DE2260531A1

DE2260531A1 - Vorrichtung zum speisen eines brennkraftmotors mit gasfoermigem kraftstoff

Info

Publication number: DE2260531A1
Application number: DE2260531A
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P Antrag
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Priority date: 1972-02-29
Filing date: 1972-12-11
Publication date: 1973-09-06
Also published as: DE2260531C3; GB1402805A; US3822687A; DE2260531B2; JPS4899527A; JPS5347854B2; IT974216B; FR2174339A5

Description

62-19.897Ρ 11. 12. 1972

AUTOMOBILES PEUGEOT. Paris (Frankreich)

und

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT. Boulogne-BiIlaneourt (Frankreich)

Vorrichtung zum Speisen eines Brennkraftmotors mit gasförmigem Kraftstoff

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Speisen eines Brennkraftmotors mit gasförmigem Kraftstoff, die ein Organ zum Steuern oder Regeln des Durchsatzes an gasförmigem Kraftstoff in Abhängigkeit von einem Parameter enthält, der dem Luftdurchsatz in der Ansaug- oder Einlaßleitung des Motors entspricht.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Brennkraftmotoren, deren Energiequelle Flüssiggas ist.

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Es ist bekannt, daß die Verwendung von Gas zum Speisen von Brennkraftmotoren es gestattet, das Bilden von Schadstoffen in den Auspuffgasen gering zu halten und dies mit einfacheren Mitteln als bei den Benzinmotoren zu erzielen. Bei den bekannten Vorrichtungen wird der Durchsatz an speisendem Gas abhängig gemacht von dem Durchsatz an Luft, entweder indem man die Gasleitung in der Engstelle eines Venturi-Lufttrichters münden läßt, die in der Luftzuleitung vor der Drosselklappe liegt, welche den Geinischdurchsatz regelt, oder indem man auf den Durchlaßquerschnitt der Gasleitung einwirkt, etwa mit Hilfe eines Hahnes, der mit der Drosselklappe gekuppelt ist, welche den Durchsatz an Luft steuert und unter der die Gasleitung mündet. Leider haben diese bekannten Vorrichtungen den Nachteil, daß sie während der Phasen einer Verzögerung, bei der das Gaspedal plötzlich losgelassen wird, fehlerhaft arbeiten. In dieser Betriebsphase bleibt das Verhältnis von Luft und Kraftstoffgas der zugeführten Mischung nicht innerhalb der Grenzen, innerhalb derer die Verbrennung vollständig ist, und man hat entweder eine zu reiche Mischung, die eine unvollständige Verbrennung ergibt, oder eine zu arme Mischung, bei der die Verbrennung nicht vollständig ist. In allen Fällen ergibt sich eine Zunahme an unverbranntem Kraftstoff und gelegentlich auch an Kohlenmonoxyd.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und eine Vorrichtung zum Speisen eines Brennkraftmotors mit gasförmigem Kraftstoff zu schaffen, die es gestattet, unter sämtlichen Betriebsoder Gebrauchsbedingungen nur einen sehr geringen Prozentsatz an Schadstoffen, insbesondere unverbrannten Kraftstoffanteilen, zu erhalten.

Um diese Forderung zu erfüllen, wird erfindungsgemäß

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zusätzlich zu der üblichen Regelung des Luft-Durchsatzes in der Ansaug- oder Einlaßleitung eine zusätzliche Steuerung oder Regelung des Gasdurchsatzes in Abhängigkeit von dem Unterdruck durchgeführt, der in der Ansaugleitung herrscht.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wirkt die zweite Steuerung nach dem Prinzip alles odex nichts und unterbricht die Einspeisung von Gas, wenn der Unterdruck in der Ansaugleitung über einen vorherbestimmten Wert hinausgeht. Die Verbrennung wird dann vollständig unterbrochen, es kann daher keine unverbrannten Bestandteile in den Auspuffgasen geben.

Bei einer zweiten Ausführungsform, die bei einer Steuerung in Abhängigkeit von dem Luftdurchsatz anwendbar ist, wird mit Hilfe eines drehbaren Abschlußorgans die zweite Steuerung oder Regelung des Gasdurchsatzes dadurch erhalten, daß man dem ersten Abschlußorgan ein zweites, ebenfalls drehbares Abschlußorgan zuordnet und dieses in Abhängigkeit von dem Unterdruck betätigt} der in der Ansaugoder Zuführleitung herrscht.

Mit dieser zweiten Ausführungsform kann man entweder den Durchsatz an Gas korrigieren, um stets eine ideale Verbrennung aufrechtzuerhalten oder den Durchsatz vollständig sperren, um die Verbrennung zu unterbrechen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die es gestattet, einen Fluiddurchsatz in Abhängigkeit von zwei Parametern zu steuern oder zu regeln, wobei diese Vorrichtung insbesondere in der oben geschilderten Weise anwendbar ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nunmehr

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einige ausgewählte Ausführungsbeispiele beschrieben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die es gestattet, eine zusätzliche Steuerung nach dem Prinzip alles oder nichts durchzuführen;

Fig. 2 ein Diagramm, das ein Beispiel für den Verlauf des Unterdruckwertes in der Ansaug- oder Einlaßleitung des Motors darstellt;

Fig. 3 schematisch eine zweite Ausführungsform, die es ebenfalls gestattet, eine Steuerung nach dem Prinzip alles oder nichts durchzuführen;

Fig. h eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Steuern des Gasdurchsatzes, die gemäß der Erfindung verbessert ist;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. ki

Fig. 6 den Betätigungsmechanismus, der der Vorrichtung gemäß Fig. k zugeordnet ist.

Bei der Speisevorrichtung, wie sie die Fig. 1 zeigt, kommt das brennbare Gas aus einem Druckreduzierventil 1, das am Auslaß eines nicht dargestellten Vorratsbehälters angeordnet ist, der beispielsweise eine Flüssigkeitsdruckflasche sein kann. Das Gas wird über eine Leitung in einen Ringraum 3 geleitet, der um die Engstelle eines Venturi-

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Lufttrichters 4 herum angeordnet ist, der sich in der Ansaug- oder Zuführleitung für Luft vor der Drosselklappe 6 befindet, die.von dem Gaspedal gesteuert wird, das ebenfalls nicht dargestellt ist. Der Ringraum 3 steht mit der Engstelle des Lufttrichters über eine Reihe von kalibrierten Gaseinlaßöffnungen 7 in Verbindung.

Gemäß der Erfindung ist ein Elektroventil 8 in die Gasleitung 2 eingefügt. Dieses Elektroventil ist elektrisch mit einem druckabhängigen Kontakt 9 verbunden, der über eine Leitung 10 mit einem Anschlußpunkt 11 in der Ansaug- oder Einlaßleitung hinter der Drosselklappe 6 in Verbindung steht.

Das Diagramm in Fig. 2 zeigt den Verlauf des Wertes für den Unterdruck in der Ansaug- oder Zuleitung 5» über Zeit aufgetragen, wenn der Motor von einem Betrieb mit Vollast in einen Leerlaufbetrieb übergeht, nachdem das Gaspedal plötzlich losgelassen wurde.

Der erste Teil AB dieser Kurve, der einen sehr geringen Unterdruck anzeigt, entspricht dem Betrieb mit Voll-, last, d. h. mit ganz offener Drosselklappe 6.

Der Kurvenabschnitt BC zeigt die plötzliche Steigerung des Unterdruckes im.Augenblick des Schließens der Drosselklappe 6, wenn der Motor noch nicht genügend Zeit gehabt hat, in seiner Drehzahl abzufallen, so daß sich ein hoher Saugdruck in demjenigen Teil der Ansaug- oder Einlaßleitung ergibt, der hinter der Drosselklappe liegt.

Der Kurvenabschnitt CD entspricht der Verzögerungsphase des Motors, während der der Unterdruck stetig geringer wird, bis er den Unterdruckwert für den Leerlaufbetrieb des Motors erreicht.

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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ergibt sich wie folgt:

Solange das Eiektroventil 8 offen ist, wird die Zumessung an Kraftstoffgas durch den Unterdruck in der Engstelle des Lufttrichters k gesteuert; dieser Unterdruck verändert sich in Abhängigkeit von dem Luftdurchsatz in der Ansaugoder Einlaßleitung 5, der seinerseits eine mehr oder weniger große Öffnung eines nicht dargestellten Ventils am Auslaß des Druckreduzierventils 1 bewirkt. Wenn der Unterdruck in der Ansaug- oder Einlaßleitung 5 sich längs des Kurvenabschnittes BC ändert und ein bestimmtes Niveau DE erreicht, das noch größer ist als der Unterdruckwert beim Leerlauf DD, schließt sich der druckabhängige Kontakt 9 und schickt einen Betätigungsstrom in das Elektroventil 8, das sich seinerseits nun schließt. Die Gaszufuhr ist dann gesperrt, die Verbrennung wird unterbrochen, und es ergibt sich eine völlige und einfache Beseitigung aller unverbrannten Auspuffbestandteile.

