DE2623445A1

DE2623445A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der zusammensetzung und menge eines von einer brennkraftmaschine anzusaugenden gemisches aus brenngas und verbrennungsluft

Info

Publication number: DE2623445A1
Application number: DE19762623445
Authority: DE
Inventors: Leo Riedl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-05-25
Filing date: 1976-05-25
Publication date: 1977-12-08

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ^- Unser Zeichen Berlin und München VPA 76P 7 5 25 BRD

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Zusammensetzung und Menge eines von einer Brennkraftmaschine anzusaugenden Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Zusammensetzung oder der Menge und Zusammensetzung eines von einer Brennkraftmaschine anzusaugenden Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. 5

Bei mit flüssigem Brennstoff gespeisten Brennkraftmaschinen, z.B. in Kraftfahrzeugen, führt die unvollkommene Verdampfung des Brennstoffes und die ungleichmäßige Vermischung mit Verbrennungsluft zu unvollständiger Verbrennung und zur Emission von Schadstoffen. Ferner werden dem Brennstoff Antiklopfmittel beigemischt, wodurch sich im Abgas der Gehalt an gesundheitsgefährdenden Stoffen weiter erhöht.

Die dadurch entstehende Verschmutzung der Luft kann bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mittels eines Spaltgasgenerators vermieden werden. Ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Spaltgasgenerator ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 2 306 026 beschrieben. Hierbei wird flüssiger Brennstoff (z.B. Benzin) versprüht oder verdampft und unter Beimischung von sauerstoffhaitigern Gas (z.B.Luft) dem Reaktionsraum eines Spaltgasgenerators zugeführt. Dieses Gemisch wird dort katalytisch zu einem vollständig verbrennbaren Brenngas umgesetzt, das eine hohe Octanzahl besitzt und ohne Zugabe von Antiklopfmitteln zum Betrieb der Brennkraftmaschine benutzt werden kann..

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Zusammen mit der zur Verbrennung benötigten Luft saugt die Brennkraftmaschine das im Spaltgasgenerator erzeugte Brenngas an. In der Luftansaugleitung, die "über ein Filter ins Freie mündet, entsteht hierbei nur ein geringer Druckverlust, wogegen das durch den Spaltgasgenerator angesaugte Brenngas einen größeren Strömungswiderstand zu überwinden hat.Denn im Spaltgasgenerator werden der versprühte oder verdampfte Brennstoff und das zur Umsetzung benötigte sauerstoffhaltige Gas durch Mischer, Vorwärmer, einen Reaktionsraum mit einer Katalysatorfüllung, Kühler und andere zum Betrieb des Spaltgasgenerators nötige Vorrichtungen eingesaugt. Je mehr Brenngas bei wachsender Maschinenleistung von der Brennkraftmaschine angesaugt wird, desto größer ist der im Spaltgasgenerator auftretende Druckverlust. Mit wachsender Motorleistung sinkt daher in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine das Verhältnis von Brenngas zu Luft und die Maschine saugt ein magereres Brenngas/Luft-Gemisch an, obwohl sie bei höherer Leistung an sich ein fetteres Gemisch benötigt.

Um die Menge und Zusammensetzung des angesaugten Gemisches zu regeln, ist in der erwähnten deutschen Offenlegungsschrift eine in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine angeordnete Düse für Verbrennungsluft, eine zwischen der Düse und der Brennkraftmaschine angebrachte Drosselklappe und eine zwischen der Düse und der Drosselklappe in die Ansaugleitung einmündende Brenngasleitung vorgesehen. In die öffnung der Düse ragt ein beweglicher, den Durchtrittsquerschnitt verändernder Regelkörper hinein. Die Drosselklappe regelt hierbei den Sog in der Ansaugleitung und damit die Menge des angesaugten Gasgemisches. Die Düse und cbr in die Düse hineinragende Regelkörper bilden in der Ansaugleitung einen zusätzlichen Strömungswiderstand, über den sich die Zusammensetzung des angesaugten Gemisches verändern läßt. Zur Regelung der Zusammensetzung des Gemisches sind an dem Regelkörper Rückstellfedern so angebracht, daß der Regelkörper dem Kräftespiel zwischen den Sog der Brennkraftmaschine und der Rückstellkraft der Federn folgt. Durch Wahl geeigneter Federcharakteristiken kann der Durchtrittsquerschnitt so an den jeweils auftretenden Sog in der Ansaugleitung angepaßt werden, daß der in

