DE2805091A1

DE2805091A1 - Fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2805091A1
Application number: DE19782805091
Authority: DE
Inventors: Michael G Dipl Ing May
Original assignee: May michael G dipl-Ing
Current assignee: May michael G dipl-Ing
Priority date: 1978-02-07
Filing date: 1978-02-07
Publication date: 1979-08-09

Description

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Michael G. May
Rolle (Schweiz)

Fremdgezündete Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bevorzugt bezieht sich die Erfindung auf Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Die Erfindung bezieht sich also auf eine Brennkraftma-

zumindest ein Teil des
schine, bei der/Kraftstoffes stromaufwärts vor einer ihrer Leistungssteuerung dienenden, schwenkbaren Drosselklappe in die angesaugte oder durch einen Kompressor oder Turbolader gefördert, zu mindestens einem Zylinder strömende Luft eingebracht wird, was vorzugsweise durch einen Vergaser oder in manchen Fällen auch durch Einspritzung erfolgen kann.

Der Gaskanal, innerhalb welchem sich die Drosselklappe befindet, ist also normalerweise ein Saugkanal, doch kann er im Falle des Vorhandenseins eines Kompressors oder Turboladers auch ein Druckkanal sein. Bei Vorhandensein eines Vergasers, und die Erfindung bezieht sich

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vorzugsweise auf Vergaser-Brennkraftmaschinen, ist die Drosselklappe meist in dem den Vergaser durchdringenden Gaskanal für die Luft, in welchen der Kraftstoff eingebracht wird, angeordnet.

Die Zündwilligkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches (nachfolgend meist kurz Gemisch genannt) in dem Verbrennungsraum des mindestens einen Zylinders hängt wesentlich mit von der Verteilung der Kraftstofftröpfchen in der Luft und der Tröpfchengröße des Kraftstoffes ab. Günstig ist möglichst gleichmäßige Verteilung der Kraftstoff tröpfchen und geringe Tröpfchengröße. Auch läßt sich durch Reduzierung der Tropfengröße des Kraftstoffes der Kraftstoffverbrauch reduzieren und die Emission unerwünschter, nur teilverbrannter Verbrennungsprodukte verringern.

Die bekannten Drosselvorrichtungen mit schwenkbaren Drosselklappen bereiten besonders in den häufig auftretenden Betriebsbereichen niedriger Teillasten das Gemisch besonders schlecht auf, da hier die Strömungsgeschwindigkeiten des Gemische gering sind, so daß die Kraftstofftröpfche

bleiben.

sehr tröpfchen verhältnismäßig groß und/ungleichmäßig verteilt

Es ist eine Aufgabe der Erfindung auf betriebssichere und in der Herstellung sehr billige Weise zu erreichen, daß der Kraftstoff in einem vorba st XBUUt en Teillastbereich in der Luft gleichmäßiger verteilt und dabei auch besondere geringe Tropfengröße des Kraftstoffes erreicht werden kann«

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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich in dem Lavalstellwinkelbereich der Drosselklappe wesentlich gleichmäßigere Verteilung des Kraftstoffes in der Luft und wesentlich geringere Tröpfchengrößen dieses Kraftstoffes erreichen als mit einer Drosselklappe ohne Lavalrand. Hierdurch wird die Zündwilligkeit des Kraftstoff-Luft-Gemischs erheblich verbessert und so besteht unter anderem die Möglichkeit, das Gemisch abzumagern. Auch ergibt sich im Lavalstellwinkelbereich Verminderung des Kraftstoffverbrauchs sowie Verringerung der Emission der unerwünschten teilverbrannten Verbrennungsprodukte.

Die erfindungsgemäße Maßnahme läßt sich baulich äußerst einfach relaisieren und es ist auch möglich, im Einsatz befindliche Verbrennungskraftmaschinen, bspw. von Kraftfahrzeugen, nachträglich mit einer erfindungsgemäßen Drosselklappe auszurüsten oder die vorhandene Drosselklappe durch Anfügen von den Lavalrand schaffenden Formteilen in eine erfindungsgemäße Drosselklappe abzuändern, was äußerst billig durchführbar ist.

Die erfindungsgemäße Maßnahme beeinträchtigt dabei nicht die hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit der üblichen, weiterhin vorhandenen Gemischbildner (Vergaser oder stromaufwärts der Drosselklappe erfolgende Kraftstoffeinspritzung) , so daß der hohe Zu-

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verlässigkeitsstand der Gemischbildner unverändert beibehalten bleibt.

