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Kennwort: Treibgasanlage Verfahren zum Regeln el.ner Brennkraftmaschinen,
insbesonder@ Verbrennungsmotoren zugeführten Gasmenge Die Erfindung betrifft ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln einer Brennkraftmaschinen, insbesondere
Verbrennungsmotoren zugeführten Gasmenge in Abhängigkeit von sich ändernden Betriebszuständen
des Motors, durch die im Ansaugkanal des Motors eine Druckänderung entsteht.
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Bei Brennkraftmaschinen (beispielsweise Verbrennungsmotoren) wird
- wie allgemein bekannt - ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet, welches in einem
Zylinderraum komprimiert, dort gezündet und durch die dabei frei werdende Energie
einen Kolben bewegt. Das Kraftstoff-Cemi.ch wird beispielsweise in einem Vergaser
gebildet, wobei der Kraftstoff (Benzin) im tufttrichter des Vergasers entsprechend
der Menge und der Geschwindigkeit der vom Motor angesaugten Luft aus einem Zufuhrdüse
herausgesaugt und mit der angesaugten Luft vermischt wird. Als Kraftstoff kann auger
Benzin oder Dieselöl auch ein druckverdichtetes oder druckverflüssigtes Gas, beispielsweise
Treibgas (Propan, Butan oder deren Gemische) verwendet werden. Dabei wird ebenfalls,wie
bei der Verwendung von Benzin oder Dieseldl das Gas einem Raum, ggf.
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dem Lufttrichter eines herkömmlichen Vergasers zugeführt, in welchem
eine Vermischung von Gas und Luft stattfindet.
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Das Gas muß dabei in einer derartigen Menge zugeleitet werden, daß
Je na:h unterschiedlichen BetriebszustSnden (unterschiedllche Drosselklappenstellung
beim Start, Leerlauf, Teillast unc Vollast) und der sich ändernden vom Motor angesaugten
Luft stets ein Gas-Luft-Verhältnis im Gemisch erreichbar ist, welches ein fast vollkommenes
und nahezu keine schädlichen Abgase erzeugendes Verbrennen gewähr@ leistet.
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Um diese Forderungen zu erfüllen, werden der Brennkraftmaschins entsprechende
ZuRUhr- und Regelungseinrichtungen zu geordnet, die unter dem Begriff Treibgasanlagen
bekannt sind.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, die bei bekannten Treibgasanlager
vorhandene, mit änderung von Betriebszuständen beginnende Ansprechzeit der Treibgasanlage
zu verkürzen.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß durch die
im Ansaugkanal des Motors entstehende Druckänderung die die Gasmenge bestimmende
Querachnittsöffnung eines Mengenreglers vermindert wjrd und wobei diese ftir den
jeweiligen Betriebszustand des Motors erforderliche Gasmenge in einen Diffusor eingeleitet
wird.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung
vorgeschlagen, bei welcher der Mengenregler an den im Ansaugkanal angeordneten Diffusor
angeschlossen ist und bei der ferner der Mengenregler einen Steuerteil aufweist,
der Uber eine Leitung mit dem Ansaugkanal verbunden ist Durch die Erfindung wird
vorteilhafterweise eine kleinere Ansprechzeit (Zeit bis ein neuer Betriebszustand
ausgeregelt ist) als mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen erreicht. Dies
ist insbesondere dadurch bedingt, daß die
Druckänderung im Ansaugkanal
direkt auf das die Gasmenge be stimmende Mengenventil einwirkt und keine, die Ansprechzeit
verzögernden Zwischenregler vorhanden sind. Dadurch wird rerner der Cesamtaufbau
der Vorrichtung gegenüber der bekannten einfacher.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist der Steuorteil
des Mengenreglers eine in einer Kammer angeordnete Membrane auf, welche über eine
Stange mit einem Ventilverschlußstück, das zusammen mit einem Ventilsitz in der
Ausgangsleitung angeordnet ist, verbunden ist.
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Durch die Membrane wird die Kammer in zwei Druckkammern unterteilt,
von denen die eine Uber einen Kanal mit dem Diffusor und die andere Uber eine Leitung
mit dem Ansaugkanal verbtulden ist. Dadurch wird eine Beaufschlagung der Membrane
einerseits vom Druck im Ansaugkanal und andererseits auch vom Druck im Diffusor
erreicht, 50 daß zusätzlich noch durch eine Druckänderung im Diffusor die Änderung
der Ventilstellung unterstUtzt wird.