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der Blendenöffnung auftretende Druckverlust für die Verbrennungsluft dem Druckverlust des Spaltgases im Spaltgasgenerator proportional ist. Man erreicht dadurch, daß sich auch bei veränderlichem Sog in der Ansaugleitung ein konstantes Verhältnis von Luft und Brenngas einstellt. Verwendet man Federn geeigneter Charakteristik, so kann man auch andere funktioneile Zusammenhänge zwischen der Zusammensetzung des angesaugten Gemisches und dem Sog der Brennkraftmaschine selbsttätig einregeln.

Der an der Düse auftretende zusätzliche Strömungswiderstand erhöht sun aber gleichzeitig den gesamten Druckverlust in dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine. Dadurch kann unter Umständen die Füllung der Brennkraftmaschine verringert werden.

Aus der britischen Patentschrift 339 251 ist eine Ansaugleitung bekannt, die sich nach Art einer Venturidüse verengt und in die an der Stelle ihrer größten Verengung eine aus dem Brenngaserzeuger kommende Brenngasleitung einmündet. Nach dem Prinzip einer Gasstrahl-Saugpumpe wird hierbei die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luft als Treibmittel für das Brenngas verwendet, wobei ferner vorgesehen ist, mehrere derartige Düsen hintereinander zu schalten. In einer derartigen Ansaugleitung ist es nicht möglich, die Zusammensetzung des angesaugten Gemisches zu beeinflußen.

Es ist auch schon eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, die der obenerwähnten, aus der DT-OS 2 306 026 bekannten Vorrichtung ähnelt, wobei jedoch die Düse als sich in Strömungsrichtung der Luft verengende Beschleunigerdüse ausgebildet und unmittelbar vor der Einmündung der Brenngasleitung angebracht ist und wobei ferner der Regelkörper so in die Düse hineinragt und an Rückstellfedern befestigt ist, daß er bei zunehmendem Sog der Brennkraftmaschine in die Düsenöffnung hinein gesaugt wird und dadurch den Durchtrittsquerschnitt der Düse verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Menge und Zusammensetzung eines von einer Brennkraftmaschine anzusaugenden Gemisches

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aus Brenngas und Verbrennungsluft entsprechend den Leistungsanforderungen an die Brennkraftmaschine so zu regeln, daß die auftretenden Druckverluste möglichst gering gehalten werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die angesaugte Verbrennungsluft als Treibmittel zur Förderung des Brenngases benutzt wird und die Treibmittelgeschwindigkeit und der Gemischdurchsatz getrennt verändert werden.

Dies kann dadurch geschehen, daß das Brenngas nach dem Prinzip einer Gasstrahlpumpe gefördert wird. Bei üblichen Gasstrahlpumpen ist die Treibmittelgeschwindigkeit eine feste Funktion des Durchsatzes, d.h. mit einer Änderung des Durchsatzes wird auf eine durch die Geometrie der Treibmitteldüsetestimmte, nicht veränderbare Weise auch die Treibmittelgeschwindigkeit geändert«. Da die Treibmittelgeschwindigkeit ihrerseits die Förderleistung bestimmt, besteht also auch ein fester Zusammenhang zwischen der Menge des Gemisches aus Treibmittel und Fördermittel einerseits und der Zusammensetzung des Gemisches andererseits. Bei einer Brennkraftmaschine, die mit einem Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft gespeist werden soll, muß die Menge und Zusammensetzung des Gemisches jedoch auf eine Weise geregelt werden, die von den Motoreigenschaften abhängt und im allgemeinen mit einer üblichen Gasstrahlpumpe nicht erreicht werden kann. Erfindungs gemäß ist daher vorgesehen, die Treibmittelgeschwindigkeit und den Gemischdurchsatz getrennt voneinander zu verändern. So kann z.B. die Treibmittelgeschwindigkeit,d.h. die Geschwindigkeit des Treibmittels in der Treibmitteldüse, durch eine Veränderung der Düsengeometrie geändert werden und unabhängig davon der Durchsatz durch eine Drosselvorrichtung am Einlaß der Brennkraftmaschine beeinflußt werden.

