DE19635248C2 - Flüssiggasmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssiggasmotor, der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannten und aus der FR 2 629 516 A1 bekannten Art.

Flüssiggasmotoren sind fremdgezündete Ottomotoren, die mit Flüssiggas gespeist werden.

Flüssiggas, das auch als LPG (Liquified Petrolium Gas) be­ zeichnete Gemisch weist als Hauptkomponenten Propan und Butan auf. Es fällt bei der Gewinnung von Rohöl sowie bei Raffine­ rieprozessen an und läßt sich unter Druck verflüssigen. Flüs­ siggas zeichnet sich durch eine hohe Oktanzahl (ROZ < 100) aus.

Flüssiggasmotoren unterscheiden sich von Benzinmotoren durch eine andere Gemischaufbereitung, die durch die hohe Verdamp­ fungsneigung des Flüssiggases bedingt ist. Flüssiggas wird als Flüssigkeit unter Druck dem Motor in entsprechenden Druck­ leitungen zugeführt. In einem Verdampfer wird das Flüssiggas unter Zufuhr von Wärme in den gasförmigen Zustand überführt. Der Verdampfer ist ein Wärmetauscher, dem erwärmtes Kühlwasser zugeführt wird, um das Flüssiggas zu erwärmen und zu verdamp­ fen. Der Verdampfer ist mit einem Druckregler kombiniert, um das nun gasförmige Flüssiggas in einem bestimmten Druckbereich zu halten. Das Flüssiggas wird dann einem Gas/Luft-Mischer zugeführt, der Flüssiggas mit Luft vermischt. Ein solcher Gas/Luft-Mischer ist beispielsweise aus der DE 33 32 923 C2 bekannt. Der Mischer besteht aus einem Ringelement, das einem zentralen, das Ringelement durchsetzenden Luftstrom von außen Flüssiggas zuführt und mit diesem verwirbelt.

Die Firma DAF hat einen Flüssiggasmotor für Omnibusse unter der Typenbezeichnung LT 160 LPG vorgestellt. Dieser Flüssig­ gasmotor entspricht einem Dieselmotor, der zu einem Flüssig­ gasmotor umgerüstet ist. Im Gegensatz zu den bekannten Flüs­ siggasmotoren ist der von DAF vorgestellte Motor mit einer Flüssiggas-Einspritzanlage ausgestattet, die Flüssiggas in einen Ansaugkanal einspritzt. Diese Einspritzanlage entspricht vollständig denjenigen, die derzeit in Ottomotoren (Pkw) zum Einsatz kommen. Bei der Einspritzung des Flüssiggases in den Ansaugkanal soll sich durch die Verdampfung des Flüssiggases die Gemischtemperatur Verringern und ein besserer Wirkungsgrad einstellen. Diese Kühlung durch Verdampfung kann in der Start­ phase und bei hoher Luftfeuchtigkeit zur Vereisung der Ein­ spritzventile führen, wodurch ein Betrieb bei kalten Außentem­ peraturen nicht gewährleistet werden kann. Dem könnte durch eine Gemischaufbereitung mit gleichzeitiger Erwärmung entge­ gengewirkt werden, wie es von den bereits üblichen Flüssiggas­ motoren bekannt ist. Eine Erwärmung eines zündfähigen Gemi­ sches birgt jedoch beträchtliche Gefahren.

Aus der DE 42 06 817 A1 ist im Rahmen einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung eine Hubkolbenpumpe bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssiggasmo­ tor zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und einen sicheren Betrieb bei hoher Leistungsabgabe gewährleistet.

Die Aufgabe wird durch einen Flüssiggasmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Flüssiggasmotor ist ein Ottomotor mit einer Hochdruckeinspritzeinrichtung, die Flüssiggas direkt in den Brennraum einspritzt. Hierdurch wird das Flüssiggas im flüssigen Aggregatzustand, in dem es einfach und ungefährlich handhabbar ist, bis an den Brennraum des Motors geleitet.

Mit der Einspritzeinrichtung wird das flüssige Flüssiggas direkt in den Brennraum eingespritzt, zerstäubt und verdampft. Der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand erfolgt somit erst im Brennraum. Hierdurch ergeben sich we­ sentliche Vorteile, da jeweils nur die für einen Zündvorgang notwendi­ ge Menge eingespritzt wird und durch die gleichzeitige Verdich­ tung des im Brennraum entstehenden Flüssiggas/Luft-Gemisches der Kühlung durch die Verdampfung des Flüssiggases entgegengewirkt wird, so daß selbst während der kalten Startphase eine Vereisung der Einspritzeinrichtung verhindert wird und ein sicherer Be­ trieb gewährleistet ist.

Zudem wird in dem erfindungsgemäßen Flüssiggasmotor durch die sehr feine Zerstäubung des durch das mit Hochdruck eingespritz­ ten Flüssiggases eine ausgezeichnete Verteilung im Brennraum und durch die schlagartige Verdampfung des Flüssiggases eine perfek­ te Vermischung des Kraftstoffes mit der im Brennraum enthaltenen Luft erzielt, so daß das Verbrennungsgemisch nach einer Zündung ideal abbrennt. Hiermit kommen die vorteilhaften Eigenschaften des Flüssiggases, wie hoher spezifischer Heizwert (≈ 46,1 MJ/kg) und hohe Klopffestigkeit voll zur Geltung, so daß im Gegensatz zu bekannten Flüssiggasmotoren keine Leistungseinbußen gegenüber vergleichbaren Benzinmotoren in Kauf genommen werden müssen.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Einzylinderflüssiggasmotor mit einer Einspritzeinrichtung,

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Einspritzeinrichtung im Längs­ schnitt,

Fig. 3 im Querschnitt einen Anker der Fig. 2 gezeigten Ein­ spritzeinrichtung,

Fig. 4 im Querschnitt einen Ventilkörper der in Fig. 2 ge­ zeigten Einspritzeinrichtung,

Fig. 5 einen Kurbelschlaufmotor im Teilschnitt.