Die Erfindung eignet sich für fremdgezündete Brennkraftmaschinen aller Art, vorzugsweise auch von Kraftfahrzeugen, gleichgültig, ob es sich um Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen handelt.

Die meisten Brennkraftmaschinen, insbesondere solche von Kraftfahrzeugen, laufen die meiste Zeit mit niederen Teillasten. Die Erfindung eignet sich hervorragend dafür, den Lavalstellwinkelbereich in einem Bereich niedriger Teillasten vorzusehen, der vorzugsweise an die Leerlaufstellung der Drosselklappe angrenzen kann. Doch ist es, falls erwünscht, auch möglich, vorzusehen, daß der Lavalstellwinkelbereich erst im Abstand von der Leerlaufstellung der Drosselklappe beginnt und im Abstand vor der "Vollgas-Stellung" der

in Sonderfällen
Drosselklappe oder/sogar erst in der Vollgas-Stellung

endet.

Obwohl nicht das gesamte Gemisch durch den Lavalspalt hindurchströmt, wird dennoch in dem Lavalstellwinkelbereich der Drosselklappe eine wesentlich gleichmäßigere

der

Verteilung des Kraftstoffes in / Luft und wesentlich kleinere Tröpfchengröße des Kraftstoff es als mit einer Drosselklappe ohne das erfindungsgemäße Laval teil erreicht. Falls erwünscht kann der Anteil des durch den Lavalspalt strömenden Gemisches durch die Maßnahme nach Anspruch 7 erhöht werden.

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Da der Lavalspalt/nur in einem nicht sehr großen Stellwinkelbereich der Drosselklappe vorliegt, ist meist die Maßnahme nach Anspruch 2 besonders vorteilhaft.

Insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen ist die Maßnahme nach Anspruch 3 und/oder Anspruch 4 besonders vorteilhaft , ohne hierauf beschränkt zu sein.

Auch die Maßnahme nach Anspruch 6 ist besonders vorteilhaft bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Es kann in vielen Fällen auch zweckmäßig sein, das stromaufwärts der Drosselklappe erfolgende Einbringen des Kraftstoffes

so vorzunehmen
in die Luft/und/oder diesen Kraftstoff nach dem Einbringen in die Luft so zu lenken, daß er in verstärktem Maß in Richtung auf den Lavalspalt zu strömt, was bspw. durch asymmetrisches Einbringen des Kraftstoffes in den Strömungsquerschnitt des Gaskanals stromaufwärts der Drosselklappe und/oder durch Leitflächen oder dergl. erfolgen kann.

Der die Drosselklappe enthaltende axiale Abschnitt des Gaskanals kann von üblicher, vorzugsweise ungefähr zylindrischer Gestalt sein und wie üblich eine starre, relativ

zu den angrenzenden Gaskanalbereichen unbewegliche Innenungefähr
wandfläche vorzugsweise/kreisrunden Querschnitts bilden. Da in dem Lavalstellwinkelbereich sich besonders gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffes und besonders geringe Tropfengroße des Kraftstoffes ergibt, ist es oft

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erwünscht, diesen LavalStellwinkelbereich zu vergrößern, was zweckmäßig durch die Maßnahme nach Anspruch 8 erfolgen kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1a einen Teillängsschnitt eines Kraftstoff-Luft-Gemisch führenden Gaskanals einer nicht in weiteren Einzelheiten dargestellten fremdgezündeten Brennkraftmaschine, in welchem Gaskanal sich eine der Leistungssteuerung dieser Brennkraftmaschine dienende Drosselklappe befindet, welche teilgeschnitten dargestellt ist,

Fig. 1b eine Einzelheit der Fig. 1a,

Fig. 2 bis je einen Teillängsschnitt durch einen ^Fig* ⁶ Kraftstoff-Luft-Gemisch führenden Gaskanal mit einer in ihm befindlichen, teilgeschnitten dargestellten Drosselklappe gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Fig. 7 eine schaubildliche Schrägansicht eines

längsgeschnitten dargestellten Abschnittes des Gaskanals nach Fig. 6, jedoch mit einer Drosselklappe, die von der nach

Fig. 6 abweicht.