Vorteilhaft werden die Treibmittelgeschwindigkeit und dar Durchsatz in Abhängigkeit von der Maschinenleistung verändert. Sie können aber auch in Abhängigkeit von einem Gashebel verändert werden, um damit die Mass hinenleJstung zu regeln.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Regelung der Gemischzusammensetzung eine das Brenngas ansaugende Gasstrahlpumpe verwendet, deren Treibmitteldüse einen veränderlichen Durchtrittsquerschnitt aufweist. So führt beispielsweise eine Verengung des Durchtrittsquerschnittes der Treibmitteldüse dazu, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten Verbrennungsluft in der Treibaitteldüse erhöht und von der Gasstrahlpumpe daher größere Brenngasmengen angesaugt werden. Es entsteht dann ein fetteres Gemisch.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zur Regelung der Gemischmenge eine in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine zwischen der Gasstrahlpumpe und der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe verwendet.

Diese beiden Verfahrensvarianten lassen sich zu einem Verfahren

vereinen, bei dem - ausgehend von maximaler MascHnenleistung -bei abnehmender Maschinenltistung der Durchtrittsquerschnitt der Treibmitteldüse zunächst vergrößert und die Drosselklappe vollständig geöffnet gehalten wird, bei weiterem Abnehmen der Maschinenleistung unter einen vorgegebenen mittleren Wert dedoch der Durchtrittsquerschnitt der Treitaitteldüse wieder verringert und die Drosselklappe allmählich geschlossen wird. Ein geringer Durchtrittsquerschnitt bei geöffneter Drosselklappe be- wirkt nämlich eine hohe Treilamittelgeschwindigkeit in der Düse, die zur Entstehung eines fetten Gemisches führt. Mit diesem Gemisch kann die Brennkraftmaschine maximale Leistung erbringen; durch Vergrößerung des Durchtrittsquerschnittes(immer noch bei geöffneter Drosselklappe) wird das Gemisch abgemagert und es kann daher auch nur eine geringere Maschinenleistung erbracht werden. In diesem Bereich findet also eine Qualitätsregelung statt. Der relativ geringe Strömungswiderstand der Treibmitteldüse führt dabei praktisch zu keiner Verringerung des Füllgrades der Brennkraftmaschine. Unterhalb des vorgegebenen mittleren Leistungs- wertes wird nun die Drosselklappenöffnung und damit die Gemischmenge zunehmend verringert (Quantitätsregelung), wobei gleichzeitig der Durchtrittsquerschnitt der Treibmitteldüse ebenfalls

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verringert wird, um die von der Durchsatzabnahme hervorgerufene Abnahme der Treibmittelgeschwindigkeit teilweise auszugleichen und zu verhindern, daß das angesaugte Gemisch zu sehr abgemagert wird.

Vorteilhaft kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß bei dem vorgegebenen mittleren Leistungswert ein Gemisch angesaugt wird, dessen Brenngasanteil knapp über der unteren ZUndgrenze (mageres Gemisch) liegt. Bei diesem mittleren Leistungswert weist der Durchtrittsquerschnitt der Treibmitteldüse seinen größten Wert auf. Bei allen anderen Maschinenleistungen wird der Durchtrittsquerschnitt verringert, und damit der Brenngasanteil gesteigert. Daher kann der Brenngastnteil dann nicht unter die untere ZUndgrenze absinken und gleichzeitig steht für die Qualitätsregelung ein Regelbereich zur Verfügung, bei dem der Brenngasgehalt des Gemisches nicht die Grenze übersteigt, die im Hinblick auf eine geringe Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden im Abgas eingehalten werden sollte.

