DE3913358A1 - Gas-luftmischer - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gas-Luftmischer zum Dosieren
und Mischen von Brenngas und Verbrennungsluft für gasbe
triebene, gemischverdichtende Brennkraftmaschinen, insbe
sondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Handelsübliche Gas-Luftmischer zeigen in der praktischen
Anwendung am Motor Probleme bezüglich der gewünschten
individuellen Drehmomentgestaltung sowie der freien Aus
wahl des Brennstoff-Luftverhältnisses im Teillastbereich.
Meistens ist beides miteinander untrennbar verknüpft und
nur bedingt durch Geometrieveränderungen des Gemischbil
dungssystems zu beeinflussen. Die auftretenden Fertigungs
toleranzen in den Gas-Luftmischern führen dann zu nicht
korrigierbaren Drehmomentstreuungen der einzelnen Gasmo
toren und bereiten der Motorenabnahme erhebliche Probleme.
Einen weiteren Schwachpunkt vieler Gas-Luftmischer stellt
das bewegliche Gemischbildungssystem dar. Es wird durch
Ansaugluftpulsationen und Motorvibrationen (speziell bei
Ein-Zweizylindermotoren) leicht zu Schwingungen angeregt.
Dadurch ergeben sich im Resonanzbereich unkontrollierbare
Veränderungen des Brennstoff-Luftverhältnisses und des
Drehmomentverhaltens des Motors. Darüber hinaus wird dabei
ein erheblicher Verschleiß im Mischer verursacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gas-Luft
mischer zu schaffen, der im gesamten Betriebsbereich der
Brennkraftmaschine eine freie Wahl des Mischungsverhält
nisses von Brenngas und Verbrennungsluft gestattet, der
unempfindlich gegen Saugrohr- und Motorschwingungen ist
und der wenig Verschleiß zeigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen
den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungs
gemäße Aufteilung des Gemischbildungssystems in ein Vol
last- und ein Teillastsystem ist eine weitgehend unabhän
gige Anpassung des Brennstoff-Luftverhältnisses für den
Vollast- und Teillastbereich des Motors ermöglicht. Auf
diese Weise läßt sich ein hohes Drehmoment (fettes Ge
misch) mit niedrigem Teillastverbrauch und geringer Schad
stoffemission (mageres Gemisch) kombinieren. Ebenso be
steht die Möglichkeit, den Drehmomentverlauf des Gasmotors
frei zu gestalten.
Durch Wegfall der sonst üblichen variablen Lufttrichter
ist das erfindungsgemäße Gemischbildungssystem und damit
das Betriebsverhalten des Motors unempfindlich gegen Gas
schwingungen im Ansaugrohr und Motorvibrationen. Außerdem
tritt kein Verschleiß in dem Mischsystem auf. Das wirkt
sich günstig auf die Gleichmäßigkeit und Konstanz der
Leistungswerte der einzelnen Gasmotoren aus.
Durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird
eine sehr einfache Variation des Gas-Luftgemisches im
gesamten Betriebsbereich des Motors erreicht. Die Wirkver
bindung zwischen der Drosselklappe und den Querschnitts
verstelleinrichtungen kann starr sein, so daß die Stellung
der Querschnittsverstelleinrichtung unmittelbar von der
Winkelstellung der Drosselklappe abhängt; es kann aber
auch von Vorteil sein, eine elastische Verbindung oder
eine solche mit Totwegen vorzusehen. Die Querschnittsver
stelleinrichtungen und die Wirkverbindungen lassen sich
verschleißfrei lagern. Dadurch sind sie gegen Motorvibra
tionen unempfindlich. Auch Ansaugpulsationen können keine
Störungen verursachen, da die beweglichen Teile durch
Zwangssteuerung resonanzunempfindlich sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gestattet
die freie Gestaltung des Drehmomentverlaufs des Gasmotors.
Abhängig vom Unterdruck im Mischrohr, d. h. bei offener
Drosselklappe abhängig von der Motordrehzahl und abhängig
von der im Betrieb verstellbaren ersten und zweiten Dros
sel wird in die Vollastgasleitung mehr oder weniger Zu
satzgas bzw. Zusatzluft hinzugegeben. Dadurch kann über
das Brenngas-Luftverhältnis das Drehmoment entlang der
Vollastlinie variiert werden. Der dabei verwendete Steuer
schieber hat eine nur geringe Masse, so daß er von Motor
schwingungen und Verschleiß weitgehend unberührt bleibt.
Anstelle des einen Steuerschiebers mit zwei steuernden
Kanten kann es auch Vorteil sein, zwei oder mehrere Steu
erschieber mit jeweils nur einer steuernden Kante zu ver
wenden.
