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Kraftstoffsystem für einen mit Haupt-und Nebenbrennräumen ausgestatteten Gasmotor mit innerer Gemischbildung
Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren, insbesondere auf Kraftstoffsysteme für
Gasmotoren mit innerer Gemischbildung, welche mit Haupt-und Nebenbrennräumen ausgestattet sind.
Am besten kann die Erfindung in Gasmotoren mit einem hohen Verdichtungsverhältnis verwendet werden.
Bei den bekannten Kraftstoffsystemen der genannten Gasmotoren wird das Gas den Hauptbrennräumen, von denen jeder als Fortsetzung des Arbeitszylinders des Motors dient, und den Nebenbrennräumen, welche mit den Hauptbrennräumen in Verbindung stehen, parallel zugeführt.
Am Eingang in die Hauptbrennräume sind federbelastete Ventile angeordnet, die durch Nocken einer Steuerwelle betätigt werden.
Bei allen Betriebszuständen wird das Gas dem Motor über ein Reduzierventil zugeführt. Bei Anlassen und Leerlauf des Motors erfolgt die Zuführung von Gas über das Leerlaufregelventil, welches einen verhältnismässig kleinen Durchgangsquerschnitt hat und dem Absperrorgan parallelgeschaltet ist.
Die den Hauptbrennräumen zuzuführende Gasmenge wird mit Hilfe einer Drossel reguliert, welche durch einen Drehzahlregler gesteuert wird.
Den Nebenbrennräumen wird das Gas über die Rückschlagventile unter einem Druck zugeführt, der um ein Mehrfaches geringer ist als dies bei Hauptbrennräumen der Fall ist.
In den Nebenbrennräumen befinden sich elektrische Zündkerzen, welche für die Entzündung des Gas-Luft-Gemisches in diesem Raum (Vorkammer) sorgen und die Bildung von Zündstrahlen brennender Gase ermöglichen, die dann in die Hauptbrennräume mit grosser Geschwindigkeit eintreten und das dort befindliche Gas-Luft-Gemisch entzünden.
Die sich bei diesem System bildenden Zündstrahlen gewährleisten bei allen Betriebszuständen jedoch kein stabiles Brennen des Gas-Luft-Gemisches in den Hauptbrennräumen.
Deshalb hat man auch die Hauptbrennräume mit Zündkerzen versehen (s. z. B., USA-Patentschrift Nr. 2, 723, 653).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verhältnismässig einfaches Kraftstoffsystem zu schaffen, welches eine wesentliche Verbesserung solcher wichtigen Betriebsdaten von Gasmotoren ermöglicht, wie z. B. Verbesserung einer gleichmässigen Zuführung von Hauptgas den Zylindern, wodurch der Kraftstoffverbrauch vermindert und die Lebensdauer der Motorteile erhöht werden können ; Verbesserung der übergangsprozesse bei beliebig schroffen Änderungen des Motorbetriebszustandes ; Stabilisierung der Arbeit bei allen Betriebszuständen der Motoren mit gleich welcher Art von Aufladung ohne Verwendung irgendwelcher Zusatzvorrichtungen, wie z. B. Vorrichtungen zur Regelung der dem Motor zuzuführenden Luftmenge, der Lufttemperatur, zusätzlicher Zündungsmittel u. a. ; zuverlässiges, schnelles und sicheres automatisches Anlassen und Übergang zum Leerlaufbetrieb.
Durch die Bauart der Elemente des Kraftstoffsystems wird dessen zuverlässiger und bequemer
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Betrieb gewährleistet. Es erübrigt sich eine Feinabstimmung, geringe Abweichungen von den ursprünglichen Regulierungen üben keinen nennenswerten Einfluss auf den Motorbetrieb aus. Hiedurch kann das System im Dauerbetrieb eingesetzt werden, ohne dass es einer Wartung und Aufsicht bedarf.