Der erfindungsgemäße Flüssiggasmotor weist eine Einspritzein­ richtung 1 auf, die über eine Einspritzdüse 2 Flüssiggas unmit­ telbar in einen Brennraum 4 des Flüssiggasmotors einspritzt. Der Brennraum wird in an sich bekannter Weise durch einen Zylinder 5, einen Zylinderkopf 11 und einen Kolben 12 begrenzt. Im Zylin­ derkopf 11 ist eine Einspritzdüse 2 und eine Zündkerze 10 an­ geordnet. Die Einspritzdüse 2 ist über eine Leitung 72 mit der Einspritzeinrichtung 1 verbunden. Die Einspritzeinrichtung ist über eine Flüssiggaszuleitung 113 und einer Flüssiggasrücklauf­ leitung 92 mit einem Drucktank 111 (schematisch vereinfacht in Fig. 1 dargestellt) verbunden.

In der Flüssiggaszuleitung 113 wird das Flüssiggas über dem Dampfdruck von z. B. 8-12 bar gehalten, um sicherzustellen, daß es in der Zuleitung 113 nicht verdampfen kann. Über die Flüssig­ gasableitung 92 wird von der Einspritzeinrichtung 1 nicht abge­ führtes Flüssiggas in den Drucktank 111 zurückgeführt. Die Ein­ spritzeinrichtung 1 fördert das Flüssiggas in kurzen Druckstößen mit einem Druck von 40 bar, vorzugsweise 60 bar, an die Ein­ spritzdüse 2, an der das intermittierend eingespritzte Flüssig­ gas in feinsten Tröpfchen über den Brennraum 4 verteilt zer­ stäubt wird. Die Tröpfchen verdunsten schlagartig in der über den Eingangskanal 8 in den Brennraum 4 zugeführten Luft. Es ergibt sich somit ein ideal durchmischtes Kraftstoff/Luft-Ge­ misch, das durch die Zündkerze 10 gezündet werden kann. Der Zündzeitpunkt wird von einer elektronischen Steuereinrichtung 6 nach Maßgabe mehrerer Parameter, wie zum Beispiel der Außentem­ peratur, der Kurbelwellenstellung und der eingespritzten Flüs­ siggasmenge gesteuert. Aufgrund des hohen Heizwertes des Flüs­ siggases ist es zweckmäßig, den Zündzeitpunkt gegenüber ver­ gleichbaren Benzinmotoren etwas zu verzögern. Das abgebrannte Abgas wird dann über einen Abgaskanal 3 aus dem Brennraum 4 abgeleitet.

Durch die erfindungsgemäße direkte Einspritzung von Flüssiggas tritt der durch das Verdampfen des Flüssiggases erzeugte Kühlef­ fekt im Brennraum 4 auf. Bei geringerer Last, bei der die einge­ spritzte Flüssiggasmenge klein ist, ist der Kühleffekt dement­ sprechend gering und wird durch die durch den Kompressionshub des Kolbens 12 erzeugte Verdichtung kompensiert. Bei großer Last wird eine wesentlich größere Flüssigkeitsmenge in den Brennraum 4 eingespritzt. Der Kühleffekt wird dementsprechend gesteigert, so daß bei großen Lasten aufgrund der "internen" Kühlung eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrades erzielt wird.

Vorzugsweise ist die Einspritzeinrichtung 1 als elektromagne­ tisch angetriebene Hubkolbenpumpe 1 ausgebildet, die nach dem Energiespeicherprinzip arbeitet, so daß das Flüssiggas mit kur­ zen Druckstößen in den Brennraum 4 eingespritzt wird. Derartige Hubkolbenpumpen 1 sind beispielsweise aus der DE 410 60 415 A bzw. DE 42 06 817 A bekannt.

Ein Ausführungsbeispiel der Hubkolbenpumpe ist in den Fig. 2 bis 4 gezeigt.

Die Hubkolbenpumpe 1 weist ein im wesentlichen langgestrecktes zylinderförmiges Pumpengehäuse 15 auf mit einer Ankerbohrung 16, einer Ventilbohrung 17 und einer Druckkammerbohrung 18, die jeweils hintereinander im Pumpengehäuse 15 eingebracht sind und einen sich durch das gesamte Pumpengehäuse 15 erstreckenden Durchgang bilden. Die Ankerbohrung 16 ist in Einspritzrichtung hinter der Ventilbohrung 17 und die Druckkammerbohrung 18 ist in Einspritzrichtung vor der Ventilbohrung 17 angeordnet. Die Boh­ rungen 16, 17, 18 sind konzentrisch zur Längsachse 19 des Pum­ pengehäuses 15 angeordnet, wobei die Ankerbohrung 16 und die Druckkammerbohrung 18 jeweils einen größeren Innendurchmesser als die Ventilbohrung 17 aufweisen, so daß die Ankerbohrung 16 und die Ventilbohrung 17 durch eine erste Ringstufe 21 und die Ventilbohrung 17 und die Druckkammerbohrung 18 durch eine zweite Ringstufe 22 voneinander abgesetzt sind.

