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Für Brennkraftmaschinen bestimmter Verdampfer für Kohlenwasserstoffe
Verdampfer für Kohlenwasserstoffe mit einer gegen mehrere Atmosphären Druck dichten
Verdampfungskammer und darin eingeschlossenem elektrischem Heizelement sind in verschiedenen
Ausführungen bekannt. Es ist ebenfalls bekannt, derartige Verdampfer für Brennkraftmaschinen
zu verwenden mit Einspritzung oder richtiger »Einblasung« einer Gasladung bei hohem
Druck und hoher Temperatur am Ende des Kompressionshubes in die im Zylinder der
Brennkraftmaschine befindliche Druckluft und darauf erfolgender Zündung der Gas-Luft-Mischung.
Auf Brennkraftmaschinen dieser Art bezieht sich die Erfindung.
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Bei den bekannten Verdampfern: sind häufig die Heizwicklungen außen
auf die eigentliche Verdampfungs- oder Heizkammer aufgebracht. Bei einer anderen
bekannten Ausführungsform befinden sich die Heizwiderstände in einer abgeschlossenen
Kammer, die ihrerseits innerhalb der Heizkammer angeordnet ist. Die Heizwiderstände
haben bei diesen bekannten Ausführungsformen in nachteiliger (durch die Erfindung
zu vermeidender) Weise keine direkte Berührung mit dem zu verdampfenden 1Vledium,
von dein sie durch mechanische Elemente getrennt sind, die eine verhältnismäßig
große Wärmeträgheit besitzen. Bei Vergasern mit elektrischer Vorwärmung ist es außerdem
bekannt, spiralig angeordnete Heizdrähte vorzusehen, die zur Brennstoffvorwärmung
dienen.
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Alle bekannten Ausführungsformen sind insofern nicht frei von Nachteilen,
als die eigentlichen Heizeinrichtungen eine erhebliche Wärmekapazität besitzen,
die folglich verhältnismäßig lange Anheizzeiten erforderlich macht und eine Regulierung
der im Verdampfer erzeugten Gasmengen durch Regulierung der Beheizung nicht oder
zumindest nicht hinreichend trägheitsfrei ermöglicht. Letzteres gilt insbesondere
auch für eine bekannte Ausführungsform, bei der Flachdrähte spiralig gewickelt sind.
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Bei Brennkraftmaschinen mit Einblasung einer Gasladung bei hohem Druck
und hoher Temperatur am Ende des Kompressionshubes in den Zylinder der Brennkraftmaschine
ist das Problem der Regelung der Verdampfungsleistung und der Anpassung an Drehzahl
und/oder Belastung des Motors bisher mit den bekannten Maßnahmen nicht befriedigend
gelöst worden. Bei derartigen Einrichtungen sind sehr hohe Gasdruckwerte und Temperaturen
bei sehr schneller Anpassung an die-augenblickliche Leistung und Drehzahl des Motors
erforderlich, was die bekannten Einrichtungen nicht zulassen. Die bekannten Einrichtungen
arbeiten oft mit auf konstante Werte einstellbaren Thermostaten. Allerdings ist
es im Grundsätzlichen bekannt, zur Herabsetzung der Viskosität der Kohlenwasserstoffe
beheizte Widerstandskörper vorzusehen und deren Stromstärke leistungsabhängig zu
variieren. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, für Brennkraftmaschinen
bestimmte Verdampfer mit einer gegen mehrere Atmosphären druckdichten Verdampfungskammer
mit eingeschlossenem elektrischem Heizelement so zu gestalten, daß auf einfache
Weise eine Regelung nach der jeweiligem Motorleistung möglich ist.
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Die Erfindung betrifft demnach einen für Brennkraftmaschinen bestimmten
Verdampfer für Kohlenwasserstoffe mit einer gegen mehrere Atmosphären druckdichten
Verdampfungskammer mit eingeschlossenem elektrischem Heizelement, und sie besteht
in den nachfolgenden drei Merkmalen: a) es ist das Heizelement aus einem aus Blech
(nicht also Draht od. dgl.) hergestellten Widerstandskörper aufgebaut; b) der Widerstandskörper
steht mit dem flüssigen Kohlenwasserstoff bzw. mit dem Kohlenwasserstoffdampf allseitig
in direkter Berührung; c) der Druck der entwickelten Gasmenge ist durch Änderung
der Stromstärke des Widerstandskörpers in Abhängigkeit von der Belastung und/oder
der Drehzahl der Brennkraftmaschine regelbar.
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Die Erfindung besteht nicht in nur. einem oder nur zweien der genannten
Merkmale, wohl aber in der vollständigen Vereinigung der Maßregeln a), b) und c).
