstoff im Ansaugrohr. Diese Vorteile wirken sich besonders stark aus, wenn die Vorrichtung mit einem elektronischen Regelsystem gekoppelt ist, das aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und ihrer Belastung die günstigste Drehzahl für den An- saugkörper 1 und den Zerstäubungskörper 6 errechnet und ihre Drehzahl dementsprechend regelt. Durch die Drehzahlregelung des Ansaugkörp.ers 1 wird die zugeführte Kraftstoffmenge dosiert, während die Rotation des Zerstäubungskörpers im Zusammenwirken mit der Menge und Turbulenz der Luft die Qualität der Gemischaufbereitung bestimmt. So ist es möglich, das günstigste stöchiometrische Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff (λ - 1) mit großer Genauigkeit und Zuverlässigkeit einzuhalten, es aber auch bei bestimmten Betriebszuständen wenn es wünschenswert ist (Magerbetrieb bei Leerlauf z. B.), kontrolliert zu verändern.
Als besonders günstig für die Zerstäubung stellt sich vermutlich eine Ausführung der Erfindung heraus, bei der die Verteilerfläche 7 konvex oder konkav und wellenförmig oder gezähnt ausgebildet ist und bei der der Zerstäubungskörper 6 mit hoher Drehzahl in entgegengesetzter Drehrichtung wie der Ansaugkörper rotiert. Eine im Vergleich zur elektronischen Steuerung zufriedenstellende Arbeitsweise läßt sich auch schon durch eine mechanische oder elektrische Steuerung erreichen, die ihr Signali entweder von einer Meßvorrichtung für die Menge der Anr- saugluft erhält oder möglicherweise von dem die Brennkraftmaschine betreibenden Menschen selbst, wobei die Drosselklappe wegfallen könnte.
Gewerbliche Verwertbarkeit
Die gewerbliche Verwertung der beschriebenen Vorrichtung er- scheint aussichtsreich: Die Herstellungskosten liegen vermutlich erheblich unter denen von Einspritzsystemen. An Brennkraftmaschinen, die bereits im Einsatz sind, können die herkömmlichen Einspritzsysteme oder Vergaser durch diesen Rotationsvergaser ersetzt werden. Wenn die Vorrichtung mit einer elektronischen Steuerung verbunden wird, ist ein Betrieb mit Kraftstoffen sehr verschiedener Beschaffenheit möglich; mechanische Fehler lassen sich in gewissem Umfang durch die elektronische Steuerung ausgleichen. Die Einstellungsarbeiten beschränken sich auf die mechanische, elek- trische oder elektronische Steuerung.

Claims

Patentansprüche
Anspruch 1: Vorrichtung zur- dosierbaren Zerstäubung von Kraftstoffen zur Bildung des Kraftstoffluftgemisches im Ansaugrohr von Brennkraftmaschinen, bei der ein rotierender, über eine Hohlwelle (4) mit einem Elektromotor (2) verbundener kegelstumpfförmiger Zerstäubungskörper (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zerstäubungskörper (6) ein kleinerer, etwa kegeisfumpfförmiger Ansaugkörper (1) angeordnet ist, der sich ebenso wie der Zerstäubungskörper (6) vom Kegelkopf aus in Strömungsrichtung der Luft erstreckt, daß der Ansaugkörper (1) von einem regelbaren zweiten Elektromotor (5) mit kleinerer Drehzahl angetrieben wird, dessen Achse (3) durch die Hohlwelle (4) des Zerstäubungskörpers (6) verläuft, und daß der Ansaugkörper (1) den Kraftstoff mit einem Zapfen (9) an seinem Kopfende aus der KraftstoffZuführung (10) aufnimmt und von seiner konischen Oberfläche (12) oder aus nahe dieser Oberfläche verlaufenden Bohrungen (8) auf die Verteilerfläche (7) des Zerstäubungskörpers (6) schleudert.
Anspruch 2: Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftstrom vor dem Zerstäubungskörper (6) einen Drall entgegengesetzt der Drehrichtung des Zerstäubungskörpers (6) erzeugende Leitbleche angeordnet sind.
Anspruch 3: Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäubungskörper (6) von innen beheizbar ist.
Anspruch 4: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in etwa parallel zur Verteilerfläehe (7) ein Gitter oder perforiertes Blech (11) angeordnet ist.
Anspruch 5: Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter oder perforierte Blech (11) mit dem Zerstäubungskörper (6) rotiert. Anspruch 6: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftansaugrohr in Höhe des Ansaugkörpers (1) und Zerstäubungskörpers (6) erweitert ist.
Anspruch 7: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter oder perforierte Blech (11) nur in dem von dem Ansaugkörper (1) entfernteren Teil als Gitter oder mit Perforation ausgebildet ist.
Anspruch 8: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerfläche (7) wellen- förmig oder gezähnt ausgebildet ist, wobei geringere Durchmesser des Zerstäubungskörpers (6) mit größeren abwechseln.
Anspruch 9: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerfläche (7) konkav ist.
Anspruch 10: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerfläche (7) konvex ist.
Anspruch 11: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter oder perforierte Blech (11) gewölbt ausgebildet ist und seine konkave Seite dem Zerstäubungskörper (6) zugewandt ist.
Anspruch 12: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter oder perforierte Blech (11) gewölbt ist und seine konkave Seite dem Zerstäubungskörper (6) zugewandt ist.
Anspruch 13: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Ansaugkörper (1) und Zerstäubungskörper (6) in gleicher Richtung rotieren.
Anspruch 14: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Ansaugkörper (1) und Zerstäubungskörper (6) in entgegengesetzter Richtung rotieren.
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