Vorteilhaft kann ferner bei hoher Maschinendrehzahl und verschwindender Maschinenleistung (z.B. Motorbremsungen oder Talfahrten im Kraftfahrzeug) die Drosselklappe vollständig oder nahezu vollständig geschlossen und gleichzeitig ein Nebeneinlaß zum Zuführen eines brennstoffreien Gaees (z.B. Frischluft) geöffnet werden. Dadurch wird ein überdrehen des Motors sowie ein zu starker Unterdruck im Verdichtungsraum der Brennkraftmaschine vermieden, der zum Ansaugen von Schmieröl führen könnte.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung geeignet mit- einer zur Brennkraftmaschine führenden, eine Düse enthaltenden Ansaugleitung für die Verbrennungsluft, einer zwischen der Düse und der Brennkraftmaschine angebrachten Drosselklappe, einer zwischen der Düse und der Drosselklappe in die Ansaugleitung einmündende Brenngasleitung und einem in die Düsenöffnung ragende, beweglichen, den Durchtrittsquerschnitt der Düse verändernden Regelk^-^per. Bei dieser Vorrichtung ist der

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die Düse und die Einmündung der Brenngasansaugleitung enthaltende Teil der Ansaugleitung derart als Gasstrahlpumpe für das Brenngas ausgebildet, daß die Düse die Treibmitteldüse bildet und unmittelbar an der Einmündung der Brenngasleitung angebracht ist, und ferner der von dem Regelkörper freig*r gebene Durchtrittsquerschnitt der Düse veränderbar. Vorteilhaft verengt sich die Düse hierbei trichterförmig in Strömungsrichtung der Ansaugluft und der Regelkörper ist tropfenförmig ausgebildet und in Strömungsrichtung in die trichterförmige Düse hinein bewegbar.

Um mit dieser Vorrichtung ein fetteres Gemisch zu erzeugen, wird erfindungsgemäß die Treibmittelgeschwindigkeit (Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft in der Treibmitteläüse) erhöht. Dies geschieht dadurch,daß der Regelkörper in die Düsenöffnung hineinbewegt, also der Durchtrittsquerschnitt der Düse verringert wird. Dadurch erhöht sich der Sog in der Brenngasleitung. Zur Erzeugung eines magereren Gemisches wird umgekehrt der Regelkörper aus der DUsenöffnung herausbewegt, d.h. der Durchtrittsquerschnitt der Düse vergrößert.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Vorrichtung ist zur Führung des tropfenförmigen Regelltörpers eine Hubstange vorgesehen, die mit dem freien Ende eines um einen festen Achsbolzen bewfglichen Hebel verbunden ist. Am Gashebel oder einem mit dem Gashebel verbundenen Gestänge ist ferner ein Gleitbolzen angeordnet, der in eine am Hebel angeordnete Führung eingreift. Diese Führung ist hierbei so ausgebildet, daß der Regelkörper in einem von der Stellung des GastebeTs abhängigen Ausmaß in die trichterförmige Düsa hineinragt. Ferner kann vorteilhaft ein gegebenenfalls mit dem Gashebel verbundenes Gestänge vorgesehen sein, über das die Drosselklappe nur im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine kraftschlüssig mit den Regelkörper gekoppelt ist.

Vorteilhaft ist die Brenngasleitung mit dem Auslaß eines Spaltgasgenerators verbunden. Die Erfindung ist Jedoch nicht auf den Betrieb einer Brennkraftmaschin- mit einem Spaltgasgenerator be-

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schränkt. Vielmehr kann sie aus dazu verwendet werden, um andere Brenngase, beispielsweise auch in einem Vorratsbehälter bereit gehaltenes, auf konventionelle Weise vergastes, verdampftes oder vernebeltes Benzin, der Brennkraftmaschine zuzuführen.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Ansaugleitung 1, in welche durch ein Luftfilter 2 hindurch Frischluft in Richtung des Pfeiles 3 und durch einen seitlichen Ansatzstatzen 4 Brenngas in Richtung des Pfeiles 5 einströmt. Der Anaatzstutzen 4 ist vorzugsweise über eine Brenngasleitung mit dem Auslaß eines Spaltgasgenerators verbunden. Das Gemisch aus Luft und Brenngas wird in Richtung der Pfeile 6 vom Sog einer an die Ansaugleitung angeschlossenen Brennkraftmaschinen angesaugt. Unmittelbar an der Einmündung des AnsatzStutzens 4 für die Brenngasleitung ist eine sich in Strömungsrichtung der Luft tpichterförmigeverengende Düse 8 angeordnet, in die von dem erweiterten Trichterende her ein tropfenförmiger Regelköpper 9 hineinragt. Dieser Regelkörper ist in Strömungsrichtung der Luft, d.h. in Längsrichtung der Ansaugleitung, beweglich, wie durch die gestrichelt gezeichneten Linien 10 und 11 angedeutet ist, die verschiedenen Stellungen des Regelkörpers entsprechen. Der Teil der Ansaugleitung, der die Düse und die Einmündung der Brenngasleitung enthält, ist also nach dem Prinzip eines Gasstrahlpumpe ausgebildet, wobei deren öffnungequerschnitt durch die Stellung des Regelkörpers veränderbar ist.