Durch die erfindungsgemäße Verbindung des Steuerkolbens
mit der Steuermembran wird die vom Unterdruck im Saugrohr
abhängige Steuerung des Drehmomentverlaufs ermöglicht.
Dabei wird die Lage des Drehmomentmaximums durch die Vor
spannung der Druckfeder bestimmt, wobei die Vorspannung
beispielsweise über eine Verstellschraube einstellbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Rückschlagven
tils in der Gassteuerleitung wird eine in unerwünschter
Richtung verlaufende Strömung zwischen den beiden Ge
mischbildungssystemen vermieden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gestattet
die Begrenzung der maximalen Leistung (Leistungsblockie
rung) und verhindert damit eine Überbelastung des Gasmo
tors.
Durch eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung wird eine
feinfühlige Einstellung des Leerlaufgemisches ermöglicht.
Dies wird durch einen einstellbaren Nebenluftstrom zur
Teillastgasleitung bewirkt. Auf diese Weise ist eine weit
gehende Veränderung des Brenngas-Luftverhältnisses mög
lich. Gleichzeitig wird eine gute Vermischung von Brenngas
und Luft erreicht.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird
erreicht, daß nach Abstellen der Zündung ein Nachdieseln
des Gasmotors durch starke Gemischabmagerung verhindert
wird. Dies geschieht durch ein von der Zündung aktiviertes
Magnetventil, das am Gas-Luftmischer oder getrennt davon
an einer geschützten Stelle angebracht sein kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol
genden Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungs
beispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
Es zeigt die
Figur einen Querschnitt durch den erfindungsge
mäßen Gas-Luftmischer.
Der Gas-Luftmischer besitzt ein Mischrohr 31, das in
Pfeilrichtung durchströmt wird und ein Teil der nicht
dargestellten Ansaugleitung des Gasmotors darstellt. Im
Mischrohr 31 ist eine Venturidüse 30 und eine Drosselklap
pe 4 angeordnet. In der engsten Stelle der Venturidüse 30
mündet eine Vollastgasleitung 16 und in den in Strömungs
richtung hinter der Drosselklappe 4 gelegenen Teil des
Mischrohres 31 eine Teillastgasleitung 10.
In der Vollastgasleitung 16 befindet sich eine Vollast-
Querschnittsverstelleinrichtung 26, in der Teillastgaslei
tung 10 eine Teillast-Querschnittsverstelleinrichtung 13,
die untereinander und mit der Drosselklappe 4 und einem
nicht dargestellten Gaspedal spielfrei verbunden sind.
Die Vollastgasleitung 16 und die Teillastgasleitung 10
stehen mit der Gasleitung 27 in Strömungsverbindung, wobei
sich in der Gasleitung 27 vor dem Abzweig der Vollastgas
leitung 16 eine einstellbare Vollastbegrenzungsdrossel 28
befindet.
Der Vollastgasleitung 16 ist eine Steuervorrichtung 15 für
den Drehmomentverlauf des Gasmotors zugeordnet. Diese
besitzt eine erste Steuerleitung 21 und eine zweite Steu
erleitung 22, die in die Vollastgasleitung 16 in Strö
mungsrichtung hinter der Vollast-Querschnittsverstellein
richtung 26 münden. Die erste Steuerleitung 21 und die
zweite Steuerleitung 22 sind über eine Luftsteuerleitung 23
mit einer Luftleitung 24 oder über eine Gassteuerlei
tung 14 mit der Gasleitung 27 verbunden. Außerdem besteht
die Möglichkeit, die erste Steuerleitung 21 mit der Gas
leitung 27 und zugleich die zweite Steuerleitung 22 mit
der Luftleitung 24 zu verbinden. Die Art der Verbindung
wird durch einen Stopfen 32 festgelegt, der sich in den
Positionen A, B oder C in der Luftsteuerleitung 23 bzw.
der Gassteuerleitung 14 befinden kann.
Der Querschnitt der ersten Steuerleitung 21 und der zwei
ten Steuerleitung 22 wird durch einen Steuerschieber 19
gesteuert, der über eine Verbindungsstange 29 mit einer
Steuermembran 7 verbunden ist.
Die Steuermembran 7 wird auf der Seite des Steuerschiebers
19 über die Luftleitung 24 und eine Verbindungsleitung 25
vom Außenluftdruck beaufschlagt. Auf die andere Seite der
Steuermembran 7 wirken der Druck im Mischrohr 31, der
durch die Steuerdruckleitung 6 unter die Steuermembran 7
gelangt und eine mittels einer Verstellschraube 33 ein
stellbare Druckfeder 8.
