DE1451995C - Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des Mischungsverhältnisses eines Verbren nungsgemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des Mischungsverhältnisses eines Verbrennungsgasgemisches für eine Brennkraftmaschine mit einem die Menge des einen Gemischbestandteiles in Abhängigkeit von der des anderen Bestandteils steuernden Drosselventil und mit einem Regler zur Betätigung des Drosselventils, bestehend aus zwei Membranen, von denen jede von der an je einer Lochblende in den Zuleitungen der beiden Gemischbestandteile abgegriffenen Druckdifferenz beaufschlagt ist, und einem ein Betätigungsglied für das Drosselventil steuernden Hebel, auf den die Membranen gegensinnig wirken.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (deutsche Patentschrift 577 490) weist den Vorteil auf, daß die Einstellung des Mischungsverhältnisses in Abhängigkeit von den Durchflußmengen der einzelnen Gemischbestandteile, und nicht in Abhängigkeit von deren absoluten Drücken erfolgt. Jedoch dient diese Vorrichtung lediglich zum Zumischen von dreiatomigen Gasen zu Gichtgasen von Hochöfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der bekannten Vorrichtung für Brennkraftmaschinen mit Dieselgasbetrieb und Dieselbrennstoff-.einspritzung nutzbar zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Einrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen an unterschiedlichen Hebelarmlängen des Hebels angreifen und daß für Dieselgasbetrieb der Brennkraftmaschine eine die Hebelarmlängen und damit ein Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft in Abhängigkeit von der Abgabemenge der Einspritzpumpe für Dieselbrennstoff einstellende Einrichtung vorgesehen ist.

Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht unter Beibehaltung der vorteilhaften mengenabhängigen Regelung eine Veränderung des Mischungsverhältnisses. Da die Membranen an unterschiedlichen Hebelarmlängen angreifen, kann das Verhältnis der Hebelarmlängen verändert und damit das Mischungsverhältnis beeinflußt werden. Die Veränderung erfolgt in Abhängigkeit von der im Motor verbrauchten Menge an Dieselbrennstoff.

Es ist zwar bereits bekannt, bei Verbrennungsmotoren die Zuführung eines Gasgemischbestandteils in Abhängigkeit von der Zuführung des anderen Bestandteils zu regeln, jedoch erfolgt dabei die Regelung über Druckmessungen. Dementsprechend können Änderungen des Einlaß- oder Auslaßsystems, beispielsweise die Verwendung von Filtern, den Betrieb beeinflussen (USA.-Patentschrift 2 682 866).

Weiterhin ist eine Einrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt (deutsche Patentschrift 901 353), bei der ebenfalls die Zuführung des einen Gasgemischbestandteils die Zuführung des anderen Gasgemischbestandteils beeinflußt. Hier erfolgt zwar die Beeinflussung über Mengenmessungen, jedoch ist keine Möglichkeit gegeben, das Mischungsverhältnis in Abhängigkeit von einer anderen Betriebsgröße zu verändern.

Schließlich gehört zum Stand der Technik eine Vorrichtung (USA.-Patentschrift 2400247), bei der die Zufuhr von Gas, Luft und Einspritzbrennstoff gemeinsam geregelt wird. Dabei erfolgt die Regelung über ein Steuerorgan, das mittels eines Gestängesystems an die Drosselklappe und an die Einspritzpumpe angeschlossen ist. Eine genaue Einstellung und Justierung dieses Gestängesystems ist äußerst zeitaufwendig, sofern mit der erforderlichen Sorgfalt vorgegangen werden soll.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. In den Zeichnungen ist:

F i g. 1 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels zur Anwendung der Erfindung auf einen Mehrzylindermotor,

F ig. 2 die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ergänzung der Vorrichtung nach Fig. 1,

F i g. 3 und 4 der F i g 1 ähnliche Darstellungen von wahlweisen Ausführungsformen.

Nach der Darstellung in F i g. 1 hat der Motor 10 drei Zylinder mit Zuführungen 11a, 11 6 und Hc für einen gasförmigen Brennstoff, welche jeweils mit einem Drosselventil 12a, 126 und 12c versehen und mit einem gemeinsamen Verteiler 13 verbunden sind. In der Nähe des Einlaßendes dieses Verteilers ist eine Lochblende 14 angeordnet, und. zu beiden Seiten

ao dieser Lochblende sind (als einfache Linien gezeichnete) Rohr- oder Schlauchverbindungen 15 a und 15 & am Verteiler angebracht.

Die Zylinder des Motors besitzen einen gemeinsamen Luftverteiler 16 ohne einzelne" Drosselventile in den Lufteintrittsöffnungen. In dem Luftverteiler ist jedoch eine Lochblende 17 und, zwischen dem Turbolader 18 α und dieser Blende, ein gemeinsames Drosselventil 18 angeordnet. Auf beiden Seiten dieser Lochblende 17 sind Rohr- oder Schlauchverbindungen 19a und 196 vorgesehen.

