-
Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Brennstoff-
-
gemischaufberei tung für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Brennstoffgemischaufbereiüung für Verbrennungsmotoren zur Erhöhung
des NuWzungsgrades des Brennstoffes und zum Verbessern der Abgasentgiftung lurch
Vergasen des flüssigen Brennstoffes mit reinem oder fast reinem Sauerstoff in einer
spezielien Vergasungseinrichtung.
-
Die Erfindung betrifft ferner' eine bevorzugt ausgeführte Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
-
Es ist bekannt, daß ein ideales Brennstoffgemisch dann vorliegt, wenn
eine chemisch homogene Mischung aus reinem Sauerstoff (0-) und dem zu oxidierenden
Brennstoff (Benzin) in einem chemisch noch reaktionsgünstigen Verhältnis vorliegt
das sehr genau dosiert werden- muß. Da Sauerstoff unter üblichen Umweltsbedingungen
auf der Erde im gasförmigen Aggregatzustand vorliegt, muß auch der Brennstoff Vergast,
-d.h. nicht verspritzt oder vernebelt, sondern in einem gasförmigen Zustand, vorliegen,
um homogen mit dem Sauerstoff vermischt werden zu können.
-
Bei der Zündung eines solchen ideal und genau dosierten Brennstoff-Reinsauerstoff-Gemisches
setzt eine totale Verbrennung des Brennstoffes ein, dessen Verbrenpungsgrad nicht
mehr verbessert werden kann dnd so die maximal aus einer Verbrennung erhältliche
Energie zur Verwertuny bereitstellt. Außerdem liefert die Oxidation eines solchen
Gemisches als Oxidationsprodukt nur "gesättigte" Brennstoffoxide als "Asche" im
Abgas. Da "gesättigte" Oxide aus Verbrennungen * (gemeinhin CO2) chemisch fest gebundene
Verbindungen darstellen, die schwer auflösbar sind, ist das Ver brennungsprodukt
nicht toxisch. Die Verbrennung eines Idealgemisches wird also die Umwelt von giftigen,
"ungesättigten" Oxiden befreien (CO und div. Stickstoffoxide).
-
Die bisher bekannten Einrichtungen zur Aufbereitung von Brennstoffgemi
schen, wie Vergaser oder Elnspritzsysteme, erzielen kein ideales Brennstoffgemi
sch, da 1. die Verbrennung mit Luft durchgeführt wird, dient nur ca. 25 % Sauerstoff
enthält; 2. der Brennstoff nicht vergast, sondern nur mechanisch
in
möglichst kleine Tröpfchen zerstäubt oder vernebelt wird; 3. keine ausreichende
Mischeinrichtung zur wenigstens homogenen Vermischung der nicht ideal vorliegenden
Mischpartner nach 1. und 2. vorhanden ist und 4. die Eirennstoffdosierung nicht
exakt und genau genug an die Verbrennungsmaschine anpaßbar durchgeführt wird.
-
Die wirksamsten Verbesserungen liegen jedoch in den unter 1. und 2.
genannten Gesichtspunkten. Wenn z.B. dem Verbrennungsmotor nur Sauerstoff zugeführt
würde, so könnte dadurch allein schon die Mindestmenge Brennstoff zur Zündfähigkeit
auf ein Viertel gesenkt werden, was damit bei Fahrzeugen den Leerlauf- bzw. Bergabfahrtverbrauch
auf ca. 25 570 reduzieren würde. Außerdem würde sich eine um 15 % effektivere Verbrennungsausbeute
ergeben.
-
Hinzu kommt noch eine viel bessere Steuerbarkeit der Motoren durch
die Brennstoffdosierung, so daß Drossel steuerungen entfalien und bessere Kompressionen
erzielt werden könnten. Bei einer wirklichen Vergasung des Brennstoffes und homogener
Mischung mit dem reinen Sauerstoff würde die Mindestbrennstoffmenge zur Zündfähigkeit
nochmals um den Faktor 1,8 bis 2,5 gesenkt werden können, vOöbei die Verbrennungsausbeute
um weitere 15 bis 20 % gesteigert werden könnte, da in diesem Zustand praktisch
jedes Brennstoffmolekül seinen Oxi dat-ionspartner findet.
-
Die Anwendung eines vergasten, homogenen Brennstoffgemisches mit
reinem oder fast reinem Sauerstoff bringt also eine ßrennstoffeinsparung um 20 bis
30 %, verbunden mit einer beachtlichen Umweltentlastung durch "saubere"
Abgase,
während eine einwandfreie Dosierung des Brennstoffes weitere 5 bis 10 % Brennstoffeinsparung
ergibt und die günstigen Leerlaufverhältnisse nochmals 3 bis 5 % (bei Nich-tabschalten
des Motors) an Einsparungen erbringen können.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die o.g. Verbesserungen
der Brennstoffausbeute und Abgasentgiftung erzielt werden können.
