-
Gasluftmischer für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit gasförmigen Kraftstoffen,
und zwar sowohl mit unter Druck stehenden Kraftstoffen, die unter Verwendung eines
Druckreglers entspannt werden, vorzugsweise auf geringe Unterdrücke, als auch von
einem Generator gelieferten.
-
Der Vorschlag der Erfindung geht dahin, eine konstante Druckdifferenz
zwischen Lufttrichter und Gaszuführung, z. B. zwischen Lufttrichter und Regler für
die Entspannung von unter Druck stehenden Gasen, zu schaffen durch Anordnung einer
Drosselklappe im Ansaugrohrsystem vor dem Gasluftmischer, die durch eine von dem
Sog der Maschine beaufschlagte Membran gesteuert und durch den hinter dieser Vordrosselklappe
infolge des Sogs der Maschine auftretenden Unterdruck geöffnet wird. Vorzugsweise
wird auf die Drosselklappe in Schließstellung ein Federdruck ausgeübt, der insbesondere
einstellbar ist.
-
Das Verfahren der Erfindung und seine Vorteile werden im folgenden
erläutert an dem Beispiel der Anwendung des Verfahrens bei dem Betrieb von Brennkraftmaschinen
mit gasförmigen Kraftstoffen in Verbindung mit einem auf geringen Unterdruck ansprechenden
Entspannungsregler. Nach dem Vorschlag der Erfindung vorgegangen, kann der Raum
hinter der Membran in Verbindung gebracht werden
mit dem Raum unmittelbar
vor der Hauptdüse. Diese Ausführungsform nach der Erfindung ist die Ausführungsform,
die auch mit besonderem Vorteil angewendet wird, wenn nicht unter Druck stehende
Gase zum Betrieb der Brennkraftmaschine herangezogen werden, sondern wenn z. B.,
wie weiter unten ausgeführt wird, mit Generatoren gearbeitet wird.
-
Zunächst sei bemerkt, daß bei der Verwendung von unter Druck stehenden
Gasen mit Vorteil sogenannte Unterdruckregler verwendet werden, die auf einen geringen
Unterdruck entspannen und die gegenüber Überdruckreglern den wesentlichen Vorteil
des sicheren Verschließens der Gaszuführung bei Stillstand der Maschine besitzen.
Bei diesen Unterdruckreglern ist jedoch prinzipiell der Nachteil vorhanden, daß
beim Anlassen der Maschine diese zunächst einen bestimmten Unterdruck schaffen muß,
damit ein Öffnen des Abschlußventils überhaupt erreicht wird. Das Anlassen wird
also bei Verwendung von solchen Unterdruckreglern erschwert, da zunächst eine Zufuhr
von Brennstoff nicht stattfindet. Es leuchtet auch ein, daß die Schaffung des zur
Öffnung des Gasabschlußventils notwendigen Unterdrucks nicht nach wenigen Umdrehungen
der Maschine vorhanden sein kann, da infolge des Einströmens von Luft durch den
Hauptlufttrichter bei den kleinen Anlaßdrehzahlen der geschaffene Unterdruck stets
wieder in gewissem Maße ausgeglichen wird. Trotz dieses Übelstandes aber hat man
an den Unterdruckreglern festgehalten und ist im allgemeinen nicht den Weg gegangen,
Überdruckregler zu verwenden mit besonderen Absperrventilen, sondern hat die Übelstände
bei dem Anlassen der Maschine dadurch zu beheben versucht, daß eine besondere Leerlaufleitung
hinter der Drosselklappe angeschlossen wird, um beim Anlassen schnell den benötigten
Unterdruck zu schaffen. Allerdings wird dadurch das rasche Einstellen des Öffnungsdrucks
nicht unbedingt sichergestellt. Denn auch hier tritt ein Ausgleich durch einströmende
Luft ein, die vom Lufttrichter aus durch die Hauptgaseinführung zu der Leerlaufabzweigung
zurückströmt, so daß der Unterdruck an der Leerlaufleitung nicht in voller Höhe
auf den Regler einwirkt. Dies kann man vermeiden durch Anordnung eines Rückschlagventils
zwischen Hauptgasdüse und Lufttrichter, um dabei jedoch den Nachteil in Kauf zu
nehmen, daß ein erhöhter Teillastverbrauch- eintritt und daß je nach der Lage der
Leerlaufeinführung bezüglich der Drosselklappe Übergangsschwierigkeiten durch Untermagerung
vor dem Einsetzen der Hauptdüse eintreten.