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In den Fig. 1a und 1b ist ein Gaskanal 4 ausschnittsweise dargestellt, bei welchem es sich um einen stromabwärtigen Endabschnitt des Saugkanales eines nicht in weiteren Einzelheiten dargestellten Vergasers handeln kann. Der dargestellte Abschnitt des Gaskanales 4 führt also in Richtung des Pfeiles A strömende Luft, in welche stromaufwärts vor diesem Abschnitt Kraftstoff in Form kleiner Kraftstofftröpfchen eingebracht wurde, welches hierdurch entstandene Kraftstoff-Luft-Gemisch über ein

an das stromabwärtige Ende dieses Gaskanales/angeschlossenes Saugrohr 28 mindestens einem Zylinder der nicht in weiteren Einzelheiten dargestellten fremdgezündeten, d.h. mindestens eine Zündkerze pro Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine zuströmt. Bei dieser Brennkraftmaschine kann'es sich um eine Zweitaktoder um eine Viertakt-Brennkraftmaschine handeln, vorzugsweise um eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bspw. eines Pkw, Lkw oder Motorrads.

lichte

Der/Querschnitt des Gaskanals 4 kann in dem dargestellgeraden

ten/Bereich vorzugsweise kreisrund und über die dargestellte Länge konstant sein, so daß die relativ zum sie aufweisenden Vergaser unbewegliche Innenfläche 4¹ des dargestellten Abschnittes des Gaskanals 4 vorzugsweise kreiszylindrisch ist. Es kommen jedoch auch andere Querschnitte in Frage, bspw. ungefähr rechteckförmige, elliptische oder dergl.

In diesem Gaskanal 4 ist eine der Leistungssteuerung dieser fremdgezündeten Brennkraftmaschine dienende

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Drosselklappe 1 schwenkbar angeordnet, an der eine Welle mittels einer Schraube 3 befestigt ist. Die Welle 2 ist in nicht dargestellten Gleitlagern in der Umfangswandung des Gaskanales 4 schwenkbar gelagert, derart, daß die Drosselklappe 1 aus der strichpunktiert angedeuteten Endstellung 1', welche ihrer Leerlaufstellung entspricht, bis in eine horizontale maximale Offenstellung (Vollgasstellung) mittels eines nicht dargestellten üblichen Gashebels oder dergl. und zurück in Richtung des Doppelpfeiles B verschwenkbar ist.

Die Drosselklappe 1 besteht aus einer oberen Hälfte 40 undTunieren Hälfte 41. Die obere Hälfte 40 stellt, bezogen auf die Strömungsrichtung A des Gemischs, die relativ zur Schwenkachse dieser Drosselklappe 1 stromaufwärtige Hälfte und die unterhalb dieser Schwenkachse befindliche Hälfte 41 die stromabwärtige Hälfte der Drosselklappe 1 dar. Entsprechend ist der Umfangsrand der stromabwärtigen Hälfte 41 der Drosselklappe 1 der stromabwärtige Randbereich dieser Drosselklappe 1. Dieser stromabwärtige Randbereich ist auf einem großen Teil seines 180 umfassenden Zentriwinkels, vorzugsweise über mehr als 90 , insbesondere etwa über 120 - 160 , ein Lavalrand 25, d.h., daß dieser ümfangsrandbereich 25 der Drosselklappe in radialen Schnittebenen zumindest im wesentlichen die Kontur einer Mantellinie eines rotationssymmetrischen Strömungskanales einer Lavaldüse hat, wie es die Drosselklappen 1 in allen Ausführungsbeispielen zeigen. Bezogen auf die Mantellinie des rotationssymmetrischen Strömungskanales einer üblichen Lavaldüse kann ggfs. ein Unterschied bei der Kontur des Lavalrandes 25 darin bestehen, daß die Einlaufkrümmungslinie 36 der Kontur des Lavalrandes 25