-
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ein Verfahren zur Brennstoffgemisch
aufbereitung für Verbrennungsmotoren zur Erhöhung des Nutzungsgrades des Brennstoffes
und zur Verbesserung der Abgaseigenschaften lurch Vergasung des flüssigen. Brennstoffes
mit reinem oder fast reinem Sauerstoff in einer Vergasungseinrichtung vorgeschlagen,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß daß atmosphärische Luft einem Sauerstoffausscheidegerät,
beispielsweise auf der Basis eines Zentrifugalabscheiders, zugeführt wird und der
darin gewonnene reine oder fast reine Sauerstoff einer Vergasungs-Einspri tz-Vermischungseinrichtung
zugeführt wird, wobei der Brennstoff in Abhängigkeit von den Zustandsparametern
mittels einer elektronisch sehr genau geregelten Brennstoffdosiereinrichtung dosiert,
danach auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher in Abhängigkeit des .im Vermengungsraum
der Maschine herrschenden Druckes eine Vergasung eintritt und anschließend der Vergasungs-Ei
nspri tz-Vermi schungseinrichtung zugeführt wird.
-
Zur Durchführung des erfindungsgemaßen- Verfahrens wird ferner eine
Vorrichtung vorgeschlagen, gekennzeichnet durch ein mit einem Luftansaugstutzen
versehenes Sauerstoffabscheide- bzw.-sortiergerät mit einer durch eine Abgasturbine
angetriebenen Zentrifuge und mindestens einer Sortierstufe für den auszuschei denden
Sauerstoff, an welches Gerät eine 0 -Leitung angeschlossen ist, die zu einer Vergasungs-Ei
nspri tz-Vermischungseinrichtung führt.
-
Mit dem erfindungsgemäßen. Verfahren und der hierzu angegebenen Vorrichtung
werden
wesentliche Verbesserungen bei der Brennstoffgemi schaufbereitung erzielt, die dari.i
bestehen, daß 1. durch das Sauerstoffabscheidegerät aus der Luft der zur Brennstoffvermischung
benötigte reine oder nahezu reine Sauerstoff mit einfachen Mitteln zur Verfügung
gestellt werden kann, daß 2. durch die -Vergasungs-Einspritz-Vermischungseinheit
eine besonders gute und wirksame Vermischung des Brennstoffs (Benzin, Alkohol, Dieselöl,
Kerosin) in Gasform verwirklicht und mit dem reinen oder nahezu reinen Sauerstoff
homogen vermischt wird und daß 3. durch die sehr genaue elektronisch geregelte Brennstoffdosiereinheit
eine gute Anpassung an die Verbrennungsmaschine erzielt werden kann.
-
Durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird eine Geräteanordung
bereitgestellt, die die Herstellung eines idealen Brennstoffgemisches ermöglicht.
Die Vorrichtung kann hierbei sowohl bei neuen Verbrennungsmotoren, beispielsweise
in Kraftfahrzeugen, eingesetzt als auch bei vorhandenen Verbrennungsmotoren nachgerüstet
werden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet auch rationell, da bei Verwendung
des reinen oder nahezu reinen Sauerstoffs lediglich etwa ein Viertel des zur Zeit
benötigten Hubvolumens der Verbrennungsmaschine benötigt würde, bei denen 75 % der
restlichen Luftanteile für die ähnliche Verbrennungsleistung als Ballast mitverarbeitet
werden müssen.
-
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bei Durchführung des Verfahrens
das angestrebte ideale Brennstoffgemisch erhalten. Hierbei kann die
Kombination
der Einzelteile der Vorrichtung zu einer Gesamtheit oder meh-.
-
reren Teileinheiten in verschiedener Zusammenfabsung variiert und
damit auch der Einsatz relativ lelcht angepaßt werden.
-
Anhand der Zeichnung soll am Beispiel einer bevorzugten Vorrichtung
das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert werden.
-
Die Zeichnung zeigt einen schematisch dargestellten Gesamtplan der
Vorrichtung gemäß der Erfindung.
-
Wie sich aus der Zeichnung ergibt, weist die Vorrichtung gemäß der
Erfindung ein Sauerstoffabscheidegerät 1 auf, welches mit einem Luftansaugstutzen
2 verbunden ist, in dem sich eine steuerbare Luftklappe 3 befindet.- Die Luft wird
in Richtung der Pfeile 4 angesaugt..
-
Das Sauerstoffabscheidegerät besteht aus einem Zyklonabscheider mit
einer besonders aufgebauten Zentrifuge 5, in welcher sich gesteuerte Ventile befinden.
Die Zentrifuge 5- .ist über eine hohle Welle 6 mit einer Abgasturbine 7 verbunden,
die vom Abgas einer im Prinzip dargestellten Verbrennungskraftmaschine 8 über die
Einströmöffnung 9 durch die Abgase, die an den Turbinenschaufeln 10 angreifen, in
Umdrehung versetzt wird.
-
Die Abgase strömen dann über den Stutzen 11 der Auspuffanlage zu.
-
Bekanntlich setzt sich Luft aus ca. 75 370 Stickstoff (N2), 22 % Sauerstoff
(O2), 2 % Kohlendioxid (CO ) und restlich verschiedenen Edelgasen zusammen. Von
den Komponenten stellt Kohlendioxod (CO2) bereits ein"Verbrennungsprodukt" dar,
und die Edelgase gehen praktisch keine chemischen Verbindungen ein. Das Sauerstoffabscheidegerät
arbeitet nun auf der Basis der verschiedenen Molekulargewichte und der ungleichen
Dichte der Luftbestandtei le, die durch die rotierende Zentrifuge voneinander sortiert
werden. Dabei spielt die veränderliche Luftzusammensetzung für die Fùnktion des
Gerätes keine Rolle, da es die Moleküle mit dem Dichteverhältnis
von
Sauerstoff (O2) zu den' anderen Bestandteilen aussortiert, gleichgültig, in welcher
Zusammensetzung die Gesamtluftmenge vorliegt. Die Verwendung des Dichteverhältnisses
zur Sortierung eliminiert auch die Dichteänderung mit der Temperatur und der Erdanziehung.
Der mechanische Antrieb des Sauerstoffabscheidegeräts, der über die Abgasturbine
erfolgt, erhöht durch die Sortierung den Druck des in die im folgenden noch näher
zu beschreibenden Mischkammer strömenden Sauerstoffes, so daß außer den Eigenleistungen
des Gerätes die in der Sortierung enthaltene Leistung der Verbrennungsmaschine wieder
zufließt, die eine geringe Aufladung erfährt.
-
Die für die Sortierung aufzubringende Verlustleistung liegt bei Auslegung
der Sortierung für die heutigen Motoren bie ca. 3 % der Maschinenlestung.
-
Bei kleineren Hubräumen wird die Verlustleistung auf ca. 1 % zurückgehen.
-
Insgesamt gesehen liegt aber auch schon im augenblicklichen Zeitpunkt
die benötigte Sortierleistung im Verhäitnis zu dem Nutzen der Einsparung bei 1 :
5, d.h. sie ist außerordentlich günstig.
-
Die gesamte Antriebsleistung, die das Sauerstoffabscheidegerät benötigt,
liegt bei 10 % der Verbrennungsmotorleistung und damit zweifellos im Bereich der
für Abgpsladesysteme üblithen Leistungen.
-
Das Sauerstoffabscheidegerät wird also mit der bei 7 in Fig. 1 dargestellten
Abgasturbine angetrieben, wodurch die Anordnung auf der hohlen Weile 6 eine Vereinfachung
des gesamten Triebsystems mit sich bringt.
-
Der durch Spezialventile abgeschiedene und durch die hohle Welle 6
strömende Sauerstoff kühlt das Turbinenrad mit den Schaufeln 7 und wird dabei leicht
aufgeheizt, was für das weitere Verbrennungsverfahren besonders nützlich ist.
-
Die anderen Bestandteile, insbesondere der Stickstoff (N ), wird durch
die Öffnungen 12 bzw. 13 am Sauerstoffabscheidegerät wieder zurück in die Atmosphäre
geleitet.
-
Da das Sauerstoffabscheidegerät prinzipiell in der Lage ist, al le
~ Luftbestandteile zu sortieren, müßte für jede Komponente eine Sortierstufe vorhanden
sein, was jedoch aufgrund ökonomischer Über:legungen und Versuchsergebnisses wegen
des Einflusses von ca. 5 %, bezogen auf 100 % Luftanwesenheit von Nichtsauerstoffen,
keinen merklichen Einfluß auf das Verfahren ausübt. Es genügt daher, nur eine Sortierstufe
vorzusehen; Diese Stufe sortiert ca. 75 % Stickstoff aus und läßt für das Brennstoffgemisch,
bezogen auf die urspr0nglich 100 % Luft, 22 g70 Sauerstoff, 2 % Kohlendioxid und
1 % Restedelgase passieren. Damit beträgt die Unreinheit des nahezu reinen Sauerstoffs
ca. 14 % gegenüber 355 % bei Gemischaufbereitungen ohne Verwendung eines Sauerstoffäbschei
degerätes.