Die Steuervorrichtung für das gemeinsame Luftdrosselventil 18 ist als ein beidseitig wirkender Servozylinder ausgebildet. Dessen Kolben 22 ist bei 22 a an dieses Ventil mechanisch angelenkt und gleichzeitig hydraulisch mit einer Vorrichtung verbunden, welche zwei einander gegenüberstehende Membranen 20 a, 29 b aufweist, welche so ausgebildet sind, daß sie in einer im folgenden beschriebenen Weise eine hydraulische Regeleinheit 21 steuern. Die genannten Rohr- oder Schlauchleitungen 15 a, 156 führen zu zwei durch die Membran 20 a getrennten Kammern, und ebenso münden die Rohr- oder Schlauchleitungen 19 a, 19 b in zwei Kammern auf beiden Seiten der Membran 20 b. Infolgedessen ist die Stellung der hydraulischen Regeleinheit 21, und damit die des Luftdrosselventils 18, eine Funktion des Gleichgewichts der beiden Druckdifferenzen an den Lochblenden 14 und 17. Im Betrieb wird jede Einstellungsänderung der mittels der Hauptsteuerung G hydraulisch gesteuerten einzelnen Brennstoffdrosselventile 12 a, 126 und 12 c • eine Änderung des Druckabfalls an der Lochblende 14 verursachen. Infolgedessen wird die dieser Lochblende zugeordnete Membran 20 α eine Bewegung der hydraulischen Regeleinheit 21 bewirken, was eine Servo-Steuerung des gemeinsamen Luftrosselventils 18 zur Folge hat. Dessen Einstellungsänderung hebt die Änderung des Druckabfalls gerade auf und bewirkt eine Rückbewegung der Regeleinheit 21, wodurch die weitere Einstellungsänderung des Drosselventils 18 so lange angehalten wird, bis die nächste Änderung des Druckabfalls eintritt. Das Luftdrosselyentil 18 befindet sich daher zu jedem Zeitpunkt in einer solchen Einstellung, daß ein konstantes Verhältnis der an den Lochblenden 14 und 17 auftretenden Druckdifferenzen aufrechterhalten wird, und damit das gewünschte Mischungsverhältnis von Brennstoff und Luft in dem den Zylindern zugeführten Gasgemisch eingehalten wird.

Da durch die Servo-Regelvorrichtung ein im wesentlichen konstantes Verhältnis des Brennstoff- und Luftzustromes aufrechterhalten wird, ist auch eine Vorrichtung zum Ändern dieses Verhältnisses vorgesehen. Wie ebenfalls in F i g. 1 gezeigt ist, hat die von den beiden einander gegenüberliegenden Membranen 20 α, 20 ft gesteuerte Regeleinheit 21 die Form eines doppelseitigen Spindelventils, welches den Servo-Kolben 22 steuert. Zwischen diesem Ventil und einer der genannten Membranen ist ein Hebel 23 angeordnet, dessen Gelenk 23 a verschiebbar ist.

Eine Vorrichtung des Gelenks 23a verändert das Hebelarmverhältnis der Angriffspunkte der beiden Membranen 20 a, 20 b an dem Hebel 23. Auf diese Weise kann das Ausmaß der Mitbewegung des Luftdrosselventil 18 verändert und einer anderen Brennstoffzusammensetzung angepaßt werden.

In der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Hebel 23 mit einer Gleitführung versehen und bei 25 an einem Arm eines Winkelhebels 26 angelenkt, der am Ende einer Stütze 27 gelagert ist, und dessen anderer Arm 28 mit einer Getriebestange 29 der Brennstoffpumpe für Dieselbrennstoff verbunden ist.

Diese Vorrichtung ermöglicht es, falls erforderlich, das Brennstoff-Luftverhältnis in Abhängigkeit von der in dem mit Dieselbrennstoff gezündeten Motor verbrauchten Menge an Dieselbrennstoff zu ändern.

Die in F i g. 3 gezeigte Anordnung ähnelt der nach Fig. 1, mit dem Unterschied, daß ein zusätzliches Luftdrosselventil 30 vorgesehen ist, welches vor dem Drosselventil 18*angeordnet ist und von dem die Brennstoff-Drosselventile 12 a, 12 b und 12 c steuernden hydraulischen System über die Servoeinrichtung 31 betätigt wird. Das Luft-Drosselventil 30 bewegt sich somit im Gleichtakt und gleichsinnig mit den Bewegungen der Brennstoff-Drosselventile. Das Luft-Drosselventil 18, welches hier vor der Lochblende 17 angeordnet ist, hat lediglich die Aufgabe einer anschließenden Feineinstellung, so daß die Auswirkung einer Verzögerung seiner Bewegungen stark vermindert wird.