Eine über das Gebiet der Brennkraftmaschinen hinausgehende Bedeutung kommt der Erfindung
nicht zu.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen
Verdampfer infolge der geringen
Wärmeträgheit und direkten Wärrrieübei-tragung vom elektrischen Widerstand an die
flüssigen Köhlenwasserstoffe sehr hohe Gasdruckwerte und Temperaturen in kürzesten
Zeiten erreicht werden - können, so daß eine sehr schnelle Anpassung an die-augenblickliche
Belastung und Drehzahl eines nachgeschalteten Motors durch Regulierung des durch
den Widerstand fließenden Stromes ermöglicht ist. Hierzu trägt insbesondere auch
bei, daß erfindungsgemäß der Widerstandskörper aus Blech gebaut ist, was notwendig
ist, um eine genügend große wärmeübertragende Fläche zu erzielen. Tatsächlich darf
in Verdampfern für Kohlenwasserstoffe mit elektrischem Heizelement die Temperatur
des letzteren nicht beliebig hoch gewählt werden, sie muß vielmehr unterhalb der
kritischen Kracktemperatur der Kohlenwasserstoffe liegen. Nichtsdestoweniger erreicht
die Erfindung infolge des Aufbaues des Widerstandskörpers aus Blech und dessen direkte
Berührung mit den Kohlenwasserstoffen eine sehr schnelle Anpassung an Belastung
und/oder Drehzahl des Motors.
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Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung beschrieben, die eine Ausführungsform
eines Verdampfers gemäß der Erfindung (Fig. 1) und dessen Anordnung an einem Verbrennungsmotor
(Fig.2) darstellt.
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In Fig.1 trägt das vorzugsweise aus Stahl hergestellte Gehäuse 1 am
oberen Ende ein Verbindungsstück 2 mit Auslaß 3, welcher an der Gasleitung 4 angeschlossen
ist, um die Gase nach dem Zylinder oder den Zylindern zu leiten.
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Das Gehäuse l trägt an seinem unteren -Ende ein Verbindungsstück
5 mit Einlaß 6, welcher mit der Druckleitung für den flüssigen Brennstoff
verbunden ist. -Am unteren Ende ist das Gehäuse 1 mittels eines angeschraubten Bodens
8 geschlossen. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Mantel 9 angeordnet, welcher mit
einer an dem Einlaß 6 angeschlossenen Öffnung 10 und an seiner oberen Seite mit
einer am Gasauslaß 3 angeschlossenen Öffnung 11 versehen ist.
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Innerhalb des Mantels 9 ist in dem Verdampfungsraum ein am oberen
Ende geschlossenes, doppelwandiges, elektrisches Widerstandselement 12, 12a
angeordnet. Der ringförmige Zwischenraum 13 zwischen den zylindrischen Wänden
des Widerstandes steht mit dem Einla& 6 für den flüssigen Brennstoff
mittels eines in der Außenwand vorgesehenen Loches 14 in Verbindung.
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Durch die direkte Berührung des flüssigen Brennstoffes mit den beiden
Wänden 12,- 12 des Widerstandes wird der in dem ringförmigen Zwischenraum 13 befindliche
Brennstoff schnell verdampft und bildet dabei Gase mit hohem Drück und, hoher Temperatur.
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Da der Widerstan.d12, 12ca von dem wärmeisolierenden Mantel fast vollständig
umschlossen ist, und weil der letztere außerdem mit einer wärmeisolierenden Schicht
versehen sein kann, so wird die Wärmestrahlung des Verdampfers sehr gering sein.
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Die unter hohem Druck und hoher Temperatur befindlichen Gase, die
in dem ringförmigen Zwischenraum 13 gebildet worden sind, fließen durch die
Löcher 16 in den Gasauslaß 3 hinein.
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Mittels eines in dem Boden 8 versehenen Schraubenringes 17 wird die
Außenwand 12 des Widerstandes befestigt und außerdem an Masse angeschlossen.
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" Die Innenwand 12a ist mittels Bolzen 18 befestigt, welcher zugleich
als isolierende Verbindung des Widerstandes mit einer an einer elektrischen Leitung
20 angeschlossenen Kontaktmuffe 19 dient. DieArbeitstemperatur desVerdampfers
richtet sich nach der Menge des zu verdampfenden Brennstoffes. Die Regelung der
Temperatur wird durch Einstellung des durch den Widerstand fließenden Stromes erreicht.
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Das Schema der Fig. 2 zeigt, daß der Brennstoff mittels einer Pumpe
22 von dem Brennstoffbehälter 21 einer Hauptbrennstoffpumpe 23 zugeführt wird, die
die Menge des in den Verdampfer 29 gedrückten flüssigen Brennstoffes bestimmt.
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Die Leistung der Pumpe 23 muß also genau eingestellt werden, welches
mittels eines von der Pumpe 23 durch eine Wand 24 abgetrennten, schematisch dargestellten
Reglers 25 erfolgt.
