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Membranunterdruckregler, insbesondere zur Entspannung permanenter
oder verflüssigbarer gasförmiger Kraftstoffe für Brennkraftmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf Membranunterdruckregler, insbesondere zur Entspannung permanenter
oder verflüssigbarer gasförmiger Kraftstoffe für Brennkraftmaschinen. Üblicherweise
steuert bei den bekannten Unterdruckreglern zur Entspannung permanenter oder verflüssigbarer
gasförmiger Kraftstoffe für Brennkraftmaschinen eine vom Unterdruck im Vergaserlufttrichter
beaufschlagte, durch ihn verstellte Membran über eine beliebige mechanische Übertragungsvorrichtung
von gleichbleibendem stetig oder sprungweise veränderlichem Übersetzungsverhältnis
das Entspannungsventil derart, daß bei Aufhören des Unterdruckes, z. B. beim Stillsetzen
der Maschine, die Membran durch Federkraft in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt
und damit das Entspannungsventil geschlossen wird.
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An solche Unterdruckregler ist einerseits zur Erreichung einer guten
Startbereitschaft und von befriedigenden Beschleunigungseigenschaften des Motors
die Forderung einer hohen Empfindlichkeit, d. h. einer Gasabgabe schon bei den geringsten
auftretenden Unterdrücken von wenigen Millimetern Wassersäule, und andererseits
aus Sicherheitsgründen völlig dichten Schließens bei den auftretenden Vordrücken
zu stellen. Diese beiden Forderungen
stehen miteinanderingewissem
Widerspruch, da hohe Empfindlichkeit im allgemeinen die Sicherheit des Abschlusses
bei Stillstand des Motors in Frage stellt. Weiterhin. kann; der sichere Abschluß
durch Wechsel des Vordruckes, wie er z. B. bei den verflüssigbaren Gasen schon allein
durch Temperaturveränderung eintritt, in, Frage gestellt werden.
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Bei den bekannten. Reglerbauarten ist nun zur Erfüllung beider Forderungen
zum mindesten in der Schließstellung des Ventils ein: möglichst hohes Übersetzungsverhältnis
zwischen Ventil und Membran vorgesehen worden und dabei entweder ein sprunghaft
oder stetig in Abhängigkeit von der Öffnung des Reglers, und zwar von sehr hoher
Werten in der Schließstellung bis zu sehr geringen in der Öffnungsstellung_ sich
änderndes Übersetzungsverhältnis gewählt worden.
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Hierbei tritt der wesentliehe Nachteil auf, daß eine Veränderung der
Stärke des Abdichtgummis z. B. durch Abnutzung; Eindrücken oder Schrumpfung, eine
verhältnismäßig große Verschiebung der Membran mit sich bringt, so daß gegebenenfalls
die Membran aus baulichen Gründen. nicht weiter in Schließrichtung zu bewegen ist
und der Regler undicht zu werden beginnt. Die gleiche Folge führt ein; mechanischer
Verschleiß in den Übertragungsorganen herbei. Bei diesen Bauarten muß also während
einer längeren Betriebszeit häufiger irgendein Glied des Gestänges nachgestellt
werden, um ein Abblasen des Reglers zu vermeiden; was auch zum Ausgleich der Veränderung
der Schließkraft der Feder infolge der Veränderung - der Schließlage notwendig ist.
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Es sind nun schon Gashochdruckregler bekannt, bei denen der Vordruck
auf die Reglermembran und das Reglerventil wirkt mit einem in einer vor dem Hauptventil
abgezweigter. und über ein selbsttätiges Steuerventil zur Verbrauchsleitung hinter
dem Regler geführten Umgehungsleitung eingebauten und die Veränderung ,des steuernden
Gasdruckes bewirkenden Membransteuerregler unter Anordnung einer Drosselstelle in
der Umgehungsleitung in Strömungsrichtung vor dein Steuerventil und mit seiner Verbindung
des zwischen Steuerventil und Drosselstelle liegenden Teiles der Umgehungsleitung
mit dem Raum der Hinterseite der Hauptregelmembran.
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Dadurch sollte bei hohen Drücken ein <lichter Abschluß 'eines Abschlußventils
für die Gaszuleitung erreicht werdet., auf das die Bewegungen der Reglermembran
mittels Hebelübersetzung übertragen werden sollten. Die Notwendigkeit einer Hebelübersetzung
ist jedoch an sich ein Nachteil, da sie zu Störungen Anlaß gibt, ebenso wie das
durch diese Hebelübersetzung betätigte Ventil.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird nach der Erfindung vorgeschlagen>
die Hauptregelmembran selbst als Hauptventil zum Absperren der Gaszuleitung zur
Verbrauchsstelle auszubilden und auf ihrer größeren, der Gaszuleitung entgegengesetzten
Fläche der Hinterseite über die Drosselstelle mit dem Druck der Gaszuleitung im
Schließsinn zu beaufschlagen, während im Öffnungssinn der Unterdruck der Verbrauchsstelle
des selbsttätig beim Betrieb von der Membran des Steuerreglers beeinflußte Steuerventil
öffnet und damit den Druck auf der Hinterseite der Hauptregelmembran herabsetzt.
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Bei einer solchen Anordnung übernimmt also die Hauptregelmembran außer
ihrer eigentlichen Aufgebe noch die Abschlüßfunktiom, d. h. die des Ventils, und
es fallen nicht nur die zu Störungen Anlaß gebenden Hebelübersetzungen, sondern
auch das übliche Schließventil fort. Dadurch, daß das Produkt aus Druck mal Membranflächen
auf der Gegenseite der Abschlußmembran im Fall des Schließens größer ist als das
Produkt aus Druck mal Querschnitt auf der Seite der zu verschließenden Leitung,
so ist trotz des Wegfalls eines eigentlichen Ventilkörpers und der Hebelübersetzung
ein sicheres Verschließen auch bei hohen Drücken gewährleistet.
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. Es sind also die bisherigen Fehlerquellen völlig oder doch weitgehend
ausgeschaltet, da bei der Vorrichtung nach der Erfindung lediglich eine sehr kleine
Öffnung durch .das vom Unterdruck gesteuerte Ventil zu verschließen ist. Hierbei
sind jedoch Übelstände kaum oder nur in geringem Maße vorhanden, im Gegensatz zu
den üblichen Reglerbauarten, bei denen. der volle Querschnitt der Gasleitung durch
das Schließventil verschlossen werden muß. Nach der Erfindung hingegen ist es verhältnismäßig
einfach, mit einem sehr kleinen Übersetzungsverhältnis zwischen Steuermembran und
Steuerventil, so da.ß sich auch bei Veränderung des Ventilgummis im Laufe einer
langer, Betriebszeit eine Nachstellung des Gestänges oder des Schließdruckes erübrigt,
einerseits ein sicheres Verschließen des kleinen Querschnittes herbeizuführen und
andererseits das Ventil leicht steuerbar auszubilden. Eine reibungsfreie Beweglichkeit
des Steuerventils kann !beispielsweise durch Lagerung in Spitzenerreicht werden,
was bei den kleinen, auf das Steuerventil wirkenden Kräften ohne die Gefahr vorzeitigen
Verschleißes möglich ist.
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Bewirkt ein Unterdruck .eine Verstellung der Steuermembran, so tritt
eine Öffnung des Steuerventils ein, und der Druck .in dem Raum hinter der Haüptregelmembran
erniedrigt sich, entsprechend dem Querschnittsverhältnis der Drosselstelle zu dem
augenblicklichen. Querschnitt des Steuerventils, gegenüber dem Druck in dem Rohr
vor der Haupt= r egelmembran. Ist der Druck in dem Raum hinter der Hauptregelmembran
wesentlich kleiner als der Druck in dem zu verschließenden Rohr, so kann die Hauptregelmembran
ein Verschließen des Rohres trotz der .größeren wirksamen Fläche des Steuerdruckes
im Raum hinter der Hauptregelmembran nicht mehr herbeiführen, und das Gas strömt
so lange aus; bis das Steuerventil in der Verbindungsleitung geschlossen wird. Es
stellt sich dann über die Verbindungsleitung in dem Raum hinter der Hauptregel.membran
wieder der gleiche Druck ein wie in dem zu verschließenden Rohr, und die Membran
wird infolge der größeren Druckfläche in dem Raum hinter .der Membran, gegen das
Rohr gedrückt,
so, daß ein sicheres Verschließen bei allen Drücken
gewährleistet ist.
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Mit besonderem Vorteil wird nach der Erfindung, insbesondere bei Verwendung
des Unterdruckreglers für unter Druck flüssige, bei gewöhnlichem Druck gasförmige
Stoffe, z. B. Treibgas, eine Druckentlastung in zwei Stufen vorgesehen, derart,
daß zunächst durch eine besondere an sich bekannte Druckreglervorstufe eine Vorentspannung
eintritt und ein Gas entsteht, das verhältnismäßig geringen Druck besitzt. Das Rohr,
in dem dieses Gas sich befindet, wird nach der Erfindung durch die Hauptregelmembran
verschlossen.. Eine solche Entspannung in zwei Stufen bietet den Vorteil, daß in
der ersten Stufe eine Feinregelung nicht notwendig ist und der Verschluß in der
zweiten Stufe in jedem Fall sicher wirkt. Vorzugsweise wird für die Entspannung
in der ersten Stufe in an sich bekannter `''eise ein membrangesteuertes Ventil verwendet,
bei dem die Größe der Membran, auf die der verhältnismäßig geringe Druck wirkt,
im Verhältnis zu der zu verschließenden Öffnung, die unter hohem Druck steht, nach
einem bestimmten Verhältnis, z. B. i : Zoo, gewählt wird.