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sich über einen größeren Winkel als bei der Mantellinie eines Strömungskanales einer üblichen Lavaldüse erstreckt, und zwar wegen der Schwenkbarkeit der Drosselklappe und des Vorhandenseins eines wirksamen Lavalspaltes in einem gewissen "Lavalstellwinkelbereich" der Drosselklappe 1. Die Kontur des Lavalrandes 25 der Drosselklappe bildet, wie besonders deutlich aus Fig.1b zu ersehen ist, eine sich über etwas mehr als 90°, vorzugsweise über ca. 105 - 120 erstreckende kreisbogenförmige Einlaufkrümmungsiinie 36 und eine in stromabwärtiger Richtung an diese Linie 36 tangential anschließende, gerade Diffusorlinie 37. Der Lavalrand ergibt in dem "Lavalstellwinkelbereich' der Drosselklappe 1, daß das in dem Kanal 4 strömende Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem durch den Lavalrand 25 und die ihm gegenüberliegende unbewegliche starre Innenwandfläche des Gaskanals 4 begrenzten "Lavalspalt" 35 bei ausreichend großer Druckdifferenz im Querschnitt geringster Höhe dieses Lavalspaltes, d.h. am stromabwärtigen Ende der sich im Querschnitt stetig verengenden Einlaufzone Schallgeschwindigkeit erreichen kann und in der stromabwärts daran anschliependen, sich im Querschnitt stetig erweiterenden Diffusorzone 12 sogar Überschallgeschwindigkeit erreichen kann. Die lichte Köhe des engsten Querschnittes des Lavalspaltes 35 vergrößert sich mit Verschwenken der Drosselklappe in Gegenuhrzeigerrichtung, so daß der maximal mögliche Durchsatz an Gemisch

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durch den Lavalspalt mit Schwenken der Drosselklappe in Gegenuhrzeigerrichtung ansteigt, was notwendig ist.

Der Bereich des Lavalrandes 25, welcher die sich in stromabwärtiger Richtung degressiv stetig verengende Einlaufzone 8 schafft, bewirkt starke Beschleunigung des in ihm strömenden Gemisches, die, wie erwähnt, bei ausreichend großer Druckdifferenz in der engsten Querschnittsstelle des Lavalspaltes 35 maximal Schallgeschwindigkeit erzeugen kann. An diese Einlaufzone 8 schließt die Diffusorzone 12 des Lavalspaltes an, in welcher sich der Querschnitt dieses Lavalspaltes 35 in stromabwärtiger Richtung stetig vergrößert, und zwar vergrößert sich die lichte Weite des Lavalspaltes der Diffusorzone in stromabwärtiger Richtung im wesentlichen linear. Der öffnungswinkel oC dieser Diffusorzone 12 ist in Fig. 1b für die dargestellte Winkelstellung der Drosselklappe 1 miteingezeichnet. Dieser Diffusoröffnungswinkel c<L verändert sich beim Schwenken der Drosselklappe. Er kann sich nicht beliebig stark ändern, sondern es kann nur in einem begrenzten Bereich des Winkels oC der Diffusorzone Überschallgeschwindigkeit auftreten und in diesem Bereich hat der Spalt 12 die Wirkung eines "Lavalspaltes".

Die Diffusorzone 12 des Lavalspaltes 35 ist auf Seiten der Drosselklappe 1 im wesentlichen begrenzt durch den stromabwärtigen Umfangsrand der ebenen Scheibe

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und ein an deren stromabwärtige ebene Stirnfläche angesetztes Formteil 11. Die Einlaufzone 8 ist dagegen auf Seiten der Drosselklappe 1 ganz oder im wesentlichen begrenzt durch ein an die stromaufwärtige Stirnseite der Scheibe 30 angesetztes Formstück 6, welches die aus Fig. 1b besonders deutliche halbtropfenförmige Querschnitt sgestalt hat.

Die Drosselklappe 1 hat eine ,Symmetrieebene, die mit der Bildebene zusammenfällt und also senkrecht auf der zur Bildebene senkrecht verlaufenden Schwenkachse der Drosselklappe 1 steht. Diese Symmetrieebene ist auch eine Symmetrieebene der Umfangswandflache 4' des Gaskanales 4 in dessen dargestelltem Bereich.

Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn der öffnungswinkel °£- der Diffusorzone 12 des Lavalspaltes in der Stellung der Drosselklappe 1 , welche nach statistischer Erwartung am häufigsten vorliegt,ca. 4- 12 , vorzugsweise 5 - 10 , inssondere 5-8 beträgt. Beispielsweise kann bei Personenkraftwagen (PKW) im statistischen Mittel die Stellung der Drosselklappe , welche im Betrieb am häufigsten auftritt, derjenigen Stellung entsprechen, bei der der PKW im größten Gang auf horizontaler Fahrbahn und bei Windstille eine Geschwindigkeit von ca. 80 - 100 km/h fährt.

