DE2031880A1 - Stromungsmittel Drosselventil - Google Patents

Description

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Dr. Ing. H. Negendenlc

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The Bendix Corporation

Bendix Oenter - München, 23. Juni 1970

Southfield.Michigan 48075.USA Anwaltsakte M-1221

Strömungsmittel-Drosselventil

Die Erfindung 'betrifft ein Strömungsmittel-Drosselventil zur Mengenregelung eines Strömungsmittelstroms in einer mit einer Venturidüse versehenen Leitung.

Es ist bekannt, daß der Mengenstrom einer eine Leitung durchströmenden Flüssigkeit durch Einspritzen von Gas in diese Leitung geändert werden kann. Eine Einrichtung, bei der der Strömungsmittelstrom auf diese Weise reguliert wird, besteht aus einer kleinen Graszufuhrleitung, die in einer größeren Flüssigkeitsstromleitung angeordnet ist. Da das Molekulargewicht des zugeführten Gases wesentlich geringer als das der strömenden Flüssigkeit ist, kann die gesamte Menge des Strömungsmittelstroms in einer Leitung durch eine derartige Einrichtung beträchtlich verändert werden. Die bekannte Einrichtung weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, die durch das erfindungsgemäße Drosselventil vermieden werden sollen. Beispielsweise ist bei der bekannten Einrichtung eine beträchtliche Gasmenge zur Regelung des Flüssigkeitssxroms erforderlich. Außerdem führt die in der Flüssigkeitsstromleitung angeordnete Gaszufuhrleitung zu einer Wirbelbildung und infolgedessen zu Energie-

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Verlusten, die Schwierigkeiten in der genauen Strömungsmifcteldrackregelung stromabwärts des Ventiles bereiten. Außerdem läßt sich mit der bekannten Einrichtung kein gleiches Steuergas-Flüssigkeitsgemisch erreichen, so daß die bekannte Einrichtung auf Anwendungafälle beschränkt ist, in denen der Flüssigkeitsstrom gedrosselt, jedoch nicht vollständig unterbunden werden soll.

Es ist weiterhin bekannt, daß der statische Druck des Flüssigkeitsstroms am Hals einer in einer Strömungsleitung angeordneten Venturidüse seinen geringsten Wert hat, so daß sich ein Strömungsmittel an dieser Stelle mit.einem geringeren Widerstand in die Strömungsleitung einspritzen läßt. Eine Reihe von Einrichtungen beruhen auf diesem bekannten Prinzip« ·

Bei diesen Einrichtungen wird jedoch ein Strömungsmittel hoher Dichte in eine ein Strömungsmittel niedrigerer Dichte führende Strömungflleitung eingespritzt, um den in der Zeiteinheit durch die Strömungsleitung fließenden Strömungsmittelmengenstrom zu erhöhen. Derartige Einrichtungen weisen eine geringe Empfindlichkeit auf.

Um die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden,schafft die Erfindung ein Strömungsmittel-Drosselventil zur Mengenregelung eines Strömungsmittelstroms in einer mit einer Venturidüse versehenen Leitung, das durch eine Gfaszufuhreinrichtung gekennzeichnet ist, die am Hals der Düse ein Steuergas von einer geringeren Dichte als der des Strömungsmittels in die Leitung einführt.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen und der nachfolgenden, beispielsweisen Beschreibung in Verbindung Bit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene, perspektivische Darstellung einer mit erfindungsgemäßen Drosselventilen ausgerüsteten Brennkammer,

Pig. 2 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Drosselventils,

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Fig. 3 eine grafische Darstellung, in der der Flüssigkeitsmengenetrom über den Steuergas-Zufuhrdruck aufgetragen ist,

Fig. 4 einen Schnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Drosselventils,

Fig. 5 einen Schnitt eines Teiles eines Kraf tf ahrsseugmotors, in dessen Brennstoffleitungen erfindungsgemäße Drosselventile angeordnet sind. |

Der in Fig^i gezeigte Raketenantrieb 10 enthält zwei gleich aufgebaute Strömungsmittel-Ventile 12 und 13, welche in einer Brennstoffleitung 14 bzw. einer Oxydierstoffleitung 16 angeordnet sind, die zur Brennkammer 18 dee Raketenantriebs führen. Es wird lediglich da» Ventil 12 im Detail beschrieben, diese Beschreibung gilt jedoch auch für das Ventil 13. Das Ventil 12 enthält eine Venturidüse 20, die einen konvergenten Abschnitt 21, einen Hals 22 mit einer Querschnittsfläche A^ und einen Diffusorabschnitt 24 aufweist. _: Q09882/1646 ■ -4-

