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Membrangesteuerte Druckregelvorrichtung zur Speisung der Ansaugleitung
von Brennkraftmaschinen mit Flüssiggas, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf eine membrangesteuerte Druckregelvorrichtung zur Speisung der Ansaugleitung
von Brennkraftmaschinen mit Flüssiggas, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Dieses
Flüssiggas besteht im allgemeinen aus einer Mischung von Propan und Butan.
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In den bekannten Vorrichtungen dieser Art wird der Brennstoff vom
Vorratsbehälter über ein Hochdrucksteuerventil, einen Wärmeaustauscher und ein Niederdrucksteuerventil
im gasförmigen Zustand dem Ansaugrohr zugeführt, wobei der Druck unter dem atmosphärischen
Druck liegt, so daß das Gas durch die Saugkraft des Motors angesaugt werden muß.
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Diese Regulierung des Gasdruckes hat jedoch den Nachteil, daß die
Gasgeschwindigkeit niedrig ist und infolgedessen die Gasdurchgänge, beispielsweise
in den Steuerventilen und in der Mischvorrichtung, sehr groß sein müssen, wodurch
nicht nur die Regulierung der Vorrichtung schwierig wird, sondern die gesamte Apparatur
reichlich viel Platz einnimmt, so daß die Montage der bekannten Vorrichtung in normalen
Kraftfahrzeugen schwierig ist.
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Bei Membranreglern in Kraftmaschinen ist es bekannt, zum Entspannen
und Regeln von Flüssiggas oder hochverdichtetem Treibgas in Abhängigkeit von dem
in der Ansaugleitung der Maschine herrschenden Druck die Zuführungsleitung für das
Gas in die Ansaugleitung hinter dem Lufttrichter in Strömungsrichtung münden zu
lassen.
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Im übrigen ist es bei druckgesteuerten Brennstoffzuführventilen für
Brennkraftmaschinen bekannt, zwei Membranen anzuordnen, -wobei die dem Regeldruck,
d. h. die einseitig dem in der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine herrschenden
Druck ausgesetzte Membran größer als die die Brennstoffzufuhr durch einen Ventilkörper
betätigende und den vom Brennstoff durchflossenen Raum abschließende Membran ausgebildet
ist, und zwischen den Membranen einen die zu übertragende Kraft verstärkenden Hebelmechanismus
in einem von den Membranen begrenzten Raum anzuordnen, der entweder mit der Atmosphäre
in Verbindung steht oder mit dem Austrittsstutzen eines Luftkompressors verbunden
ist. Die kleinere Membran dient dabei lediglich zur Abdichtung des vom Brennstoff
durchflossenen Raumes, während die größere bereits auf geringe Druckunterschiede
ansprechende Membran das Brennstoffventil steuert. Gleichzeitig soll dieser Aufbau
einen zu großen Druckunterschied der beiden Seiten der den vom Brennstoff durchflossenen
Raum abschließenden Membran vermeiden, um einen Durchtritt desselben durch dieselbe
zu verhindern. Auch ist es bei membrangesteuerten, zweistufigen Druckregelvorrichtungen
zur Speisung der Ansaub leitung von Brennkraftmaschinen mit Flüssiggas bekannt,
der Niederdrucksteuereinrichtung eine zusätzliche Membran zuzuordnen, die mit der
Niederdrucksteuermembran über einen Hebelmechanismus verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform
trennt die zusätzliche Membran eine Kammer in zwei Hälften, deren eine mit der Atmosphäre
in Verbindung steht, während die zweite mit der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine
verbunden ist. Die zusätzliche Membran ist überein Stellglied mit dem durch die
Niederdruckmembran zu verstellenden Hebelmechanismus verbunden, der das Eintrittsventil
für die Niederdruckkammer öffnet. Die Niederdruckmembran schließt die Niederdruckkammer
ab und wird andererseits vom Atmosphärendruck beaufschlagt. Die zusätzliche Membran
soll dabei ein geringes Öffnen des Zuführungsventils für die Niederdruckkammer bewirken,
um der Brennkraftmaschine beim Leerlauf und einem Nichtansprechen der Niederdruckmembran
den erforderlichen Brennstoff zuzuführen.