Das Luftfilter 2 wird von einem porösen Hohlyylinder gebildet, der (das Rohr der Ansaugleitung forsetzend) über die Düse 8 hinausragt. Der Hohlzylinder 12 wird von zwei zylindrischen Metallgittern 13 und 14 gehalten, die an der Luftansaugleitung befestigt sind und einen abschließenden Deckel 15 tragen. An diesem Deckel ist ein Führungsrohr 16 angeschweißt, das zur Führung einer Hubstange 17 dient. Diese Hubstange 17 trägt den Regelkörper 9 und ermöglicht dessen Verschiebung in Längsrichtung der Ansaugleitung.

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An der Luftansaugleitung ist ein fester Haltearm 20 angebracht, der gelenkig mit einer Stange 21 verbunden ist, dessen freies Ende 22 den Gashebel der Brennkraftmaschine bildet. Ferner trägt der Haltearm 20 einen Achsbolzen 23, um den ein Hebel 24 schwenkbar ist. Am freien Ende des Hebels ist eine Nut 25 vorgesehen, in die ein Stift 26 der Hubstange 17 eingreift. Der Hebel weist ferner einen Führungsschlitz 28 auf, in den ein an der Stange 21 befestigter Gleitbälzen S9 eingreift.

Um eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine zu bewirken, kann der Gashebel22 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 30 bewegt werden. Die Leerlaufstellung 32 bzw. die Vollgasstellung 33 des Gashbels wird hierbei durch Stellschrauben 34 und 35 begrenzt. Der Führungsschlitz 28 am Hebel 24 ist gewinkelt und so ausgebildet, daß bei der in der Fig. 1 gezeigten Stellung des Gashebels der Gleitbolzen 29 sich am Scheitelpunkt des Winkels befindet und der Regelkörper 9 über die Hubstange 17 maximal aus der Düse 8 herausgezogen ist. Bei dieser Stellung hat also der Durchtrittsquerschnitt der Düse seinen größten Wert. Bei Verringerung oder Steigerung der Motorleistung, d.h. bei nachgebendem oder verstärktem Druck auf den Gashebel 22, wird der Regelkörper in die Düse hineingeschoben und damit der Durchtritt squer schnitt der Düse verkleinert.

In der Ansaugleitung ist zwischen der Einmündung der Brenngas leitung und der Brennkraftmaschine eine Drosselklappe 38 angeordnet, die mit einer Stange 39 gelenkig verbunden ist. Zwischen den Stangen 21 und 39 besteht eine kraftschlüssige Verbindung. Diese wird dadurch hergestellt, daß an der Stange 21 ein Hohlzylinder 42 gelenkig befestigt ist, in dem das freie Ende der Stange 39 verschiebbar ist. Im Hohlzylinder ist ferner eine auf Druck beanspruchte Spiralfeder 41 vorgesehen, die zwischen einem Anschlagte11»r 40 am freien Ende der Stange 39 und einem am Zylinder angeschraubten Anschlagteller 43 eingespannt ist.