Die Ankerbohrung 16 begrenzt in Radialrichtung einen Ankerraum 23, in dem ein etwa zylinderförmiger Anker 24 in Längsachsrich­ tung hin- und herbeweglich angeordnet ist. Der Ankerraum ist in Axialrichtung nach vorne durch die erste Ringstufe 21 und nach hinten durch eine vordere Stirnfläche 25 eines zylindrischen Verschlußstopfens 26 begrenzt, der in das in Einspritzrichtung nach hinten offene Ende der Ankerbohrung 16 geschraubt ist.

Der Anker 24 ist aus einem im wesentlichen zylinderförmigen Körper mit einer in Einspritzrichtung vorderen und hinteren Stirnfläche 28, 29 und einer Mantelfläche 30 ausgebildet. Von der hinteren Stirnfläche 28 bis etwa zur Längsmitte des Ankers 24 ist am Ankerumfangsbereich Material abgenommen, so daß der Anker 24 eine von hinten nach vorne außen verlaufende Kegelflä­ che 31 hat. Der Anker 24 ist mit Spiel zwischen seiner Mantel­ fläche 30 und der Innenfläche der Ankerbohrung 16 eingesetzt, so daß bei einer Hin- und Herbewegung des Ankers 24 in der Anker­ bohrung 16 dieser die Innenfläche der Ankerbohrung 16 nur bei Verkippungen des Ankers 24 berührt, wodurch die Reibung zwischen dem Anker 24 und der Ankerbohrung 16 gering gehalten wird. Durch das Vorsehen der Kegelfläche 31 am Anker 24 wird die Berührungs- und damit die Reibfläche weiter vermindert, wodurch die Reibung zwischen dem Anker 24 und der Innenfläche der Ankerbohrung 16 und somit auch die Wärmeentwicklung weiter verringert wird. Der Anker 24 ist im Bereich seiner Mantelfläche 30 mit zumindest einer, vorzugsweise zwei oder mehreren in Längsachsrichtung ver­ laufenden Nuten 32 versehen. Der Anker 24 hat eine Querschnitts­ form (Fig. 3) mit zwei seitlich angeordneten Halbkreiselementen 24a und mit zwei breiten, flachen Nuten 32 im Bereich zwischen den Halbkreiselemten 24a. Zentral am Anker 24 ist in Längsachs­ richtung eine durchgehende Bohrung 33 eingebracht.

In die Bohrung 33 des Ankers 24 ist ein Förderkolbenrohr 35 eingesetzt, das einen zentralen Durchgangsraum 36 bildet. An der vorderen Stirnfläche 29 des Ankers 24 sitzt ein Kunststoffring 37, der vom Förderkolbenrohr 35 durchgriffen wird. Auf dem Kunststoffring 37 stützt sich nach vorne eine Ankerfeder 38 ab, die sich bis zu einem entsprechenden korrespondierenden Lager­ ring 39 erstreckt. Dieser Lagerring 39 sitzt auf der ersten Ringstufe 21 in der Ankerbohrung 16.

Das Förderkolbenrohr 35 ist kraftschlüssig mit dem Anker 24 verbunden. Die Einheit aus Förderkolbenrohr 35 und Anker 24 wird nachfolgend als Förderkolbenelement 44 bezeichnet. Das Förder­ kolbenelement 44 kann auch einteilig bzw. einstückig ausgebildet sein.

In der Ventilbohrung 17 sitzt formschlüssig ein Führungsrohr 40, das sich nach hinten in den Ankerraum 23 in den Bereich inner­ halb der Spiralfeder 38 erstreckt. Am in Einspritzrichtung vor­ deren Ende des Führungsrohrs 40 ist ein nach außen vorstehender Ringsteg 41 vorgesehen, der sich an der zweiten Ringstufe 22 nach hinten abstützt. Der Ringsteg 41 erstreckt sich radial nicht ganz bis zur Innenfläche der Druckkammerbohrung 18, so daß zwischen dem Ringsteg 41 und der Druckkammerbohrung 18 ein schmaler, zylinderförmiger Spalt 42 ausgebildet ist. Durch den Ringsteg 41 ist das Führungsrohr 40 gegen eine axiale Verschie­ bung nach hinten gesichert.

Das mit dem Anker 24 kraftschlüssig verbundene Förderkolbenrohr 35 erstreckt sich nach vorne bis in das Führungsrohr 40 und nach hinten in eine axiale Sackbohrung 43 des Verschlußstopfens 26 hinein, so daß das Förderkolbenrohr 35 sowohl an seinem in Ein­ spritzrichtung vorderem Ende 45 als auch an seinem hinteren Ende 46 geführt wird. Durch diese zweiseitige Führung an den Enden 45, 46 des langgestreckten Förderkolbenrohres 35 wird das För­ derkolbenelement 44 verkippfrei geführt, so daß unerwünschte Reibung zwischen dem Anker 24 und der Innenfläche der Ankerboh­ rung 16 sicher vermieden werden.

Im vorderen Bereich des Führungsrohres 40 ist axial verschiebbar ein Ventilkörper 50 gelagert, der einen im wesentlichen zylin­ derförmigen, langgestreckten, zapfenförmigen Vollkörper mit einer vorderen und hinteren Stirnfläche 51, 52 und einer Mantel­ fläche 53 bildet. Der Außendurchmesser des Ventilkörpers 50 entspricht der lichten Weite des Durchgangs im Führungsrohr 40. An der Mantelfläche 53 des Ventilkörpers 50 ist ein Ringsteg 54 vorgesehen, der etwa am Ende des vorderen Drittels des Ventil­ körpers 50 angeordnet ist. Der Ringsteg 41 des Führungsrohres 40 bildet für den Ringsteg 54 des Ventilkörpers 50 in der Ruhelage des Ventilkörpers 50 ein Widerlager, so daß dieser nicht weiter nach hinten verschoben werden kann. Der Ventilkörper 50 ist an seinem Umfang mit drei in Längsachsrichtung verlaufenden Nuten 55 versehen (Fig. 4). Der Ringsteg 54 ist im Bereich der Nuten 55 unterbrochen.

Die hintere Stirnfläche 52 des Ventilkörpers 50 ist an ihrem Randbereich konisch ausgebildet und wirkt mit der Stirnfläche des vorderen Endes 45 des Förderkolbenrohrs 35 zusammen. Die Raumform des vorderen Endes 45 des Förderkolbenrohres 35 ist an die hintere Stirnfläche 52 des Ventilkörpers 50 angepaßt, in dem die Innenkante des Förderkolbenrohres 35 angefast ist und die Wandung des Förderkolbenrohres 35 innen etwas abgetragen ist. Das Förderkolbenrohr 35 bildet somit mit seinem vorderen Ende 45 einen Ventilsitz 57 für den Ventilkörper 50. Liegt der Ventil­ körper 50 mit seiner hinteren Stirnfläche 52 an dem Ventilsitz 57 an, so ist der Durchgang durch die im Bereich der Mantelflä­ che des Ventilkörpers 50 eingebrachten Nuten 55 versperrt.

Der aus dem Führungsrohr 40 nach vorne in die Druckkammerbohrung 18 vorstehende Bereich des Ventilkörpers 50 ist von einem Druck­ kammerkörper 60 umgeben, der aus einer Zylinderwandung 61 und einer vorderen Stirnwandung 62 besteht, wobei in die Stirnwan­ dung 62 zentral ein Loch bzw. eine Bohrung 63 eingebracht ist. Der Druckkammerkörper 60 steckt mit seiner zylinderförmigen Wandung 61 formschlüssig in der Druckkammerbohrung 18, wobei er mit seiner an dem freien Ende der Zylinderwandung 61 liegenden Stirnflächen 64 an dem nach außen vorstehenden Ringsteg 41 des Führungsrohres 40 anstoßend angeordnet ist, wobei im Druckkam­ merkörper 60 radiale Durchgangsbohrungen 65 vorgesehen sind, die eine Verbindung der Druckkammer 66 mit der Kraftstoffzufuhrboh­ rung 76 schafft.

Der Druckkammerkörper 60 begrenzt mit seinem Innenraum eine Druckkammer 66, in die der Ventilkörper 50 eintauchen und den in der Druckkammer 66 befindlichen Kraftstoff unter Druck setzen kann. Die Druckkammer hat an ihrem in Einspritzrichtung hinteren Bereich, der sich etwa über die Hälfte der Länge des Druckkam­ merkörpers 60 erstreckt, eine größere lichte Weite als im vorderen Bereich. Die größere lichte Weite im hinteren Bereich ist so bemessen, daß der Ventilkörper 50 mit seinem Ringsteg 54 und einem geringen Spiel in die Druckkammer 66 eintauchen kann, wohingegen die lichte Weite des vorderen Bereiches so bemessen ist, daß nur für den vom Ringsteg 54 sich nach vorne erstrecken­ den Bereich des Ventilkörpers 50 und eine diesen Bereich umge­ bende Schraubenfeder 67 ausreichend Raum ist. Hierdurch ist die Druckkammer 66 nur geringfügig größer ausgebildet, als der beim Einspritzvorgang ausgeführten Stoßbewegung des Ventilkörpers 50 beanspruchte Raum.

Die Schraubenfeder 67 sitzt mit einem Ende innen an der Stirn­ wandung 62 des Druckkammerkörpers 60 und liegt mit ihrem anderen Ende am Ventilkörper 50 und insbesondere an dessen Ringsteg 54 an, so daß sie den Ventilkörper 50 und den Druckkammerkörper 60 auseinanderdrückt.

Der Druckkammerkörper 60 ist in Einspritzrichtung nach vorne durch ein Anschlußstück 70 axial fixiert, das in das nach vorne offene Ende der Druckkammerbohrung 18 geschraubt ist. Das An­ schlußstück 70 begrenzt die Lage des Druckkammerkörpers 60 in Axialrichtung nach vorne, so daß durch die Schraubenfeder 67 der Ventilkörper 50 nach hinten vorgespannt ist. Außenseitig ist das Anschlußstück mit einer Mündung 71 zum Anschließen der Kraft­ stofförderleitung 72 (Fig. 1) ausgebildet. Das Anschlußstück 70 weist eine in Längsachsrichtung durchgehende Bohrung 73 auf, in der ein Standdruckventil 74 untergebracht ist. Das Standdruck­ ventil ist vorzugsweise angrenzend zu dem Druckkammerkörper 60 angeordnet.

Der Druckkammerkörper 60 ist an seiner Außenfläche mit einer Ringnut 68 versehen, in der ein Kunststoffdichtring 69 lagert, der den Druckkammerkörper 60 gegenüber der Innenfläche der Druckkammerbohrung 18 abdichtet.

Für die Zufuhr von Flüssiggas ist am Pumpengehäuse 15 eine Flüs­ siggaszufuhröffnung 76 im Bereich der Druckkammerbohrung 18 eingebracht, so daß sie mit den Bohrungen 65 im Druckkammerkörper 60 kommunizieren kann. Außenseitig am Pumpengehäuse 15 ist die Flüssiggaszufuhröffnung 76 von einer Fassung 77 für ein Flüssig­ gaszufuhrventil 78 umgeben, das in die Fassung 77 geschraubt ist. Das Flüssiggaszufuhrventil 78 ist als Einwegventil mit einem Ventilgehäuse 79 ausgebildet. Das Ventilgehäuse 79 weist zwei axial fluchtende Bohrungen 80, 81 auf, wobei die pumpenge­ häuseseitige Bohrung 80 einen größeren Innendurchmesser als die Bohrung 81 hat, so daß zwischen den beiden Bohrungen eine Rings­ tufe ausgebildet ist, die einen Ventilsitz 82 für eine Kugel 83 bildet. Die Kugel 83 ist durch eine Feder 84, die sich im Be­ reich um die Flüssiggaszufuhröffnung 76 am Pumpengehäuse 15 in der Bohrung 80 abstützt, gegen den Ventilsitz 82 vorgespannt, so daß unter Druck von außen zugeführtes Flüssiggas die Kugel 83 vom Ventilsitz 82 hebt, so daß der Flüssiggas durch die Bohrung 80 und die Flüssiggaszufuhröffnung 76 in die Druckkammerbohrung 18 zugeführt wird.

Von der Druckkammer 66 erstreckt sich durch die Nuten 55 des Ventilkörpers 50, dem Abstand zwischen dem Ventilsitz 57 des Förderkolbenrohres 35 und der hinteren Stirnfläche 52 des Ven­ tilkörpers 50 und den Durchgangsraum 36 des Förderkolbenrohres 35 ein Durchgang bis in das Sackloch 43 des Verschlußstopfens 26. Das Sackloch bzw. die Sackbohrung 43 ist in Längsachsrich­ tung verlaufend angeordnet und mündet in den Ankerraum 23, wobei sich das Sackloch 43 etwa über zwei Drittel bis drei Viertel der Länge des Verschlußstopfens 26 erstreckt. Vom hinteren Bereich des Sackloches 43 erstreckt sich eine, vorzugsweise zwei oder mehrere lange Bohrungen 88 zum Peripheriebereich 89 der vorderen Stirnfläche 25 des Verschlußstopfens 26, so daß eine kommunizie­ rende Verbindung zwischen Ankerraum 23 und dem Sackloch 43 her­ gestellt ist.

Am Peripheriebereich der ersten Ringstufe ist eine nach außen führende Bohrung 90 als Flüssiggasablauföffnung eingebracht. Die Bohrung 90 wird außen durch einen Anschlußstutzen 91 zum An­ schluß der Flüssiggasrücklaufleitung 92 (Fig. 1) verlängert.

Der zylindrische Verschlußstopfen 26 weist auf seiner Mantel­ fläche ein umlaufenden, nach außen vorstehenden Ringsteg 93 auf. Der Ringsteg 93 dient unter anderem auch zur axialen Fixierung eines das Pumpengehäuse 15 außen umgreifenden Feststellrings 94 bzw. eines unmittelbar an den Feststellring 94 angrenzend an­ geordneten Spulengehäusezylinders 95. Der Feststellring 94 bil­ det im Querschnitt zwei zueinander rechtwinklig angeordnete Schenkel 96, 97, wobei der eine Schenkel 96 an der Außenseite des Pumpengehäuses 15 anliegt und der andere Schenkel 97 nach außen vorsteht und am Spulengehäusezylinder anliegt. Der Spu­ lengehäusezylinder 95 besteht aus einer Zylinderwandung 98 und aus einem Zylinderboden 99, der seitlich an der Zylinderwandung 98 nach innen zeigend angebunden ist und ein Loch aufweist, so daß der Spulengehäusezylinder 95 von hinten auf das Spulengehäu­ se 15 mit dem Zylinderboden 99 nach hinten zeigend aufgeschoben wird, bis die Zylinderwandung 98 an einer vom Spulengehäuse 15 senkrecht nach außen vorstehenden Gehäusewandung 100 anstößt und so eine Ringkammer 101 mit etwa rechteckigem Querschnitt zur Aufnahme einer Spule 102 begrenzt.

Der Spulengehäusezylinder 95 und der Feststellring 94 sind somit zwischen der Gehäusewandung 100 und dem Ringsteg 93 des Ver­ schlußstopfens 26 eingeklemmt und in ihrer Axiallage fixiert. Der Schenkel 96 des Feststellrings 94 ist am inneren Rand seiner Stirnfläche angefast, wobei zwischen der darin ausgebildeten Fase und dem Ringsteg 93 ein Dichtungsring 103, wie z. B. ein O- Ring eingeklemmt ist.

Die Spule 102 ist im Querschnitt etwa rechteckförmig und in einem im Querschnitt U-förmigen Tragkörperzylinder 104 mittels Epoxidharz eingegossen, so daß die Spule 102 und der Tragkörper­ zylinder 104 ein einteiliges Spulenmodul bilden. Der Tragkörper­ zylinder 104 hat eine Zylinderwandung 105 und zwei Seitenwandun­ gen 106, 107, die radial von der Zylinderwandung 105 abstehen und den Raum für die Spule 102 begrenzen, wobei sich die Zylin­ derwandung 105 seitlich über die hintere Seitenwandung 106 hin­ aus erstreckt, so daß deren Stirnfläche 108, die Stirnfläche 109 der Seitenwandungen 106, 107 und die Innenflächen der Zylinder­ wandung 106 und die vordere Seitenwandung 107 formschlüssig in der Ringkammer 101 anliegen.