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Es ist auch bekannt, den Druck auf einen über dem der Atmosphäre liegenden
Wert zu regeln. Bei
einer dieser bekannten Vorrichtungen wird das
Hochdrucksteuerventil durch eine federbelastete Membran und das Niederdruckventil
durch eine Membran in einer Niederdrucksteuerkammer gesteuert, wobei ein Teil der
Niederdrucksteuerkammer über das geöffnete Niederdruckventil mit der Verbindungsleitung
zum Hochdrucksteuerventil und außerdem über eine Gaszufuhrleitung mit der Mischvorrichtung
in Verbindung steht. Bei der bekannten Vorrichtung herrscht unter normalen Betriebsverhältnissen
im genannten Teil der Niederdrucksteuerkammer, über welche die Gaszufuhr von dem
Niederdrucksteuerventil zu der Mischvorrichtung stattfindet, ein geringer und praktisch
konstanter Niederdruck im Verhältnis zu dem Atmosphärendruck, weil der zweite Teil
der Niederdruckkammer in Verbindung mit der Außenluft steht und die Membran weiter
derart mit dem Niederdrucksteuerventil verbunden ist, daß ein geringer Überdruck
des Gases nötig ist, um dieses Ventil in einer geöffneten Gleichgewichtslage zu
halten. Infolge dieses konstanten Zufuhrdruckes des zum Vergaser strömenden Gases
ist der Unterschied zwischen dem an der Ausmündungsstelle der Zufuhrleitung in die
Mischvorrichtung herrschenden Gas- und Luftdruck sehr beschränkt und ist sogar der
maximal auftretende Druckunterschied unzureichend, um eine gute Vermischung des
Gases und der Luft zu bewirken.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es, diese Vorrichtungen zu verbessern,
um den Gasdruck den Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine in bezug auf deren
Motordrehzahl und Motorbelastung entsprechend zu regulieren.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Niederdrucksteuereinrichtung
eine zusätzliche Membran aufweist und die Kammer zwischen den beiden Membranen mit
dem Teil der Ansaugleitung vor dem üblichen Lufttrichter in Verbindung steht, während
jenseits der zusätzlichen Membran der Atmosphärendruck wirksam isf; und daß die
beiden Membranen derart miteinander verbunden sind, daß eine Abnahme des absoluten
Druckes in der Kammer eine Zunahme der das Niederdruckventil im Öffnungssinne verstellenden
Kraft bewirkt.
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Zweckmäßig ist die zusätzlich vorgesehene Membran in an sich bekannter
Weise größer als die Niederdruckmembran.
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Zwischen der zusätzlichen Membran und der Niederdruckmembran kann
in an sich bekannter Weise ein die Kraft der zusätzlichen Membran verstärkender
Hebelmechanismus angeordnet sein.
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Die Zuführungsleitung für das Gas ist zweckmäßig so geführt, daß sie
in die Ansaugleitung in an sich bekannter Weise an einer Stelle mündet, welche in
Strömungsrichtung hinter dem Lufttrichter liegt.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Zeichnung, welche schematisch
eine Vorrichtung zur Verwendung von Flüssiggas in einer Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeuges darstellt, erläutert.
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In der Zeichnung sind die Hochdruck-Steuereinrichtungen mit A, die
Niederdruck-Steuereinrichtungen mit B und die Mischvorrichtung für Luft und Gas
mit C bezeichnet.
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Das Flüssiggas wird von dem nicht dargestellten Vorratsbehälter durch
den Druck in diesem Behälter über die Leitung 1 zu der Steuereinrichtung A gedrückt;
dort wird es im Druck reduziert und durch das Hochdruckventil 2 vergast. Es strömt
dann zum Wärmeaustauscher 3, der durch das Kühlwasser des Motors erwärmt werden
kann, und sodann über die Leitung 4 zu der Niederdruck-Steuereinrichtung
B.
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Am Hochdruckventil 2 sitzt ein quadratischer Zapfen 2 a, der in einer
Bohrung der Wandung 5 der Drucksteuerkammer 5 a geführt wird, wobei diese Kammer
durch eine unter Federdruck stehende Membran 6 von einer zweiten Drucksteuerkammer
5 b getrennt ist.