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Die kleinste Querschnittsfläche des Venturihalses 22 ist so gewählt, daß der statische Druck im Venturihals 22 gleich dem Dampfdruck der Flüssigkeit ist oder unmittelbar darüber liegt, wenn die in der Zeiteinheit vom Raketenantrieb 1o benötigte maximale Flüssigkeitsmenge durch die Leitung 14 strömt. Somit ist die Querschnittsfläche des Venturihalses 22 möglichst klein und dennoch findet keine Dampfbildung der strömenden Flüssigkeit im Venturihals statt. Die Größe dieser minimalen Querschnittsfläche A₊ bestimmt sich nach der folgenden Gleichung:

^l ⁼ °d * ^At · *^{2g p}l ^(P1 - V . ⁽¹⁾

wobei ^₁ = ^der Massenstrom der Flüssigkeit

A^ β die Querschnittsfläche des Venturihalses

p, = die Flüssigkeitsdichte

P, = der Flüssigkeitszufuhrdruck

C_d = der Ausflußkoeffizient

P+ β der Druck im Venturihals

g = die Erdbeschleunigung ist.

Die Werte (P, , ρ, , C,, P₁ und g werden im voraus durch die Art J. χ α. χ

des Raketenantriebs 1o und der Brennkammer 18 bestimmt. Falls der Antrieb derart aufgebaut ist, daß der Flüssigkeitszufuhrdruck veränderlich ist, wird der maximale Flüssigkeitszufuhrdruck in die obige Gleichung eingesetzt. Das Ventil ist derart ausgebildet, daß keine Energieverluste auftreten, die durch eine Verdampfung der in dem Ventil 12 strömenden Flüssigkeit auftreten könnten. Ein geringfügig oberhalb des Dampfdruckes der Flüssigkeit liegender Druck wird daher anstelle von P. in die obige Gleichung einge-

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setzt werden. Eine einfache Berechnung ergibt den Wert der minimalen Querschnittsfläche A. des Venturihalses. Da sowohl die Strom-Querschnitt sf lache A^ als auch der statische Druck der Flüssigkeit äußerst gering gehalten werden, wird der Flüssigkeitsmengenstrom durch eine sehr geringe Gasmenge, die unter einem geringen Druck zugeführt werden kann, geregelt.

Der Diffusorabschnitt 24 des Ventils 12 ist so gewählt, daß sein Querschnitt stetig zunimmt. Hierdurch wird ein hoher Druckrückgewinn stromabwärts der Venturidüse sichergestellt. Bei dem in Fig.1 dargestellten Ventil kann der statische Druck der Flüssigkeit strom abwärts des Venturiventils bis zu 9/10 des statischen Druckes der Flüssigkeit stromaufwärts des Ventils betragen. Beim Durchströmen des flüssigen Brennstoffes durch das Ventil 12 treten keine merkliehen Erwärmungen oder Druckverluste auf. Die Ausbildung der Venturidüse sorgt für eine glatte, allmähliche Änderung der Querschnittsfläche, so daß keine Energie durch eine turbulente Strömung verlorengeht, die durch eine plötzliche Änderung des Durchflußquerschnittes in der Leitung bei anders aufgebauten Ventilen, welche nicht nach Art einer Venturidüse ausgebildete Strömungshindernisse aufweisen, hervorgerufen wird. Somit kann der Druck und dadurch die Geschwindigkeit, mit der der Brennstoff in die Brennkammer 18 eintritt, genau und wirksam stromaufwärts vom Ventil 12 her geregelt werden.

In manchen Anwendungsfallen kann es jedoch erwünscht sein, das in Fig. 2 gezeigte Ventil 112 nach Art eines kavitierenden Venturiventils zu verwenden. Der Ausdruck "kavitierende Venturidüse" bezieht sich auf jede Venturidüse, in der der statische Druck des

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Strömungrsmittelstroms an irgendeinem Punkt gleich dem Dampfdruck des Strcmungsmittels ist, so daß ein !'eil des fließenden Strömungsmittels verdampft. In Fig. 2 sind Dampftaschen 28 gezeigt. Mn kavitierendes Venturiventil unterscheidet sich von einem nicht-

en

kavitierend/ Venturiventil dadurch, daß längs des kavitierenden Ventils insgesamt ein größerer Druckabfall des statischen Flüssig-