In dem Bereich des Pumpengehäuses 15, der zwischen der Spule 102 und dem Ankerraum 23 angeordnet ist, ist ein Material 110 mit geringer magnetischer Leitfähigkeit, z. B. Kupfer, Aluminium, rostfreier Stahl, zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlus­ ses zwischen der Spule 102 und dem Anker 24 eingebracht.

In dieser Ausgangsstellung wird vom Flüssiggastank 111 mittels der Förderpumpe 112 und der Flüssiggaszufuhrleitung 113 ein unter einem Vordruck stehendes Flüssiggas durch das Flüssiggas­ zufuhrventil 78 in die Druckkammer 66 zugeführt. Von der Druck­ kammer 66 strömt das Flüssiggas durch die im Mantelbereich des Ventilkörpers 50 eingebrachten Nuten 55 durch das Führungsrohr 40 in den Spalt zwischen dem Ventilsitz 57 des Förderkolbenroh­ res 35 und der hinteren Stirnfläche 52 des Ventilkörpers und durch den Durchgangsraum 36 des Förderkolbens 35 in das Sackloch 43 des Verschlußstopfens 26. Aus dem hinteren Endbereich des Sackloches 43 strömt das unter Druck stehende Flüssiggas durch die Bohrungen 88 des Verschlußstopfens 26 hindurch und flutet den Ankerraum, wobei die Bereiche des Ankerraums vor und hinter dem Anker 24 durch die im Anker 24 eingebrachten Nuten 32 mit­ einander kommunizierend verbunden sind, so daß der gesamte An­ kerraum mit Flüssiggas gefüllt wird. Durch die Bohrung 90 und den Anschlußstutzen 91 wird der Flüssiggas durch eine Flüssig­ gasrücklaufleitung 92 zurück in den Flüssiggastank 111 geleitet.

Somit besteht in der Ausgangsstellung des Förderkolbenelements 44 ein sich vom Flüssiggaszufuhrventil 78 über die Druckkammer 66, dem Durchgangsraum 36 des Förderkolbens 35, dem Sackloch 43 und den Bohrung 88 im Verschlußstopfen 26, dem Ankerraum 23 und der Bohrung 90 mit dem Anschlußstutzen 91 erstreckender Strö­ mungsweg für das Flüssiggas, so daß Flüssiggas kontinuierlich zugeführt und durch den Durchgang gespült wird, wobei die Druck­ kammer direkt aus dem Flüssiggastank 111 versorgt und geflutet wird.

Der Vordruck des Flüssiggases ist größer als der im Strömungsweg entstehende Druckabfall, so daß eine kontinuierliche Spülung der Hubkolbenpumpe 1 gewährleistet ist, und ist kleiner als der Durchlaßdruck des Standdruckventils 74, so daß in der Ausgangs­ stellung des Förderkolbenelements 44 kein Flüssiggas in den Brennraum 4 gefördert wird.

Wird die Spule 102 durch Anlegen eines elektrischen Stromes erregt, wird durch das hierbei erzeugte Magnetfeld der Anker 24 nach vorne in Stoß- bzw. Einspritzrichtung bewegt. Der Bewegung des Ankers 24 und dem damit kraftschlüssig verbundenen Förder­ kolbenrohr 35 wirkt während eines Vorhubes über die Länge s (entspricht dem Abstand zwischen dem Ventilsitz 57 des Förder­ kolbenrohres 35 und der rückseitigen Stirnfläche 52 des Ventil­ körpers 50 in der Ausgangsstellung) nur die Federkraft der Feder 38 entgegen. Die Federkraft der Feder 38 ist so weich ausgebil­ det, daß der Anker 24 nahezu ohne Widerstand bewegt wird, aber dennoch für eine Rückführung des Ankers 24 in seine Ausgangs­ stellung genügt. Der Anker 24 "schwimmt" in dem mit Flüssiggas gefüllten Druckraum 23, wobei das Flüssiggas zwischen den Berei­ chen vor und hinter dem Anker 24 im Ankerraum 23 beliebig hin- und herströmen kann, so daß kein dem Anker 24 entgegenstehender Druck aufgebaut wird. Das Förderkolbenelement 44, bestehend aus dem Anker 24 und dem Förderkolbenrohr 35, wird somit kontinuier­ lich beschleunigt und speichert kinetische Energie.

Die Verwendung einer nach dem Energiespeicher-Prinzip arbeiten­ den Einspritzeinrichtung ermöglicht die Einspritzung von Flüs­ siggas unter hohem Druck mit sehr kurzen Einspritzpulsen. Mit einer solchen Einspritzeinrichtung ist es auch möglich, das Flüssiggas während eines Arbeitstaktes mit mehreren Einspritz­ pulsen einzuspritzen, um beispielsweise bei hoher Last eine große Menge Flüssiggas in den Brennraum einzubringen oder um eine Ladungschichtung zu bewirken, bei der Flüssiggas im Be­ reich der Zündkerze zum Zündzeitpunkt angereichert wird.