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Zur Bestimmurg und Einstellung der auf die Membrane einwirkenden,
insbesendere zum Offenen des Mengenreglers zum Starten des Motors erforderlichen
Kräfte sind in der Kannner eine Korrekturluftschraube sowie eie an der Membrane
anlie--gende, druckeinstellbare Feder vorgesehen.
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In der Zeichnung sind Treibgasanlagen dargestellt.
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Es veranschaulicht: Fig. 1 - eine bekannte Treibgasanlage Fig. 2 -
eine erfindungsgemäße Treibgasanlage Fig. 3 - eine vergrößerte Darstellung des Mengenreglers
gemäß Flg. 2.
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Eine bekannte Treibgasanlage ist in Fig. 1 veranschaulicht.
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Bei dieser Anlage wird das flüssige Gas nach Öffnen eines Magnetventils
23 einer Flasche 10 entnommen und in einem Regler 11 auf einen gewissen Druck entspann;1
welcher höher als der Atmosphärendruck ist. Bei der Entspannung wird das Gas verdampft.
Das verdampfte Flüssiggas wird einer Mischeinrichtung 12 zugeführt, in der des Gas
der zur Bildung eines Verbrennungsgemisches erforderlichen, vom Motor angesaugten
Luft zugemischt wird uiiil zwar wie folgt: Bei Drehbeginn des in Fig. 1 nicht näher
dargestellten Motors entsteht im Ansaugkanal 13 ein Unterdruck, der sich in den
Raum 14 vor die Drosselklappe 15 und von dort Uber Bohrungen 16 in einem Ventilverschlußstück
17 in eine Unterdruckkammer 18 fortpflanzt.
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Das Ventilverschlußstück ist mittels einer Membrane 19 in der Mischeinrichtung
12 gehalten, wobei die Membrane 19 gleichzeitig als Abschluß der Unterdruckkammer
18 gegen-Uber dem Luftzuführungskanal 20 dient.
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Durch den Unterdruck in der Kammer 18 sowie dem auf die Membrane 19
wirkenden Atmosphärendruck werden aus die Membrane 19 unterschiedliche Kräfte ausgeübt
und die Membrane 19 und somit das Ventilverschlußstück 17 entgegen der Kraft einer
Feder 21 in der Kammer 18 in Pfeilrichtung A bewegt. Durch das Anheben des Ventilverschlußstückes
17 wird die Luftzufuhr aus dem Kanal 20 und gleichzeitig die Gaszufuhr aus der Leitung
22 freigegeben.
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Die Leistung des Motors ist von der jeweiligen Belastung und der damit
verbundenen Drosselklappenstellung abhängig.
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So ist beispielsweise bei großer Belastung (Bergfahrt) die Drosselklsppe
15 bei gleicher Drehzahl weiter offen als bei
geringer Belastung
(Fahrt auf ebener Strecke).
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Durch das Öffnen der Drosselklappe 15 wird aber der Unterdruck im
Ansaugkanal 13 kleiner.
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Die Unterdruckknderung im Ansaugkanal 13 wird Uber eine Leitung 24
dem Steuerteil 25 des Reglers 11 mitgeteilt.
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Bei fallendem Unterdruck (entspricht steigendem Absolutdruck) im Ansaugkanal
13 wird die Membrane 26 des Steuerteiles 25 -durch die Kraft einer Feder 27 in Pfeilrichtung
C belegt und über einen Bolzen 28 ein Hebel 29 in Pfeilrichtung C' verschwenkt,
so daß eine größere Flüssiggasmenge in die Kammer 30 einströmt und der Reglerausgangsdruck
ansteigt. Durch diese Druckerhöhung des der Mischeinrichtung 12 zugeführten Gases
wird auch die zugeführte Gasmenge vergrößert, so daß entsprechend der größe ren
Belastung dem Motor mehr Verbrennungsgemisch zugeführt wird.
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Der Ausgangsgasdruck des Reglers 11 und damit die Gasmenge wird auch
bei einer gewünschten Beschleunigung, die durch einen der Drosselklappe erreicht
wird, ansteigen, da auch in diesem Fall der Unterdruck im Ansaugkanal 13 fällt und
der Regler 11 geöffnet wird.
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Bei dieser bekannten Treibgasanlage wird also eine Gasmengenänderung
durch Erhöhung des Ausgangsdruckes des Druckreglers 11 und durch ZufUhrung des,
einen höheren Druck aufweisenden Gases in den Mischer 12 erreicht.