Die Arbeitsweise dieser Drosselvorrichtung 1,4 ist also wie folgt: Das üblicherweise stromaufwärts der Drosselklappe 1 im Gaskanal 4 gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch

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gelangt mit noch relativ großen Kraftstofftröpfchen und mit verhältnismäßit schlechter Verteilung dieser Kraftstofftropfchen in der Luft in den Einflußbereich der Drosselklappe 1. Hier strömt der überwiegende Anteil dieses Gemisches, wenn sich die Drosselklappe 1 im Lavalstellwxnkelbereich befindet, in den Lavalspalt 35 ein und dieser Anteil des Gemisches, das den Lavalspalt 35 durchströmt, kann in der Einlaufzone 8 des Lavalspaltes 35 so stark beschleunigt werden, daß im engsten Querschnitt des Lavalspaltes extrem hohe Geschwindigkeiten erreicht werden, die in einem relativ weiten Gebiet des Last^kennfeldes dieser Brennkraftmaschine der Schallgeschwindigkeit unter den vorliegenden Temperaturen und Dichteverhältnissen entsprechen. Im Lavalspalt treten Scherkräfte im Gemisch in der Weise auf, daß die Kraftstofftropfchen im Beschleunigungsbereich des Gemisches von den leichteren Luftmolekülen überholt werden. Im je nach den Strömungsverhältnissen des noch innerhalb der Diffusorzone 12 oder hinter dem Lavalspalt 35 auftretenden Verzögerungsbereich der Gemischströmung tritt sinngemäß ' der umgekehrte Vorgang ein. Dies gibt einen zweifachen Vermischungsvorgang der Kraftstofftropfchen mit der Luft, wodurch das Gemisch vergleichmäßigt wird. Dieser Vermischungsvorgang wird im weiteren noch dadurch unterstützt, daß in weiten Bereichen des Lastkennlxnienfeldes im engsten Querschnitt des Lavalspaltes 35 der Dampfdruck des Kraftstoffes unterschritten wird und somit die Kraftstofftröpfchen Zumindest teilweise in die Dampfphase überführt werden.

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In der anschließenden Diffusorzone 12 tritt bei höherem Druckgefälle bei Vorliegen der Schallgeschwindigkeit im engsten Querschnittsbereich des Lavalspaltes 35 Überschallgeschwindigkeit auf, die dann im Bereich des Verdichtungsstoßes in Unterschallgeschwindigkeit umschlägt. Die Zone des Verdichtungsstoßes ergibt eine besonders gute Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.

Der Bereich, in welchem der auf selten der Drosselklappe 1 von ihrem Lavalrand 25 mitbegrenzte Spalt die Wirkung eines Lavalspaltes 35 hat, reicht in diesem Ausführungsbeispiel von der Leerlaufstellung 1· der Drosselklappe 1 bis etwa in die voll ausgezogen dargestellte Stellung der Drosselklappe, welcher "Lavalstellwinkelbereich" der Drosselklappe 1 hier einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine entspricht. Beispielsweise kann er einem Leistungsbereich entsprechen, der vom Leerlauf bis ca. 30 - 60 % der Maximalleistung der Brennkraftmaschine reicht.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die stromabwärtige Hälfte 41 der Drosselklappe 1 wie in Fig. 1a und 1b ausgebildet, mit dem Unterschied, daß hier die Drosselklappe 1 im ganzen einstückig, z.B. durch Spritzgießen, hergestellt ist. Die Gestalt der stromaufwärtigen Hälfte 40 der Drosselklappe 1 weicht in Fig. 2 vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a , wo sie als

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ebene, halbkreisförmige Scheibe 40 ausgebildet war, ab, da diese Hälfte 40 in Fig. 2 variierende Dicke hat, derart, daß der Umfangsrand der stromaufwärtigen Hälfte 40 der Drosselklappe 1 erheblich verbreitert ist mit kreisbogenförmiger Längskontur, deren Radius so getroffen ist, daß sich über einen in den Lavalstellwinkelbereich fallenden oder ihn mit enthaltenden Schwenkwinkelbereich der Drosselklappe 1 von vorzugsweise 5 - 20°, besonders zweckmäßig von ca. 15° ein nahezu gleichbleibenderkleiner Leckspalt zwischen der stromaufwärtigen Hälfte 40 der Drosselklappe 1 und des dieser Hälfte gegenüberliegenden Bereichs der Umfangswandung 4¹ des Gaskanales 4 ergibt. Hierdurch wird der Anteil des Gemisches, das den Lavalspalt 35 zwangsläufig durchströmt, erheblich erhöht, was oft vorteilhaft ist. Falls die Wandung des Gaskanales gegenüber dem stromaufwärtigen Umfangsrand der Drossel-

(sogenannte Progressicnsbohnxigen) klappe 1 in den Gaskanal mündende Kanäle 18/für zusätzliche

Zufuhr von Kraftstoff und/oder Luft-Kraftstoff-Emulsion (bspw. für den Leerlaufbetrieb und/oder Übergangsbetrieb) aufweist, ist es zweckmäßig, in dem Rand der Drosselklappe 1 gegenüber dan Kanälen 18 eine Nut 17 vorzusehen, damit der aus den Kanälen 18 ausströmende Kraftstoff oder die ausströmende Kraftstoff-Luft-Emulsion durch die Drosselklappe 1 nicht am Austritt gehindert wird.