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Die Übertragung der Bewegung der Membran 6 zu dem Ventil 2 geschieht
durch einen Hebelmechanismus B.
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Die Steuerkammer 5 b steht mit der Mischvorrichtung C über
eine Leitung 9 in Verbindung, wobei diese Leitung bei 9 a in den Teil der Mischvorrichtung
einmündet, der in der Strömungsrichtung hinter dem Lufttrichter 11 und der Drosselklappe
10 liegt, die beide in üblicher Weise in Vergasermaschinen Verwendung finden.
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Der Brennstoff, der nunmehr gasförmig ist, strömt durch die Leitung
4 in das Ventilgehäuse 12 des Niederdrucksteuerventils 14,
welches durch den Gasdruck auf seinen Sitz 15 gepreßt wird.
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Wenn das Ventil 14 offen steht, strömt das Gas durch den Ventildurchgang
16 in das erste Abteil 17 a einer Drucksteuerkammer 17, welches durch eine Membran
18 von einem zweiten Abteil 17b getrennt ist, wobei dieses über eine Öffnung
19 in ständiger Verbindung mit dem ersten Abteil 20a einer zweiten Steuerkammer
20 steht, das durch eine Membran 21,
die größer ist als die Membran
18, von einem zweiten Abteil 20 b, welches durch eine Öffnung 22 mit der freien
Luft in Verbindung steht, getrennt ist.
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Um sicherzustellen, daß das Niederdruckventil sich mit geringster
Reibung selbst regulieren kann, ist dieses Ventil derart angebracht, daß sein Ventilstößel
14a senkrecht hängend mit der Membran 18 verbunden ist. Die Regelstellung der Membran
21 in der zweiten Steuerkammer 20 wird auf das Ende 14 b des Ventilstößels 14 a,
welches durch die Öffnung 19 hindurchgeht, über einen Hebelmechanismus 23 übertragen.
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Von dem Abteil 17a der ersten Steuerkammer 17 strömt das Gas durch
eine Leitung 24 zu der Mischvorrichtung C, in die diese Leitung an einer Stelle
24 a mündet, die in der Strömungsrichtung hinter dem Lufttrichter 11 und vor der
Drosselklappe 10 liegt.
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Der Durchgang des Gases durch diese Leitung 24 kann mittels einer
Hauptregulierschraube 25 eingestellt werden.
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Das Abteil 20 a der zweiten Steuerkammer 20 steht über die Leitung
26 mit einem engen Röhrchen 27 in Verbindung, welches innerhalb des Lufttrichters
11 endet. Eine Abzweigung 28 von der Leitung 26 mündet bei 28 a, und zwar hinter
dem Lufttrichter 11 und hinter der Drosselklappe 10.
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Der Durchgang durch diese Abzweigung 28 kann mittels einer Einstellschraube
29 reguliert werden. Die Drosselklappe ist mit 30 bezeichnet.
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Die im vorstehenden beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Das Flüssiggas fließt von dem Vorratsbehälter über die Leitung 1 durch das Hochdruckventil
2, welches den Druck reduziert. Diese Druckminderung hängt ab von.der Spannung der
Feder 7 und dem Unterdruck bei 9 a in der Mischvorrichtung C hinter der Drosselklappe
10. Je höher dieser Unterdruck ist, um so mehr wird der Gasdruck herabgemindert.
Wenn der Motor voll belastet ist, besteht bei 9 a praktisch
kein
Unterdruck, und der Gasdruck hinter dem Hochdruck-Steuerventil wird hoch sein.
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Im Gegensatz dazu wird der Gasdruck niedrig sein, wenn der Motor im
Stand läuft und die Drosselklappe 10 nur leicht geöffnet ist, da in diesem Falle
der Unterdruck sehr hoch sein wird. In Abhängigkeit von der Belastung des Motors
kann der Gasdruck in der erfindungsgemäßen Vorrichtung hinter dem Hochdrucksteuerventil
zwischen ungefähr 0,25 und 1 atü schwanken. Indessen kann der maximale Gasdruck
nicht größer gewählt werden als ungefähr 1 atü, da andernfalls die Vorrichtung bei
starkem Frost nicht arbeiten könnte. Bei ungefähr 20° C unter Null sinkt nämlich
der Gasdruck im Vorratsbehälter auf ungefähr 1 atü herab.