-
Bei dem Vorgehen nach der Erfindung""treten diese Übelstände nicht
auf, da durch Vorsehung einer zusätzlichen Drosselklappe, im folgenden Vordrossel
genannt, die rasche Schaffung des zur Öffnung des Ventils des Unterdruckreglers
benötigten Unterdrucks sichergestellt wird und eine Öffnung dieser Vordrossel nach
Maßgabe der Drehzahl bzw. Belastung sichergestellt ist infolge der nach der Erfindung
vorgesehenen Membransteuerung dieser im Ansaugrohrsystem vor dem Lufttrichter angeordneten
Drosselklappe, die einen konstanten, einstellbaren Differenzdruck infolge der Einwirkung
einer einstellbaren Federkraft sicherstellt.
-
Die Membran ist einerseits vom Luftdruck hinter der Vordrossel beaufschlagt
und andererseits von einem relativ höheren. Druck, vorzugsweise dem Druck vor der
Hauptgasdüse. Diese Vordrossel wird durch eine einstellbare Feder geschlossen, und
sie öffnet sich bei Vorhandensein eines bestimmten Unterdrucks in dem Ansaugrohrsystem
zwischen Vordrossel- und Hauptlufttrichter. Durch die Verwendung einer einstellbaren
Feder ist dieser Unterdruck einstellbar. Er bleibt bei der Anordnung nach der Vorrichtung
im gesamten Belastungsbereich konstant, wobei die optimale Federeinstellung in an
sich bekannter Weise bei Leerlaufeinregulierung vorgenommen werden kann. Beirn.Anlassen
des Motors bleibt, da zunächst der zur Öffnung der Vordrossel notwendige Unterdruck
nicht vorhanden ist, !die Drosselklappe zunächst geschlossen, und es kann sich in
dem System der zur Öffnung des U nterdruckregelventils notwendige Unterdruck rasch
einstellen, ohne daß durch unerwünschtes Einströmen von Luff durch den Lufttrichter
dieser Unterdruck wieder ausgeglichen wird.
-
Man hat ein .solches Abschließen des Ansaugsystems schon herbeigeführt
durch Anwendung von federbelasteten Ventilscheiben vor (in Strömungsrichtung gesehen)
dem Mischer derart, daß der Luftzutritt erst nach Erreichen eines bestimmten (einstellbaren)
Unterdrucks im Ansaugsystem freigegeben wird. Bei einem solchen Vorgehen wird jedoch
keineswegs der Vorteil erreicht, der nach der Erfindung erreicht werden soll und
erreicht wird, da bei Anwendung derartiger federbelasteter Ventilscheiben infolge
ihres bei Vollast und hohen Drehzahlen verhältnismäßig hohen Strömungswiderstandes
die Beeinträchtigung der Höchstleistung der Maschine nicht unwesentlich ist und
da die Steuertätigkeit der Ventile infolge ihrer Neigung zu Schwingungen nicht als
genügend sicher befunden wurde. Auch tritt ein zu starker Verschleiß und eine zu
starke Geräuschentwicklung ein, so daß man auf die Anwendung dieser Ventilscheiben
verzichtete.
-
Ferner ist vorbekannt eine Anordnung, bei der die Vordrossel starr
mit der Gemischdrossel gekuppelt ist. Damit kann man zwar bei der Verwendung verschiedener
Gase mit entsprechend verschiedenem Luftbedarf jeweils für einen Betriebspunkt ein
stöchiometrisch zusammengesetztes Gemisch erzielen; es ist jedoch nicht möglich,
mit einer solchen Vorrichtung das Gas-Luft-Mischungsverhältnis über den gesamten
Betriebsbereich konstant zu halten.
-
Weiter ist bekannt die Verwendung einer membrangesteuerten Vordrossel
mit folgenden Merkmalen a) Die Membran wird von dem Unterdruck hinter der Vordrossel
derartig beaufschlagt, daß sie in,die der Schließstellung der Vordrossel entsprechenden
Lage gezogen wird. Damit sind also die Verhältnisse gerade umgekehrt wie bei der
Erfindung gemäß der Anmeldung. Es würde bei höherem Unterdruck Hinter der Vordrossel
diese weiter in Schließrichtung
bewegt, der Unterdruck hinter ihr
also noch weiter erhöht «-erden. Damit sind aber die Vorteile, die sich aus der
Beaufschlagung der Membran gemäß der Erfindung ergeben, nicht erzielbar.
-
b') Die Vordrossel nach der amerikanischen Patentschrift wird in Schließstellung
gebracht durch ihr Eigengewicht.
-
c) Die Verbindung zwischen der vom Druck hinter der Vordrossel beaufschlagten
Membran und der Vordrossel selbst ist nicht fest. Die Vordrossel schwimmt also auf
dem Ansaugluftstrom.
-
Ihre Bewegung in die Offenstellung wird bewirkt durch den Druck der
Ansaugluft und ihre Unterseite. Die Drossel ist also ganz bzw. fast ganz geschlossen
bei Stillstand des Motors. Die Unterseite der 1lembran ist beaufschlagt durch den
Druck zwischen Vor- und Gemischdrossel, so daß beim Anlassen diese 1lembran nach
unten gesaugt wird. Infolgedessen geht die Drossel weiter unter ihrem Eigengewicht
in die Schließstellung und erhöht den Unterdruck hinter der Drossel. Auf Grund dieser
Konstruktion ist zwar ein besseres Anspringen des otors in ewissen Grenzen gewährleistet,
ein Aus-2 gleich der' wechselnden Gemischzusammensetzung infolge der Druckschwankungen
des dem Motor zugeführten Gases in Richtung konstanter Gemischzusammensetzung bei
allen Betriebszuständen wird durch die Erfindung gemäß der amerikanischen Patentschrift
jedoch nicht erzielt. Eine fabrikfertige Einstellung von Lufttrichter und Gasblende,
unabhängig vom Zustand des Reglers und der Ansaugleitungen, ist ebenfalls nach der
Erfindung gemäß der amerikanischen Patentschrift nicht möglich.
-
Schließlich ist bekannt eine Vorrichtung für die Konstanthaltung des
Gas-Luft-Mischungsverhältnisses, wobei eine in der Luftzuführungsleitung angeordnete
membrangesteuerteLuftdrossel verwendet wird, jedoch sind hierbei zwei Membranen
vorgesehen, die, in zwei luftdicht voneinander getrennten Kammern angeordnet, einander
entgegenwirken, wobei die einander zugekehrten Seiten der Membranen beaufschlagt
werden durch den in je einem Venturirohr in der Gas- und der Luftzuführungsleitung
aufgebauten Druck und die einander abgekehrten Seiten der Membranen durch den Druck
vor den beiden Venturis. Bei Druckabfall in der Gasleitung verändert sich die Differenz
zwischen den Drücken vor und im Venturirohr in der Gasleitung. Dadurch wird die
der Gasleitung zugeordnete Membran derartig bewegt, daß die Vordrossel in der Luftleitung
in Schließrichtung gezogen und damit die Druckverhältnisse vor und im Venturi für
die Luft so lange verändert werden, bis die luftbeaufschlagte Membran den Kräften
der gasbeaufschlagten das Gleichgewicht hält.