-
Es ist hierbe-i zu bemerken, daß, da CO nicht weiterverbrannt werden
kann und die Edelgase bei den anstehenden Expiosionstemperaturen ebenfalls nicht
oxidieren, kei-ne "Abgasverunreinigung" und auch keine merkliche Heraufsetzung der
Gemisch-Zündgrenze erfolgt.
-
Für den Anlaßvorgang der Verbrennungskraftmaschine ist kein zusätzlicher
Fremdantrieb des Sauerstoffabscheidegerätes vorgesehen, denn die kurzzeitige Luftdurchlässigkeit
des Gerätes mit ca. 0,1 b LuRdruckabfali bis die Abgasturbine ihre Minimaldrehzahl
erreichen kann, ist vernachlassigbar bezogen auf die Gesamtlaufdauer des Motors.
In dieser Phase wird also nicht sortierte Luft für den Verbrennungsvorgang verwendet,
die jedoch normalerweise 20 Skunden bis j,5 Minuten dauert.
-
Der in der Abgasturbine gewonnene Sauerstoff 0 wird über die Leitung
14 einer Vergasungs-Einspri tz-Vermischungsvorrichtung- zugeführt. Diese Einrichtung
ist nicht zur gleichzeitigen Brennstoffdosierung vorgesehen und geeignet, sondern
ausschließlich zur Überleitung des Brennstoffes vom flüssigen in den gasförmigen
Aggregatzustand und zur homogenen Vermengung- des Bre nnstoffes mit dem reinen oder
nahezu reinen Sauerstoff. Es ist bekannt, ddß-Flüssigkeiten bei ihrem Siedepunkt
den Aggregatzustand in die Gasform ändern.
-
Die Siedepunkte von Benzin und Dieselöl liegen bei 50 bis 2000 C
und 1750 C. Außerdem wird zur Verdampfung, d.h. Vergasung, noch die Verdampfungswärme
benötigt, die für Brennstoffe der genannten Art zwischen 50 und 150 Kcal/kg liegt.
Durch die Verdampfungswärme wird bei Verdunstungen der Umwelt Wärme entzogen, und
es entsteht eine Abkühlung.
-
Die Verdampfungswärme und die Siedepunkttemperatur sind abhängig
vom Umgebungsdruck, wobei bei Unterdruck die Vergasung begünstigt wird.
-
Die o.g. Daten zeigen, daß die zur Zeit bekannten Vergaser- und Einspritzsysteme
nur einen kleinen Bruchteil des Brennstoffes durch Unterdruckeinwirkung in Düsen
bzw. Ausgangsrohren vergasen können, die restliche Menge aber erst während der Explosionstemperatur
zum Verdampfen kommt und keine Zeit mehr für eine Vermengung und restlose Verbrennung
finden kann, um so weniger, da nun bereits Verbrennungsprodukte entstanden sind
und die Koppelung mit dem Sauerstoffpartner erschwert wird. Dadurch ist ein Teil
nur zum giftigen Kohlenmonoxid (CO) und zu ungesättigten, ebenfalls giftigen Stickoxiden
verbrannt. Die ungesättigten Oxide haben aber lediglich einen Teil der möglichen
Verbrennungsenergie geliefert. Ein weiterer Teil des Brennstoffes ist nur verdampft
und überhaupt nicht verbrannt. Er verbrennt evtl. langsam im Auspuff oder wird an
die Umwelt abgegeben. Durch Zusetzen von Sauerstoff in die Abgase kann daher eine
Nachverbrennung erzielt werden.
-
Bei Vergasersystemen läßt sich der Unterdruck in den Ansaugrohren
nicht weiter beliebig erniedrigen, da er gleichzeitig durch schlechte Kompressionsfaktoren
Brennstoffausbeute und Motorleistung senkt. Wegen des geringen Druckabfalles in
den Düsen lassen sich keine so hohen Strömungsgeschwin digkeiten in denselben erreichen,
daß dadurch innerhalb der Düsen die entsprechenden Unterdrücke erzielt werden, die
die Vergasung nennenswert verbessern könnten.Sie würden dann auch sogar im Sommer
vereisen.
