DE69521691T2

DE69521691T2 - Brennstoffversorgungssystem für brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69521691T2
Application number: DE69521691T
Authority: DE
Inventors: Wayne Kenneth Glew
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2015-04-22
Also published as: FI107561B; EP0757755A4; ES2161286T3; AUPM524494A0; MX9605159A; PT757755E; EP0757755A1; BR9507530A; KR100349384B1; CN1064740C; DK0757755T3; EP0757755B1; JP3343259B2; WO1995029335A1; JPH09512316A; DE69521691D1; CN1149329A; FI964307A0; US5762832A; HK1011065A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem verdampfenden/verschmutzungsreduzierenden Vergaser, insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, vorgesehen für die Verwendung bei der Versorgung von Verbrennungsmotoren mit flüssigen Kraftstoffen in verdampfter Form zur Reduzierung der erforderlichen Qualität des flüssigen Kraftstoffes für einen bestimmten Betrag an Energieabgabe von dem Verbrennungsmotor und zur Reduzierung der Menge an Verschmutzung, die durch den Verbrennungsmotor bei der Erzeugung dieser Energie erzeugt wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren ist es bekannt, Vergaser zu verwenden, um den flüssigen Kraftstoff dem Verbrennungsmotor zur Verbrennung in einer Verbrennungskammer dosiert zuzuführen. Der Vergaser bewirkt ein Mischen des flüssigen Kraftstoffes mit Luft für die Verbrennung.
Vergaser nach dem Stand der Technik wurden auf das Ergebnis der Natur der Mischung des flüssigen Kraftstoffes mit der Luft gerichtet, wie zum Beispiel in dem US Patent 1,358,876 (Richardson), 1,387,420 (Lombard) und 1,464,333 (Pembroke) gezeigt.
Die tatsächliche Explosion des Kraftstoff/Luft-Gemisches in der Verbrennungskammer erfolgt nicht, bevor nicht der Kraftstoff verdampft. Diese. Verdampfung wird durch die Restwärme der Verbrennungskammer und dem Druck des Kompressionshubes des Kolbens in dem Zylinder des Motors entsprechend der Verbrennungskammer erreicht. Als Ergebnis davon gibt es eine Verzögerung zwischen der Zündung des Kraflstoff/Luft- Gemisches und der tatsächlichen Explosion, um den Kolben in dem Zylinder nach unten zu treiben. Die Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches muß daher eingeleitet werden, bevor der Kompressionshub des Kolbens vervollständigt ist. Typischerweise erfolgt die Zündung zwischen 6º und 10º, bevor der Kolben seinen "oberen Totpunkt" erreicht (der für die Vervollständigung des Kompressionshubes kennzeichnend ist). Während der Zeit nach der Zündung und vor der Explosion wird der flüssige Kraftstoff allmählich als eine Flammenfront von der Zündkerze verdampft, welche durch die Verbrennungskammer läuft. Wenn genügend flüssiger Kraftstoff verdampft ist, so erreicht das Kraftstoff/Luft-Gemisch eine beschleunigte Geschwindigkeit der Verbrennung, die als Explosion bekannt ist. Die zeitliche Steuerung der Zündung wird so gesetzt, daß die Explosion eintritt, wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht hat und daher das Maximum an nach unten wirkender Kraft auf den Kolben ausgeübt wird, die daher als Bewegungskraft des Verbrennungsmotors angewandt wird.
Ein Nachteil dieser Lösung ist es jedoch, daß in der Verbrennungskammer auch bei der Explosion einiger Kraftstoff im flüssigen Zustand verbleibt und in weiterer Folge in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Dies führt zu einer Reduzierung der Wirksamkeit der Verwendung des Krafistoffes und zu einer Erhöhung der Verschmutzung der Umwelt, welche durch den Verbrennungsmotor verursacht wird.
Die Wirksamkeit der Verwendung des Kraftstoffes kann durch Verdampfen des Kraftstoffes erhöht werden, bevor er in die Verbrennungskammer eintritt. Es kann dann der gesamte verdampfte Kraftstoff explodieren und für die Bewegungsenergie des Verbrennungsmotors angewandt werden. Als Konsequenz der vollständigeren Verbrennung wird auch weniger Verschmutzung der Umwelt erzeugt.
Versuche, um den Kraftstoff vor seinem Eintritt in den Vergaser zu verdampfen, wurden in der Vergangenheit durchgeführt, und zwar durch Aufheizen des Kraftstoffes mit heißen Gasen aus dem Auspuff des Verbrennungsmotors, wie durch POGUE in der US 2, 026,798 veranschaulicht ist. Ein Nachteil dieser Arten von Systemen ist es, daß sie relativ komplex sind und in ihrer Herstellung schwierig und aufwendig sind.
Ein Kraftstoffversorgungssystem in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der US-A-2 590 377 bekannt.
Die Erfindung betrifft das Erreichen einer. Verdampfung vor dem Eintritt in die Verbrennungskammer ohne Verwendung von Wärme.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, das einen verdampfenden/verschmutzungsreduzierenden Vergaser zum Verdampfen von Kraftstoff vor dessen Eintritt in einen Verbrennungsmotor aufweist.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, das einen verdampfenden/verschmutzungsreduzierenden Vergaser für einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei der verdampfende/verschmutzungsreduzierende Vergaser beinhaltet:
eine Verdampfungskammer mit einem Mantel zum Suspendieren von Kraftstoff innerhalb der Verdampfungskammer,
eine Kraftstoffeinlaßvorrichtung in wirksamer Verbindung mit der Verdampfungskammer um eine Kraftstoffmenge von einer Kraftstoffversorgung zum Suspendieren in der Verdampfungskammer dem Mantel dosiert zuzuführen,
eine Kraftstoffrücklaufvorrichtung in wirksamer Verbindung mit dem Mantel zum Entfernen von überschüssigem und nicht verdampftem Kraftstoff aus dem Mantel und der Verdampfungskammer und zum Rückführen dieses Krafistoffes an das Kraftstoffversorgungssystem, und
Leitungen zum Einbringen von Dämpfen aus der Verdampfungskammer in einen Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors;
das Kraftstoffversorgungssystem ist gekennzeichnet durch ein dem Mantel zugehöriges Netzwerk, so daß der Kraftstoff durch das Netzwerk fließen muß, wenn er den Mantel verläßt; und
eine stromaufwärts zur Verdampfungskammer angeordnete Lufteinlaßvorrichtung, wobei die Lufteinlaßvorrichtung eine Ventileinrichtung zum Regulieren der durch die Verdampfungskammer strömenden Luftmenge in Übereinstimmung mit dem im Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors herrschenden Druck aufweist, und wobei die Lufteinlaßvorrichtung so angeordnet ist, daß durch die Lufteinlaßvorrichtung eintretende Luft durch den Mantel geleitet wird, um den im Mantel suspendierten Kraftstoff zu verdampfen, wobei sämtliche durch die Lufteinlaßvorrichtung eintretende Luft durch die gesamte Verdampfungskammer strömt.
Ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wird nun auf dem Weg eines Beispieles unter Bezugnahme auf die angeschlossenen schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor ist, das einen verdampfenden/verschmutzungsreduzierenden Vergaser, enthält, die beide in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehen;
Fig. 2A eine Querschnitts-Seitenansicht eines Behälters des Vergasers nach der Fig. 1 ist einschließlich einer Verdampfungskammer und einer Mischkammer;
Fig. 2B eine Querschnitts-Seitenansicht einer Ventilgrundplatte des Vergasers nach der Fig. 1 ist;
Fig. 2C eine Querschnitts-Seitenansicht einer Dichtungsplatte des Vergasers nach der Fig. 1 ist;
Fig. 2D eine Querschnitts-Seitenansicht eines Ventiles des Vergasers nach der Fig. 1 ist;
Fig. 2E eine Querschnitts-Seitenansicht der Dampfauslaßkammer des Vergasers nach der Fig. 1 ist;
Fig. 3A bzw. 3B eine Draufsicht und eine Untersicht der Ventilgrundplatte der Fig. 2B sind;
Fig. 4A bis 4C eine auseinandergezogene Querschnitts-Seitenansicht, eine Vorderansicht und eine Hinteransicht eines Kraftstoffversorgungsventiles eines Kraftstoffversorgungssystems eines Verbrennungsmotors nach der Fig. 1 sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