keitsdruckes auftritt als längs des nicht-kavitierenden Ventil3. Wie bereits erwähnt, kann der statische Druck der Flüssigkeit stromabwärts des in Fig. 1 gezeigten Ventils 12 bis zu 9/10 des statischen DruckeB der Flüssigkeit stromaufwärts des Ventils betragen. Bei einem typischen Betriebszustand liegt der maximale statische Druck der Flüssigkeit stromabwärts des in Fig. 2 gezeigten Ventils 112 bei etwa 6/10 des statischen Druckes der Flüssigkeit stromaufwärts des Ventils 112. Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, den statischen Druckverlust an einer Venturidüse zu erhöhen und dadurch eine kavitierende Venturidüse zu schaffen. Beispielsweise könnte das in Fig. 1 gezeigte Ventil 12 durch Verringerung der Belastung oder Stromdrosselung stromabwärts des Ventils auf einfache Weise dazu gebracht werden, als kavitierendes Venturiventil zu arbeiten. Um jedoch diese Änderung der Stromdrosselung stromabwärts des Ventiles zu erreichen, müßten entweder die -örennkammer 18 oder die zu der Kammer führende Strömungsleitung geändert werden. Die bei dem in Fig. 2 gezeigten Ventil erreichte Kavitationswirkung wird hingegen durch eine Abwandlung des Aufbaues des Ventils 112 gegenüber dem Ventil 12, undhichtcbrch eine Änderung stromabwärts des Ventils erreicht. Das Ventil 112 ist ähnlich wie das Ventil 12 aufgebaut und enthält eine Venturidüse mit einem konvergenten Abschnitt 121, einem Halsabschnitt 122 und

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einem divergenten Abschnitt 124. Das Steuergas wird über einen Zufuhrschlitz 126 an dem Venturihalsabsehnitt 122 in das Ventil eingeführt. Die Kavitationswirkung tritt auf, da die minimale Querschnittsfläche A+ des Venturihalsabschnlttea 122 kleiner als die minimale Querschnittsfläche des Halsabschnittes 22 des Ventils 12 ist und weil der Flüseigkeitszufuhrdruck der dem Ventil 112 zuströmenden Flüssigkeit größer als der Zufuhrdruck der dem Ventil 12 auströmenden Flüssigkeit ist. Der exakte Wert des Flüssigkeitszufuhrdruckes, der erforderlich ist, einen vorgegebenen FlÜssigkeitsraaesenstrom ώ, durch eine vorgegebene minimale Halsquerschnittsfläche A_t zu fördern, kann aus der Gleichung (1) berechnet werden. Der Wert der minimalen Halsquerschnittsflache A^ wird in Übereinstimmung mit den gewünschten Ausmaß der Kavitation gewählt.

Wenn ein Ventil gemäß der Darstellung der Fig. 2 arbeitet, vermag es den ^engenstrom unabhängig von Druckschwankungen stromabwärts des Venturihalsee einzustellen. Das heißt, eine Druckschwankung stromabwärts des Ventils 112, die beispielsweise durch eine Verbrennungsinstabilität in der Brennkammer hervorgerufen werden kann, beeinflußt den Mengenstrom der aus dem kavitierenden Venturiventil ausströmenden Flüssigkeit nicht. Eine Erhöhung des stromabwärtIgen Druckes führt lediglich zu einer Verringerung des Druckabfalls am Ventil 112 und infolgedessen zu einer Verkleinerung der Jrcße der Dampf taschen Si8. Wenn sich die in einemVenturihals 122 angesammelte Dampfmenge verkleinert, steigt der wirksame Durchflußquerschnitt der Venturidüse an, so daß sich der Men;censtrom der aus dem Ventil ausströmenden Flüssigkeit nicht ändert, obwohl der Druckunterschied am Ventil verkleinert wurde. Infolgedessen sorgt das in

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· 5 gezeigte Ventil für einen konstanten Flüssigkeits-Mengenstrom,der durch Druckschwankun^en stromabwärts des Ventiles nicht beeinflußt wird. Infolge dieser Unempfindlichkeit gegen Druckschwankungen läßt sich das in Fig. 2 gezeigte kavltierende Venturiventil in einer Reihe von Anwendungsfällen verwenden, wenn auch zur Aufrechterhaltung eines betrachteten Flüssigkeitsstromes ein Zufuhrdruck P₁ erforderlich ist, der großer ist als der zur Aufrechterhaltung des gleichen Flüssigkeitsstromes durch das in l⁽¹ig. 1 gezeigte Ventil erforderliche Zufuhrdruck, und wenn auch infolge der Flüssigkeitsverdampfung im Venturihals 122 Wärmebildung und infolge dessen Druckverluste auftreten. Bei dem nach der Darstellung der Fig. 2 arbeitenden Ventil 112 kann eine Verbrennungsinstabilität in einer Antriebsmaschine nicht eine gefährliche dynamische Druckinstabilität auslösen, die schließlich zu einem Zerreißen der Antriebsmaschine führen könnte, wie dies bei anderen Steuerventilen der Fall sein kann. Das heißt,eine stromabwärtige Druckschwankung beeinflußt die Flüssigkeitsmenge, die daraufhin aus dem Ventil austritt, nicht. Bei anderen Ventilen kann eine derartige Druckschwankung sogar zu einer noch größeren nachfolgenden Druckschwankung in der Verbrennungsmaschine führen und eine Kettenreaktion von ständig anwachsenden Druckschwankungen auslösen, die zu ständig stärkeren und ungleichmäßigeren Explosionen in der Verbrennungsmaschine führen.