In einer weiteren, in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform, bei der ebenfalls eine Vorrichtung gemäß F i g. 2 Verwendung finden soll, wird die Luftzufuhr wie in F i g. 1 durch ein Drosselventil 18 gesteuert. Dieses wird jedoch über einen Kolben 33 von der Hauptsteuerung G hydraulisch betätigt. Die Lochblende 17 in dem Luftverteiler 16 ist dabei zwischen diesem Drosselventil und dem Turbolader 18 a an- 50, geordnet. Zum Unterschied zu F i g. 1 ist außerdem der Servokolben 22 mit den Brennstoff-Drosselventilen 12a, 120 und 12 c anstatt mit dem Luftdrosselventil 18 mechanisch gekoppelt.

Im Betrieb wird der Servokolben 22 ebenso wie in Fig. 1 in Abhängigkeit von den zwischen beiden Seiten der Lochblenden 14 und 17 herrschenden Druckdifferenzen bewegt. Hier steuert dieser Kolben 22 jedoch unmittelbar die Brennstoff-Drosselventile, während die Hauptsteuerung G das Luft-Drosselventil 18 betätigt.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 kann im Prinzip auch auf die Anordnung nach F i g. 4 angewendet werden, indem ein zusätzliches Drosselventil 34 im Luftverteiler 16 vor der Lochblende 14 angeordnet und mit dem das Drosselventil 18 steuernden Kolben 33 mechnisch verbunden wird. Dies wird sich hinsichtlich einer Verzögerung des Ansprechens dieses Drosselventils ebenso auswirken, wie es bei der Anordnung nach F i g. 1 der Fall ist.
. Im vorstehenden wurde eine bevorzugte Ausführungsform mit einzelnen Brennstoff-Drosselventilen für jeden Zylinder und einem gemeinsamen, am Ende des Luftverteilers angeordneten Drosselventil beschrieben. Ähnliche Resultate können jedoch auch erzielt werden, wenn Drosselventile in den Luftzuführungen zu den einzelnen Zylindern und ein gemeinsames Drosselventil am Ende des Brennstoffverteilers angeordnet werden.

Wird die Erfindung auf Motoren mit Turbolader angewendet, so kann das Luftdrosselventil in einer Abzweigung von dem Luftverteiler so angeordnet werden, daß es die Menge der ins Freie geblasenen Luft und damit auch die dem Motor zuströmende Luftmenge regelt. Durch dieses Vorgehen kann jede Gefahr eines Aufschaukeins im Kompressor des Turboladers vermieden werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des Mischungsverhältnisses eines Verbrennungsgasgemisches für eine Brennkraftmaschine mit einem die Menge des einen Gemischbestandteils in Abhängigkeit von der des anderen Bestandteils steuernden Drosselventil und mit einem Regler zur Betätigung des Drosselventils, bestehend aus zwei Membranen, von denen jede von der an je einer Lochblende in den Zuleitungen der beiden Gemischbestandteile abgegriffenen Druckdifferenz beaufschlagt ist, und einem ein Betätigungsglied für das Drosselventil steuernden Hebel, auf den die Membranen gegensinnig wirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (20a, 206) an unterschiedlichen Hebelarmlängen des Hebels (23) angreifen und daß für Dieselgasbetrieb der Brennkraftmaschine eine die Hebelarmlängen und damit ein Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft in Abhängigkeit von der Abgabemenge der Einspritzpumpe für Dieselbrennstoff einstellende Einrichtung (25,26, 28, 29) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß der Drehpunkt des Hebels (23) senkrecht zur Wirkrichtung der Membranen (20 a, 206) verschiebbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung des Hebeldrehpunktes ein Winkelhebel (26,28) vorgesehen ist, dessen dem Hebel (23) abgewandter Arm (28) an eine Getriebestange (29) der Einspritzpumpe angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Verwendung an Mehrzylindermotoren mit einem Brennstoff- und einem Luftverteiler, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil eine einzige Drosselklappe (18) in einem der Verteiler umfaßt, während die Mengenregelung im anderen Verteiler über eine Mehrzahl von Drosselklappen (12 a, 12 b,...) an den Zylindereinlässen erfolgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lochblenden (17) in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Drossel-

ventil, die andere Lochblende (14) vor der Mehrzahl der Drosselklappen (12 a, 126,...) angeordnet ist. .

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Verwendung an Mehrzylindermotoren mit einem Brennstoff- und einem Luftverteiler, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil eine Mehrzahl von Drosselklappen (12 a, 12 b ...) zwischen dem einen Verteiler und den Zylindereinlässen umfaßt, während die Mengenregelung im anderen Verteiler über eine einzige Drosselklappe (18) erfolgt.

7. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 6, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Drosselklappe (30) in demjenigen Verteiler, in dem das Drosselventil angeordnet ist, welche mit der Mengenregelung im anderen Verteiler hydraulisch oder mechanisch gekoppelt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen