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Gas-Luft-Mischer für Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf einen für mit gasförmigem Brennstoff betriebene Brennkraftmaschinen bestimmten,
mit Drosselklappe oder ähnlicher Drossel, Venturi, Haupt- und Leerlauf-Gasaustritts-Öffnungen
ausgestatteten Gas-Luft-Mischer. Sie geht von der Aufgabe aus, den übergang vom
Leerlauf zum Normalbetrieb bzw. die für die Anpassung an den neuen Zustand erforderliche
Zeitspanne günstiger zu gestalten.
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Hierzu wird bei der Erfindung ein Gas-Luft-Mischer der soeben genannten
Art verwendet, welcher in bekannter Weise eine das Gasventil steuemde Membranvorrichtung
aufweist, die aus zwei miteinander gekoppelten Membranen verschiedener Flächengröße
besteht.
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Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die mit dem genannten
Ventil verbundene und mit der kleineren Wirkungsfläche versehene Membran auf ihrer
einen Seite dem Druck einer Kammer ausgesetzt ist, in welche das Gas nach Passieren
des Ventils eintritt und von welcher aus es der Hauptdüse zuströmt, wobei der Hauptdüse
sowohl eine erste Leitung nachfolgt, welche zur im Venturi vorgesehenen Haupt-Gasaustrittsöffnung
führt, als auch eine zweite Leitung, welche über das Leerlaufdüsensystem zur Leerlauf-Gasaustrittsöffnung
stromabwärts der Haupt-Drosselklappe führt, daß ferner die kleinere Meinbran zusammen
mit der größeren Membran eine Kammer bildet, welche mit der Leerlauf-Gasaustrittsöffnung
und mit der Haupt-Gasaustrittsöffnung in Verbindung steht, und daß außerdem die
von der zweiten Seite der größeren Membran begrenzte Kammer einem Bezugsdruck, welcher
beispielsweise der gewöhnliche Luftdruck sein kann, ausgesetzt ist.
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Die besondere Wirkungsweise der Erfindung läßt sich am leichtesten
an Hand der nachfolgend beschriebenen Zeichnungen erkennen.
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Fig. 1 zeigt eine gesamte Brenngaszufuhranlage mit einem Gas-Luft-Mischer
16;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Mischers 16;
Fig.
3 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung des Gas-Luft-Mischers.
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In den Zeichnungen ist der Vorratstank mit 10 bezeichnet, ein
Brennstoffverdampfer mit 12, ein Druckregler mit 14 und der Gas-Luft-Mischer mit
16. Wie am besten aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der Mischer 16 mit
einem Kanal 20 versehen, der eine Ventur!-düse 22 aufweist. Eine Vor-Drosselklappe
24 ist am Einlaß des Kanals 20 angeordnet. An der Auslaßseite der Venturidüse 22
ist die Haupt-Drosselklappe 26
angeordnet. Ein Flansch 28 dient zur
Befestigung des Mischers an der Maschine 18 mittels geeigneter Bolzen
29.
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Seitlich an dem eigentlichen Mischer ist ein Gehäuse 30 vorgesehen,
welches am Rand eingespannte erste und zweite Membranen 32 bzw. 34 enthält.
Diese Membranen sind in der Mitte durch einen Abstandshalter 36 verbunden,
wodurch sich die Membranen als eine Einheit bewegen können. Die Membranen
32 und 34 teilen das Innere des Gehäuses 30 in erste, 38, zweite,
40, und dritte Kammer 42 ein. Die erste Kammer 38 ist mit einer Öffnung 44
versehen, die durch eine Leitung 46 mit dem Tank 10 verbunden ist. Ein Ventil
48, welches durch die Hebel 50 und 52 mit der Membran 32 in
Verbindung steht, ist so angeordnet, daß es auf der Öffnung 44 aufsitzt und den
Strom des Brenngases durch die Leitung 46 in die erste Kammer 38 steuert.