-
Die Hoch- und Niederdruckeinspri-tzsysteme. können zwar innerhalb
der Düsen bessere Unterdrücke erreichen und die Vereisung vermeiden, jedoch werden
die Düsen querschnitte so klein, daß der vergaste Bren.nstoffanteil gegenüber Vergasern
nicht wesentlich vergrößert wird, jedoch die mechanische Zerstäubung in kleine Tröpfchen
gelingt, die dann. während der Explosion ein etwas günstigeres Vergasungsverhal
ten zeigen.
-
Bei dem Verfahren der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
wird nun der Brennstoff oberhqlb .seiner Siedetemperatur aufgeheizt, wobei die Überhöhungstemperatur
über den Siedepunkt hinaus so gehalten wird, daß sie die benötigte Verdampfungswärme
aufgrund des- spezifischen Wärmeinhaltes der Brennstofflüssigkeit liefern kann.
Die Erhaltung des flüssigen Aggregatzustandes, in dem die Aufheizung besser durchführbar
ist- und als potentieller Wärmeinhalt besser zu speichern ist, wird durch ein.en
entsprechenden Flüssigkei tsüberdruck erreicht, der das vorgeschaltete und noch
näher zu beschreibende Brennstoffdosiergerät aufbringen muß. Die benötigten Drücke
liegen, verglichen mit Einspritzsystemen, noch im Bereich der Niederdruckeinspritzer.
-
Die Aufheizung des Brennstoffes wird in einer elektrischen Y/iderstandsheizung
16 durchgeführt, wobei der Brennstoff über ein Rückschlagventil .17 zugeführt wird.
Die Heizelemente sind durch besondere Metalltrennwände feuersicher vom Brennstoff
abgetrennt, so daß auf die Anordnung eines nicht brennbaren Zwischenmediums verzichtet
werden kann. Die Brennstoffaufheizzone ist von der Dosiereinheit durch eine Durchflußsperre
getrennt, die gleichzeitig wärmeisolierend wirkt.
-
Gegen die Umwelt ist die Brennstoffaufheizzone mehrwandig abgeschirmt,
so daß auch eine Sicherheit bei- Unfällen gegeben ist. Für die Aufheizung des Brennstoffes
werden, je nach Sorte, ca. 0,4 bis 1,2 70 der Verbrennungsmaschinenleistung benötigt.
-
Da es unwirtschaftlich wäre, die elektrische Leistung aus der Fahrzeugbatterie
zu entnehmen, ist ein zusätzlicher Generator 18 vorgesehen, der mit derWelle 6 der
Abgasturbine gekoppelt ist und über ein Steuergerät 19 mit den Heizelementen der
Brennstoffaufheizung 16 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 19 dient- zur Anpassung
der Brennstoffaufheizung an die momentane Brennstoffdurchflußmenge, wobei damit
auch Kurzschlüsse und Übertemperaturen mittels durch Fühler überwachte Ist-Werte
16' verhindert werden, so daß eine hohe Betriebssicherheit und exakte Aufheizfunktion
gewährleistet sind. Hiermit lassen sich auch einfache Umstellungen für die Aufheizung
verschiedener Brennstoffe realisieren.
-
Für die Vergasung des erwärmten Brennstoffes ist in der Vergasungseinrichtung
15 ein spezieller Ventilsitz 20 vorgesehen, der von einem Abströmquerschnitt aus
eine Blende mit der praktischen Länge 0 öffnet, wodurch kleinste Durchflußmengen
bei konstantem Druck gesteuert werden können und ohne- nennenswerten Kraftüberschuß
eine hermetische Abdichtung erzielt werden kann.
-
Die Kräfte, mit denen der Ventilsitz beaufschlagt wird, setzt dieser
exakt in Abströmdrücke um, da keine rückwirkenden Strömungsknafte auftreten.
-
Er erzeugt dabei von seinem relativ hohen Abströmquerschnitt aus einen
kreisförmigen, sich ringsum radial um den Abströmquerschnitt ausbreitenden Brennstoff-Gasvorhang.
Dieser- Vorhang durchdringt den Strömungsquerschnitt des Sauerstoffstromes, der
über die Leitung 21 senkrecht zur Strömungsrichtung zufließt, bis ganz nahe an die
äußeren Grenzen des Sauerstoff-Strömungsquerschnittes. Der Sauerstoff ist st deshalb
sofort über seinen Strömungsquerschnitt mit dem Brennstoffgas angereichtert, so
daß bereits eine fast homogene Vermischung vorhanden ist, wenn der Sauerstoffstrom
das Brenngas mitreißt.