Wird nun der Gashebelvon der Leerlaufstellung 32 bis zu der in der Fig. 1 gezeigten Mittelstellung durchgetreten, so wird die Drosselklappe durch den Federdruck auf die Stange 39 bis zu ihrer maximalen Stellung geöffnet. Mit der Drosselklappe Jst

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jedoch ein Arm 44 starr verbunden, der bei maximaler Drosselklappenöffnung auf einen festen Anschlag 45 drückt. Wird der Gashebel nunmehr weiter durchgetreten, so kann die Drosselklappe nicht weiter bewegt werden, vielmehr wird die Spiralfeder 41 nunmehr stärker auf Druck beansprucht und die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Stange 21 und der Drosselklappe 38 unterbrochen.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine 50, deren Ansaugleitung 51 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ausgebildet ist. Zwischen der Drosselklappe 52 und der Brennkraftmaschine 50 ist zusätzlich ein Nebeneinlaß 53 für Frischluft vorgesehen, der durch einen Ventildeckel 54 verschließbar ist. Dieser Ventildeckel ist an einem Hebel 55 befestigt, der eine Führungsstange 56 trägt. Diese ragt in einen mit dem Gashebel 57 verbundenen Zylinder 58 so ein, daß nur in dem Falle, in dem auf den Gashebel keinerlei Druck ausgeübt wird, der Hebel 55 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 58 bewegt und der Ventildeckel 54 aus dem Nebeneinlaß herausgezogen wird. Bei dieser Stellung des Gashebels ist jedoch die Drosselklappe 52 ganz geschlossen, wobei eine weitere Feder 59 vorgesehen ist, um den Druck abzufangen, der\on dem Gashebel 57 auf de Drosselklappe 52 ausgeübt wird.

Die mit dieser Anordnung mögliche vollständige Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine ist zwar zum Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem Spaltgasgenerator in der Regel nicht vorteilhaft, da hierbei die Reaktion im Reaktionsraum des Spaltgasgenerators unterbrochen würde und dort die Temperatur unter die zur kataljrfcischen Umsetzung nötige Umsetzungstemperatur absinken könnte. Sie ist jedoch vorteilhaft, wenn als Brenngas ein auf konventionelle Weise vergaster, verdampfter oder versprühter Brennstoff, z.B. Benzin, verwendet wird. Bei der in der Fig. 2 gezeigten Anordnung ist die Brenngasleitung 60 mit einem Vergaser 61 verbunden, der aus einem Vorratsraum 62 besteht, der über eine Benzinleitung 63 und ein handelsübliches Schwimmerventil 64 mit einem Benzintank 65 verbunden ist, um den Vorrats-

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raum 62 stets zu etwa einem Drittel bis einem Vierteil mit Benzin gefüllt zu halten. Über eine Umwälzpumpe 66 wird ständig ein Teil des vorrätigen Benzins dem Vorratsraum 62 entnommen und Über eine Zerstäuberdüse 67 wieder in vernebelter Form zugeführt. Der Vergaser weist ferner eine Überdruckleitung 68 auf, die in die Atmosphäre mündet und ein Luftfilter 69 und ein Benzinauffangfilter 70 enthält. Mit dieser Überdruckleitung und weiteren geeigneten Mitteln (z.B. Kühlrosten) kann das Entweichen von Brennstoffnebeln in die Atmosphäre verhindert werden.

In Fig. 3 sind die Durchflüsse an Luft und Brenngas sowie der Unterdruck an der Einmündung der Brenngasleitung in Abhängigkeit von der Stellung des Regelkörpers wiedergegeben. Das Brenngas steht hierbei unter Atmosphärendruck an der Brenngasleitung an. Als Abszisse ist die Länge L des in die Ansaugleitung ragenden Teiles der Hubstange aufgetragen. Kleinen Abszissenwerten entsprechen also große Durchtrittsquerschnitte der Treibmitteldüse und umgekehrt.

Bei einem geringen Unterdruck in der Ansaugleitung, z.B. bei niedrigen Umdrehungszahlen und/oder bei weitgehend geschlossener Drosselklappe, nimmt die durch die Treibmitteldüese angesaugte Luftmenge (gemessen in Vdumen/Std., linke Ordinate) gemäß Kurve 81 ab, je stärker der Regelkörper in die Düsenöffnung hinein bewegt wird. Die aus einem an die Brenngasleitung Spaltgasgenerator geförderte Brenngasmenge jedoch nimmt entsprechend der Kurve 82 zu. Mit der Kurve 83 ist der Unterdruck in der Brenngasleitung, gemessen in mm Wassersäule (rechte Ordinate), angegeben. Die Kurven 84, 85 und 86 entsprechen den Werten, die bei größerem Unterdruck in der Ansaugleitung gefunden werden.