Fi~. 3, in der die Betriebsweise des erfindungegemaßen Ventils dargestellt ist, zeigt, daß eine sehr geringe Gasmenge, die bei einem vernältnismäßig geringen Druck in die Strömun^sloitung 14 eingeführt wird, den Flüssigkeitsstrom in dieser Strömungsleitung regelt. Wie bereits oben beschrieben, ist der Venturihals so ge-

- 9 0 0 988 2/1 6.A β . .

- 9 wählt, daß er in der Strömungsleitung 14 eine Stelle minimalen Durchflußquerschnitts A. bildet. Infolgedessen wird zur Regelung des Flüssigkeitsstrom eine minimale Gasmenge benötigt. Da A, geringsmöglich gehalten ist, hat die Flüssigkeit einen maximale Geschwindigkeit und einen minimalen statischen Druck, der der Zufuhr des Steuergases entgegenwirkt. Daher wird zur Zufuhr des Steuergases in die Leitung 14 und zum Vermischen zweier Strömungsmittel, die sich unter gewöhnlichen Umständen nur schwierig mischen, ein äußerst geringer Druck benötigt. In Fig. 3 ist die Regelung einer Raketenbrennflüssigkeit (50 % UDMH und 50 $> Hydrazin gezeigt, welche ein Venturiventil 12 durchströmt, das eine minimale Hals-Querschnittsfläche von 0,356 mm² hat. Der Flüssigkeitszufuhrdruck wird auf 14 kg/cm gehalten, und Stickstoff, ein inertes Gas, wird zur Regelung des Flüssigkeitsstroms verwendet. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß 0,014 kg flüssigen Brennstoffs gro Sekunde durch das vollständig geöffnete Ventil strömen. Wenn das Steuergas in den Hals 22 der Venturidüse 12 eingespritztwird, vermischt es sich mit der strömenden Flüssigkeit und erhöht den Druck P₊ am Venturihals. Wenn die Gaszufuhr in den Venturihalsabschnitt 22 erhöht wird, wächst der Druck Pj. soweit an, daß er schließlich die Höhe des Flüssigkeitszufuhrdruckes P₁ erreicht. Nunmehr strömt keine Flüssigkeit mehr aus dem Ventil 12. Die Darstellung der Fig. 3 zeigt, daß ein Steuergas-Zufuhrdruck von 20 kg/ cm^ und ein Gasmengenstrom von lediglich 0,0014 kg ^e Sekunde den H&ketenbrennstoffstrom vollständig absperrt, so daß lediglich noch Stickatoff-Steuergas aus dem Ventil 12 strömt»

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Die in der Tabelle der Fig. 3 gezeigten Werte lassen sich experimentell für ein· Ventil mit einem beliebigen minimalen Durchflußquer schnitt, einer beliebigen Fläche des Einspritzschlitzes, einem beliebigen Flüssigkeitszufuhrdruck und einem beliebigen Steuergas-Einspritzdruck bestimmen. Die Steuergasmenge und der Druck, mit dem das Gas zugeführt werden muß, um den Flüssigkeitsstrom durch ein betrachtetes Ventil abzusperren, lassen sich auch unter Verwendung der bekannten ^lendengleichungen für kompressible Strömungen mathematisch ermitteln.

Fig. 4 zeigt einen gegenüber dem in den Fign. 1 und 2 gezeigten Ventil wahlweise möglichen Ventilaufbau. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Strömungsmittelventil 30 ist ein wassertropfenfönniges Strömungshindernis 32 mittels dünner, luftflügeiförmiger Träger 34 in der Flüssigkeitsstromleitung gehaltert, wodurch der Venturiabschnitt der Strömungsleitung gebildet wird. Die Verwendung eines wassertropfenförmigen Strömungshindernisses 32 bedeutet keine merkliche Änderung gegenüber dem in den Fign. 1 und 2 gezeigten Ventilaufbau und ist lediglich zu dem Zweck gewählt, um eine zweite bekannte Möglichkeit zur Anordnung einer Venturidüse in einer Strömungsleitung darzustellen. Das Ventil 30 unterscheidet sich jedoch von dem Ventil 12 dadurch erheblich, daß das Steuergaa nicht rechtwinklig, sondern' geneigt zur Strömungsleitung in den Flüs=- sigkeitsstrom eingespritzt wird. Das Steuergas wird mittels eines Zufuhrschlitzes 36 am Venturihals in die Ströjnungsleitiang 14 eingeführt. Der Zufuhrschlitz 36 ist unter einem der Strömungsrichtung der Strömungsleitung 14 entgegengesetzt geneigten Winkel angeordnet, so daß die Bewegungskraft des einströmenden Steuer-

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gases nicht nur dazu ausgenutzt wird, daß dae Gas in den Flüssigkeitsstrom eindringt, sondern auch in Richtung auf· eine Absperrung der strömenden Flüssigkeit wirkt. Wenn das Steuergas rechtwinklig zum Flüssigkeitsstrom eingespritzt wird, wird seine gesamte Bewegungsenergie zum Eindringen in die strömende Flüssigkeit verwendet. Falls das Gas in einer dem Flüssigkeitsstrom genau entgegengesetzten Richtung eingespritzt werden würde, würde die gesamte Einspritzenergie zum Absperren der strömenden Flüssigkeit verwendet werden. Wenn der Einspritzwinkel so gewählt wird, daß ein maximales Eindringen erreicht wird, wird nur eine sehr kleine, die Flüssigkeit absperrende Kraft erhalten; und wenn umgekehrt eine maximale Absperrwirkung erzielt wird, tritt nur eine 3ehr geringe Eindringwirkung auf. Da es von Vorteil ist, daß das Steuergas sowohl die strömende Flüssigkeit sperrt als auch in diese eindringt, ist der in Fig. 4 gezeigte Ventilaufbau, bei dem das Steuergas mit Bewegungsenergie-komponenten zugeführt wird, die sowohl senkrecht als auch parallel zur strömenden ■Flüssigkeit verlaufen, in vielen Anwendungsfällen eine optimale Lösung.

Gemäß Fig. 5 wird das erfindun-Ts^emäße Strömungsmittelventil zur Steuerung des BrennstoffStroms zur Brennkammer eines tfrennkraftkolbenmotors bnenutzt. Der in Fig. 5 gezeigte Kolbenmotor 38 enthält einen Zylinder eines Kraitfahrzeug-Motors, welcher eine Brennkammer 4o, einen Kolben 42, ein Einlaßventil 44, ein Ausr. laßventil 46 und eine Zündkerze 48 aufweist. Da der Aufbau unddie Betriebsweise von Brennkraftkolbenmotoren bekannt ist, wenden diese Bauteile lediglich insoweit beschrieben, als dies für_rda,s_air>. Verständrxis der, Betriebsweise des in -ei.:. 5 gezeigten,, in ein§ ^. ■·*■ .·;; - ■ . '. ■ ■ - - 1.2 -

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Brennstoffströmungsleitung 50 eingesetzten Strömungsmittelventils 12 erforderlich ist. Der grundsätzliche Aufbau des Ventils 12 wurde bereits oben beschrieben. Das Ventil 12, das durch eine Impulssteuereinheit 52 gesteuert wird, regelt die Brennstoffmenge, die dem Motor während aufeinanderfolgender Arbeitstakte zugeführt wird. Die Impulssteuereinheit 52 enthält eine verstellbare Durchflußsignal-Logikeinheit 541 die ein Ausgangssteuersignal in Abhängigkeit von den Anforderungen des Bedienungsmannes erzeugt. Dieses Ausgangssteuersignal regelt ein Solenoidventil 56 und bestimmt somit die Steuergasmenge, die von einer Steuergasquelle 58 über eine Leitung 60 in das Ventil 12 gelangt. Die Impulssteuereinheit 52 ist so aufgebaut, daß das von der Logikeinheit 54 ausgegebene Steuersignal das Ventil 56 nicht unmittelbar, sondern mittelbar betätigt. Anstatt unmittelbar mit dem von derverstellbaren Durchflußsignal-Logikeinheit erzeugten Steuersignal zu arbeiten, wird eine mittelbare Regelung des Ventils 56 gewählt, so daß die Betriebsweise des Ventils 56 auf die Hublage des Kolbens des Motors abgestimmt werden kann. Die Impulssteuereinheit 52 enthält daher eine Sijnalquelle 62, die ein von der Motordrehzahl abhängiges, periodisches ^i'inal erzeugt. Das heißt, die Signalquelle 62 erzeugt ein Signal größerer Frequenz, wenn der Motor 38 mit einer hohen Drehzahl umläuft, als wie wenn er mit einer niedrigen Drehzahl arbeitet. Dieses periodische Signal wird einer Signal-Modifikationseinheit 64 zugeführt,wo es in Abhängigkeit von der Art des von der Logikeinheit 54 erzeugten Steuersignals modifiziert wird. Dieses modifizierte Signal betätigt dann unmittelbar das Solenoidventil 56.

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Das Ventil 12 und die ImpulsSteuereinheit 52 können auf zwei verschiedene Arten betrieben werden, um dadurch den Brennstoffstrom durch die Leitung 5O.zu regeln. Der Brennstoffstrom kann dadurch gesteuert werden, da/3 entweder die Zeitdauer während jedes Arbeitstaktes des Motors, während der Brennstoff aus dem Ventil 12 abgegeben wird, verändert wird, oder daß die Brennstoffmenge verändert wird, die während eines vorgegebenen festen Zeitintervalls in aufeinanderfolgenden Motortakten ausströmt. Das hier gezeigte Ventil vermittelt in jeder der beiden eben erwähnten Betriebsarten sämtliche der oben beschriebenen Vorteile, wie beispielsweise eine Mengenstromabgabe^konstanter Geschwindigkeit, die im wesentlichen unabhängig von der durch das Ventil strömenden Flüssigkeitsmenge ist. Bei jeder Betriebsart worden darüber hinaus zusätzliche, besondere Vorteile vermittelt.

Zunächst sei diejenige Betriebsart des Ventils 12 beschrieben, bei der das Ventil den Brennstoffstrom dadurch reguliert, daß die Zeitdauer jedes Motortaktes, während der dem Motor Brennstoff zugeführt wird, reguliert wird. Es sei angenommen, daß während des Betriebs eine bestimmte Motordrehzahl erreicht wurde und der Bedienungsmann die Drehzahl erhöhen will. Um diese Drehzahlerhöhung durchzuführen , gibt er ein Befehlssignal in die verstellbare Durchflußssignal -Logikeinheit 54 ein, die ein Steuersignal für die Signal-Modifikationseinheit 64 erzeugt. Dieses Steuersignal modifiziert das ^usgangssignal der Modifikationseinheit derart, daß das Solenoidventil 56 für einen längeren Zeitabschnitt jedes Motortaktes geschlossen bleibt. Hierdurch wird die Zeitdauer jedes Motortaktes, während der das Steuergas

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das Ventil 12 absperrt, verringert und dadurch kann mehr brennstoff in den Motor einströmen. Wenn der Bedienungsmann andererseits die Motordrehzahl verringern will, betätigt er lediglich die Durchflußsignal-Logikeinheit 54 in derWeise* daß diese ein Signal an die Modifikationseinheit 64 abgibt, das das Ausgangssignal der Modifikationseinheit derart verändert, daß das >->olenoidventil 56 während jedes Motortaktea für eine längere Zeitdauer geöffnet wird. Hierdurch wird die Zeitdauer, während der das Steuergas das Ventil 12 absperrt, erhöht und dadurch die Zeitdauer, während der Brennstoff in den Motor einströmen kann, verringert. Hierdurch wird die den Motor zugeführte Gesamtbrennstoffmenge und infolgedessen die Motordrehzahl verringert.

Wenn die Impulssteuereinheit 52 derart aufgebaut ist, daß das Ventil 12 den Brennstoffstrom dadurch reguliert, daß lediglich die Zeitdauer, während der Brennstoff durch das Ventil strömen kann, verändert wird, ergeben sich eine Reihe von- Vorteilen. ■"Ίη wichtiger Vorteil der oben beschriebenen Betriebsart liegt darin, daß eine derartige Steuereinrichtung einen verhältnismäßig unkomplizierten Aufbau, geringe Herstellungskosten und eine hohe Zuverlässigkeit hat. Die Steuereinheiten 54, 5.6, 62 und 64 sind sämtlich einfache, zuverlässig arbeitende und bekannte Einrichtungen. Das Ventil 56 wird entweder vollständig geöffnet, so daß dem Ventil 12 eine ausreichende S.teuergasmenge zugeführt wird, die den Brennstoffstrom vollständig unterbricht, oder das Ventil 56 wird vollständig geschlossen, so daß kein Steuergas in das Ventil 12 gelangen kann und ein vollständig ungedrosselter Brennstoffstrom erreicht wird. Daher ist .keine kompliziert

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aufgebaute Einrichtung erforderlich, die einen dazwischenliegenden üteuergas-Mengenstrom einstellt.