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Außerdem sind in der Leitung 26 .ein Grobfilter 27 und ein Feinfilter
28 eingebaut. Von der Hauptbrennstoffpumpe 23 wird der flüssige Brennstoff nach
den Verdampfern 29 gedrückt, wobei ein Verdampfer jedem Zylinder des Verbrennungsmotors
zugeordnet ist.
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Von jedem Verdampfer führt eine Gasleitung nach den Ventilen
30, welche den Einlaß der Gase nach dem Verbrennungsraum des Zylinders ermöglichen.
Obwohl in dieser Ausführungsform jeder Zylinder seinen eigenen Verdampfer hat, kann
in manchen Fällen ein einziger Verdampfer mit einer Mehrzahl oder mit allen Zylindern
zusammenarbeiten.
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Einem sechszylindrigen Motor könnten z. B, zwei oder drei Verdampfer
zugeordnet sein.
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Die Pumpe 22 dient ausschließlich dem Zwecke, eine genügend große
Menge flüssigen Brennstoffes nach der -den Druck regulierenden Hauptbrennstoffpumpe
23 zu fördern.
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Bei Verwendung von Einlaßventilen mit Durchgängen unveränderlicher
Breite, welche unverstellbar und direkt von einer mit der Motorwelle gekuppelten
Nockenwelle getrieben werden, ist die Öffnungsperiode des Ventils, und damit auch
die Menge des eingeblasenen gasförmigen Brennstoffes, von der Umdrehungszahl des
Motors. abhängig; bei zunehmender Drehzahl wird die Einlaßperiode entsprechend verkürzt.
Um dies auszugleichen, ist es in diesem Falle erforderlich, daß der Einspritzdruck
des gasförmigen Brennstoffes mit .der Umdrehungszahl steigt.
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Fängt man zum Beispiel mit einer etwas niedrigeren Drehzahl an, so
wird durch Regulierung der Klemmenspannung des Widerstandes 12, 12a so viel elektrische
Energie geliefert, daß eine Gasmenge pro Zeiteinheit j e nach dem Motorverbrauch
bei der momentanen Umdrehungszahl erzeugt und daß mittels der Lieferpumpe 23 ein
Druck aufrechterhalten wird, welcher genügt, um eine gute Mischung der Gase mit
der verdichteten Luft im Zylinder während der Einlaßperiode der Gase zu sichern.
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Der Hub des Ventils wird so eingestellt, daß während der Einlaßperiode
die benötigte Gasmenge in den Kompressionsraum einfließt.
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Bei Steigerung der Umdrehungszahl wird die Einlaßperiodekürzer. Die
Brennstoffpumpe 23 wird alsdann mehr flüssigen Brennstoff fördern und das Flüssigkeitsniveau
im Verdampfer steigt, so daß eine größere Menge Gase erzeugt wird. Gleichzeitig
wird der in der Förderpumpe 23 herrschende Druck sowie die an denWiderstand 12,
12a abgegebene Energie so gesteigert, daß der Druck der im Verdampfer befindlichen
Gase mit der Umdrehungszahl steigt, während ebenfalls eine größere Menge Flüssigkeit
bei dem steigenden Gasverbrauch verdampft wird.
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Wie die Einlaßperiode proportional der Umdrehungszahl kürzer wird,
so wird die Menge der in den Zylinder pro - Zeiteinheit eingespeisten Gase größer,
so
daß trotz der kürzeren Einlaßperiode die gleiche Gasmenge wie bei niedrigeren Umdrehungszahlen
eingespeist und eine Mischung maximaler Leistungsfähigkeit erhalten wird.
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Die Einstellung des Druckes der Pumpe sowie des Widerstandes proportional
der Umdrehungszahl erfolgt automatisch, während eine weitere Einstellung mittels
des Gaspedals erreicht werden kann, um die Gasmenge der Drehmomentanforderung anzupassen
und die während der Einlaßperiode eingespeiste Gasmenge zu ändern, in anderernWorten,
um die Mischung reicher oder ärmer zu machen durch Steigerung oder Verminderung
des mittels der Pumpe gelieferten flüssigen Brennstoffes und der dem Verdampfer
gelieferten elektrischen Energie.
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Ein großer Vorteil dieser Methode besteht darin, daß bei Anwendung
hoher Druckverhältnisse in dem Verdampfer eine kurze Einlaßperiode und große Gasdurchgänge
für die Ventile verwendet werden können.
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Da nur ein kleiner Verdampfer notwendig ist und der elektrische Widerstand
in direktem Kontakt mit dem flüssigen Brennstoff steht, so daß die zu erhitzende
Brennstoffmenge verhältnismäßig klein ist, kann durch Regulierung der Spannung an
den, Polklemmen des Widerstandes eine Einstellung schnell vorgenommen werden. Druckänderungen
im Verdampfer folgen sofort nach Temperaturänderungen.