Eine Feder 54 ist an ihrem einen Ende mit dem mittleren Teil der Meinbran 34 und
an ihrem anderen Ende mit einer eirstellbaren Schraube 56 verbunden. Die
Feder 54 ist so angeordnet, daß sie das Ventil 48 in Richtung auf die geschlossene
Stellung preßt, und so eingeszellt, daß sie eine vorbestimmte Kraft auf die Membranen
32 und 34 ausübt. Die Hauptdüse 58 ist ir) einer Seitenwand der Kammer
38 angeordnet und durch eine Leitung 60 mit der im Halsteil der Verturidüse
22 vorgesehenen Haupt-Gasaustrittsöffnung 62 verbunden. Ein Kanal 64 verbindet
die Kammer 40 mit
dem Einlaßkanal 20 stromabwärts der Drosselklappe
26. In dem Kanal 64 ist eine Regulierdüse 66 für den Leerlauf vorgesehen,
welche zur Steuerung des Durchflusses mit einem einstellbaren Nadelventil
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zusammenwirkt. Ein Kanal 70, welcher mit einer kalibrierten Düse
72 versehen ist, verbindet die Leitung 60 mit dem Kanal 64.
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Die Kammer 42 ist durch eine Leitung 74 mit dem Einlaßkanal 20 stromaufwärts
der Vor-Drossel 24 verbunden. Die Leitung 74 kann aber auch unmittelbar nach außen
anstatt zum Einlaßkanal 20 führen.
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Wenn die Maschine im Leerlauf arbeitet, so befindet sich die Drosselklappe
26 in geschlossener oder in im wesentlichen geschlossener Stellung, und es
wird dann auf die Leerlaufdüse 66 ein hol;es Ansaugvakuum ausgeübt, wodurch
einerseits Luft oder Gas aus der Kammer 40 abgesaugt wird und andererseits Luft
über die öffnung 62, die Leitung 60 und die Düse 72 fließt.
In dem gezeigten Beispiel wird die Membran 34, deren Fläche größer als die der Meinbran
32 ist, nach Abzug einer genügenden Luftmenge aus der Kammer 40 gegen die
Feder 54 nach rechts bewegt, wodurch sich das Ventil 48 öffnen und Brenngas in die
Kammer 38 zutreten kann. Das in der Kammer38 beflndliche Gas fließt über
die Hauptdüse58 durch die Leitung 70, die Düse 72, den Kanal 64, die Düse
66 in die Leerlauf-Gasaustrittsöffnung 66 a. Der Druck in der
Leitung 60 nimmt einen Wert zwischen dem Druck in der Venturldüse 22 und
der Kammer 40 in Abhängigkeit von den gewählten Ab-
messungen der Austrittsöffnung
62 und der Düse 72
an. Der Durchmesser der öffnung 62 ist bedeutend
größer als derjenige der Düse 72, so daß der Druck auf der Abströmseite der
Düse 58 eher dem in der Venturidüse herrschenden Druck als dem in der Kammer
40 herrschenden Druck gleichkommt.
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Bei öffnung der Drossel 26 nimmt der Luftstrom durch den Einlaßkanal
20 zu und bewirkt eine Verminderung des Druckes in der Venturidüse22, welche sich
über die öffnung 62, die Leitung 60 und die Düse 72 auswirkt
und den in der Kammer 40 herrschenden Druck vermindert. Wenn der Druck in der Kammer
40 unter den Wert des Druckes stromabwärts der Drosselklappe 26 sinkt, wird
durch die Leerlaufdüse66, die Düse 72 und die Leitung 70 Luft oder ein Brenngas-Luft-Gemisch
zurückgesaugt, um sich mit dem durch die Hauptdüse 58 strömenden Brennstoff
zu vermischen. Die Flächen der Meinbranen 32 und 34 sind derart gewählt,
daß bei jeder Druckverminderung in der Venturidüse 22, die auf die Kammer 40 einwirkt,
in der Kammer 38 eine Erhöhung des Brenngasdruckes stattfindet, die größer
als die Druckminderung in der Venturidüse ist.