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Nach dem Durchgang durch die Hochdruck-Steuereinrichtung A strömt
der nunmehr gasförmige Brennstoff über den Wärmeaustauscher 3 und die Leitung 4
zu der Niederdruck-Steuereinrichtung B.
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Wenn der Motor mit geschlossener Drosselklappe 30 gestartet wird,
herrscht in ' der Leitung 26 ein Unterdruck, der von dem Unterdruck im Lufttrichter
11 und im Röhrchen 27 sowie von dem Druck in der Leitung 28 abhängig ist, wobei
sich dieser Unterdruck in der Leitung 26 bis in die Kammer 20 a fortpflanzen wird.
Durch diesen Unterdruck wird auf die Membran 21 eine Kraft ausgeübt, welche verstärkt
auf die kleinere Membran 18 durch den Hebelmechanismus 23 übertragen wird,
welche durch den Ventilstößel mit dem Ventil 14 verbunden ist, das durch den Gasdruck
in der Kammer 12 auf seinen Sitz gepreßt ist.
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Wenn die Kraft, die durch die Membran 21 auf das Ventil 14 ausgeübt
wird, größer ist als die Kraft, die durch den Gasdruck auf das Ventil ausgeübt wird,
wird das Ventil geöffnet, und das Gas kann durch die Kammer 17a und die Leitung
24 zur Mischvorrichtung C strömen.
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Entsprechend wird in der Kammer 17 a ein Druck erzeugt, welcher auf
die Membran 18 eine Kraft ausüben wird. Diese Kraft wird versuchen, das Ventil 14
zu schließen, so daß bei einer bestimmten Stellung das Gleichgewicht des Ventils
erreicht sein wird, wobei der Druck in der Kammer 17a, der den Zufuhrdruck, mit
dem das Gas über die Leitungen 24 und 24a zu der Mischvorrichtung C strömt, bestimmt,
einen genügend hohen Wert besitzt, um eine ausgezeichnete Mischung zwischen dem
Gas und der Luft zu bewirken.
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Wenn der Motor läuft, wird in dem Lufttrichter 11 ein Unterdruck erzeugt,
der proportional zu der Luftmenge ist, welche in der Zeiteinheit durch den Motor
angesaugt wird.
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Infolgedessen wird dieser Unterdruck um so niedriger sein, je geringer
die Drehzahl bzw. die Belastung des Motors ist. Da dieser Unterdruck sich auf die
Kammer 20a auswirkt, wird sich infolgedessen die Kraft, die auf die Membran 21 einwirkt,
mit der Belastung bzw. der Drehzahl des Motors verändern. Somit wird der Druck in
der Kammer 17 a sich in dem gleichen Verhältnis verändern, wie die Membran 18 versuchen
wird, die Kraft auszugleichen.
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Als Ergebnis dieser Tatsache wird das Gas von der Kammer 17 a über
die Leitung 24 mit einem Druck in die Mischvorrichtung einströmen, der von der Luftmenge
abhängt, die in der Zeiteinheit in den Motor strömt, infolgedessen also von. der
Belastung des Motors. Die Gasmenge, welche dem Motor zugeleitet wird, hängt von
dem Durchgang 24a ab, welcher durch die Einstellschraube 25 reguliert werden
kann. Der Gasdruck in diesem Durchgang 24a ist indessen unabhängig von dieser Einregulierung,
da dieser Druck durch die Wirkung der Membranen 18 und 21 reguliert wird. In der
Praxis variiert der Gasdruck in der Leitung 24 zwischen einem Druck, der etwas über
dem atmosphärischen Druck liegt, bis ungefähr auf 0,75 atü.
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Wenn der Motor im Stand oder mit geringer Drehzahl läuft und infolgedessen
die Drosselklappe 10 praktisch geschlossen ist, so daß im Lufttrichter
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praktisch kein Unterdruck herrscht, wird die Abzweigleitung 28 benutzt,
um den Unterdruck hinter der Drosselklappe an die Druckleitung 26 weiterzugeben.
Der Unterdruck in dieser Leitung kann mittels der Regulierschraube 29 reguliert
werden.