In der ersten Steuerleitung 21 befindet sich eine ein
stellbare erste Drossel 17, in der zweiten Steuerleitung
22 eine einstellbare zweite Drossel 18, wobei die Drosseln
(17, 18) den maximalen Durchfluß in den Steuerleitungen
(21, 22) begrenzen.
In die Teillastgasleitung 10 mündet die Luftleitung 24, in
der sich eine einstellbare Leerlaufluftdrossel 12 befindet.
In Strömungsrichtung vor der Leerlaufluftdrossel 12 zweigt
von der Luftleitung 24 eine Bypaßleitung 11 ab, die in
Strömungsrichtung hinter der Teillast-Querschnittsver
stelleinrichtung in die Teillastgasleitung 10 mündet,
wobei die Bypaßleitung 11 von einem Magnetventil 9 be
herrscht wird.
Bei geöffneter Drosselklappe 4 entsteht beim Durchströmen
der Venturidüse 30 ein Unterdruck, durch den das Brenngas
proportional zur Luftmenge aus der Vollastgasleitung 16
angesaugt wird. Die Größe der Vollastgasmenge entlang der
Drehmomentkurve wird durch die Vollastbegrenzungsdrossel
28, die Vollast-Querschnittsverstelleinrichtung 26 und die
Steuervorrichtung 15 bestimmt. Die Vollastbegrenzungsdros
sel 28 begrenzt bei voll geöffneter Vollast-Querschnitts
verstelleinrichtung 26 im Nenndrehzahlpunkt des Gasmotors
die maximale Gasmenge. Mit der Vollastbegrenzungsdrossel
28 wird die Nennleistung des Gasmotors blockiert.
Die Vollast-Querschnittsverstelleinrichtung 26 steuert die
Gasmenge nur im vollastnahen Bereich. Im Teillast- und
Leerlaufbetrieb ist sie geschlossen, da in diesem Be
triebsbereich in der Venturidüse 30 ein nur minimaler
Unterdruck herrscht.
Der Drehmomentverlauf wird von der Steuervorrichtung 15
beeinflußt. Die Beeinflussung beruht auf einer mehr oder
weniger starken Abmagerung oder Anfettung des Brenngas-
Luftgemisches in Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Auf
diese Weise wird die durch Drossel-, Wärme- und Undichtig
keitsverluste bedingte, natürliche Drehmomentcharakteri
stik des Motors mit Drehmomentmaximum bei mittlerer Motor
drehzahl modifiziert.
Der Unterdruck im Mischrohr 31 hängt bei geöffneter Dros
selklappe 4 nur von der Motordrehzahl ab. Dieser Unter
druck wirkt über die Steuerdruckleitung 6 auf die Membran
7 und bewegt den Steuerschieber 19 gegen die Kraft der
Druckfeder 8. Die Rückseite der Membran 7 wird über die
Verbindungsleitung 25 und die Luftleitung 24 mit At
mosphärendruck beaufschlagt.
Mit offener Drosselklappe ist der Unterdruck im Mischrohr
31 bei Nenndrehzahl am höchsten, so daß der Steuerschieber
19 seine unterste Stellung einnimmt. Dabei ist die zweite
Steuerleitung 22 voll geöffnet und die erste Steuerleitung
21 voll geschlossen.
Wenn sich der Stopfen 32 in der Stellung C befindet, ge
langt im Nenndrehzahlpunkt Zusatzluft über die Luftleitung
24, die Luftsteuerleitung 23 und die zweite Steuerleitung
22 mit der zweiten Steuerdrossel 18 in die Vollastgaslei
tung 16 und führt zu einer Gemischabmagerung und damit
Drehmomentsenkung im Nennleistungspunkt. Die maximale
Zusatzluftmenge in diesem Punkt ist mit der zweiten
Steuerdrossel 18 im Betrieb einstellbar.
Mit sinkender Motordrehzahl sinkt der Unterdruck im Misch
rohr 31 und damit auch unter der Membran 7, so daß die
Druckfeder 8 den Steuerschieber 19 zunehmend nach oben
schiebt. Dadurch wird bei noch geschlossener erster Steu
erleitung 21 die zweite Steuerleitung 22 allmählich ge
schlossen, das zu einer Verringerung der Zusatzluftmenge
führt. Die dadurch bedingte Anfettung des Gasstromes in
der Vollastgasleitung 16 hat ein starkes Ansteigen des
Motordrehmomentes mit sinkender Motordrehzahl zur Folge.
Bei mittlerer Motordrehzahl, dem Bereich des natürlichen
Drehmomentmaximums, sind beide Steuerleitungen durch den
Steuerschieber 19 geschlossen, so daß keine Gemischabmage
rung stattfindet und sich das natürliche Drehmomentmaximum
einstellt. Dessen Lage kann mit Hilfe der auf die Druckfe
der 8 wirkenden Verstellschraube 33 verändert werden.
Bei noch weiter sinkender Motordrehzahl wird die erste
Steuerleitung 21 vom Steuerschieber 19 zunehmend geöffnet.
Dadurch gelangt aus der Gasleitung 27 über die Gassteuer
leitung 14 und die erste Steuerleitung 21 mit der ver
stellbaren ersten Drossel 17 zusätzliches Gas in die Vol
lastgasleitung 16 und führt zu einer Gemischanfettung im
Gemischrohr 31. Auf diese Weise wird der natürliche Abfall
des Motordrehmomentes bei tiefen Motordrehzahlen verrin
gert.
Die Höhe des Drehmomentes im Punkte der niedrigsten, noch
zulässigen Vollastdrehzahl des Motors ist durch die ver
stellbare erste Drossel 17 einstellbar.
Durch Verändern der Lage des Stopfens von Position C nach
Position A wird das Brenngas-Luftgemisch im Mischrohr 31
auch oberhalb des natürlichen Drehmomentmaximums angefet
tet, so daß sich ein insgesamt flacher Drehmomentverlauf
einstellt.
Im Gegensatz dazu wird durch die Lage des Stopfens in der
Position B das Brenngas-Luftgemisch im Mischrohr 31 sowohl
oberhalb wie unterhalb des natürlichen Drehmomentmaximums
abgemagert. Dadurch wird ein starker Drehmomentanstieg von
der Nenndrehzahl zum Drehmomentmaximum und ein ebenso
starker Drehmomentabfall vom Drehmomentmaximum zur unteren
Grenzdrehzahl erreicht. Diese Drehmomentabstimmung kann
bei klopfgefährdeten Gasmotoren vorteilhaft sein, während
die Auslegung mit Stopfen in der Position A bei tempera
tur- und klopfunempfindlichen Motoren den höchstmöglichen
Drehmomentverlauf verwirklicht.
Mit sinkender Motorlast als Folge des Schließens der Vol
last-Querschnittsverstelleinrichtung 26 und der Drossel
klappe 4 wird der Gas- bzw. Gemischstrom in der Vollast
gasleitung 16 auf 0 gedrosselt, während der Gas- bzw.
Gemischstrom in der Teillastgasleitung 10 durch das
gleichzeitige Öffnen der Teillast-Querschnittsverstellein
richtung 13 ansteigt.
Der Gas- bzw. Gemischstrom aus der Teillastgasleitung 10
wird durch den in Strömungsrichtung hinter der Drossel
klappe 4 herrschenden Unterdruck in das Mischrohr 31 geför
dert. Dabei verhindert das Rückschlagventil 20 eine Strö
mung durch die Vollastgasleitung 16, die erste Steuerlei
tung 21 und die zweite Steuerleitung 22 in der falschen
Richtung und damit eine ungewollte Abmagerung des Teil
lastgemisches.
Mit weiter abnehmender Motorlast wird bei geschlossener
Vollast-Querschnittsverstelleinrichtung 26 auch die Teil
last-Querschnittsverstelleinrichtung 13 und die Drossel
klappe 4 weiter geschlossen, bis die Leerlauflast bzw.
Leerlaufdrehzahl des Motors erreicht ist. Die Zusammen
setzung des Leerlaufgemisches und die Leerlaufdrehzahl ist
mittels der variablen Leerlaufdrossel 12 in der Luftlei
tung 24 über die Menge der Zusatzluft feinfühlig ein
stellbar.
Der Gasmotor wird durch Ausschalten der Zündung abge
stellt. Um ein eventuelles Nachdieseln zu verhindern, wird
dem Gemischstrom in der Teillastgasleitung 10 über die
Motorabstelleitung 11 und das durch Ausschalten der Zündung
geöffnete Magnetventil 9 soviel Zusatzluft zugemischt, daß
die magere Zündgrenze des Gemisches unterschritten wird
und der Motor sofort zum Stehen kommt.