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Durch die Anordnung der Hauptdüse 58 in einer solchen Art,
daß sie das Gas in einen Raum zwischen der Haupt-Gasaustrittsöffnung 62 und
der Düse 72
abgibt, wird das gesamte Brenngas, gleichgültig ob ts durch die
Leerlaufdüse oder die öffnung 62 abgtgeben wird, durch die Hauptdüse abgemessen,
ohne daß dabei die Möglichkeit besteht, daß vor dem Duichgang durch die Hauptdüse
Luft in das Brenngas tingelassen wird.
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Wit schon gesagt, nimmt bei öffnung der Drossel 26 der Luftstrom
durch den Einlaßkanal 20 zu und bewirkt eine Verminderung des Druckes in der Venturidüse
22, wodurch sich auch der in der Kammer 40 herrschende Druck emiedrigt. Dieser Druckminderung
steht eine Erhöhung des Gasdruckes in der Kammer 38 gegenüber, weil nämlich
die Meinbran 34 eine größere Fläche besitzt als die Membran 32 und der Druck
in der Kammer 42 das Membransystern nach rechts (Fig. 2) verlagert, wodurch sich
das Gasventil 48 weiter öffnet.
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Auf Grund der besonderen gegenseitigen Anordnung der Kammern, der
Membranen und der Hauptdüse sowie der besonderen Auswahl der Flächen der Membranen
ergibt sich bei der Erfindung die Wirkung, daß jeder Druckverringerung in der von
den beiden Membranen eingeschlossenen Kammer40 eine Erhöhung des Gasdruckes in der
Kammer 38 folgt, welche (Erhöhung) ein größeres Ausmaß als diese Verringerung
hat. Das bedeutet einen rascheren und feiner ansprechenden übergang von einem niedrigeren
auf einen höheren Belastungszustand, und eben diese Aufgabe war durch die Erfindung
zu lösen.
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Bei dem bekannten Gas-Luft-Mischer mit zwei Membranen verschiedener
Flächengrößen war diese Wirkungsweise nicht vorhanden und daher die vorliegend gestellte
Aufgabe nicht gelöst.
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Das Gehäuse 30 kann auch vom Mischer getrennt angeordnet sein.
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In der in der Fig. 3 gezeigten Ausführung ist das Einlaßventil
48' durch eine Feder 76, welche eine Stange 78 umgibt, in Richtung
auf die geschlossene Stellung vorbelastet. Die Stange 78 ist an ihrem einen
Ende an dem Ventil 48' befestigt und an ihrem anderen Ende mit einem Stift
80 versehen, der über eine Einwegverbindung mit dem Hebel 82 in Verbindung
steht. Der Hebel 82 ist mit einem Arm 84 versehen, welcher gegen den mittleren
Teil der Membran 32' anstößt. Ein becherförmiger Abstandskörper
86
ist an der Membran 32' befestigt und stößt an den mittleren Teil
der Membran 34' an. Ein federbelasteter Startkolben 88 ist in der Endwand
des Gehäuses 30' derart angeordnet, daß er bei der Bewegung nach innen auf
die Membran 34' einwirkt und das Einlaßventil 48', welches mit der Membran
32' in Verbindung steht, öffnet.
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Eine zur verstärkten Gasabgabe dienende Vorrichtung, die mit
90 bezeichnet ist, wird mittels einer Leitung 92 mit der Kammer
38' verbunden. Das Innere der Vorrichtung 90 ist durch eine am Rand
eingespannte Membran 98 in zwei Kammern 94 und 96
unterteilt.