In der Fig. 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem 10 für einen Verbrennungsmotor dargestellt, mit einem Vergaser 12; einer Kraftstoffeinlaßvorrichtung, die allgemein als Teil 13 bezeichnet ist und ohne darauf beschränkt zu sein, ein Kraftstoffversorgungsventil 14, ein Druckreduzierventil 16, eine Kraftstoffpumpe 18 enthält; einem Kraftstofftank 20; und einer Kraftstoffrücklaufvorrichtung, die allgemein als Teil 15 bezeichnet ist und ohne darauf beschränkt zu sein, eine Rücklaufpumpe 22 für die Verwendung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor aufweist. Das Kraftstoffversorgungsventil 14 verbindet den Vergaser 12 mit dem Kraftstofftank 20 über das Druckreduzierventil 16, und die Rücklaufpumpe 22 stellt einen Rückweg für nicht gebrauchten Kraftstoff vom Vergaser 12 zurück zum Kraftstofftank 20 bereit.
Der Vergaser 12 weist eine Verdampfungskammer 30, eine Mischkammer 32 und eine Dampfauslaßkammer 34 auf. Die Verdampfungskammer 30 ist zum Teil innerhalb des Behälters 40 begrenzt. Die Verdampfungskammer 30 weist eine Ventilgrundplatte 42, eine Dichtungsplatte 44, ein Kugelventil 46, einen Schaummantel 48 und eine perforierte ringförmige Scheibe 50 auf. Die Ventilgrundplatte 42 sitzt auf der Dichtungsplatte 44, die an der Lufteinlaßleitung (nicht dargestellt - wie üblicherweise in heutigen Automobilen verwendet) befestigt ist. Das Kugelventil 46 dichtet auf der Ventilgrundplatte 42 ab und ist innerhalb des Schaummantels 48 angeordnet. Die perforierte ringförmige Scheibe 50 sitzt hingegen auf dem Schaummantel 48.
Wie in größerem Detail in der Fig. 2A dargestellt ist, ist der Behälter 40 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist ein unteres Ende 60 und ein oberes Ende 62 auf, das mit einer nach innen gerichteten ringförmigen Lippe 64, zum Anbringen an der Dampfauslaßkammer 34 versehen ist. Ein unterer Bereich des Behälters 40 begrenzt einen Teil der Verdampfungskammer 30.
Wie in der Fig. 2B dargestellt, ist die Ventilgrundplatte 42 im allgemeinen kreisförmig, wenn sie in Draufsicht betrachtet wird und im wesentlichen rechteckig, wenn sie von der Seite betrachtet wird. Die Grundplatte 42 weist einen Körper 70 auf mit einem zentralen Venturi-Einlaß 72, der einen Ventilsitz 74 in Bereich seiner oberen Kante aufweist. Der Ventilsitz 74 ist vorgesehen, um das Kugelventil 46 aufzunehmen. Der Einlaß 72, Sitz 74 und Kugelventil 46 bilden eine Lufteinlaßvorrichtung, die allgemein als Teil 75 bezeichnet ist. Der Ventilsitz 74 weist typischerweise einen Winkel von 45º mit der Achse des Venturi- Einlasses 72 auf, um die Luft aus dem Venturi-Einlaß 72 in einem Winkel von ungefähr 45º abzulenken und so in den Schaummantel 48 hinein zu lenken, wie hierin noch detaillierter beschrieben werden wird.
Die Ventilgrundplatte 42 weist auch einen ersten ringförmigen Kanal 76 auf, der sich im wesentlichen über den gesamten Körper 70 erstreckt und nahe dessen äußerer Kante 78 verläuft. Der erste ringförmige Kanal 76 steht strömungsmäßig mit dem Kraftstoffeinlaß 80 in Verbindung, der in der äußeren Kante 78 des Körpers angeordnet ist. Der erste ringförmige Kanal 76 ist auch in der unteren Fläche 81 des Körpers 70 offen und weist eine Vielzahl von relativ kleinen Löchern 82 auf, die ihn mit der oberen Fläche 84 des Körpers 70 verbinden, so daß das Fluid von dem Kraftstoffeinlaß 80 um den ersten Kanal 76 und durch die Löcher 82 zu der oberen Fläche 84 und dadurch in den Schaummantel 48 fließen kann. Der Kanal 76 und die Löcher 82 bilden einen Teil der Kraftstoffeinlaßvorrichtung 13.
Die Ventilgrundplatte 42 weist auch einen zweiten ringförmigen Kanal 86 auf, der im wesentlichen koaxial zum ersten ringförmigen Kanal 76 verläuft und zwischen dem ersten ringförmigen Kanal 76 und dem Venturi-Einlaß 72 angeordnet ist. Der zweite ringförmige Kanal 86 ist ebenso zur unteren Fläche 81 hin offen und weist relativ kleine Löcher 88 auf, die ihn mit der oberen Fläche 84 verbinden. Der Körper 70 weist auch einen Kraftstoffauslaß 90 auf, der an der äußeren Kante 78 des Körpers 70 angeordnet ist, typischerweise gegenüber dem Kraftstoffeinlaß 80. Der zweite ringförmige Kanal 86 ist strömungsmäßig mit dem Kraftstoffauslaß 90 in Verbindung, so daß der Kraftstoff von der Oberen Fläche 84 durch die Löcher 88 in den zweiten ringförmigen Kanal 86 und zum Kraftstoffauslaß 90 fließen kann. Der Kanal 86 und die Löcher 88 bilden einen Teil der Kraftstoffrücklaufvorrichtung 15.
Die Löcher 82 haben einen Durchmesser zwischen 1 mm und 3 mm, abhängig von den Kraftstofferfordernissen des Verbrennungsmotors. Zum Beispiel, ein 4-Liter-Verbrennungsmotor erfordert typischerweise Löcher mit einem Durchmesser von ungefähr 2 mm. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Löcher 82 größer als die Maschenweite des Kraftstoffilters des Verbrennungsmotors, so daß jedes Verunreinigungsmaterial, das nicht von dem Kraftstoffilter aufgefangen wurde, die Löcher 82 nicht blockiert.
Die Löcher 88 haben einen Durchmesser, der größer als jener der Löcher 82 ist, so daß der überschüssige. Kraftstoff leicht in den Kraftstofftank 20 zurückgeführt werden kann. Der Durchmesser der Löcher 88 liegt typischerweise zwischen 2 mm und 5 mm, so, wie zum Beispiel, 3 mm im Falle eines 4-Liter-Verbrennungsmotors.
Wie in der Fig. 2C dargestellt, ist die Dichtungsplatte 44 kreisförmig, wenn sie in Draufsicht betrachtet wird und im wesentlichen rechteckig, wenn sie von der Seite betrachtet wird. Die Dichtungsplatte 44 weist einen Durchmesser auf, der im wesentlichen gleich jenem des Körpers 70 der Ventilgrundplatte 42 ist. Die Dichtungsplatte 44 weist ein zentrales Loch 100 auf, das vorgesehen ist, um koaxial mit dem Venturi-Einlaß 72 der Ventilgrundplatte 42 zu sein. Das Loch 100 ist vorgesehen, um größer als der Venturi-Einlaß 72 zu sein, um die Strömung der Luft in den Venturi-Einlaß 72 nicht zu beeinträchtigen. Die Dichtungsplatte 44 ist an der unteren Fläche 81 der Ventilgrundplatte 42 befestigt, um die ersten und zweiten Kanäle 76 und 86 abzuschließen, um zwei ringförmige Kanäle mit der Ventilgrundplatte 42 zu bilden. Typischerweise ist die Dichtungsplatte 44 an dem Lufteinlaß befestigt, um einen Strom von Luft in den Vergaser 12 zu führen.
Wie in der Fig. 2D dargestellt, weist das Kugelventil 46 eine Deckplatte 110, eine Vielzahl von Stützen 112 (wie z. B. 4 Stützen 112), einen Ventilkörper 114, eine Führungsstange 116 und eine Druckfeder 118 auf. Die Stützen 112 sind mit einem Ende über ein Gewinde mit einem ein Gewinde aufweisendes Loch 120 in Eingriff, das in der oberen Fläche 84 der Ventilgrundplatte 42 angeordnet ist, und mit der Deckplatte 110 mit ihrem anderen Ende verbunden ist. Die Führungsstange 116 ist in einem Loch 122 in der Deckplatte 110 angeordnet, so daß sie es ermöglicht, daß der Ventilkörper 114 sich in bezug auf die Deckplatte gegen die nach unten gerichtete Kraft der Feder 118 heben und senken kann, die über der Führungsstange 116 angeordnet ist, zwischen der Deckplatte 110 und dem Ventilkörper 114. Die Kraft der Feder 118 ist groß genug, um zu bewirken, daß der Ventilkörper 114 auf dem Ventilsitz 74 aufsitzt und es dem Ventilkörper 114 ermöglicht, vom Ventilsitz 74 abzuheben, um den Eintritt von Luft in den Vergaser zu ermöglichen, wenn ein niedriger Druck in den Vergaser durch den Ansaugtakt des Verbrennungsmotors induziert wird. Der Ventilkörper 114 weist einen Kopf 124 auf, der geformt ist, um auf dem Ventilsitz 74 aufzusitzen.
Für diesen Zweck ist der Kopf 124 typischerweise halbkugelförmig ausgebildet. Die Deckplatte 110 ist typischerweise quadratisch, wenn sie in Draufsicht betrachtet wird und ist so dimensioniert, daß sie in den Schaummantel 48 paßt, sodaß Luft, die durch den Venturi-Einlaß 72 strömt, dazu neigt, durch den Schaummantel 48 zu strömen. Der Schaummantel 48 und das Kugelventil 46 begrenzen die Verdampfungskammer 30.
Wie in Fig. 2A dargestellt, ist der Schaummantel 48 innerhalb des unteren Bereichs des Behälters 40 angeordnet mit der perforierten ringförmigen Scheibe, die auf der Oberseite des Schaummantels sitzt. Der Schaummantel 48 ist in der Form eines Ringes ausgebildet. Der Schaummantel 48 ist aus geschäumten Kunststoffmaterial hergestellt, das eine netzförmige (offenporige) Struktur aufweist, die porös für Flüssigkeiten ist und es Flüssigkeiten ermöglicht, hindurchzufließen, während ein feiner Film von Flüssigkeit, der darin suspendiert ist, zurückgehalten wird. Das geschäumte Kunststoffmaterial könnte zum Beispiel ein netzförmiger geschäumter Polyurethan Kunststoff sein, wie ein solcher, der unter der Handelsmarke MERACELL verkauft wird. Das untere Ende 60 des Behälters 40 ist an der Ventilgrundplatte 42 befestigt, wobei der Schaummantel 48 in fest anliegendem Kontakt mit der oberen Fläche 84 der Ventilgrundplatte 42 über den Löchern 82 und 88 steht.
Ein Drahtkäfig 130 ist zwischen der Lippe 64 und der perforierten Scheibe 50 angeordnet, um die Mischkammer 32 zu begrenzen. Typischerweise ist der Käfig 130 aus Aluminium hergestellt, obwohl andere Metalle oder auch Kunststoffmaterialien verwendet werden können, vorausgesetzt, diese sind widerstandsfähig gegenüber einem Angriff der Kohlenwasserstoffkraftstoffe und reagieren nicht mit anderen Materialien in dem Vergaser 12. Die perforierte ringförmige Scheibe 50 weist typischerweise eine Perforationsrate von 50% auf. Dies bedeutet, daß die perforierte ringförmige Scheibe 50 50% Lochbereich und 50% festes Material bezogen auf ihre Fläche im Bereich ihres Ringes aufweist. Typischerweise haben die Löcher einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 2,0 mm, wie zum Beispiel ungefähr 1,0 mm.
Der Behälter 40 weist eine Höhe auf, die in Abhängigkeit vorn Volumen des Verbrennungsmotors, mit dem er verwendet wird, variiert. Typischerweise weist der Behälter 40 für einen 2-Liter-Motor eine Höhe von ungefähr 150 mm auf. Die Höhe der Verdampfungskammer 30 in dem Behälter 40 wird relativ konstant gehalten bei ungefähr 100 mm, und die Höhe der Mischkammer 32 wird für Verbrennungsmotoren mit verschiedenen Volumina variiert. Bezogen auf den 2-Liter-Verbrennungsmotor weist daher die Mischkammer 32 eine Höhe von ungefähr 50 mm (und der Behälter 40 eine Höhe von ungefähr 150 mm) auf. Falls die Höhe geringer ist, wird eine vollständige Verdampfung des Kraftstoffes nicht erreicht. Falls die Höhe größer ist, ist dieses zusätzliche Volumen der Mischkammer für die Verdampfung des Kraftstoffes nicht schädlich. Für einen Verbrennungsmotor mit ungefähr 6 Liter Volumen ist daran gedacht, daß der Behälter 40 eine Höhe von ungefähr 200 mm aufweist. Bezogen auf einen Verbrennungsmotor mit relativ kleinem Volumen, wie zum Beispiel für Motorräder, wird in Betracht gezogen, daß der Behälter 40 eine Gesamthöhe von ungefähr 120 mm aufweist und bezogen auf relativ große Verbrennungsmotoren, wie solche für Lastkraftwagen, wird in Betracht gezogen, daß der Behälter 40 einen Durchmesser von ungefähr 240 mm aufweist. Es ist vorgesehen, daß der Behälter auf der Wand des Motorraumes eines Motorfahrzeuges montiert wird. Dies wird als notwendig betrachtet, da der Behälter 40 allein höher und breiter als die meisten herkömmlichen Vergaser ist.
Der Durchmesser des Behälters 40 wird durch den Durchmesser des Venturi-Einlasses 72 bestimmt, der wieder durch das Volumen des Verbrennungsmotors bestimmt wird. Bezogen auf das Beispiel eines 2-Liter-Verbrennungsmotors weist der Venturi-Einlaß 72 einen Durchmesser von ungefähr 49 mm auf. Dies ist ein Wert, der durch den Hersteller des Verbrennungsmotors für die Venturi-Größe in seinem Motor bestimmt wird. Der Durchmesser des Behälters 40 beträgt vorzugsweise das 2,5-fache bis 3,5-fache des Durchmessers des Venturi-Einlasses 72. Bei dem Beispiel des 2-Liter-Verbrennungsmotors weist der Behälter 40 vorzugsweise einen Durchmesser zwischen ungefähr 120 mm bis 170 mm auf.
Wenn der Durchmesser des Behälters 40 kleiner als das 2,5-fache des Durchmessers des Venturi-Einlasses 72 ist, dann wird der Vergaser 12 zu viel Kraftstoff für die Menge an Luft ansaugen, die durch den Venturi-Einlaß 72 fließt. Und wenn der Durchmesser des Behälters 40 größer als das 3,5-fache des Durchmessers des Venturi-Einlasses 72 ist, dann wird der Motor eine Treibstoffunterversorgung und einen Verlust im Ansprechen auf die Drossel erleiden, da nur eine ungenügende Menge an Kraftstoff für den Betrag an Luft fließt, der durch den Venturi-Einlaß 72 strömt.
Wie in Fig. 2E dargestellt, ist die Dampfauslaßkammer 34 durch ein ellenbogenförmiges Rohr 140 begrenzt, das einen Flansch 142 zum Befestigen an der Lippe 64 des Behälters 40 aufweist. Das Rohr 140 weist eine Drosselklappe. 144 auf, die nahe der Mündung 146 angeordnet ist. Die Drosselklappe 144 wird durch einen Gaszug 147 gesteuert. Die Dampfäuslaßkammer 34 weist einen Einlaß 148 auf, der ein Loch 150 im oberen Ende 62 des Behälters 40 überdeckt. Die Dampfauslaßkammer 34 weist einen Durchmesser von ihrem Einlaß 148 bis zu ihrer Mündung 146 auf, der größer als der Durchmesser des Venturi- Einlasses 72 ist. Dies ist erforderlich, damit die Dampfauslaßkammer 34 keine Einengung für den Strom der Luft vom Venturi-Einlaß 72 zur Mündung 146 verursacht. Die Mündung 146 ist typischerweise mit einem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors über eine flexible Leitung verbunden.
Die Dampfauslaßkammer 34 weist weiters einen zusätzlichen Lufteinlaß 152 mit einer Drosselklappe 154 auf, die von einer Unterdruckeinheit 156 gesteuert ist, die über eine Steuerstange 158 und ein Verbindungsglied 160 mit einem Hebel 162 verbunden ist, der an einem Zapfen der Drosselklappe 154 befestigt ist. Die Unterdruckeinheit 156 ist mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors verbunden (etwa so wie eine Vorzündzeitabstimmung für konventionelle Vergasersysteme) über eine Unterdruckleitung 164, so daß, falls der Unterdruck im Ansaugkrümmer groß genug wird, die Drosselklappe 154 beginnt sich zu öffnen, damit mehr Luft in den Vergaser gelangt, um dem Verbrennungsmotor mehr Luft zuzuführen, wenn er belastet ist.
Wie in den Fig. 4A bis 4C dargestellt ist, besteht das Kraftstoffversorgungsventil 14 aus einem Gehäuse 170, einer Endkappe 172, einem Kopf 174, einer Beschleunigerdüsennadel 176, einer Membrane 178 und einer Leerlaufdüsennadel 180. Das Gehäuse 170 weist eine zentrale Bohrung 182 auf, in der die Beschleunigerdüsennadel 176 aufgenommen ist. Die Membrane 178 ist zwischen dem Gehäuse 170 und der Endkappe 172 an geordnet und ist an einem mit einem Gewinde versehenen Ende 183 der Beschleunigerdüsennadel 176 mit Muttern 184 befestigt. Ein Ende der Bohrung 182 mündet in einer Ausnehmung 186, die so dimensioniert ist, daß sie eine Bewegung der Baugruppe der Beschleunigerdüsennadel 176, der Membrane 178 und der enthaltenen Muttern 184 ermöglicht, wenn die Beschleunigerdüsennadel 176· sich in der Bohrung 182 axial bewegt. Die Endkappe 172 weist eine Ausnehmung 188 auf, die ebenfalls diese Bewegung der genannten Baugruppe ermöglicht.
Der Kopf 174 weist einen Kanal 190 auf, der sich durch den Kopf erstreckt und einen Düsensitz 192 inmitten seiner Länge aufweist. Der Ventilsitz 192 ist ausgeformt, um ein zugespitztes Ende 194 der Beschleunigerdüsennadel 176 aufzunehmen. Der Kopf 174 weistauch einen Kraftstoffeinlaß 196 und einen Kraftstoffauslaß 198 auf. Der Kraftstoffeinlaß 196 ist mit einen Kanal 190 über einen Kanal 200 stromauf des Ventilsitzes 192 verbunden, so daß das zugespitzte Ende 194 der Beschleunigerdüsennadel 176 den Strom des Kraftstoffes unterbrechen kann vom Kraftstoffeinlaß 196 zum Kraftstoffauslaß 198. Der Kraftstoffauslaß 198 ist in strömungsmäßiger Verbindung mit der Leitung 190 stromab des Düsensitzes 192. Der Kopf 174 weist auch einen Entnahmekanal 202 auf, der den Kanal 200 mit dem Kraftstoffauslaß 198 verbindet. Der Entnahmekanal 202 weist einen Kopf 204 auf, in dem die Leerlaufdüsennadel 180 angeordnet ist, so daß die Leerlaufdüse 180 die Durchflußrate des Kraftstoffes entlang des Entnahmekanals 202 einstellen kann, wenn die Beschleunigerdüsennadel 176 in dem Düsensitz 192 aufsitzt.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein Drosselhebel 206 drehbar an dem mit einem Gewinde versehenen Ende 183 der Beschleunigerdüsennadel 176 und an der Endkappe 172 befestigt. Der Drosselhebel 206 ist an einem Drosselkabel 208 befestigt, so daß ein Ziehen des Drosselkabels eine proportionale (aber kleinere) Bewegung der Beschleunigerdüsennadel 176 ergibt.
Wie in Figur. 1 dargestellt, ist der Kraftstoffauslaß 198 auch über einen Schlauch 210 mit dem Kraftstoffeinlaß 80 der Ventilgrundplatte 42 verbunden. Ein anderer Schlauch 212 verbindet den Kraftstoffeinlaß 196 mit der Niederdruckseite des Druckreduzierventiles 16. Die Hochdruckseite des Druckreduzierventiles 16 ist mit der Kraftstoffpumpe über einen Schlauch 214 und daher mit dem Krafttank 20 verbunden.