Fig. 3 zeigt eine andere konstruktive Ausbildung der Drosselklappe 1, durch welche ebenfalls wie im Falle der Fig. 2 erreicht wird, daß über einen mehr oder weniger großen Schwenkwinkelbereich der Drosselklappe 1, vor-

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zugsweise etwa über den Lavalstellwinkelbereich, zwischen dem stromaufwärtigen Rand der Drosselklappe und der diesem Randbereich gegenüberliegenden Gaskanalumfangswand nur ein kleiner Leckspalt besteht, damit der Anteil des den Lavalspalt 35 durchströmenden Gemisches entsprechend vergrößert wird. In Fig. 3 wird dies dadurch erreicht, indem die obere Hälfte der Umfangswandung 4' des Gaskanales 4 gegenüber der Drosselklappe in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise durch einen einwertigen Vorsprung 19 eingeschnürt ist. Die der Drosselklappe 1 gegenüberliegende Fläche 19· dieses Vorsprunges 19 hat in radialen Schnittebenen konkave kreisbogenförmige Wölbung, derart, daß im Lavalstellwinkelbereich die obere Umfangsrandhälfte der Drosselklappe 1 konstanten, geringen Abstand von dieser Fläche 19' hat.

In Fig. 4 ist eine Variante der Fig. 3 dargestellt, bei welcher die Drosselklappe 1 ein an sie angesetztes Formstück 6, ähnlich wie im Falle des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1a und 1b, aufweist, wobei jedoch das Formstück 6 so gestaltet ist, daß zwischen ihm und der ihm gegenüberliegenden ebenen Wand 51 des Hauptteiles 50 der Drosselklappe mindestens ein Durchflußschlitz 20 gebildet ist, dessen Einlaßmündung 52 am inneren Rand des Formteiles 6 angeordnet ist. Dieser Schlitz 20 mündet im Übergangsbereich zwischen der Einlaufzone 8 und der Diffusorzone 12 des Lavalspaltes offen in den Lavalspalt 35 aus. Dieser Durchflußschlitz hat den Zweck, flüssigen Kraftstoff, der sich auf der

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stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe 1 niederschlägt, zu sammeln und durch die Drosselklappe 1 hindurch in den engsten Querschnitt des Lavalspaltes ausströmen zu lassen, wodurch dieser Kraftstoff besonders intensiv mit der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft vermischt wird.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform ähnlich Fig. 3, wobei jedoch die stromaufwärtige Hälfte 40 der Drosselklappe 1 zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes der Drosselklappe 1 in ihrer Vollgasstellung strömungsgünstig gestaltet ist. Zwei Kraftstoffbohrungen 18 münden in den Gaskanal 4 gegenüber dem stromaufwärtigen Rand der Drosselklappe 1 ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und dienen wie dort als sogenannte Progressionsbohrungen insbesondere für Leerlauf und/oder Übergangszwecke durch Einbringen zusätzlichen Kraftstoffes in den Gaskanal 4 . Die Hauptmenge des Kraftstoffes wird jedoch stromaufwärts der Drosselklappe 4 I_n einem üblichen, nicht dargestellten Lufttrichter in den Gaskanal 4 eingebracht.

In Fig. 6 ist eine Drosselklappe 1 dargestellt, die ungefähr einer Kombination der Drosselklappe 1 nach den Fig. 2 und 4 entspricht. Abweichend von Fig. 2 und 4 weist die Innenwandfläche 4' des Gaskanales 4 gegenüber dem Lavalrand 25 der Drosselklappe 1 eine in stromabwärtiger Richtung bis zu einer Stufe 53 führende

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Steigung 22 auf, welche so getroffen ist, daß durch sie der Lavalstellwinkelbereich der Drosselklappe 1 vergrößert wird. Diese Steigung 22 bildet gegenüber dem Lavalrand 25 der Drosselklappe eine rampenartige Einschnürung des lichten Querschnittes des Gaskanales 4. Zweckmäßig kann vorgesehen sein, daß der Öffnungwinkel der Diffusorzone 12 des Lavalspaltes 35 im Bereich dieser Steigung 22 ca. 8 - 14 nicht wesentlich übersteigt.