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Der Unterdruckregler gemäß der Erfindung bringt eine Reihe von Vorteilen
mit sich. Die Herstellung ist, auch wenn zweistufig entspannt wird, verhältnismäßig
billig. Der Hauptvorteil ist der, daß ein außerordentlich sicher wirkendes Ventil
geschaffen wird, das leicht anspricht und zu dessen Betätigung nur sehr geringe
Kräfte notwendig sind. Dadurch kann die Reglerempfindlichkeit wesentlich gegenüber
den üblichen mechanischen Bauarten gesteigert werden. Ferner wird bei einer solchen
Reglerbauart jede Nachstellung im Laufe einer langen Betriebszeit unnötig, da dem
Verschleiß unterworfene Gestänge: mit großem Übersetzungsverhältnis, die auch bei
Veränderung des Abdichtguinmis nachgestellt werden müssen., nicht vorhanden sind.
Auch kann. die Feder des Steuerventils eine so flache Kennlinie besitzen, daß bei
Veränderung des Steuerventilgummis a .n, dieser Stelle eine Nachstellung der Federspannung
nicht erforderlich ist.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Anordnung gemäß der
Erfindung dargestellt.
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In dem Rohr a befindet sich ein Gas mit einem verhältnismäßig niedrigen
Druck. Aus dem Rohr a gelangt das Gas in den Raum o, der bei Flüssiggasen als Verdampfer
ausgebildet sein kann. Der Raum o besitzt ein Gasabgangsrohr k, das durch die Hauptregelmeinbran
i verschlossen werden kann. Der Raum o steht über eine Leitung b, g in Verbindung
mit einem hinter der Hauptregelmembran angeordneten Raum h. In dem dem Raum o zugeordneten
Leitungsteil dieser Verbindungsleitung b, g ist eine Drosselstelle c vorgesehen.
Die Verbindungsleitung b, g *besitzt eine :durch ein Ventil f verschließbare
Öffnung.
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Bei verschlossener Öffnung gleicht sich der Druck in detn Raum 1a
hinter der Hauptregelmembra.n dem Druck im Raum o durch die Leitung b, g
an.
Auf die Hauptreg elmembran i wirkt in dem Raum h infolge der größeren Fläche eine
Kraft, die das Verschließen der Öffnung des Gasabgangsrohres h entgegen dem Gasdruck
im Öffnungsquerschnitt dieses Rohres bewirkt. Die Öffnung der Verbindungsleitung
b, g mündet in einem Raum d,
der über Leitungen in, n. mit der Unterdruckquelle,
z. B. dem Vergaserlufttrichter einer Brennkraftmaschine, in Verbindung steht. Dieser
Raum d ist ausgerüstet mit einer Steuermembran e, die das Ventil f steuert.
Wirkt nun auf na ein. Unterdruck, so entsteht in dem Raum d ebenfalls ein Unterdruck,
die Membran e verschiebt sich (in der Zeichnung nach unten), und das Steuerventil
f gibt die Öffnung in der Verbindungsleitung b, g frei. Der im Raum 1a herrschende
Druck verringert sich infolge der Weite der Leitung g und -des Ventils f sehr rasch,
während andererseits infolge der Drosselung c ein Nachströmen des Gases aus dem
Raum o in die Rohrleitung b nur langsam stattfinden kann. Der Druck in dem Raum
la hinter der Hauptregehmembran wird also geringer und stellt sich schließlich auf
einen Wert ein, der bestimmt wird durch das Verhältnis der Strömungswiderstände
in der Drosselstelle c einerseits und der augenblicklichen Öffnung des Steuerventils
f andererseits. Die Membran i. löst sich von dem Gasabgangsrohr h ab, und
das in das Rohr a einströmende Gas kann durch o; k und m zur Unterdruckquelle fortgeführt
werden, so lange, bis der Unterdruck aufhört. Dann stellt sich ,die Steuermembran
e zurück, und das Steuerventil f wird in Schließstellung geführt, so da,ß die Verbindungsleitung
zwischen. dem Raum d und dem Raum o geschlossen ist. Trotz der Drosselstelle c stellt
sich in dem Raum h bald der gleiche Druck ein wie in dem Raum o, und die Hauptnegelmembran
i wird durch den wiederansteigenden Druck im Raum h, gegen die Öffnung des Gasa.bgangsrohres
k
gedrückt und bewirkt dadurch ein sicheres Verschließen der Regelvorrichtung.