Typischerweise reduziert das Druckreduzierventil 16 den Druck des Kraftstoffes von der Kraftstoffpumpe 18 auf einen Druck zwischen 14 kPa und 36 kPa, wie auf ungefähr 24 kPa. Die Druckreduktion hängt von der typischen Belastung ab, der der Verbrennungsmotor ausgesetzt ist.
Der Kraftstoffauslaß 90 der Ventilgrundplatte 42 ist über einen Schlauch 220 mit der Rücklaufpumpe 22 verbunden. Ein weiterer Schlauch 222 verbindet die Rücklaufpumpe 22 mit dem Kraftstofftank 20, so daß der vom Vergaser 12 nicht verbrauchte/zurückgelassene Kraftstoff in den Kraftstofftank 20 für einen späteren Gebrauch zurückgefördert werden kann. Die Rücklaufpumpe 22 arbeitet typischerweise mit einem Druck von ungefähr 90 kPa, obwohl dies nicht kritisch ist, vorausgesetzt der Druck übersteigt den Druck des Kraftstoffes am stromabwärtigen Ende des Druckreduzierventiles 14.
In Gebrauch sind der Behälter 40 des Vergasers 12 an einer Wand des Motorraumes eines Fahrzeugs befestigt. Das Druckreduzierventil 16 ist mit einem Schlauch 214 verbunden, der von der Kraftstoffpumpe 18 kommt; der Schlauch 222 stellt die Verbindung von der Rücklaufpumpe 22 zum Kraftstofftank 20 her; die Mündung der Dampfauslaßkammer 34 ist über einen Kanal mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors verbunden; der Gaszug 147 ist mit der Drosselklappe 144 verbunden; die Unterdruckleitung ist mit der Unterdruckeinheit 156 verbunden und das Drosselkabel 208 ist mit dem Drosselhebel 206 verbunden.
Wenn der Verbrennungsmotor im Leerlauf ist, fließt der Kraftstoff vom Kraftstofftank 20 durch die Kraft der Kraftstoffpumpe 18 durch das Druckreduzierventil 16 zum Kraftstoffversorgungsventil 14. Der Kraftstoff tritt in den Kraftstoffeinlaß 196 des Kraftstoffversorgungsventiles 14 ein, fließt entlang des Entnahmekanals 202, passier die Leerlaufdüsennadel 180, und fließt zum Kraftstoffauslaß 198. Die Fließgeschwindigkeit des Kraftstoffes während des Leerlaufs wird durch die Stellung der Leerlaufdüsennadel 180 in deren Gewindehalterung in dem Kopf 174 des Kraftstoffversorgungsventiles 14 eingestellt.
Während eines Nicht-Leerlauf-Betriebes des Verbrennungsmotors ist das Drosselkabel 208 gezogen, um den Drosselhebel 206 zu verdrehen und dadurch die Beschleunigerdüsennadel 176 vom Düsensitz 192 abzuheben. Dies erlaubt es dem Kraftstoff, entlang des Kanals 200 zu fließen, den Düsensitz 192 zu durchströmen und zum Kraftstoffauslaß 198 zu gelangen. Die Fließgeschwindigkeit des Kraftstoffes durch das Kraftstoffversorgungsventil 14 hängt nun von der Winkelstellung des Drosselhebels 206 ab und daher vom Betrag, um den das zugespitzte Ende 194 der Beschleunigerdüsennadel 176 vom Düsensitz 192 entfernt ist.
In beiden der oben erwähnten Fälle fließt der Kraftstoff vom Kraftstoffauslaß 198 entlang des Schlauches zum Kraftstoffeinlaß 80 der Ventilgrundplatte 42. Der Kraftstoff tritt dort in den ersten Kanal 76 ein und fließt in diesem, füllt den Kanal 76 und steigt in den Löchern 82 zum Schaummantel 48 auf. Aufgrund der Porosität des Schaummantels 48 wird der Kraftstoff in dem Schaummantel 48 absorbiert.
Der Unterdruck, der in dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erzeugt wird, bewirkt die Ausbildung eines Unterdruckbereiches in der Verdampfungskammer 30 um den Ventilkörper 114. Dies bewirkt, daß der Ventilkörper 114 nach oben gezogen wird, entgegen der Rückstellkraft der Feder 118. Folglich wird Luft durch den Venturi-Einlaß 72 angesogen. Aufgrund des Winkels des Ventilsitzes 74 und der Lage des Ventilkörpers 114 tritt die Luft in die Verdampfungskammer 30 in einem Winkel von ungefähr 45º zu der Achse der Kammer 30 ein und dringt in den Schaummantel 48 ein. Die Luft wird durch den Unterdruck in dem Ansaugtrakt bis durch den Schaummantel 48 und aus der perforierten ringförmigen Scheibe 50 angesaugt. Da die Luft durch den Schaummantel 48 abgesaugt wird, wird der Kraftstoff, der in den porösen Zellen des Schaummantels 48 suspendiert ist, mit Luftpartikel beschossen, was bewirkt, daß der Kraftstoff zu Dampf wird.