Gemäss der Erfindung wird das in der Rohrleitung für die Gasversorgung von Nebenbrennräumen angeordnete Ventil auf ein Signal betätigt, welches der algebraischen Summe der Drücke der Aufladungsluft in deren Kompressionsstufen proportional ist ; die Drossel ist vor jedem Ventil angeordnet, das zum Einlass von Gas in die Hauptbrennräume bestimmt ist. Dabei ist das Volumen des dieses Ventil mit der Drossel verbindenden Kanals so bemessen, dass die Gasmenge, welche im Kanal bei einem Druck vorhanden ist, der dem Druck in der das Gas den Hauptbrennräumen zuführenden Sammelleitung gleich ist, die dem Hauptbrennraum während eines Zyklus bei minimaler Leerlaufdrehzahl zugeführte Gasmenge nicht übersteigt.
Somit gelangt das Gas in die Nebenbrennräume unter Berücksichtigung von Druckveränderungen in Aufladungsstufen, es verteilt sich gleichmässig auf die Hauptbrennräume, wobei das im Kanal, der das Gaseinlassventil zum Hauptbrennraum mit der Drossel verbindet, befindliche Gas bei übergangszuständen auf den Motorbetrieb keinen Einfluss ausübt.
Um ein zuverlässiges und gefahrloses Anlassen des Motors zu gewährleisten, ist es zweckmässig, das bereits erwähnte Leerlaufregelventil als ein pneumatisch gesteuertes Ventil auszuführen und die Kammer seines Stellantriebs mit dem Luftaufnehmer des Motors zu verbinden. Hiebei wird der Luftdruck im Aufnehmer den öffnungsgrad des Leerlaufregelventils bestimmen. Es ist auch zweckmässig, das genannte Reduzierventil, welches beim Anlassen geschlossen ist, auch als ein pneumatisch gesteuertes Ventil auszuführen und den Arbeitsraum der Kammer seines Stellantriebs über eine verhältnismässig kleine Öffnung, Düse, mit dem Kleindruckbereich zu verbinden, wo der Druck den Druck in der Sammelleitung für die Zuführung von Gas in die Hauptbrennräume nicht übersteigt, um das Reduzierventil nach Anlassen des Motors und dessen übergang zum Leerlauf gleichmässig zu öffnen.
Als Kleindruckbereiche gelten dabei die Aussenluft (Atmosphäre) oder die Sammelleitung für die Zuführung von Gas in die Hauptbrennräume. Dabei ist es zweckmässig, das Reduzierventil mit einem Absperrorgan zu blockieren, welches in der Rohrleitung für die Versorgung des Motors mit Gas vorgesehen ist. Die Blockierung hat das öffnen des Absperrorgans bei geschlossenem Reduzierventil während des Anlassens des Motors vorzusehen.
Die Verbindung der Kammer des Stellantriebs des Absperrorgans mit dem Bereich eines verhältnismässig kleinen Druckes gestattet es, bei Unterbrechung der Arbeitsmittelzufuhr in die genannte Kammer das Reduzierventil langsam zu öffnen. Dabei geht der Motor langsam, ohne schroffe Drehzahländerungen, vom Anlasssystem auf das Hauptsystem der Gasversorgung über und die Leerlaufdrehzahlen bleiben aufrechterhalten.
Nachstehend werden ausführlich zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele für das Kraftstoffsystem mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Fig. 1 das Prinzipschema des Kraftstoffsystems für einen Gasmotor, und Fig. 2 ein 2. Ausführungsbeispiel des Kraftstoffsystems, gemäss der Erfindung.
Das Kraftstoffsystem für Gasmotor-l- (F ig'l) weist eine Sammelleitung-2--, die das Gas den Hauptbrennräumen--3--zuführt, und eine Sammelleitung--4--, die das Gas den
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--5-- zuführtMotors--l--angetrieben werden. Das Gas wird der Sammelleitung über das Reduzierventil--16-oder über das Leerlaufregelventil --17-- zugeführt. Beide Ventile-16 und 17--sind mit pneumatisch gesteuerten Stellantrieben--18 und 19--ausgeführt.
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Den Sammelleitungen--2 und 4--wird das Gas durch die Rohrleitung --23-- über das Absperrorgan --24-- zugeführt, welches durch das Reduzierventil --16-- blockiert werden kann.
Die Blockierung sieht das öffnen des Absperrorgans--24--bei geschlossenem Reduzierventil - während des Auslassens des Motors vor ; dies wird erreicht mit Hilfe eines elektrischen
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Systems, welches einen Endschalter --25-- hat, der mit dem Vorsprung --26-- der Stange - zusammenwirkt. Bei überführung der Stange-14-in die Anlassstellung (die Drosseln --13-- werden geöffnet) wirkt der Vorsprung --26-- auf den Endschalter --25-- ein, der den Speisekreis der elektromagnetischen Ventile-27 und 28-einschaltet, welche die Zuführung von Luft zu dem pneumatischen Antrieb des Absperrorgans --24-- steuern.
Dabei schliesst sich das Ventil --16-- und öffnet sich das Absperrorgan-24-.
Das Gas gelangt in die Sammelleitung --2-- über das Leerlaufregelventil --17-- und in die Sammelleitung --4-- über das Ventil --21--, Das Ventil --17-- öffnet sich durch Druckluft, welche in die Kammer seines pneumatischen Stellzylinders aus dem Luftaufnehmer (nicht dargestellt) durch die Rohrleitung --29-- eintritt. Die in die Hauptbrennräume --3-- beim Anlassen eintretende Gasmenge wird durch den Luftdruck im Luftaufnehmer bestimmt.
Gleichzeitig gelangt das Gas in die Nebenbrennräume --5--, wo das Gas-Luft-Gemisch mit Hilfe der Kerzen --6-- zur Entzündung gebracht wird. Der sich bildende Zündstrahl gelangt durch den Kanal --7-- in den Hauptbrennraum-3--, wodurch die Bedingungen für ein stabiles Brennen von Gasgemisch beliebiger Zusammensetzung im Hauptbrennraum ermöglicht wird.
Die in die Nebenbrennräume--5--gelangende Gasmenge hängt von der algebraischen Summe der Drücke der Aufladungsluft in deren Kompressionsstufen ab, da das Signal, welches der genannten Summe proportional ist, zur Kammer --22-- des Stellantriebs des Ventils --21-- durch die Rohrleitung --30-- gelangt (Kompressionsstufen und Geber, die den Druck in diesen Stufen messen, welche die gemessenen Grössen in Signale umwandeln, sind nicht dargestellt ; nicht gezeigt ist auch das Addierwerk, in dem die genannten Signale summiert werden).
Nach dem Anlassen des Motors bewegt sich die Stange --14-- unter der Wirkung des Reglers --15-- und schaltet den Endschalter --25-- aus. Das Ventil --16-- beginnt sich zu öffnen, das Ventil --17-- und das Absperrorgan --24-- bleiben dagegen geöffnet.
Am Absperrorgan--24--ist ein Endschalter (nicht dargestellt) angebracht, der auf elektromagnetische Ventile-27 und 28-einwirkt, indem er das genannte Absperrorgan-24in geöffneter Stellung hält.
Gleichzeitig wird die Zuführung der Luft zur Kammer --18-- des Reduzierventils --16-- aus dem Anlasssystem durch die Rohrleitung --31-- unterbrochen. Dadurch, dass der Raum der Arbeitskammer --18-- mit der Aussenluft über eine kleine Öffnung, Düse --32-- verbunden ist,
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dabei im Leerlauf.
Die den Hauptbrennräumen --3-- zuzuführende Gasmenge wird durch die Drosseln--13reguliert, welche mittels der Stange --14-- bewegt werden.