Claims (10)
1. Gas-Luftmischer zum Dosieren und Mischen von Brenn
gas und Verbrennungsluft für gasbetriebene, gemischver
dichtende Brennkraftmaschinen, mit einer Gasleitung (27)
und einem Mischrohr (31), das von der Verbrennungsluft
durchströmt wird und in das dosiert Brenngas eingeleitet
und mit der Verbrennungsluft vermischt wird, wobei in dem
Mischrohr (31) eine Drosselklappe (4) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß im Mischrohr (31) in Strö
mungsrichtung vor der Drosselklappe (4) eine Venturidüse
(30) vorgesehen ist, wobei im Bereich von deren engstem
Querschnitt eine Vollastgasleitung (16) und in Strömungs
richtung nach der Drosselklappe (4) in das Mischrohr (31)
eine Teillastgasleitung (10) mündet.
2. Gas-Luftmischer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Vollastgasleitung (16)
eine Vollast-Querschnittsverstelleinrichtung (26) und in
der Teillastgasleitung (10) eine Teillast-Querschnittsver
stelleinrichtung (13) angeordnet sind, wobei die Vollast-Quer
schnittsverstelleinrichtung (26) und die Teillast-Quer
schnittsverstelleinrichtung (13) untereinander und mit
der Drosselklappe (4) in Wirkverbindung stehen.
3. Gas-Luftmischer nach einem der vorangehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung nach der
Vollast-Querschnittsverstelleinrichtung (26) in die Vol
lastgasleitung (16) mündend eine erste Steuerleitung (21)
mit einer einstellbaren ersten Drossel (17) und eine zwei
te Steuerleitung (22) mit einer einstellbaren zweiten
Drossel (18) angeordnet sind, wobei der Durchfluß durch
die Steuerleitungen (21, 22) durch Steuerschieber (19)
beeinflußbar ist.
4. Gas-Luftmischer nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerschieber (19) mit
einer vorderen Steuerkante (19 a) und einer hinteren Steu
erkante (19 b) vorgesehen ist, wobei die vordere Steuer
kante (19 a) den Querschnitt der zweiten Steuerleitung (22)
und die hintere Steuerkante (19 b) den Querschnitt der
ersten Steuerleitung (21) beherrscht.
5. Gas-Luftmischer nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerschieber (19) eine
Verbindungsstange (29) angeordnet ist, wobei die Verbin
dungsstange (29) mit einer Membran (7) verbunden ist,
deren zum Schieber (19) gerichtete Seite mit dem Druck der
Umgebungsluft und deren andere Seite mit dem Druck im
Mischrohr (31) sowie der Kraft einer Druckfeder (8) beauf
schlagt ist.
6. Gas-Luftmischer nach einem der vorangehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Außenluft in
Verbindung stehende Luftleitung (24) vorgesehen ist, und
daß die Steuerleitungen (21, 22) über eine Luftsteuerlei
tung (23) mit der Luftleitung (24) und/oder über eine
Gassteuerleitung (14) mit der Gasleitung (27) verbindbar
sind.
7. Gas-Luftmischer nach einem der vorangehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Gassteuerleitung (14)
ein in Richtung Gasleitung (27) schließendes Rückschlag
ventil (20) angeordnet ist.
8. Gas-Luftmischer nach einem der vorangehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasleitung (27) in
Strömungsrichtung vor dem Abzweig der Vollastgasleitung
(16) eine verstellbare Vollastbegrenzungsdrossel (28)
angeordnet ist.
9. Gas-Luftmischer nach einem der vorangehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitung (24) in die
Teillastgasleitung (10) in Strömungsrichtung hinter der
Teillast-Querschnittsverstelleinrichtung (13) mündet, und
daß in der Luftleitung (24) zwischen dem Abzweig der Luft
steuerleitung (23) und der Teillastgasleitung (10) eine
einstellbare Leerlaufluftdrossel (12) angeordnet ist.
10. Gas-Luftmischer nach einem der vorangehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Luftleitung (24)
und der Teillastgasleitung (10) eine Bypaßleitung (11)
angeordnet ist, die in Strömungsrichtung oberhalb der
Leerlaufluftdrossel (12) abzweigt und die in Strömungs
richtung unterhalb der Teillast-Querschnittsverstellein
richtung in die Teillastgasleitung (10) mündet, wobei die
Bypaßleitung (11) von einem Magnetventil (9) beherrscht
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3913358A DE3913358A1 (de) | 1989-04-22 | 1989-04-22 | Gas-luftmischer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3913358A DE3913358A1 (de) | 1989-04-22 | 1989-04-22 | Gas-luftmischer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3913358A1 true DE3913358A1 (de) | 1990-10-25 |
Family
ID=6379280
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3913358A Withdrawn DE3913358A1 (de) | 1989-04-22 | 1989-04-22 | Gas-luftmischer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3913358A1 (de) |
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1989
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