DD218924A1 - Verfahren zur treibgas - luft - mischung an verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik. Ziel ist es, ein technologisch guenstiges, zuverlaessig arbeitendes und ein hohe Schutzguete aufweisendes Verfahren zu entwickeln, das sich auch durch ein geringes Bauvolumen auszeichnet. Aufgabe ist es, jedem Zylinder eine qualitativ und quantitativ gleichwertige Gemischmenge zuzufuehren. Erfindungsgemaess wird das dadurch geloest, dass die Dosierung des Treibgases fuer alle Zylinder gemeinsam, bzw. jeweils fuer Zylindergruppen gemeinsam erfolgt. Innerhalb der Treibgaszugabe zum Luftstrom wird durch ein geeignetes Steuerungssystem die Moeglichkeit eingeraeumt, die Treibgaszufuhr schlagartig zu unterbrechen bzw. bei Explosionen in der Mischstrecke und bei einer ueberhoehten Gasabsaugung die Treibgaszugabe zu verriegeln bzw. zu drosseln.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Treibgas-Luft-Mischung an Verbrennungskraftmaschinen

Anwendungsgebiet der Erfindung ·

Anwendbar ist die Erfindung an allen Verbrennungsmotoren, die mit gasförmigen Kraftstoffen im Ein- oder Mehrstoffbetrieb betrieben werden. Weiter anwendbar ist die Erfindung an allen chemischen und physikalischen Verfahren, bei denen eine kontinuierliche-oder diskontinuierliche Vermischung von zwei Gasströmen erfolgen soll, dabei insbesondere in Verfahren, wo mehrere Gemischabnehmer vorhanden sind, ein effektiver Schutz gegen unbeabsichtigte Reaktionen und ein niedriger Strömungswiderstand bei kleinem Bauvolumen gefordert werden. ν

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Aufbereitung eines zündfähigen .Treibgas-Luft-Gemisches für gasbetriebene Verbrennungsmotorem wurden bereits verschiedene Mischverfahren entwickelt. Die meisten dieser Mischverfahren werden über eine verhältnismäßig lange Gemischstrecke für den gesamten Motor oder für mehrere Zylindergruppen realisiert. Dabei besteht eine

große Explosionsgefahr insbesondere bei Dieselmotoren beim Zurückschlagen von Flammen aus den Einlaßkanälen, weil ein große Menge zündfähigen Gemisches vorhanden ist. Außerdem kann nur sehr schwer eine gleichmäßige Gemischverteilung zwischen den Zylindern garantiert werden, die für moderne Motoren zur Sicherung eines hohen spezifischen Drehmoments erforderlich ist» Ferner sind Gemischaufbereitungsverfahren bekannt, wo eine aufwendige Treibgaszufuhr durch Ventile erfolgt. Diese Lösung ist aber verhältnismäßig störanfällig und insbesondere als Nachrüstungsmaßnahme ungeeignet»

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein technologisch günstiges 3b zuverlässig arbeitendes und eine hohe Schutzgüte aufweisendes Verfahren zu entwickeln, das in allen Betriebszuständen für alle Zylinder ein qualitativ quantitativ gleichwertiges Gemisch bereitstellt. Weiter ist ein geringes Bauvolumen zu realisieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabenstellung für die Gemischaufbereitung an gasbetriebenen Motoren besteht darin, jedem Zylinder eine qualitativ und quantitativ gleichwertige Gemischmenge zuzuführen. Diese ist aus den Einzelkomponenten Treibgas

Ab und Luft herzustellen. Daher müssen ein höchstmöglicher Explosionsschutz, ein geringer Strömungswiderstand, eine gute Steuerbarkeit und eine qualitativ hochwertige Vermischung gesichert werden. Weiter muß das erfindungsgemäße Verfahren die Entwicklung einer betriebssicheren und verschleißarmen, sowie an Masse und Volumen geringen Vorrichtung zulassen, wobei auch der Aufwand zu deren Realisierung gering sein soll. Die as Wachrüstbarkeit

für vorhandene Motoren ist zu gewährleisten. Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe da-, durch, daß die Dosierung des Treibgases für alle Zylinder gemeinsam, bzw. jeweils für Zylindergruppen gemeinsam erfolgt. Unmittelbar an der Treibgaszugabe zum Luftstrom wird durch ein geeignetes, an sich bekanntes Steuerungssystem die Möglichkeit, eingeräumt, die Treibgaszufuhr schlagartig zu unterbrechen bzw. bei Explosionen in der Mischstrecke und bei einer überhöhten Gasabsaugung die Treibgaszugabe zu verriegeln bzw. zu drosseln· Als Steuerorgane werden vorzugsweise Schnellabsperrventile mit o.g. Selbstverriegelungseffekt genutzt, die anstelle der separaten Treibgasdosierkegel angeordnet werden. Hinter dem Regler der Treibgaszufuhr werden ein weiteres Schnellabsperrventil sowie geeignete Dosiervorrichtungen eingesetzt.