-
Der Ventilsitz mit dem großen Abströmquerschnitt ermöglicht auch die
zusätzliche Versorgung mit Wärme, um ihn auf der notwendigen Temperatur
zu
halten. Er gestattet ferner die Durchführung -einer genügend stabilen Antriebswelle
22 für einen Mischflügel 23, der von einem Elektromotor 24 angetrieben wird. Dieser
Mischflügel ist dem Brennstoffvorhan.g nachgeschaltet und vervollständigt d-ie Homogenität
des Gemisches. Die Aufheizung des Ventilsitzes kann sich als notwendig erweisen,
um die Trägheiten der Regelung der Brennstoffaufheizung zu überbrücken und bei momentan
fehlender Verdampfungswärme diese zu ersetzen.
-
Zur Vervollständigung der Vermengungsqualität können auch Strömungswirbeleinrichtungen
vorgesehen sein, wodurch der Antriebsmotor 24 ersetzt werden kann.
-
Um zu vermeiden, daß das Brennstoffgas bei zu kalter Umwelt nicht
kondensiert, sollte der Sauerstoff mit 40 bis 800 Temperatur in das Gerät.
-
eingeleitet werden, was durch die bereits beschriebene Erwärmung in
der Abgasturbine ermöglicht wird.
-
Der an das Gerät zu stellende Abströmdruck des Brennstoffes hängt
als Minimum von dem Druck ab, der unter der Brennstofftemperatur zur Flüssighaltung
gebraucht wird und als Maximum zusätzlich von der benötigten Größe des abgeströmten
Gasvorhanges. Zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine ist im allgemeinen nur ein
Vergasungs-Ei nspri tzVermischungs gerät vorgesehen, von -welchem das erzeugte homogene
Gemisch über einen Ausgangsverteiler 25 auf kürzestem Weg in -die Einlaßventile
der einzelnen Brennräume gebracht wird, von wo der Motor die Zylinderfüllungen absaugt
oder zugedrückt erhält (bei Aufladung).
-
Zur Brennstoffdosierung wird gemäß der Erfindung eine exakt etektroni.sch
geregelte Brennstoffdosiereinrichtung verwendet, die aus einer Posierpumpe 26 mit
Ventilzubehör und Antrieb 27, einem Drehzahlmelder Z8 mit elektrischem Ausgangssignal
am Verbrennungsmotor,- einem Ist-Wertmeleier 29 mit
elektrischem
Ausgang für die "Gas"-Stellung einer elektronischen Dosierregeleinheit 30 und einem
Drossel-klappenstellmagneten 31 mit elektronischer Rückmeldung 32 besteht. Die o.g.
Teile wirken für die Mengenzuteilung dej Brennstoffes und die Kontrolle der Motorleistung
zusammen.
-
Für eine präzise Dosierung des Brennstoffes ist als Dosierpumpe eine
Radialkolbenpumpe mit konstantem Hubvolumen vorgesehen, die mit einer leckfreien
Saug- und Druckventilsteuerung ausgerüstet ist.
-
Mit dieser Anordnung ist die Pumpe in der Lage, eine äußerst präzise
Forderung zu liefern und noch kleinste Mengen des Brennstoffes sicher zu dosieren,
bis zu einem Forderverhältnis von > 1 : 1000. Damit die Forderpräzision der Pumpe
voll wirksam wird, ist sie nicht für Selbstansaugung konzipiert, sondern muß mit
einem Mindestdruck von 1,2 b gespeist werden.
-
Die Speisung kann durch eine der heute üblichen Zuförderpumpen, die
in den meisten Fahrzeugen bereits eingebaut werden, erfolgen. Diese Pumpen liefern
etwas mehr als den Maxlmalverbrauch an und können bis zu ca.
-
5 b drücken.
-
Die Dosierpumpe 26 ist mit einem Druckbegrenzungsventil 33 zwischen
1,5 und 5 b einstellbar ausgerüstet, das den Speisedruck begrenzt und über einen
Leitungsanschluß die Überschußmenge in üblicher Weise in den Tank zurückströmen
läßt, Am Vorderausgang der Dosierpumpe ist ein Vorspannventil 34 installiert, so
daß über der Pumpe ein Druckgefälle erzwungen wird, welches eine motorische Wirkung
des Speisedrucks (Dosierfehler) ausschließt sowie bei Drehzahlreduzierung der Dreierpumpe
ein Bremsmoment erzeugt, das den elektronischen Regler mit einem Quadranten auskommen
läßt und diesen bei der Konzeption der elektrischen Bordnetze spürbar vereinfacht.
-
Dieser Vorspanndruck liegt bei 10 bis 20 b. Das Vorspannventil wirkt
gleichzeitig mit einer zweiten Stufe als Sicherheitsventil, indem es den maximal
mögl-ichen Brennstoffdruck am Pumpenausgang bei ca. 25 b begrenzt. Zwischen den
beiden Druckstufen ist das Vorspannventii ein Federkolbenspeicher, der die ohnehin
geringe Förderpulsation der Pumpe glättet.