Die Drehzahl des Motors fällt dann stetig ab, was gleichzeitig eine Verringerung des Unterdruckes bedeutet, und wenn diese Drehzahl genügend weit gesenkt ist und der Punkt F der Kurve in Fig. 2 erreicht wird, öffnet sich der druckabhängige Kontakt 9 von neuem und bewirkt das Öffnen des Elektroventils 8 und so das erneute Speisen des Motors mit Kraftstoffgas.

Bei dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 3 wird das Gas, das aus einem Druckreduzierventil 21 kommt, über eine Leitung 22 bis zu einem Verteiler 23 geführt, der in der Ansaugleitung 2k hinter der Luftdrosselklappe 25 angeordnet ist.

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In die Leitung 22 ist ein Hahn 26 eingeschaltet, in dem ein drehbares Küken 27 sitzt, das über ein Kurbelgestänge 28 mit der Achse der Luftdrosselklappe 25 gekuppelt ist. Gemäß der Erfindung ist weiterhin ein Elektroventil 29 in die Leitung 22 in Hintereinanderschaltung mit dem
Hahn 26 eingefügt. Dieses Elektroventil ist elektrisch
mit einem druckabhängigen Kontakt 30 verbunden, der seinerseits über eine Rohrleitung 31 mit einem Punkt 32 der Ansaug- oder Einlaßleitung verbunden ist, der hinter der Luftdrosselklappe 25 liegt.

Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel, abgesehen davon, daß bei normaler Benutzung der Kraftstoffgas-Durchsatz durch die Stellung des Kükens 27 gesteuert bzw. geregelt wird und
nicht durch die Änderung des Unterdruckes in der Engstelle' eines Venturi-Lufttrichters.

Für den Fall, daß das Organ zur Steuerung oder Regelung in Abhängigkeit von dem Luftdurchsatz aus einem verstellbaren Abschlußorgan besteht, kann das zweite Organ, das in Abhängigkeit von dem Unterdruck in der Ansaug- oder Einlaßleitung gesteuert wird, entsprechend dem Ausführungsbeispiel in den Fig. 4-6 ausgeführt sein.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Organe zur
Steuerung des Gasdurchsatzes konzentrisch in ein Gehäuse eingebaut, das in die Leitung 4i für die Zufuhr des entspannten Gases eingeschaltet ist. Im Inneren dieses Gehäuses 4O ist ein Gehäusehohlraum 40a angeordnet, der eine
Zylinderform hat, quer zur Leitung 4i angeordnet ist und in dem eine Futterbuchse 42 drehbar ist, die an der Eintrittsstelle der Leitung 4i auf zwei einander diametral
gegenüberliegende längsrippenartige Wandteile 4-3 beschränkt

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ist. In der Futterbuchse kZ kann weiterhin ein Zylinder kk gedreht werden, der an der Eintrittsstelle der Leitung 4i auf eine in Durchmesserrichtung angeordnete Trennwand 45 begrenzt ist. Der Zylinder kk ist mechanisch mit der Luftdrosselklappe gekuppelt, beispielsweise über ein Kurbelgestänge, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Futterbuchse k2 ist starr mit einem Hebel k6 bzw. dessen zentraler Nabe verbunden, die zwei Hebelarme h7_t US trägt, von denen jeweils der eine bzw. der andere an Einstellschrauben k9 bzw. 50 anschlagen kann. An diesen Hebel k6 ist eine Stange 51 angelenkt, auf deren Ende ein Hohlzylinder 52 aufgeschraubt ist, dessen nach außen gewandter Boden 53 eine Durchlaßöffnung $k hat. Durch diese Öffnung dringt eine Stange 55 in den Hohlzylinder ein, die im Inneren des Zylinders 52 in einer Mutter 56 endet. Das andere Ende der Stange 55 ist fest mit einer Membran 57 einer Unterdruckdose 58 verbunden, deren Dosenkammer 59 in gasdruckübertragender Verbindung mit der Ansaug- oder Einlaßleitung unterhalb bzw. hinter der Luftdrosselklappe steht. Eine erste Rückführfeder 60 ist bestrebt, den Hebel k6 in diejenige Stellung zurückzuführen, in der der Arm 47 an der Stellschraube 50 anliegt. Eine zweite Rückführfeder 61, die zwischen der Unterdruckdose 58 und einer auf die Stange 55 aufgeschraubten Mutter 62 angeordnet ist, wirkt dem Unterdruck in der Dosenkammer 69 bzw. dessen Wir kung auf die Membran 57 entgegen.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ergibt sich wie folgt:

Für verhältnismäßig geringe Unterdruckwerte in der Ansaug- oder Einlaßleitung sind die Bewegungen der Membran und der Stange 55 ohne Auswirkung auf die Futterbuchse h2.