Der Dampf verläßt die Verdampfungskammer 30 durch die Perforierungen in der Scheibe 50 und durch ein Mittelstück dieser Scheibe und über die Deckplatte 110 des Kugelventiles 46. Der verdampfte Kraftstoff und die Luft mischen sich in der Mischkammer 32, und unter dem Einfluß des niedrigen Druckes werden sie in die Dampfauslaßkammer 34 gesogen. Der Betrag des Einflusses, den der niedrige Druck im Ansaugtrakt auf den Fluß der Luft durch den Vergaser 12 hat, hängt zum Teil von der Winkelstellung der Drosselklappe 144 in der Mündung 146 der Dampfauslaßkammer 34 ab, so daß, wenn sich der Winkel vergrößert, mehr verdampfter Kraftstoff gemischt mit der Luft durch den Vergaser 12 gesogen wird.
In dem Fall, daß der niedrige Druck im Ansaugtrakt weiter steigt (was eine große Belastung des Verbrennungsmotors anzeigt) so betätigt die Unterdruckeinheit 156 die Drosselklappe 154 und verdreht diese, um zu ermöglichen, daß mehr Luft von dem zusätzlichen Lufteinlaß 152 in die Dampfauslaßkammer 34 gelangen kann.
Wenn sich der Bedarf an Kraftstoff vermindert, so wird der überschüssige Kraftstoff zurück durch die Rücklaufpumpe 22, die einen Bereich niedrigen Drucks im zweiten Kanal 86 und daher auch in den Löchern 88 erzeugt, nach unten auf die Oberseite 84 der Ventilgrundplatte 42 gesogen. Der so zurückgeleitete Kraftstoff wird durch die Rücklaufpumpe 22 zurück zum Kraftstofftank 20 für einen späteren Gebrauch gepumpt.
Es wurde gefunden, daß in einer beispielhaften Ausführungsform der Winkel des Ventilsitzes 74 für das Kugelventil 46 ziemlich kritisch ist, für die Wirksamkeit, mit der der Kraftstoff verdampft wird. Dies bedeutet, daß der Winkel des Ventilsitzes 74 ungefähr 45º sein muß. Wenn jedoch der Kraftstoff nach unten eingespritzt wird (durch eine Einspritzplatte in der Form einer Ventilgrundplatte 42 ohne dem zweiten Kanal 86) in den Schaummantel 48 auf dessen oberes Ende und der Kraftstoff von dem unteren Ende des Schaummantels 48 zurückgeführt wird, dann braucht der Winkel nicht 45º zu sein. In dieser Situation ist der Winkel des Ventilsitzes 74 nicht länger von besonderer Bedeutung. Dies tritt ein, da in dieser Situation die Einspritzplatte den Steigstrom des Kraftstoffes durch den Schaummantel 48 steuert.
Es wurde gefunden, daß die Anwendung des Kraftstoffversorgungssystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem alten Modell eines 6-Zylinder-Motors für ein Kraftfahrzeug dessen Kraftstoffverbrauch von ungefähr 13 Liter/100 km (20 Meilen pro Gallone) auf ungefähr 2,6 Liter/100 km (110 Meilen pro Gallone) reduziert. Gleichzeitig, da eine viel vollständigere Verbrennung stattfindet, ergibt sich eine große Verminderung in der durch den Motor verursachten Verschmutzung der Umwelt.
Es wurde auch gefunden, daß, da der Kraftstoff den Verbrennungsmotor bereits verdampft erreicht (und die Verdampfung nicht während der Verbrennung stattfinden muß) die zeitliche Abstimmung der Zündung in dem Verbrennungsmotor von zwischen 6º und 10º vor dem oberen Totpunkt auf ungefähr 0,5º vor dem oberen Totpunkt geändert werden kann.
Das Kraftstoffversorgungssystem 10 nach der vorliegenden Erfindung für einen Verbrennungsmotor hat auch den Vorteil, daß es eine leichte und wirksame Verdampfung von Kraftstoff bereitstellt, wodurch sich eine erhebliche Verbesserung in der Ausnutzung des Kraftstoffes und eine beachtliche Reduktion in der Verschmutzung der Umwelt ergibt. Konventionelle Anti-Verschmutzungs-Einrichtungen, wie sie in heutigen Kraftfahrzeugen verwendet werden, können daher weggelassen werden, wodurch Kosten bei einem Fahrzeug gespart werden können. Durch die Verwendung des Rücklaufs über den zweiten Kanal 86 und die Rücklaufpumpe wird überschüssiger Kraftstoff rückgeführt für eine Wiederverwendung, was den Wirkungsgrad des Systems 10 verbessert. Weiters, da weniger Kraftstoff verwendet wird, gibt es weniger Verschleiß in dem Motor und der Motor arbeitet mit einer niedrigeren Temperatur. Das System wandelt einen 4-Takt-Motor in einen 3-Takt-Motor um, da die zeitliche Abstimmung des Motors stark reduziert werden kann. Außerdem erhöht das System 10 das Ansprechen des Verbrennungsmotors auf die Drossel.