-
Wie bereits angedeutet, wird die Dosierpumpe 26 von einem kleinen
Elektromotor 27 angetrieben, der einen Drehzahlrückmelder 35 besitzt. Zusammen mit
einem elektronischen Regel verstärker, der die Drehzahl des Elektromotors bestimmt,
kontrolliert der Elektroantrieb die Brennstoffdosierung durch Verändern der Antriebszahl
der vorerwähnten Konstantpumpe. Mit dieser Art der Fördermengenkontrolle sind eine
Reihe technischer Probleme bei Regelpumpen ausgeklammert, und der- elektronische-
Reglerteil ist einfach und billig herzustellen. Außerdem ist die geforderte Robustheit
genügend beachtet.
-
Die Drehzahlregelung überdeckt den Bereich zwischen 3 min und 6000
min so daß eine Mengenauflösung von 1 : 1000 sicher gewährleistet ist und kleinste-
Mengen als Leerlauf- und "Bergab"-Einspritzungen reali iert werden können.
-
Die erforderliche Antriebsmotor leistung- zur Ausstattung einer 140.
PS-Verbrennungsmaschine beträgt ca. 30 W, was ohne weiteres vernachlässigbar ist.
-
Die Dosierpumpe ist für Benzin, Dieselöl und Kerosin geeignet.
-
Als Soll-Werte für die Dosierung sind verschiedene Parameter vorge-sehen,
die je nach Fahrsituation der Verbrennungsmaschine zur Einblendung für die Drehzahlregier-Dosierpumpe
kommen. Diese Parameter stel lein ,rundzuteilunssmengen
pro Drehzahlzyklus
des Verbrennungsmotors dar und werden durch Multiplikation (elektrischer Regler)
mit der Verbrennungsmaschinendrehzahl zum endgültigen Eingangs-Sollwert für die
Dosierpumpendrehzahl gemacht. Zur Durchführung der Multiplikation wird das Drehzahlsignal
über den Geber 28 einem Multiplizierer 36 zugeführt, wobei die die Messung sehr
genau und mit hoher Auflösung wiedergegeben werden muß.
-
Einer der Soll-Wert-Paraneter ist die Grunddosis für die Startphase.
Dieser Soll-Wert wird abhängig von der Außentemperatur in der Elektronik gebildet
und führt zu einem fast "normal" (heutige Brennstoffmenge) grolaien Sail-Wert, da
das Abscheidegerät 1 noch nicht funktionieren kann und duch mit einer noch ungenügenden
Brennstoffaufheizung und Vergasung in dem Vergasungs-Einspri tz-Vermi schungsgerät
gerechnet werden muß. Dieser Parameter wird nach kurzer Zeit, wenn Abscheidegerät,
Temperatur der Verbrennungsmaschine und Vergasungsfunktion sich eingespidt haben,
ausgeblendet und durch den Soll-Wert-Parameter -"Leerlauf" ersetzt. Der Parameter
"Leerlauf" reduziert die Grunddosis so weit, daß bei voller hier beschriebener Gemischfunktion
gerade eben die Schleppleistung des Explosionsrnotors bei Leerlaufdrehzahl entsteht,
wobei i die Kontrolle der Verbrennungsmotorleistung bereits durch die Brennstoffdosierung
übernommen ist und die Drosselklappe voll geöffnet gehalten wird. Dieser Parameter
kann von dem Drehzahlregler bei zu großem Absacken der Leerlaufdrehzahl durch einen
die Drehzahl des Explosionsmotors wieder bringenden Balance-Parameter überschrieben
werden, um plötzlichen Stillstand des Fahrzeuges wegen unvorhergesehener Störungen-
zu vermeiden.
-
Bei "Bergab"-Fahrten oder Bremsmanövern wird die Verbrennungsmaschine
getrieben und soll eingentiich möglichst gut mitbrennen. Da sie sozusagen gezogen
wird, hat sie noch nicht einmal ihre Schleppleistung zu bringen.
-
Im Prinzip darf nur die Zündfähigkeit nicht unterschritten werden,
so claß die Verbrennung aufrechterhalten bleibt. Für diesen Zustand-kann
die
Brennstoffmenge beachtlich unter den Leerlaufwert gesenkt werden.
-
Aus diesem Grunde ist ein weiterer Grundparameter vorgesehen, der
für diesen Zustand anstelle des Leerlaufwertes eingeblendet wird.