Wie man Fig. 3 durch Addition der Kurven 81 und 82 bzw. 83 und 84 entnimmt, ist die Geaamtmenge des angesaugten Gemisches (Luft und Brenngas) nahezu unabhängig von der Stellung des Regel-r körpers, jedoch ungefähr proprotional dem Sog in der Ansaugleitung, der mittels der Drosselklappe regelbar ist. Die Gemischmenge kanntalso durch öffnen der Drosselklappe vergrößert bzw. durch

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Schließen verringert werden. Die Gemischzusammensetzung jedoch wird dadurch geregelt, daß der Regelkörper weiter in die DUsenöffnung hineingeschoben wird. Dadurch wächst die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft in der Treibmitteldüse und folglich auch die angesaugte Brenngasmenge.

Im weiteren wird angenommen, daß im Spaltgasgenerator ein Brenngas erzeugt wird, das bei einem Verhältnis ^ «8,5 von Verbrennungsluftmenge zu Spaltgasmenge stöchiometrisch verbrennt und bei«^^ 11,5 noch zündfähig ist. Bei einer auf der Abszisse durch den Punkt 90 charakterisierten'Stellung des Drosselkörpers erhält man bei niedrigem Sog in der Ansaugleitung(niedrige Drehzahl und/oder kleine Drosselklappenöffnung) ein Verhältnis c^« 9,8, welches innerhalb dieses Bereiches liegt. Bei hohem Sog dagegen ergibt sich aus den Kurven 83 und 84 ein Wert <^" 7,6 ; das angesaugte Gemisch ist nun so fett, daß keine vollständige Verbrennung des Brenngases mehr stattfindet. Bei unverändertem Durchtrittsquerschnitt der Düse kann also die Gemischzusammensetzung nicht so eingeregelt werden, daß sie in» günstigen Betriebsbereich für die Brennkraftmaschine bleibt.

Verkleinert man den Durchtrittsquerschnitt der Düse (wachsende Übszissenwerte) bei festem Unterdruck in der Ansaugleitung, so erhält man am Punkt 91, bei niedrigem Unterdruck etwa einen Wert ot= 4,6 (Kurven 81 und 82) und bei hohem Unterdruck d* - 3_t8 (Kurven 83 und 84). Der Luftanteil im Gemisch ist also etwa halbiert, das Gemisch viel zu fett. Zieht man umgekehrt den Regelkörper aus der Düse heraus so wächst der Luftanteil und überschreitet die Grenze der Zündfähigkeit (Vergrößerung des Düsenquerschnittes).

Daraus ergibt sich folgende vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Regelverfahrens:

Bei mittlerer Maschinenleistung und mittlerer Drehzahl erzeugt die Brennkraftmaschine in der Ansaugleitung einen mittleren Unterdruck. Die Drosselklappe ist vollkommen geöffnet (der Unterdruck wird

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also nicht gedrosselt) und der Regekörper aus der Düsenöffnung soweit herausgezogen, daß deren DurchtrittBquerschnitt seinen maximalen Wert aufweist und ein Gemisch ansaugt, das in Nähe der unteren Zündgrenze liegt. Bei Steigerung der Maschinenleistung wird durch Einschieben des Regelkörpers der Durchtrittsquerschnitt verringert, während die Drosselöffnung ganz geöffnet bMbt. Entsprechend der nun wachsenden Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft in der Treibmitteldüse wächst der Unterdruck in der Brenngasleitung , wodurch sowohl der mit steigendem Brenngasdurchsatz steigende Strömungswiderstand eines Spaltgasgenerators ausgeglichen wie auch das Gemisch angereichert werden kann (Qualitätsregelung). Fällt die Maschinenleistung aber unter den mittleren Wert, so wird der Regelkörper ebenfalls zunehmend in die Düsenöffnung hiaeingeschoben, jedoch gleichzeitig die Drosselklappe allmählich geschlossen. Dadurch wird ein immer noch zündfähiges Gemisch erzeugt, dessen Meng· jedoch gedrosselt und dsm Brennstoffbedarf der Brenkraftmaschine angepaßt ist (Qualitätsregelung) .