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da zwischen der Mutter 56 und dem Boden 53 des Zylinders 52 ein gewisses Spiel besteht. Die Futterbuchse 42 nimmt dann also eine Stellung ein, in der ihre beiden Wandteile 43 relativ zu der Leitung 41 quer liegen; die Steuerung oder Regelung des Gasdurchsatzes hängt allein von den Bewegungen der Trennwand 45 ab, die bewegungsmäßig mit der Luftdrosselklappe gekuppelt ist.

Wenn man plötzlich das Gaspedal losläßt, während der Motor bei hoher Drehzahl läuft, tritt eine sofortige Erhöhung des Unterdruckes auf. Die Mutter 56 der Stange 55 kommt dann zum Anschlag an dem Boden 53 des Zylinders 52 und nimmt mit diesem Zylinder auch die Stange 51 mit; dies bewirkt eine Schwenkung des Hebels 46 und damit der Futterbuchse 42, deren Wandteile 43 dann in eine geneigte Stellung kommen, die durch den Anschlag des Hebelarmes auf die Stellschraube 49 bestimmt ist.

Man erkennt, daß mit einer derartigen Anordnung folgende Möglichkeiten bestehen:

- Man kann entweder die Gaszufuhr vollständig unterbrechen und damit auch die Verbrennung, Hierzu genügt es, daß die Drehbewegung der Futterbuchse 42 die Wandteile 43 der Trennwand 45 so weit nähert, bis diese Wände zusammen die Gasdurchtrittsöffnung vollständig abschließen.

- Man kann den Gasdurchsatz in Abhängigkeit von dem erfaßten "Fehler" korrigieren: Die Drehbewegung der Futterbuchse 42 ergibt dann jeweils entsprechend dem bestimmten Fall entweder eine Vergrößerung des Gasdurchlaßquerschnitts und infolgedessen eine Kraftstoffanreicherung der dem Mo,tor zugeführten Mischung, oder

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eine Verringerung dieses Querschnitts und damit eine Verarmung der Mischung.

Die endgültige Stellung der Wandteile k3_t die durch den Anschlag des Hebelarmes hl an der Einstellscbraube k9 bestimmt ist, läßt sich leicht einstellen, indem man diese Stellschraube h9 dreht.

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zum Speisen eines Brennkraftmotors mit gasförmigem Kraftstoff, die ein Organ zum Steuern oder Regeln des Durchsatzes an gasförmigem Kraftstoff in Abhängigkeit von einem Parameter enthält, der dem Luftdurchsatz in der Ansaug- oder Einlaßleitung des Motors entspricht, dadurch gekennzei chnet-, daß ein zweites Kraftstoff-Steuerorgan (8; 29; 42) in Hintereinanderschaltung mit dem ersten Organ angeordnet und in Abhängigkeit von dem Unterdruck in der Ansaug- oder Einlaßleitung (5» 24) gesteuert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kraftstoff-Steuerorgan (8; 29) nach dem Prinzip alles oder nichts arbeitet und geeignet ist, den Durchsatz an gasförmigem Kraftstoff vollständig zu sperren, wenn der Unterdruck in der Ansaug- oder Einlaßleitung (5» Zh) einen vorherbestimmten ¥ert erreicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kraftstoff-Steuerorgan ein Elektroventil (8; 29) ist, das über einen druckabhängigen Kontakt (9; 30) gesteuert ist, der dem Unterdruck unterworfen ist, der in der Ansaug- oder Einlaßleitung (5> 24) hinter der Drosselklappe (6; 25) herrscht.

h. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Steuer- oder Regelorgan zu der Art gehört, die ein drehbar in einem Gehäuse in den Strömungsweg des gasförmigen Kraftstoffs eingebautes Abschlußglied enthält, dessen Winkelstellung in Abhängigkeit von dem Luftdurchsatz in der