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Demgegenüber wird bei der Erfindung die Gasmenge bei Betriebszustandsänderungen
dadurch beeinflußt (verkleinert bzw. vergrößert), . daß die Unterdruck(nderungen
direkt auf ein die Gasmenge bestimmendes Mengenventll einwirken,
wodurch
die Ansprechzeit (Zeit bis ein neuer Betriebszustand ausgeregelt ist) gegenüber
der bekannten Anlage kleiner ist, da die Unterdruckänderungen nicht zuerst Zwischenregler
(wie Druckregler oder dergl.) beeinflussen und dann erst die geänderte Ansgangsgröße
dieser Zwischenregler ein die Menge variierendes Regelorgan beaufschlagen.
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Die erfindungsgemäße Treibgasanlage ist in Fig. 2 veransehaulichv.
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Aus einer gasflasche 40 wird das flüssige Gas entnommen und beispielsweise
in einem an sich bekannten Aufheizgerät (Wärmetauscher) 41 verdampft, wobei zur
Aufheizung des Flüssiggases ein '2eil der Auspuffgase der; Motors M verwendet werden,
welche Uber die schematisch angedeutete Leitung 41' dem Anfheizgerät 41 zugefUhrt
werden. Das verdampfte Gas wird in einem handelsüblichen Druckregler 42 auf einen,
Uber dem Atmosphärendruck liegenden Druck entspannt und anschließend einem Mengenregler
43 zugeführt. Der Mengenregler 43 ist mit seiner Ausgangsleitung 44 an einen Diffusor
45 eines mit 46 bezeichneten handelsUblichen Vergasers verbunden.
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In dem Diffusor 45 wird das verdampfte Gas mit der Uber einen Ansaugkanal
47 von einem schematisch dargestellten Motor M angesaugten Luft vermischt.
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Der Mengenregler 43 ist in Fig. 3 veranschaulicht und weist ein Gehäuse
48 auf, in welchem ein mit einem Ventilverschlußstück 49 zusammenwirkender Ventilsitz
angeordnet ist, Das Ventilverschlußstück 49 ist Uber eine Stange 51 mit einer Membrane
52 verbunden, die eine Kammer 53 in eine Druckkammer 53a und eine Druckkammer 53b
aufteilt. Unterhalb des VentilverschlußstUckes 49 ist ein Raum 54 vorgesehen, welcher
einerseits mit einer GaszufUhrung 55 und
andererseits mit der Ausgangsleitung
44 in Verbindung steht.
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Die Ausgangsleitung 44 endet im Diffusor 45. Es ist jedoch auch möglich,
daß die Ausgangsleitung - wie strichpunktiert angedeutet - im Bereich lI des Kanals
56 endet, wodurch bei Ausströmen des Gases der Druck in der Druckkammer SIR durch
Injektorwirkung im.Bereich H beeinflußt wird.
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Die Druckkammer 53a ist Uber einen Kanal 56 im Gehäuse 48 mit dem
Diffusor 45 verbunden, während die Druckkammer 53b über eine mit 57 bezeichnete
Leitung mit dem Ansaugkanal 47 verbunden ist. In der Druckkammer 53 b ist ferner
eine Korrektu@luftschraube 58 vorgesehen.
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Darüberhinaus ist in der Druckkammer 53b eine Feder 59 angeordnet,
welche auf die Membrane 52 eine Kraft ausübt, 80 daß bei Stillstand des Motors das
Ventilverschlußstück 49 die in Fig. 3 veranschafllichte Stellung (Ventil 50 ist
geöffnet) einnimmt.
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Bei Start wird einerseits ein zwischen Druckregler 42 und Mengenregler
43 angeordnetes Magnetventil 60 geöffnet und anderersgits der Motor in Drehbewegung
versetzt. Durch das Magnetventil 60 strömt über die Zuführung 55, den Raum 54 sowie
die Ausgangsleitung 44 das Gas in den Diffusor 45.
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Im Diffusor 45 findet eine Vermischung der vom Motor Uber den Trichter
61 des Vergasers 46 angesaugten Luft und dem mit einem gewissen Überdruck zugeführten
Gas statt.
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Beim Ansaugen der Luft entstehen zweL Unterdrücke und zwar aufgrund
der Luitgeschwindigkeit im Diffusor 45 ein kleiner Unterdruck I (VI) und ferner
aufgrund der Saugwirkung des Motors im Ansaugkanal 47 ein größerer Unterdruck II
(VII).
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Der Unterdruck I pflanzt sich Uber den Kanal 56 in die Druckkammer
5S fort, während der Unterdruck II vom Ansaugkanal 47 über die Leitung 57 in die
Druckkammer 53b gelangt.