Mit dieser Erfindung kann auch die Leistung der Brennkraftmaschine geregelt werden. So kann z.B. beim Schubbetrieb eines Kraftfahrzeugmators (Motorbremsung oder Talfahrt) trotz der hohen Drehzahl di· Zufuhr des Brenngas/Luft-Gemisches sowiit reduziert werden, daß der Motor nicht unberdreht wird.

13 Patentansprüche
3 Figuren

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1./Verfahren zur Regelung der Zusammensetzung oder der Menge und Zusammensetzung eines von einer Brennkraftmaschine anzusaugenden Gemisches, aus Brenngas und Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, daß die angesaugte Verbrennungsluft als Treibmittel zur Förderung des Brenngases benutzt wird und die Treibmittelgeschwindigkeit und der Gemischdurchsatz getrennt verändert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Treibmittelgeschwindigkeit und der Durchsatz in Abhängigkeit von der Maschinenleistung verändert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmittelgeschwindigkeit und der Durchsatz in Abhängigkeit von einem die Maschineileistung regelnden Gashebels verändert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Gemischzusammensetzung eine das Brenngas ansaugende Gasstrahlpumpe verwendet wird, deren Treibmitteldüse einen veränderlichen Durchtrittsquerschnitt aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Gemischmenge eine in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine zwischen der Gasstrahlpumpe und der Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe verwendet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß - ausgehend von maximaler Maschinenleistung - bei abnehmender Maschinenleistung der Durchtrittsquerschnitt der Treibmitteldüse zunächst vergrößert und die Drosselklappe vollständig geöifnet gehalten wird und daß bei weiterem Abnehmen der Maschinenleistung unter einen vorgegebenen mittleren Wert der Durchtritts-

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querschnitt der Treibmitteldüse wieder verringert und die Drosselklappe allnählich geschlossen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem vorgegebenem mittleren Wert ein Gemisch angesaugt wird, dessen Brenngasanteil knapp über der unteren ZUndgrenze liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daB bei hoher Maschtiendrehzahl und verschwindender Maschinenleistung die Drosselklappe vollständig oder nahezu vollständig geschlossen und ein Nebeneinlaß zum Zuführen eines brennstoffreien Gases zur Brennkraftmaschine geöffnet wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung ds s Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer zur Brennkraftmaschine führenden, eine Düse enthaltenden Ansaugleitung für die Verbrennungsluft, einer zwischen der Düse und der Brennkraftmaschine angebrachten Drosselklappe, einer zwischen der Düse und der Drosselklappe in die Ansaugleitung einmündenden Brenngasleitung und einem in die Düsenöffnung ragenden, beweglichen, den Durchtrittsquerschnitt der Düse verändernden Regekörper, dadurch gekennzeichnet, daß der die Düse (8) und die Einmündung der Brenngmeleitung (4) entartende Teil der Ansaugleitung (1) derart als Gasstrahlpumpe für das Brenngas ausgebildet ist, daß die Düse (8) die Treibmitteldüse bildet und unmittelbar an der Einmündung der Brenngasleitung angebracht ist, und daß der von dem Regelkörper (9) freigegebene Durchtrittsquerschnitt der Düse veränderbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine sich in Strömungsrichtung der Ansaugluft trichteförmig verengende Düse (8) und einen tropfenförmigen, in Strömungsrichtung in die trichterförmige Düse hineinbewegbaren Regelkörper (9).

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des tropfenförmigen Regelkörpers (9) eine Hubstange (17) vorgesehen ist, daß diese Hubstange mit dem freien Ende eines um

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einen festen Achsbolzen (23) beweglichen Hebels (24) verbunden ist, daß am Bashebel (22) oder einem mit dem Gashebel verbundenen Gestänge ein Gleitbolzen (29) angeordnet ist, daß dieser Gleitbolzen in eine am Hebel (24) angeordnete Führung (28) eingreift und daß diese Führung so ausgebildet ist, daß der Regelkörper (9) in einem von der Stellung des Gastobeis abhängigen Ausmaß (10, 11) in die trichterförmige Düse (8) hineinragt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (38) !Über ein gegebenenfalls mit dem GasMbel verbundenes Gestänge nur im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine kraftschlüssig mit dem Regelkörper gekoppelt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngasleitung mit dem Auslaß eines Spaltgasgenarators verbunden 1st.

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