Anstatt der oben beschriebenen Ausführungsform der Hubkolbenpum­ pe 1 mit einer Rücklaufleitung 92 kann auch eine ohne Rücklauf­ leitung verwendet werden, die mit herkömmlichen Flüssiggas­ tanks verbunden werden kann.

Der erfindungsgemäße Flüssiggasmotor ist vorzugsweise nach Art eines Boxer-Motors als Kurbelschlaufenmotor ausgebildet. Er besteht im wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden, gleichach­ sig angeordneten Zylindern 5 und 5', in denen sich die Arbeits­ kolben 12 geradlinig hin- und herbewegen. Die Kolben sind mit jeweils ihren Kolbenstangen 153 verbunden, die ebenfalls nur geradlinige Hin- und Herbewegungen ausführen. Die Kolbenstangen 153 sind mit ihren inneren Enden an einen mittig gelegenen, umlaufenden Kurbelschlaufenantrieb 154 angelenkt, der die gerad­ linigen Bewegungen der Kolbenstangen in eine Drehbewegung um­ wandelt. Der Kurbelschlaufenantrieb befindet sich in einem Kur­ belschlaufengehäuse 155, an dem über Trennwände 156 die Zylinder 5 und 5' befestigt sind. Der Kurbelschlaufenantrieb weist einen Kurbelschlaufenrahmen 152 auf, der eine geradlinige, quer zur Kolbenstange 153 angeordnete Kulisse 158 einschließt. In der Kulisse 158 bewegt sich ein Gleitstein 159, in dem ein Kurbel­ zapfen 160 einer Kurbelwelle drehbar gelagert ist. Derartige Kurbelschlaufenmotoren sind beispielsweise aus der DE 29 62 391 A1, DE 32 18 320 A1 und der EP 187 930 B1 bekannt.

Diese Motoren können als Zweitaktmotor einfach mit einer Ge­ trenntschmierung versehen werden, so daß das Schmiermittel nicht in den Brennraum gelangt. Die Kombination aus Flüssiggasdirekt­ einspritzung mit einem als Zweitaktmotor betriebenen Kurbel­ schlaufenmotor ergibt einen Motor mit geringem Leistungsgewicht und extrem geringen Schadstoffausstoß.

Claims (24)

1. Flüssiggasmotor mit zumindest einem Brennraum (4) in dem ein Flüssiggas-Luftgemisch eingebracht und gezündet wird, wobei der Flüssiggasmotor eine Einspritzeinrichtung aufweist, die über eine in den Brennraum (4) mündende Ein­ spritzdüse (2) Flüssiggas abspritzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzeinrichtung eine nach dem Energiespei­ cher-Prinzip arbeitende Hubkolbenpumpe (1) ist.

2. Flüssiggasmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiespeicherprinzip das Festkörper-Energie­ speicher-Prinzip ist.

3. Flüssiggasmotoren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzeinrichtung als Hochdruck-Einspritz­ einrichtung ausgebildet ist, die Flüssiggas mit einem Einspritzdruck von zumindest 40 bar, vorzugsweise mit einem Einspritzdruck von etwa 60 bar, einspritzen kann.

4. Flüssiggasmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum von einem Zylinder (5), einem Zylin­ derkopf (11) und einem Kolben (12) begrenzt ist, wobei im Zylinderkopf (11) die Einspritzdüse (2) und eine Zündkerze (10) angeordnet sind.

5. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (6) vorgesehen ist, die mit der Zündkerze (10) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (6) nach Maßgabe mehrerer Parameter, wie z. B. der Außen­ temperatur und der Kurbelwellenstellung, den Zündzeitpunkt steuert.

6. Flüssiggasmotoren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkolbenpumpe (1) mit einem Förderkolbenelement (44) ausgebildet ist, das während einer nahezu widerstandslosen Beschleunigungsphase kinetische Energie speichert, die schlagartig auf in einer Druckkammer (66) befindliches Flüssiggas übertragen wird, so daß ein Druckstoß zum Abspritzen von Flüssiggas durch die Einspritzdüse (2) erzeugt wird, wobei das die widerstandslose Beschleunigungsphase unterbrechende Mittel ein Ventil ist, das einen Ventilkörper (50) und einen am Förderkolbenelement (44) ausgebildeten Ventilsitz (57) umfaßt und zum Erzeugen des Druckstoßes die Druckkammer (66) schließt, wodurch die kinetische Energie des Förderkolbenelements (44) auf den in der Druckkammer (66) eingeschlossenen Kraftstoff übertragen wird, wobei der Ventilsitz (57) und der Ventilkörper (50) an dem in Einspritzrichtung vorne liegendem Ende (45) des Förderkol­ benelements (44) angeordnet sind, so daß die Druckkammer (66) räumlich getrennt vom Förderkolbenelement (44) ausge­ bildet ist.

7. Flüssiggasmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (66) mit einer Flüssiggaszufuhröffnung (76) zum Zuführen von Flüssiggas versehen ist, wobei die Flüssiggaszufuhröffnung (76) an einem die Druckkammer (66) umgebenen Pumpengehäuse (15) angeordnet ist und mit der Flüssiggaszuleitung (113) verbunden ist, so daß der Druck­ kammer (66) frisches unter Druck stehendes Flüssiggas zu­ geführt wird.

8. Flüssiggasmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzeinrichtung als elektromagnetisch betätigte Hubkolbenpumpe (1) mit einer Magnetspule (102) und den von der Spule (102) angetriebenen Förderkolbenelement (44) ausgebildet ist, wobei das Förderkolbenelement (44) einen etwa zylinderförmigen Anker (24) und ein langgestrecktes Förderkolbenrohr (35) aufweist, wobei sich die Enden (45, 46) des Förderkolbenrohres (35) in Längsachsrichtung über den Anker (24) hinaus erstrecken und jeweils formschlüssig und in Längsachsrichtung verschiebbaren Ausnehmungen gelagert sind.

9. Flüssiggasmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderkolbenrohr (35) kraftschlüssig mit dem Anker (24) verbunden ist, wobei am vorderen Ende (45) des Förderkolbenrohres (35) der Ventilsitz (57) angeordnet ist.

10. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (50) ein langgestreckter im wesentli­ chen zylinderförmiger Vollkörper ist, der in einem Füh­ rungsrohr (40) axial verschiebbar gelagert ist, wobei der Ventilkörper (50) an seinem Umfang mit den in Längsrichtung verlaufenden Nuten (55) versehen ist, die einen Durchgang von der Druckkammer in einen Durchgangsraum (36) innerhalb des Förderkolbenrohres (35) bilden, wobei der Durchgang versperrt ist, wenn das Förderkolbenrohr (35) mit seinem Ventilsitz (57) am Ventilkörper (50) anliegt, wodurch die Druckkammer (66) geschlossen ist.

11. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper eine Kugel (50a) ist, wobei ein Kugelsitz (41a) vorgesehen ist, der für die Kugel (50a) ein Widerlager bildet, so daß sie nicht weiter nach hinten verschoben werden kann, und der Kugelsitz (41a) mindestens eine Nut (41b) aufweist, die einen Durchgang von einer der Druckkammern (66) in einen Durchgangsraum (36) innerhalb des Förderkolbenrohres (35) bildet, wobei der Durchgang versperrt ist, wenn der Ventilsitz (57) am Ventilkörper (50) anliegt, wodurch die Druckkammer (66) geschlossen ist.

12. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der etwa zylinderförmiger Anker (24) eine in Einspritzrichtung vordere und hintere Stirnfläche (28, 29) und eine Mantelfläche (30) aufweist, und eine von der hinteren Stirnfläche (28) bis etwa zur Längsmitte des Ankers (24) von hinten nach vorne außen verlaufende Kegelfläche (31) aufweist.

13. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkolbenpumpe (1) ein Pumpengehäuse (15) mit einer Ankerbohrung (16) aufweist, in der ein Ankerraum (23) durch die Ankerbohrung (16), in Einspritzrichtung nach hinten durch den Verschlußstopfen (26, 26a) und in Einspritzrichtung nach vorne durch eine Ringstufe (21) be­ grenzt ist, in dem der Anker (24) durch eine Magnetspule (102) und eine in Längsrichtung den Anker (24) beaufschla­ gende Feder (38) hin- und herbewegt wird, wobei der Anker (24) an seinem Mantelbereich mit mindestens zwei möglichst in symmetrischer Verteilung vom Umfang in Längsachs­ richtung verlaufenden Nuten (32) ausgebildet ist.

14. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (24) einen Ausgangszustand durch die Federwirkung der Feder einnimmt, wenn die Spule (102) stromlos geschaltet ist, und in diesem Ausgangszustand von der Druckkammer (66) durch die Nuten (55) des Ventilkörpers (50) und den Durchgangsraum (36) des Förderkörpers (35) und durch ein Sackloch (43) bzw. eine oder mehrere Bohrungen (38) ein durchgehender Strömungsweg für zugeführtes unter Druck stehendes Flüssiggas ausgebildet ist.

15. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerraum (23) über eine nach außen führende Boh­ rung (90) und einen Anschlußstutzen (91) mit der Flüssig­ gasableitung (92) verbunden ist.

16. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußstopfen (26a) mit einer durchgehenden Bohrung versehen ist, mit der Flüssiggas aus der Einspritzeinrichtung in die Flüssiggasableitung (92) abgeführt wird.

17. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querstrombohrung (125) vorgesehen ist, durch die Flüssiggas direkt im Ankerraum (23) zugeführt werden kann, und der Verschlußstopfen (26a) Bohrungen (88) aufweist, die den Ankerraum (23) mit der durchgehenden Bohrung des Verschlußstopfens (26a) verbinden, so daß ein Querstromweg zum Spülen des Ankerraums (23) gebildet wird, der unabhängig von einem Durchgangsraum (36) im Förderkolbenelement (44) ist.

18. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (66) durch ein Standdruckventil (74) begrenzt ist, das sich ab einem vorbestimmten Druck öffnet und den Durchgang in eine Kraftstoffförderleitung (72) zu der Einspritzdüse (2) freimacht.

19. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (66) nur geringfügig größer ist, als der beim Einspritzvorgang ausgeführten Stoßbewegung des Ventilkörpers (50) beanspruchte Raum.

20. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssiggasmotor als Zweitaktmotor ausgebildet ist.

21. Flüssiggasmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssiggasmotor als Kurbelschlaufenmotor ausgebil­ det ist.

22. Verfahren zum Betreiben eines Flüssiggasmotors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, wobei in den Brennraum das Flüssiggas direkt eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssiggas mittels einer nach dem Energiespeicher- Prinzip arbeitenden Hubkolben-Pumpe eingespritzt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiespeicherprinzip das Festkörper-Energie­ speicher-Prinzip ist.

24. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssiggas unter hohem Druck von zumindest 40 bar, vorzugsweise 60 bar, eingespritzt wird.