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Durch diesen Unterdruck II werden die auf dte Membrane 52 wirkenden
Kräfte, welche durch die Kraft der druckeinatellbaren Feder 59 sowie der Uber die
Korrekturlurtschraube 58 in die Druckkammer 53b zuströmenden Luft bes-;lmmt sind,
reduziert und zwar in Abhängigkeit von der Größe des Unterdruckes Ii.
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Die Folge st, daß die Membrane 52 und das Ventilverschluß., stUck
49 um einen gewissen Betrag in Pfeilrichtung D bewegt, so daß das Ventil 50' etwas
geschlossen wird.
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Bei dieser Stellung des Ventilverschlußstückes 49 wird gerade die
Gasmenge zum Diffusor 45 durchgelassen, die fUr einen optimalen Leerlauf erforderlieh
ist. Die bisher noch nicht erwShnte Drosselklappe 61 ist beim Leerlauf fast geschlossen.
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Wie bereits ausgefUhrt, ist die vom Motor abzugebende Leistung von
der Stellung der Drosselklappe 61 abhängig.
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Bei Leistungssteigerung wird die Drosselklappe 61 geörfnet, wodurch
der Unterdruck II im Ansaugkanal 47 kleiner wird und die Membrane 52 aufgrund der
Kraft der Feder 59 in Verbindung mit dem Atmosphärendruck schnell in Pfeilrichtung
E bewegt und das Ventil 50' weiter geöffnet wird.
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Durch dieses unmittelbare Ansprechen des Mengenreglers 43 beim Fallen
des Unterdruckes II wird die Ansprechzeit bei der erfindungsgemäßen Anlage gegenUber
der bekannten kleiner. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, daß durch das sofortige
Öffnen des Reglers (Durchflußquerschnitt wird größer) die zu einer Anderung von
einem zu einem anderen Betriebszustand erforderliche zusätzliche Gasmenge dem.
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Diffusor in der kUrzestmöglichen Zeit zugeführt wird.
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Die VerkUrzung der Ansprechzeit wird auch durch.den bei Betätigung
der Drosselklappe 61 sich ändernden Unterdruck I
beeinflußt. Wird
die Drosselklappe Çi geöff@et, so steigt die Luftgeschwindigkeit im Diffusor 45
und iit ihr der Unterdruck I, so daß aufgrund des größer we@denden Unterdruckes
I in der Unterdruckkammer 5aX die Bewegung der Membrane 52 und damit das Öffnen
deE Ventils 50' unterstützt wird.
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Die beschriebene Betriebszustandsänderung entspricht einem Beschleunigungsvorgang
(größere Motorleistung). Soll dagegen die Motorleistung vermindert :erden, was durch
Schlieren der Drosselklappe 61 erreichbar ist, steigt der Unterdruck II wieder an
und das Ventil 50' wird ebenfalls sehr schnell wieder etwas geschlossen, bis nur
noch die für den neuen Betriebszustand erforderliche Gasmenge dem Diffusor 45 zugeführt
wird.
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In der in Fig. 2 veranschaulichten Anordnung ist der Mengenregler
43 direkt an einem handelsüblichen Benzinvergaser 46 angeschlossen. Diesem Vergaser
knn je nnch Stellung des Schalters 62 entweder wie beschrieben Gas (Schalterstellung
I - Magnetventil 60 wird geöffnet) oder Benzin aus dem Tank 63 (Schalterstellung
II - Magnetventil 64 wird geöL£-net) als Kraftstoff zugeführt werden. Diese mit
Gas oder Benzin betreibbaren Anlagen werden auch als Zweistoffanlagen bezeichnet.
Darüber hinaus ist es jedoch möglich, einen Verbrennungsmotor ausschließlich mit
Gas zu betreiben. In diesem Fall entfällt der Benzinvergaser und der Mengenregler
wird Uber ein am Ausgangsstutzen des Motors befestigtes ZwischenstUck , in dem ein
Diffusor und eine Drobselklappe angeordnet ist, angeschlossen Ferner ist es möglich
und liegt im Rahmen der Erfindung, bei dem beschriebenen Mengenregler 43 das Gas
vom num 54 über das Ventil 50' direkt in den Unterdruckraum. 53a und von dort Uber
den Kanal 56 dem Diffusor 45 zuzuführen.
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Die Ausgangsleitung 44 entfällt vorteilhaft:erweise in diesem Fall.
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Es wurde festgestellt, daß auch bei dieser Ausführung des Reglers
ebenfalls bei Anderung des Unterdruckes I bzw. II das Ansprechverhalten besser ist
als bei bekannten Anlagen.