-
Abgesehen von der Tatsache, daß es technisch nicht möglich sein dürfte,
die Steuerung der Luftdrossel gemäß der Erfindung genügend reibungsfrei zu gestalten
und damit überhaupt die für den Motorbetrieb notwendige Empfindlichkeit zu erzielen,
zeigt die Erfindung gemäß der Anmeldung durch Verwendung nur einer Membran, durch
Fortfall eines Venturirohres und zweier Leitungen für die Übertragung der Druckdifferenz
auf die ebenfalls in Fortfall gekommene zweite Membran einen wesentlich einfacheren
Aufbau, so daß die Erfindungshöhe für die Erteilung eines Patentes gewährleistet
erscheint.
-
Weder werden bei dem Vorgehen nach der Erfindung diese Übelstände
in Kauf genommen, noch die Übelstände, die bei Unterdruckreglern, wie oben beschrieben,
eintreten, sondern es werden die Vorteile erreicht, die man üblicherweise bei Verwendung
eines Überdruckreglers sicherstellt, ohne daß wiederum die Nachteile des Überdruckreglers
auftreten.
-
Die Wirkungen des Vorgehens nach der Erfindung in einem einfachen
Falle werden im folgenden unter Zugrundelegung besonderer Betriebsbedingungen erläutert.
Wenn man annimmt, daß der Ansprechunterdruck eines Reglers minus io mm WS beträgt
und der Leerlaufgasbedarf der :Maschine durch die Hauptdüse bei einer Druckdifferenz.
von beispielsweise .a. inne WS sichergestellt ist, so wird nach der Erfindung so
vorgegangen, daß der Unterdruck hinter der V ordrosselklappe auf minus 14 mm WS
eingestellt wird und also eine Druckdifferenz von q. mm zwischen Regler und Lufttrichter
vorhanden ist. Durch die Drosselung der Ansaugluft können also mit einem Unterdruckregler
die Betriebsverhältnisse herbeigeführt werden, die bezüglich der Gaszumischung bei
einem Überdruckregler bestehen, d. h. es ist ein gutes Anspringen gewährleistet,
ein guter Teillastverbrauch und ein Fehlen von Übergangsschwierigkeiten, wobei jedoch
der sichere Abschluß des Reglers bei Stillstand der Maschine ohne Verwendung zusätzlicher
Abschlußorgane gewährleistet ist. Eine ins Gewicht fallende Widerstandserhöhung
der Drosselklappe in geöffneter Stellung tritt nicht ein. Die Erregung von Schwingungszuständen
ist ohne weiteres durch entsprechend enge Bemessung der Räume vor und unter der
Membran sowie durch Drosselung der Luftzuführungsquerschnitte zu diesen beiden Räumen
zu vermeiden.
-
Vorzugsweise wird der Raum hinter der Steuermembran mit dem Raum unmittelbar
vor der Hauptgasblende eines beliebigen Gasluftmischers in Verbindung gesetzt, so
daß zwischen diesen Räumen ein Druckausgleich besteht. Damit wird die Reglerempfindlichkeit
ausgeglichen; jedoch wird dabei noch der weitere Vorteil erzielt, daß auch der Strömungswiderstand
des Gaszuführungsschlauches vom Regler zum Mischer völlig ausgeglichen ist. Man
würde so vorgehen, daß die Federvorspannung an der die Vordrosselklappe steuernden
Membran auf eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Steuermembran von
z. B. 4 mm WS eingestellt wird, um den Leerlaufbedarf der Maschine sicherzustellen.