Die Schnellabsperrventile an den Zylindern werden in normalen Betriebsregimen gemeinsam mit dem hinter dem Regler angeordneten Schnellabsperrventil z.B. beim Abtouren und Abregein, das durch ein geeignetes Steuer- und Regelverfahren verwirklicht wird, geschlos sen.

Treten in einer Mischstrecke eine Explosion oder andere Rückströmungen z.B. aufgrund Undichtheit des Einlaßventils auf, so wird die damit verbundene Drucksteigerung zusätzlich durch Druckindikatoren erfaßt, das Signal entsprechend verstärkt un<| die Treibgaszufuhr verriegelt. Der Druckindikator ist möglichst nahe am Einlaßorgan jedes einzelnen Zylinders und entgegen der Druckausbreitungsrichtung bei Explosion zu installieren, weil von dort in den meisten Fällen eine Explosion augeht, um eine zeit^- verzögerungsarme Auslösung zu erreichen. Das Labyrinth am Ringspalte*" der Treibgaszufuhr verzögert

einerseits die Portpflanzung einer Explosionsdruckwelle, so daß die verfügbare Verriegelungszeit relativ groß sein kann. Dieses Verriegelungssystem ist in der Regel zusätzlich zum Selbstverriegelungseffekt der Schnellabsperrventile zu installieren. Wenn alle Schnellabsperrventile ordnungsgemäß schließen, verbleibt die im Treibgas-Kanalsystem vor dem Schließen enthaltene Gasmenge darin, so daß sofort nach einer erneuten Öffnung der Schnellabsperr ventile an den Treibgas-Luft-Mischern Treibgas ansteht. Der Ausfall durch 1/ndichtheit eines Schnellabsperrventil an den Zylindern wird durch einen unregelmäßigen Motorlauf beim Abtouren und Instabilitäten beim erneuten Beschleunigen nach dem Abtouren erkennbar, weil sich dann erst wieder das Treibgas-Kanalsystem füllen muß. Bei Ausfall durch Undichtheit des Schnellabsperrventils hinter dem Gasdruckregler stellt sich eine Druckerhöhung auf den statischen Ausgangsdruck des Reglers ein, was nach dem erneuten Öffnen der Schnellabsperrventile eine überhöhte Treibgaszufuhr bewirkt, diese kann als nicht abgeforderte kurzzeitige Mehrleistung des Motors.

oder auch durch Instabilitäten gekennzeichnet sein. Somit ist die Undichtheit von Schnellabsperrventilen rechtzeitig erkennbar und damit eine hinreichende Sicherheit für die Abregelfunktion gegeben. Ist das Treibgasdrosselsystem zwischen den Schnell-* absperrventilen angeordnet, so findet während des Verschlusses der Schnellabsperryentile in Abhängigkeit von der Stellung des Treibgasdrosselsystems ein Druckausgleich zwischen den Kanälen vor- und hinter,dem Drosisel system statt, wodurch sich der an den Teibgas-Luft-Mischem anstehende Druck erhöht.

Diese Druckerhöhung ist.aber meistenteils wegen des in der Regel geringen Abstands zwischen dem Drosselsystem und ^ dem regelseitigen Schnellabsperrventil vernachlässigbar klein.

Die Treibgasdosierung erfolgt in deriRegel nur dann nicht für alle Zylinder gemeinsam, wenn sich das aus konstruktiven Gegebenheiten bzw. ,einer unregelmäßigen Ansteuerung der Zylinder, wie sie bei der Zylinder- , schaltung vorliegt, ergibt.