Wenn jedoch die einer Kolbenmaschine zugeführte Brennstoffmenge dadurch verändert wird, daß das Zeitintervall jedes Motor-Arbeitstaktes, in dem Brennstoff in den Motor einströmen kann, verändert wird, ergeben sich auch Nachteile. Ein Nachteil beruht darauf, daß das Zeitintervall, während des der brennstoff zwecks Aufrechterhai tung einer gewünschten Motordrehzahl zum Motor strömen muß, bei hohen Motordrehzahlen am größten ist,also dann, wenn der Ansaugtakt des Motorarbeitstaktes, d.h. die Zeit, während der das Ansaugventil 44 geöffnet ist, am kleinsten ist. üei dem erJLndungsgemäßen Ventil muß jedochhieht das Zeitintervall, während des Brennstoff in den Motor einströmt, geändert werden, um die in den Motor einströmende Brennstoffmenge zu ändern. Die in den Motor einströmende brennstoffmenge kann auch dadurch verändert werden, daß eine vorgegebene, feste Zeitdauer t gewählt und die Brennstoffmenge, die während dieser Zeitdauer in den Motor einströmen kann, verändert wird. Außerhalb der A_nsaug_Zeitdauer t eines Motor-Arbeitstaktes wird das Solenoidventil 56 wiederum vollständig geöffnet und dem Ventil 12 eine ausreichende Steuergasmenge zugeführt, so daß während dieser Zeit kein Brennstoff aus dem Ventil 12 austritt. Die Motordrehzahl wird wie folgt gesteuert : Falls es erwünscht ist, den Motor auf seine maximale Drehzahl zu bringen, wird das Ventil 56 während der Zeitdauer t, in der Brennstoff aus dem Ventil 12 in den Verbrennungsraum 40 strömt, vollständig geschlossen, so daß zu dieser Zeit kein Steuergas in die brennstoffleitung eingespritzt wird. Falls es βγ-

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...-!,..■■ 009882/1646

wünscht ist, daß der Motor mit einer geringeren Drehzahl umläuft, verstellt der Bedienungsmann die Durchflußsignal-Logikeinheit 54 in der Weise, daß. die Logikeinheit ein Steuersignal erzeugt, das das Ausgangssignal der Modifikationseinheit 64 derart modifiziert, daß das Ventil 56 teilweise geöffnet wird. Infolgedessen wird dem Ventil 12 wahrend der Zeitdauer t eine bestimmte Steuergasmenge zugeführt. Die während dieser Zeitdauer eingespritzte Steuergasmenge wird so eingestellt, daß sie den Brennstoffstrom nicht vollständig unterbricht, wie dies während der übrigen Zeitabschnitte des Motor-Arbeitstaktes der Fall ist, sondern lediglich eine Verringerung der den Motor zugeführten Brennstoffmenge herbeiführt. Wenn der Motor mit einer geringeren als der maximalen Drehzahl umläuft, verläßt also während der Zeitdauer t ein Brennstoff-Steuergasgemisch das Ventil 12. Bei hohen Motordrehzahlen enthält das Gemisch einen verhältnismäßig hohen Brennstoff- und einen verhältnismäßig geringen Steuergasanteil; bei geringen Motordrehzahlen sind die Mengenverhältnisse umgekehrt, so daß mehr Steuergas und weniger Brennstoff aus dem Ventil 12 ausetrb'mt,

Gegenüber der Betriebeart, bei der die Zeitdauer, während der •Brennstoff aueströmen kann, geändert wird, weist die Betriebsart, bei der der Brennstoffstrom dadurch reguliert wird, daß die während einer vorgegebenen festen Zeitdauer ausströmende Brennstoffmenge verändert wird, eine ReiheVon Vorteilen auf. Zunächst strömt nur während desjenigen Abschnittes jedes Motortaktes, während dessen das Ventil 44 geöffnet ist und der Zylinder 40 Brennstoff ansaugen kann, Brennstoff aus dem Ventil 12. Selbst

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bei sehr hohen Motordrehzahlen muß daher während anderer Zeiten kein Brennstoff aus dem Ventil 12 ausströmen. Zum anderen gewährleistet eine derartige Amplitudenregelung oder, mit anderen Worten, die Regelung der Brennstoffmenge, die während einer gewählten,festen Zeitdauer strömen kann, eine äußerst genaue Regelung des den Motor zugeführten Brennstoffmengenstroms, Und schließlich ist, selbst wenn der während einer gewählten, festen Zeitdauer strömende brennstoffmengenstrom bei hohen und niedrigen Motordrehzahlen verschieden ist, die Geschwindigkeit, mit der der Brennstoff aus dem Ventil 12 austritt, bei hohen und niedrigen Drehzahlen nicht unterschiedlich. Somit läßt sich der Motor mit Vorteil auf die besondere, bekannte Strömungsgeschwindigkeit, mit der der Brennstoff vom Ventil 12 zu den Verbrennungszylindern strömt, optimal auslegen. - ."