Diese Anordnung bringt besondere Vorteile dadurch finit sich, daß es hierdurch erstmalig
erreicht wird, einen fabrikmäßig hergestellten Gasluftmischer ohne jede Einregulierungsarbeit
sofort in dem umzubauenden Gasfahrzeug zu verwenden, indem bereits fabrikseitig
der Querschnitt des Lufttrichters auf den Strömungswiderstand der Gasführungskanäle
im Mischer und auf die Gasblende
des Mischers abgestimmt wird. Bisher
war es nicht möglich, einen solchen Mischer ohne Einregulierungsarbeit in das Fahrzeug
einzubauen, da in jedem Falle erst die Hauptdüse auf den Strömungswiderstand der
Leitung zwischen Regler und Mischer abgestimmt werden mußte.
-
Die Beaufschlagung der Seite der Steuermembran durch den unmittelbar
vor der Hauptgasblende herrschenden Unterdruck kann auch angewendet werden, wenn
es sich nicht um unter Druck stehende Gase handelt, sondern z. B. um die Zuführung
von Generatorgasen zu einer Bremskraftmaschine, wobei der Vorteil der Unabhängigkeit
von stets vorhandenen Druckschwankungen im Generator erreicht wird. Im Generator
sind stets Druckänderungen vorhanden je nach der Beschickung, nach der Art des Brennstoffes,
nach der Verschmutzung usw., die bei diesem Vorgehen nach der Erfindung ausgeglichen
werden.
-
Bemerkt sei, daß die durch Vordrosselung der der Maschine zugeführten
Luftmenge herbeigeführte Minderleistung praktisch ohne Belang ist bzw. gegenüber
den erreichten Vorteilen keine Rolle spielt. Nimmt man an, daß der Strömungswiderständ
im Zuleitungsschlauch bei Vollast 75 mm WS beträgt bei einer Empfindlichkeit des
Reglers von2i mm WS und einem Leerlaufgasbedarf der Maschine von 4 mm WS Druckdifferenz
an der Hauptdüse, so beträgt die gesamte Drosselung durch die Vordrosselklappe ioo
mm WS, entsprechend einem Leistungsabfall von i%. Diese Minderleistung ist so gering,
daß sie gegenüber den mit dem Betriebsverfahren gemäß derErfindung erziel'barenVorteilen
vernachlässigt werden kann.
-
In der Abbildung wird in' schematischer Darstellung teilweise im Schnitt
eine bevorzugte Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung dargestellt.
-
Hierin stellt i einen Teil des Ansaugrohrsystems dar, welchem die
Luft bei A zuströmt. 2 stellt einen Gasregler dar, von welchem das Gas durch den
Abgang 3 und den Schlauch 4 dem Raum 5 vor der auswechselbaren Hauptdüse 6 zuströmt.
Das durch die Düse 6 kalibrierte Gas tritt durch einen Schlitz 7 in den Lufttrichter
8 der Maschine ein und wird hier mit der Frischluft vermischt. 9 ist eine Drosselklappe,
durch welche die Belastungsänderung der Maschine vorgenommen wird. io stellt die
V.ordrosselklappe dar, welche erfindungsgemäß vor dem Hauptlufttrichter angeordnet
ist und durch die Membran i i gesteuert wird. Die Drosselklappe wird durch eine
Feder 1a, deren Spannung durch die Rändelmutter 13 einstellbar ist, in ihre
Schließstellung gezogen und erst bei Einwirken eines gewissen Unterdrucks in dem
Teil 14 der Ansaugrohrleitung hinter der Vordrosselklappe io, welcher sich durch
den Durchbruch 15 in der Wand des Ansaugrohrgehäuses i auf die Vorderseite der Membran
i i auswirkt, geöffnet. Der Abgang 16 verbindet den Raum 17 an der Hinterseite
der Membran ii nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vermittels einerSchlauchleitung
2o mit demAbgang 2z, welcher in den Raum 5 vor der Hauptdüse 6 einmündet. Hierdurch
ist es möglich, nicht nur die Reglerempfindlichkeit, sondern darüber hinaus auch
die Strömungswiderstände des Gases in dem Schlauch 4 zwischen dem Regler 2 und dem
Gasluftmischer zu kompensieren.