Das Volumen jedes Kanals-33--, der die Drossel --13-- mit dem Ventil --9-- verbindet, ist so bemessen, dass die Gasmenge, die in dem Kanal bei einem Druck enthalten ist, der dem Druck in der Sammelleitung --2-- gleich ist, die Gasmenge, welche dem Hauptbrennraum --3-- bei einem Zyklus und minimaler Leerlaufdrehzahl zugeführt wird, nicht übersteigt.
Dies ist durch folgendes zu erklären. Das Ventil --9-- bleibt nur im Laufe eines kleinen Teils des Arbeitszyklus des Motors offen. Bei einer vollständigen Öffnung des Ventils --9-- tritt das Gas
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--8-- beiVentil --9-- aber geschlossen ist, so stellt sich im Kanal --33-- zwischen dem Ventil --9-- und der Douse --8-- der gleiche Druck wie in der Sammelleitung --2-- ein (dieser Druck ist wesentlich höher als der Druck, der im Kanal--33--bei geöffnetem Ventil --9-- herrscht) ;
deshalb strömt das Gas gleich nach öffnen des Ventils --9-- durch dieses bei einem verhältnismässig hohem Druck, was bei einem grossen Volumen des Kanals --33-- zu einem unstabilen Betrieb des Motors, insbesondere im Leerlauf führen kann.
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genannten Bedingung gewählt.
Zugleich übertrifft der Durchgangsquerschnitt des Ventils --9-- den erforderlichen Querschnitt bedeutend (laut Bedingungen zum Einlass von Gas in den Hauptbrennraum während eines Zyklus), und der genau kalibrierte Durchgangsquerschnitt der Öffnungen der Düse --8-- ist dem angegebenen erforderlichen Querschnitt, der die Gaszuführung dem Zylinder limitiert, gleich.
Eine solche Wahl der Querschnitte gestattet es, die Gasverteilung auf die Hauptbrennräume ziemlich genau zu regeln sowie den Einfluss der Wärmespiele, die während des Betriebs sich ändern können, auf den Motorbetrieb zu beseitigen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemässe Kraftstoffsystem, das in Fig. 2 dargestellt ist, steht der Untermembranraum der Kammer des Stellantriebs --18a-- des Ventils --16a-- mit der Sammelleitung --2-- über die Rohrleitung--34--in Verbindung. Hiebei werden wie auch im System, das in Fig. 1 dargestellt ist, die Bedingungen für ein gleichmässiges Öffnen des Reduzierventils--16a--nach dem Anlassen des Motors geschaffen. Die Blockierung des Ventils --16a-- und des Sperrorgans--24--ist mit Hilfe eines zweiten Absperrorgans--24'--erzielt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Speisesystem für einen Verbrennungsmotor mit innerer Gemischbildung und Haupt-und Nebenbrennkammern, bei dem die Gaszufuhr zu den Hauptbrennkammern beim Ingangsetzen des Motors über ein Leerlaufregelventil erfolgt, welches parallel einem in einer Gaszuführungsleitung zu den Hauptbrennkammern liegenden Reduzierventil geschaltet ist und bei dem die Gaszufuhr bei Betrieb des Motors über eine Drossel erfolgt, die durch einen Drehzahlgeber gesteuert ist, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass in eine Gaszuführungsleitung (4) der Nebenbrennkammern (5) ein Ventil (21) verlegt ist, dessen Betätigung von einem der algebraischen Summe der Drücke der Aufladungsluft in deren Kompressionsstufen proportionalen Signal abhängig gemacht ist, dass ferner jedem Gaszufuhrventil (9) der Hauptbrennkammer (3) eine Drossel (13)
vorgeschaltet ist, wobei das Volumen eines die Drossel und das Gaszufuhrventil verbindenden Kanals (33) für eine Gasmenge bemessen ist, die bei einem Druck vorhanden ist, der dem Druck in der Gaszuführungsleitung (2) zu den Hauptbrennkammern gleich ist und die den Hauptbrennkammern bei einem Zyklus mit minimaler Leerlaufdrehzahl zugeführte Gasmenge nicht übersteigt.
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