Claims

1. Kraftstoffversorgungssystem (10) für einen Verbrennungsmotor mit einem verdampfenden/verschmutzungsreduzierenden Vergaser (12) für einen Verbrennungsmotor, wobei der verdampfenden/verschmutzungsreduzierenden Vergaser (12) beinhaltet:

eine Verdampfungskammer (30) mit einem Mantel (48) zum Suspendieren von Kraftstoff innerhalb der Verdampfungskammer (30),

eine in wirksamer Verbindung mit der Verdampfungskammer (30) angeordnete Kraftstoffeinlaßvorrichtung (13), um eine Kraftstoffmenge von einer Kraftstoffversorgung (20) an den Mantel (48) zum Suspendieren in der Verdampfungskammer dosiert zuzuführen,

eine Kraftstoffrücklaufvorrichtung (15) in wirksamer Verbindung mit dem Mantel (48) zum Entfernen von überschüssigem und nicht verdampften Kraftstoff vom Mantel (48) und der. Verdampfungskammer (30) und zum Zurückgeben dieses Kraftstoffs an das Kraftstoffversorgungssystem (20), und

eine Leitungsvorrichtung zum Einbringen von Dämpfen aus der Verdampfungskammer (30) in einen Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors,

gekennzeichnet durch ein dem Mantel (48) zugehöriges Netzwerk (50), so daß der Kraftstoff durch das Netzwerk (50) fließen muß, wenn er den Mantel (48) verläßt; und

eine stromaufwärts zur Verdampfungskammer (30) angeordnete Lufteinlaßvorrichtung (75), die eine Ventilvorrichtung (46) zum Regulieren der durch die Verdampfungskammer (30) strömenden Luftmenge in Übereinstimmung mit dem im Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors herrschenden Druck aufweist, wobei die Lufteinlaßvorrichtung (75) so angeordnet ist, daß durch die Lufteinlaßvorrichtung eintretende Luft durch den Mantel (48) geleitet wird, um den in dem Mantel suspendierten Kraftstoff zu verdampfen, wobei sämtliche durch die Lufteinlaßvorrichtung (75) eintretende Luft durch die gesamte Verdampfungskammer (30) strömt.

2. Kraftstoffversorgungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (48) ein retikuläres geschäumtes plastisches Material ist, das den Kraftstoff überall in seinem Volumen suspendiert.

3. Kraftstoffversorgungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk (50) eine perforierte, ringförmige Scheibe ist, bei der die Perforationen ungefähr 50% der Fläche des Ringes der Scheibe ausmachen, so daß die Luft den verdampften Kraftstoff durch die Scheibe pressen kann.

4. Kraftstoffversorgungssystem (10) nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine bezogen zur Verdampfungskammer (30) stromabwärts liegende Mischkammer (32) zum Mischen des verdampften Kraftstoffes mit Luft aus der Einlaßvorrichtung (72).

5. Kraftstoffversorgungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer (30) eine Höhe von ungefähr 100 mm und die Mischkammer eine Höhe von mehr als ungefähr 50 mm aufweisen, und die Verdampfungskammer (30) und die Mischkammer einen Durchmesser zwischen dem 2,5- und dem 3,5-fachen des Durchmessers einen Venturi-Einlasses der Lufteinlaßvorrichtung aufweisen, um dadurch den Kraftstoff aus der Kraftstoffeinlaßvorrichtung in den Mantel (48) zu ziehen.

6. Kraftstoffversorgungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinlaßvorrichtung (13) einen ersten Kanal (76), der strömungsmäßig mit der Kraftstoffversorgung (20) in Verbindung steht, und eine von dem ersten Kanal (76) zum Mantel (48) führende Vielzahl von Löchern (82) aufweist, um die Erzeugung eines Flusses von Kraftstoff von der Kraftstoffversorgung (20) zum Mantel (48) zu erlauben, und die Kraftstoffrücklaufvorrichtung (15) eine mit der Kraftstoffversorgung (20) strömungsmäßig in Verbindung stehende Rücklaufpumpe und einen zweiten Kanal mit einer von dem Mantel in den Kanal führenden Vielzahl von Löchern aufweist, so daß durch die Rücklaufpumpe (22) ein Kraftstoffluß von dem Mantel (48) zurück zur Kraftstoffversorgung (20) bewirkt werden kann, um überschüssigen Kraftstoff aus der Verdampfungskammer (30) zu entfernen.

7. Kraftstoffversorgungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaßvorrichtung (75) ein Kugelventil (46) aufweist, das durch die Wirkung der Kraft eines Luftzuges bewegbar ist, der durch den Druck im Ansaugkrümmer erzeugt wird, so daß Luft durch den Mantel (48) strömt, um den Kraftstoff zu verdampfen.

8. Kraftstoffversorgungssystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaßvorrichtung (75) einen in einem Winkel von ungefähr 45º zur Achse der Verdampfungskammer (30) orientierten Ventilsitz (74) aufweist, der für das Kugelventil (46) eine Dichtfläche bietet, wenn im Ansaugkrümmer ungenügender Druck herrscht, das Kugelventil (46) von dem Ventilsitz (74) weg zu bewegen, um somit einen Luftstrom in den Mantel (48) zu bewirken, wenn das Kugelventil (46) von dem Ventilsitz (74) weg bewegt wird.