Fig. 7 zeigt eine schaubildliche, aufgeschnittene Drosselvorrichtung, welche, ähnlich der nach Fig. 3, in Weiterbildung nach Fig. 6 ist. Die dem stromaufwärtigen Rand der Drosselklappe gegenüberliegende Einschnürung 19 hat dieselbe Aufgabe wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, so daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Lavalstellwinkelbereich der Drosselklappe 1 im wesentlichen den zwischen dem Lavalrand 25 und der wie in Fig. 6 vorhandenen Steigung 22 bestehenden Lavalspalt 35 durchströmen muß.

Ferner ist in an sich bekannter Weise ein Unterdruckrohr 24 vorgesehen, das mit dem pneumatischen Verstellmechanismus des Zündzeitpunktreglers der Zündvorrichtung der Brennkraftmaschine verbunden ist. Mit 18 sind ebenfalls an sich bekannte und schon bei Fig. 2 und 5 dargestellte Kanaäle, die man als Progressionsbohrungen bezeichnet, für Kraftstoff bzw. Kraftstoff-Luft-Emulsionen vorgesehen.

Es zeigte sich, daß mit der erfindungsgemäßen Drosselvorrichtung homogenere Kraftstoff Luftgemische gebildet werden und dadurch Gemische mit höherem

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Luftüberschuß als bisher mit derselben Brennkraftmaschine aussetzerfrei verbrannt werden können. Im Falle einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ergibt die bessere Gemischverteilung auf die verschiedenen Zylinder eine weitere Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauches. Auch werden die bei mageren Gemischen bisher unregelmäßigen Verbrennungsabläufe aufeinanderfolgender Verbrennungszyklen gleichmäßiger, wodurch sich eine weitere Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauches ergibt. Im weiteren konnte festgestellt werden, daß die sogenannte Kaltstartanfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, wie sie bisher notwendig war, beträchtlich verringert werden konnte.

Durch die beschriebenen Maßnahmen ergibt sich nicht nur ein geringerer Kraftstoffverbrauch zum Beispiel eines Personenkraftwagens oder dergl. im Abgastestzyklus, sondern es werden auch die Mengen der teilverbrannten Abgaskomponenten reduziert. Im Vergleich zu den erzielbaren Vorteilen sind die evtl. Mehrkosten für erfindungsgemäße Drosselvorrichtungen vernachlässigbar.

Obwohl der Lavalspalt insbesondere dann die Tröpfchengröße des Kraftstoffes wesentlich verkleinert und die Verteilung des Kraftstoffes in der Luft homogenisiert, wenn der betreffende Kraftstoff stromaufwärts vor der Drosselklappe 1 in den Gaskanal 4 eingebracht wird,

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kann jedoch auch ein Teil des Kraftstoffes in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Schwenkwinkelbereich der Drosselklappe ihr gegen-

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über durch öffnungen/in der Wandung des Gaskanales 4 eingebracht werden oder auch stromabwärts der Drosselklappe 1. Das Einbringen solcher im allgemeinen relativ geringer Kraftstoffmengen in Höhe der Drosselklappe und/oder stromabwärts von ihr ist bekannt und davon wird nicht berührt, daß der oder die Kraftstoff-Hauptkanäle des Vergasers stromaufwärts der Drosselklappe 1 in den Gaskanal 4 münden, normalerweise in einem sogenannten Lufttrichter des Gaskanales des Vergasers.

Die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung verbessert die Homogenität des Gemisches und verkleinert die Tröpfchengröße des Kraftstoffes auch in Bereichen des Lastkennlinienfeldes der Brennkraftmaschine, in denen die Geschwindigkeit des Gemisches im Lavalspalt zwar bereits groß ist, jedoch die Schallgeschwindigkeit noch nicht erreicht hat.