Ausführungsbeispiel

Das Verfahren soll anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Schemazeichnung näher erläutert werden. Die Treibgaszufuhr erfolgt über Regler 12, Schnellabsperrventil 11 und Treibgäsdosierorgan 10 in das Treibgasverteilersystem 9 zu den einzelnen Zylindern bzw. Zylindergruppen des Motors 1, vor denen die Treibgaszufuhr durch ein weiteres Treibgasschnellabsperrventil 7, über alle Zylinder gekoppelt durch das Betätigungsgestänge 8 über elastische Glieder, zusammen mit dem Schnellabsperrventil 11 angesteuert, abgesperrt werden kann.

Die Luftzufuhr erfolgt über ein Luftfilter 6, ein Verteilerrohr 5, die Luftkariäle 4 zu den Mischeinrichtungen 3 der Zylinder 2.

Die Schnellverriegelung der Treibgaszufuhr bei Explosion im Mischkanai oder im unzulässigem Druckanstieg bei undichtem Einlaßventil erfolgt nach Anzeige der Störung durch Explosionsdruckindikatoren 13 über einen Stellverstärker 14, der ein Hebelwerk in Betrieb setzt, das , an die Betätigungsstange 8 gekoppelt ist.

In der Nähe Jedes Einlaßventils ist ein Schußkanal von ca. 10 mm Durchmesser schräg in den Einlaßkanal mündend, angeordnet, an dem sich je ein derartigen Explosionsdruckindikator 13 in Form einer Druckdose befindet.

Statt der Druckdosen können auch andere geeignete Mittel wie beispielsweise Piezodruckgeber verwendet werden. Vorzugsweise direkt oder über einen Taster angeschlossene elektrische Einrichtungen können gleichzeitig das Schnellabsperrventil 11 verschließen« Weiterhin sind die Schnellabsperrventile 7 so ausgebildet, daß sie bei anormal großer Treibgasabsaugung durch einen Drosseleffekt die Treibgaszufuhr begrenzen oder absperren. Im Falle einer Strömung in entgegengesetzter Richtung, wie sie z.B. bei einer Explosion in einer Mischeinrichtung 3 auftritt, sperrt das jeweilige Ventil 7 vollständig die Treibgaszufuhr zum Zylinder 2 . Diese Punktion erfolgt unabhängig vom Betätigungsgestänge 8.

Claims (5)

: . . , . .. η Erfindungsanspruch.

1· Verfahren zur Treibgas-Luft-Mischung an Verbrennungskraftmaschinen mit Portleitung des Treibgases über einen Regler, eine Schnellabsperrung und ein Drosselsystem, dadurch gekennzeichnet, daß bei auftretendem Überdruck in einer Mischeinrichtung (3) das jeweilige Treibgasschnellabsperrventil (7) den Treibgasweg in der jeweiligen Mischeinrichtung (3) absperrt. . .

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Treibgasschnellabsperrventile (7) in einer solchen Bauart ausgeführt sein können, die bei Überschreitung eines höchstzulässigen Treibgasdrucksatzes die Treibgaszufuhr entsprechend drosselt oder abriegelt.

3· Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über nahe des jeweiligen Einlaßorgans und entgegen der zu erwartenden Ausbreitungsrichtung der Explosionsdruckwellen befindliche Explosionadruckindikataren (13) und nachgeschaltetem Stellverstärker (14), der auf das Betätigungsorgan (8) der Treibgasschnellabsperrventile (7) wirkt, eine zweite Explosionschutzverriegelung erfolgt, wobei das Labyrinth in der Treibgaszufuhr zeitverzögernd ' diesen Vorgang unterstützt, und daß weiter diese zweite Explosionschutzverriegelung auch separat an jeder Mischeinrichtung wirken kann, und daß das Stellsignal auch den Verschluß des Schnellabsperrventils (11) des Gesamtsystems bewirken kann.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein hinreichend großes Volumen awse

. ⁸

zwischen Schnellabsperrventil (11) und den Treibgasschnellabsperrventilen (7) aus dem Motorverhalten nach Unterbrechung der Gaszufuhr die Dichtheit dieser Absperrventile (7. 11) beurteilt werden kann.

5.Verfahren nach Punkt 1 bis 4 undfür den Fall einer ungleichmäßigen Ansteuerung der Zylinder, wie z.B. bei der sog. Zylinderabschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselest em der Treibgaszufuhr in Baueinheiten _r gleichangesteuerter Zylinder au£- geteilt und die erforderliche Abhängigkeit der Ansteuerung der Treibgasdrosselorgane der einzelnen Baueinheiten durch ein geeignetes herkömmliches Steuersystem hergestellt wird.

. ( Hierzu ein Blatt Zeichnung)