Das Strömungsmittelventil 12 kann derart aufgebaut werden, daß es über eine Reihe von weiteren Betriebseigenschaften verfügt, die von Vorteil sein können, wenn das Ventil in Verbindung mit der in Pig. 5 gezeigten Einrichtung verwendet wird. Beispielsweise kann das Ventil 12 derart aufgebaut sein, daß anstelle des flüssigen Brennstoffes dampfförmiger Brennstoff aus dem Düsenhals des Venturiventils ausströmt. Um zu erreichen, daß der durch&as Ventil strömende Brennstoff verdampft, gelten die gleichen Peststellungen, die weiter oben in Verbindung mit den Pigtt. 1 und 2 angestellt wurden. Falls es erwünscht ist, daß dem Kanal 56 ein

dampfförmiger Brennstoffstrom zugeführt wird, muß das Ventil derart ausgelegt sein, daß der statische Druck des durch den Venturi-

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- lö -

'hals strömenden Brennstoffs gleich dem Dampfdruck.des strömenden Brennstoffes ist.

•jWie Fig. 2 zeigt, ist das Ventil 12 im wesentlichen am Ende der Brennstoffströmungsleitung 50 angeordnet und die Länge des Diffujsorabschnittes dieses Ventils, d.h. des stromabwärts des Venturihalses angeordneten Abschnittes, ist sehr klein gewählt. Hierdurch Wird erreicht, daß die Brennstoffzufuhreinrichtung vollständig jund rasch auf Druckänderungen des Steuergases anspricht. Wenn !der Steuergasdruck so weit erhöht wird, daß der durch das Ventil 12 strömende Brennstoff abgesperrt wird, tritt nur ein sehr geringer Zeitverlust auf, während dessen der Brennstoff, der stromabwärts des Einspritzpunktes des Steuergases in der Brennstoffstromleitung vorhanden ist, weiter in die Brennkammer 40 einströmen kann. Eine Druckänderung des Steuergases führt zu einer sehr raschen Änderung der Zusammensetzung des in die Verbrennungsräume eintreitenden Strömungsmittels. Somit wird eine sehr empfindliche steuerung geschaffen, mit der der Mengenstrom des einem Motor zugeführten Brennstoffs genau und derart reguliert werden kann, daß dem .

Motor lediglich während eines gewählten Zeitabschnittes des Motortaktes die richtige Brennstoffmenge zugeführt wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   .) Strömungsmittel-Drosselventil zur Mengenregelung eines. Strömun_tjsmittelstroms in einer mit einer Venturidüse versehenen Leitung, gekennzeichnet durch eine Gaszufuhreinrichtung, die am Hals (22,122) der Venturidüse (20, 120) Steuergas von einer geringeren Dichteais der des Strümungsmittels in die Leitung (14,16) einführt.

   2, Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hals (22, 122) der Venturidüse (20, 120) im Querschnitt so groß gewählt ist, daß der statische Druck des mit einem vorgegebenen DurcheatB durch die Venturidüse fließenden Strömungemittels im Hals der Venturidüse nahe bei dem, Jedoch nicht höher, als der Dampfdruck des Strömungsmittels liegt.

   3. Drosselventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhreinrichtung mit einem sich vollständig um den Umfang des Venturidüsenhalses (22, 122) erstreckenden Schlitz (26,126) versehen ist.

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   4. Drosselventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

   der Zufuhrschlitz (26, 126) unter einem entgegen der Strömungsmittel-Stromrichtung angestellten '»inkel angeordnet ist.

   5. Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel eine Flüssigkeit und das Steuergas ein Inertgas ist.

   6. Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (52)_;die die Menge des eingespritzten Steuergases zwecks Mengenregulierung des durch die Leitung strömenden Str^;;mungsmittels regelt.

   7. Drosselventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuervorrichtung (52) der Druck, mit dem das Steuergas in die Strömungsmittelleitung eingespritzt wird, regulierbar ist.

   8. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergas durch die Steuervorrichtung (52) während vorgewählter Abschnitte aufeinanderfolgender Zeitintervalle unter einem fest vorgegebenen Druck und während anderer, vorgewählter Absc Jiitte der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle unter einem veränderlichen Druck in die Strömun-rs-

   ' mittelleitung (14,16) zugeführt ist.

   009882/1646