-
Die oben erwähnten Soll-Wert-Parameter werden in einer elektronischen
Einstelivorrichtung 37 vorgenommen, die in einer Dosierregeleinheit 30 angeordnet
ist. Die Einrichtung ist so ausgebildet, daß die genannten Soll-Wert-Parameter für
eine Grunddosis und für die Wartung justierbar eingerichtet sind. Die Werte werden
durch elektrische Spannungsgrößen dargeste-llt, die leicht und genau meßbar sind.
Die Spannungsgrößen stell-en eine jederzeit exakt reproduzierbare Grunddosis dar,
die klar-ausdrückt, was die Einstellung an der Gemischbildung bewirkt hat, so daß
Wartungsfehler nachweisbar, aber vermeidbar sind. Alle drei Parameter stellen für
den jeweils zugehörigen Maschinenzustand die unterste Grenze der Dosiseinstellung
dar, die von keinem anderen Reg-lvirert unterschritten werden kann.
-
Zur eigentlichen Kontrolle der Verbrennungsmaschine durch den bedienehden
dient der Ist-Wert-Melder 29, der als Kontroll-Soll-Wert arbeitet. Dazu wird mit
dem Gashebel der Ist-Wert-Melder 29 gekoppelt, der die Gashebel~ stellung ebenfalls
mit einer Spannungsgröße darstellt. Die maximale Spannungshöhe ist durch eine weitere
Justiermöglichkeit am elektrischeh kegler spreizbar und so an den Hebelweg und die
zur Vollasterbringung der- Maschine notwendigen Spannungshöe anpaßbar. Die Justage-
kann durch Messung überwacht werden.
-
Auch der am Gashebel bewi-rkte Soll-Wert stellt einen Parameter zu
einer Grunddosis dar, die mit der Drehzahl der Verbrennungsmaschine tm- Mul- -tiplizierer
36 multipliziert wird. Der Kontrollparameter wird anstelle anderer Soll-Werte eingeblendet.
-
Die Einblendung des "Start"-Parameters geschieht aufgrund folgender
Informat ionen: Maschinenzündung ist eingeschaltet und Anlasser ebenfalls.
-
Das Abscheidegerät dreht sich noch nicht schnell genug (durch Abfrage
des Heizungsgenerators), und. die Brennstoffaufheizung ist noch nicht auf Normalwert.
Die Umweit ist kalt. Bei Gasbetätigung wird die Überhöhung über den Leerlauf-Soll-Wert
dem Kontrol l-Parameter zur Multiplikation zuaddiert. Eingeblendet wird der Wert
bei Abgang der Entscheidungsinformationen.
-
Der Leerlauf-Parameter wird benützt, wenn für den Startparameter kein
Grund vorliegt oder wenn dieser ausgeblendet hat und kein Kontroll-Soll-Wert vorliegt.
Beim Anstehen eines solchen Wertes wird der Leerlauf-Paraneter ausgeblendet.
-
Der "Bergab"-Soll-Wert schaltet sich ein, solange kein Startparameter
vor -liegt, kein Kontroll-Soll-Wert ansteht und die Maschine oberhalb der Leerlaufdrehzahl
dreht.
-
Zur Steuerung der Drosselklappe 3 mittels des Drosselklappenstellmagneten
31 erfolgt durch- den elektronischen Regler 30, so daß die Drehzahl-Konstantregelung
durch diesen -Reg-ler erfolgen kann. Beim Vorliegen des Start-Parameters- regelt
die Drosselklappe hilfsweise die Motordrehzahl, da die Bedingungen für eine Kontrolle
über die Brennstoffzufuhr noch nicht oder ungenügend ~vorl iegen.
-
Sobald die Startphase aus dem Regeigeschehen ausgeblendet wird, wird
die Klappe auf vollen Durchlaß gestellt, und sie verbleibt in dieser Stellung.
-
Die Drosselklappe dient ferner zur Maschinendrehzahlbegrenzung, falls
die anderen Kornpetenzen infolge Störung oder Defekt ausgefallen sind. Eine redundante
Sicherheitsfunktion kommL der Drosselklappe bei unterdruckgesteuerten Servobremsen
zu, wenn aus irgendeinem Grunde für das Bremsen kein genügender Unterdruck auf andere
Art zu erreichen ist.
-
Das Fehlen der Drosselklappensteuerung wird vor allem im unteren Drehzahlbereich
eine wesentlich größere Motorenelastizität erzeugen. Die Motoren bekommen einen
breiteren Drehmomentrücken, so daß sie weniger empfindlich auf Getriebeeinwirkungen
sind und die Beeinflussung des Brennstoffverbrauchs durch die Getriebeabstimmung
abgerundet wird.