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Die Kammer 94 ist durch eine Leitung 100 mit der ringförmigen
Haupt-Gasaustrittsöffnung 62' verbunden. Ein an der Membran 98 befestigtes
Ventil 102 steuert den Fluß des Brenngases von der Leitung 92 in die Kammer
94. Das Ventil 102 wird durch eine in der Kammer 96 angeordnete Feder 104
in Richtung auf die geöffnete Stellung gepreßt. Eine Leitung 106 verbindet
die Kammer 96 mit dem Einlaßkanal 20' stromabwärts der Drosselklappe
26', wodurch ein in der Kammer 96 vorhandener Unterdruck auf die Membran
98 einwirkt, um das Ventil 102 gegen eine Feder 104 in Richtung auf die geschlossene
Stellung zu pressen.
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Im Betrieb wird beim Start der Maschine der Kolben 88 nach
innen geschoben, was das Einlaßventil 48' veranlaßt, sich zu öffnen, um ein Einfließen
von Brenngas in die Kammer 38' zu gestatten. Beim Loslassen des Startkolbens
88 und beim Entstehen eines Unterdruckes hinter der Drossel 26' wird
durch die Verbindung der Kammer 40' mit dem Einlaßkanal über die Leitung 64' und
die Düse 66' in der Kammer 40' ein Vakuum gebildet, wodurch das Einlaßventil
48'
geöffnet wird und dem Brenngas ein Einströmen in die Kammer 38' und von dort
über die Hauptdüse 58', die Leitung 60', die Düse 72', die
Leitungen 70' in die Leerlaufdüse 66' gestattet. Gegebenenfalls kann
bei geschlossener Stellung der Drosselklappe 26' eine zusätzliche öffnung
108 für den Leerlauf in unmittelbarer Nachbarschaft der Drosselklappe
26' vorgesehen werden. Wenn ein solcher Bypass 108 für den Leerlauf
vorgesehen ist, wirkt er als Leerlaufluftzufluß, wenn die Drosselklappe geschlossen
ist, und als Gasausfluß, wenn die Drossel genügend weit geöffnet ist.
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Wenn der Luftstrom durch den Einlaßkanal 20' an der Venturidüse 22
einen stärkeren Druckabfall als hinter der Drosselklappe erzeugt, so wird der Brenngasauslaß
vom Leerlaufsystem zum Hauptabgabesystem, das aus der Hauptdüse 58', der
Leitung 60'
und der öffnung 62' besteht, übertragen. Zur Einstellung
des Querschnittes der Hauptdüse 58 kann ein Nadelventil 110 vorgesehen
werden, um den Vergaser auf eine bestimmte Maschine und/oder ein bestimmtes Brenngas
einzustellen.
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Während eines Betriebes mit teilweiser Drosselung ist das hinter der
Drosselklappe 26' im Einlaßkanal 20 vorhandene Vakuum genügend groß, um das
Ventil 102 in geschlossener Stellung zu halten. Wenn sich das Ansaugvakuum in der
Kammer 96 unter einen vorbestimmten Wert verringert, preßt die Feder 104
das Ventil 102 in Richtung auf die geöffnete Stellung und gestattet die Abgabe einer
zusätzlichen Brenngasmenge durch die Öffnung 62' über die Leitung
1.00.
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Die bei der Erfindung nutzbar gemachte Differentialwirkung unterschiedlich
großer Steuermembranen stellt an sich auf dem Gebiet der Kraftstoff-Luft-Zumessung
bei Brennkraftmaschinen nichts prinzipiell Neues dar, und es ist auch die bloße
Verwendung dieses Prinzips bei Gas-Luft-Mischern von Brennkraftmaschinen vorliegend
nicht als Gegenstand der fertigen Erfindung anzusehen. Eine entscheidende Rolle
im Rahmen der Erfindung spielt die besondere Anordnung der Hauptdüse 58 in
bezug auf das Meinbran- und Kammersystem, wie dies im nachfolgenden Patentanspruch
zum Ausdruck kommt.