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Ansaug- oder Einlaßleitung veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Kraftstoff-Steuerorgan ein zweites Abschlußglied (42) hat, das in das gleiche Gehäuse (4o) eingebaut ist und mit dem ersten Abschlußglied (44) entweder derart zusammenwirkt, daß der Durchsatz an gasförmigem Kraftstoff vollständig gesperrt ist, oder daß eine Korrektur dieses Durchsatzes unter bestimmten Betriebsbedingungen erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Zuführleitung (4i) für gasförmigen Kraftstoff enthält, die sich in einer ersten Richtung erstreckt und weiterhin einen zylindrischen Gehäusehohlraum (4Oa), der sich quer zu dieser ersten Richtung erstreckt und die betreffende Leitung (4i) schneidet; daß das zweite Abschlußglied die Form einer zylindrischen Futterbuchse (42) aufweist, die in dem Gehäusehohlraum (4Oa) gelagert und an der Eintrittsstelle der Leitung (4i) derart gestaltet ist, daß sie zwei radiale Wände (43) aufweist, die einander diametral gegenüberstehen; daß das erste Abschlußglied die Form eines zur Futterbuchse (42) koaxialen Zylinders (44) hat, der drehbar in die Futterbuchse eingebaut ist und an der Eintrittsstelle der Leitung (4i) derart profiliert ist, daß er eine Trennwand (45) bildet, die sich in Durchmesserrichtung erstreckt, und daß schließlich Einrichtungen vorgesehen sind, die einerseits - wie an sich bekannt - die Winkelstellung des ersten Abschlußgliedes (44) in Abhängigkeit von dem Luftdurchsatz in der Ansaug- oder Einlaßleitung einstellen und andererseits die Winkelstellung des zweiten Abschlußgliedes (42) in Abhängigkeit von dem Unterdruck in der Ansaug- oder Einlaßleitung (5) ändern.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Abschlußglied (42)

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fest mit einem Betätigungshebel (46) verbunden ist, der über geeignete Kuppelglieder mit einem Organ (57) gekuppelt ist, das dem Unterdruck unterliegt, der in der Ansaug- oder Einlaßleitung herrscht, wobei Anschläge (49» 5O) vorgesehen sind, um die WinkelSchwenkbewegungen dieses Hebels in der einen und der anderen Richtung zu begrenzen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer dieser Anschläge (49* 50 ) einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsmittel (52 - 55) zwischen den Betätigungshebel (46) und dem dem Unterdruck unterworfenen Organ (57) geeignet sind, einen Totgang auszuführen, derart, daß das zweite Äbschlußglied nur dann bewegt wird, wenn der Unterdruck in der Ansaug- oder Einlaßleitung einen vorherbestimmten Wert erreicht.

9» Regelvorrichtung für einen Fluiddurchsatz, insbesondere einen Durchsatz an gasförmigem Kraftstoff, in Abhängigkeit von zwei Parametern, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Abschlußorgane (42, 44) konzentrisch in einem Gehäuse (4θ) in dem Durchflußwög des zu steuernden Fluids angeordnet sind, und daß diese beiden Abschlußorgane je in Abhängigkeit von einem der Parameter steuerbar sind, wobei sie miteinander und mit dem Gehäuse zusammenwirken. -

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4θ) eine Fluid-Speiseleitung (4l)

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umschließt, die sich in einer Richtung erstreckt, und einen zylindrischen Hohlraum (4Oa), der senkrecht zu dieser Richtung liegt und die Speiseleitung schneidet; daß das zweite Abschlußorgan die Form einer zylindrischen Futterbuchse (h2) hat, in dem Hohlraum drehbar gehalten ist und an der Eintritt- oder Kreuzungsstelle mit der Speiseleitungderart geformt ist, daß sich zwei radiale, einander diametral gegenüberstehende Wandteile (43) ergeben; daß das erste Abschlußorgan die Form eines zur Futterbuchse (kz) koaxialen Zylinders {kh) hat, der drehbar in der Futterbuchse gelagert und an der Eintritt- oder Kreuzungestelle mit der Speiseleitung derart profiliert ist, daß er eine Trennwand (k5) in Durchmesserrichtung bildet; und daß jedem der Abschlußorgane Steuervorrichtungen zugeordnet sind, die es gestatten, einerseits die Winkelstellung des ersten Abschlußorgans (Zylinder hh) in Abhängigkeit von der Größe des ersten Parameters, andererseits die Winkelstellung des zweiten Abschlußorgane (drehbare Futterbuchse kZ) in Abhängigkeit von der Größe des zweiten Parameters zu ändern.

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