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Claims

Dr.-ing. Dipi.-Phys. OSKAE. K6N1G Patentanwalt / Q Γ) t' (■) Q ι

Deutsche Bank AG Stuttgart

Telefon: (07dl) 62 85 61 Konto Nr. 89/00300

Telegramm: Koenigpat ?000 STUTTGART-I, Klüpfelstraße 6 Postscheck Stgt.84919

Postfach 51

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. . Patentansprüche

Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einer ihrer Leistungssteuerung dienenden Drosselvorrichtung, welche eine in einem Gaskanal angeordnete schwenkbare Drosselklappe aufweist, wobei in die durch diesen Gaskanal hindurch zu mindestens einem Zylinder der Maschine strömende Luft stromaufwärts vor der Drosselklappe flüssiger Kraftstoff einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein sich in Umfangsrichtung der Drosselklappe (1) erstreckender Teilbereich (nachfolgend Lavalrand (25) genannt) des Umfangsrandes der stromabwärtigen Hälfte (41) der Drosselklappe in radialer Schnittebene eine Kontur hat, die zumindest im wesentlichen einer Mantellinie des rotationssymmetrischen Strömungskanals einer Lavaldüse entspricht, derart, daß in einem bestimmten Schwenkwinkelbereich (nachfolgend Lavalstellwinkelbereich genannt) der Drosselklappe (1) der von ihrem Lavalrand (25) und der diesem Lavalrand gegenüberliegenden Wandung (4¹) des Gaskanals (4) begrenzte, aus Einlaufzone (8) und

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ORSGiHAL INSPECTED

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anschließende Diffusorzone (11) bestehende Spalt (nachfolgend Lavalspalt (35) genannt ) auf das ihn durchströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch die Wirkung einer Lavaldüse ausübt, sodaß dieses Gemisch in einem erheblichen Bereich des Lastkennlinienfeldes der Brennkraftmaschine im Lavalspalt am stromabwärtigen Ende der es beschleunigenden , sich im Querschnitt in stromabwärtiger Richtung stetig verengenden Einlaufzone (8) Schallgeschwindigkeit und in der anschließenden, sich im Querschnitt in stromabwärtiger Richtung stetig erweiternden Diffusorzone (12) Überschallgeschwindigkeit erreichen kann.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lavalstellwinkelbereich der Drosselklappe (1) so getroffen ist, daß er im Betrieb der Brennkraftmaschine nach statistischer Erfassung am häufigsten vorliegt.
3. Maschine nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lavalstellwinkelbereich der Drosselklappe (1) derart getroffen ist, daß die Brennkraftmaschine , wenn sich die Drosselklappe in der Mitte dieses Lavalstellwinkelbereiches befindet, im Normalfall mit 15 bis 35% ihrer maximalen Leistung läuft.

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4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lavalstellwinkelbereich bei der Leerlauf stellung der Drosselklappe ,(1) beginnt.
5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (1) von mindestens einem Schlitz (20) durchdrungen ist, dessen Einlaßmündung (20¹) an der von dem Kraftstoff-Luft-Gemisch angeströmten strcmaufwärtigen Stirnfläche der stromabwärtigen Hälfte der Drosselklappe (1) im Abstand von ihrem Lavalrand angeordnet ist, welcher Schlitz ungefähr am Übergang zwischen Einlaufkrümmer (36) und Diffusorabschnitt (37) des Lavalrandes (25) ausmündet.
6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beider Stellung der Drosselklappe, welche im Betrieb der Brennkraftmaschine statistisch am häufigsten auftritt, der öffnungswinkel der Diffusorzone (12) des Lavalspaltes (25) ungefähr 4 bis 12 , vorzugsweise 5 bis 10 , insbesondere 6 bis 8 beträgt.
7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärtige Hälfte des Randes der Drosselklappe (1) und die ihr gegenüberliegende Wandfläche des Gaskanals (4) derart ausgebildet sind, daß der von ihnen gebildete Spalt zumindest über die Hälfte des Lavalstellwinkel-

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bereichs, vorzugsweise über ungefähr den gesamten Lavalstellwinkelbereich der Drosselklappe geringe, vorzugsweise ungefähr konstante Spaltweite aufweist.
8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lavalspalt (35) mitbildende Innenwandfläche. (22) des Gaskanals (4) in stromabwärtiger Richtung ansteigt, derart, daß hierdurch der Lavalstellwinkelbereich der Drosselklappe (1) vergrößert wird.
9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (4) , in welchem sich die Drosselklappe (1) befindet, ein Saugkanal ist.
10. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vergaser-Brennkraftmaschine ist.
11. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Lavalspalt (25) mitbegrenzende Abschnitt der Innenwandfläche (4¹) des Gäskanals (4) ungefähr zylindrisch, vorzugsweise ungefähr kreiszylindrisch . ist.

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