DE2309733A1

DE2309733A1 - Vorrichtung und verfahren zur brennstoffzufuehrung fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2309733A1
Application number: DE19732309733
Authority: DE
Inventors: Irwin Ginsburgh; Joseph Carlisle Rhodes
Original assignee: Standard Oil Co
Current assignee: Standard Oil Co
Priority date: 1972-02-28
Filing date: 1973-02-27
Publication date: 1973-09-06
Also published as: FR2174138A1; GB1378276A; JPS4899517A; FR2174138B3; IT977445B; US3800768A

Description

Dr. F. Zumstain sen. - Dr. E. Acsmann R-Koonicabcroar - D·?!. Piiys. R. Holzhauer

Or. Γ. Zu v.'i'.ein jun.

Patentanwälte

8 MOnchen 2, Bräuhauistraße 4/ltl

Case 229 708

STANDARD OIL COMPANY, Chicago, Illinois/USA

Vorrichtung und Verfahren zur Brennstoffzuführung für Verbrennungsmotoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Betrieb von Innenverbrennungsmotoren, wodurch der Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Gehalt des Abgases während des Startens und Aufwärmens des Motors vermindert werden kann.

1975 dürfen Automobile pro 1,609 km (1 mile) nicht mehr als 0,41 g Kohlenwasserstoffe und 3,4 g Kohlenmonoxyd freisetzen. Bislang bestehen keine konstruktiven Möglichkeiten, ein Automobil so auszugestalten, daß es diesen Bedingungen entspricht, wenn man es dem Federal Emissions Test CVS III-HC unterwirft. Dieser Test besteht in einer Fahrt auf einer Strekke von etwa 11,265 km (7 miles) im Verlaufe von 23 Minuten, wobei der Motor beim Start eine Temperatur von 20 bis 30⁰C (68 bis 86 F) aufweist. Es sind Vorrichtungen zur Steuerung der Abgase durch Oxydation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds vorhanden, die jedoch erst in aufgewärmtem Zustand mit Erfolg arbeiten. Demzufolge bestehen diejenigen Fahrzeuge, die mit derartigen Vorrichtungen ausgerüstet sind, den genannten

309836/0509

Test wegen der Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Emission während der ersten Minuten des Betriebes nicht. Dies beruht auf der Tatsache, daß bei Verwendung eines üblichen Vergasers überschüssiges Benzin während des Aufwärmvorganges wegen der Wirkung der Starterklappe (choke) in den Motor gefördert wird. Durch Nichtverwenden oder Verwenden in geringerem Umfang der Starterklappe können die Emissionen erheblich eingeschränkt werden, wodurch jedoch der "Betrieb" des Fahrzeugs wegen Nicht-Rundlaufens des Motors oder mangelnder Kraftentfaltung beeinträchtigt wird. Hochflüchtige Brennstoffe, wie Erdgas, Propan oder Benzin mit sehr niedrig liegenden Endsiedepunkten, könnten unter geringfügiger oder ohne Anwendung der Starterklappe verendet werden. Diese Materialien bringen jedoch schwerwiegende Nachteile mit sich. Erdgas erfordert zur Lagerung sperrige Druckbehälter und wird im übrigen bereits knapp. Auch die Bereitstellung von Propan ist nur in beschränktem Umfang möglich. Benzin mit niedrig liegenden Destillationsendpunkten ist schwierig zu handhaben und zu verteilen, führt zu einem schlechten Verbrauch und kann zu Störungen durch Dampfbildung führen. Derartige Benzine mit niedrig liegendem Destillationsendpunkt können auch gewisse aromatische Verbindungen nicht enthalten, die zu einer hohen Oktanzahl führen wurden. Weiterhin wäre zur Herstellung von Benzin mit niedrig liegendem Destillationsendpunkt und geeigneter Oktanzahl es erforderlich, neue Raffinerien unter gewaltigen Kosten zu bauen. Somit besteht für die Automobil- und die Öl-Industrie das Problem darin, ein BrennstoffZuführungssystem bereitzustellen, bei dem herkömmliche Benzine verwendet werden können und das einen zufriedenstellenden Betrieb und geringe Emissionen während des Aufwärmvorgangs sicherstellt.

Es wurde nun ein neues BrennstoffZuführungssystem gefunden, mit dem dieses Problem gelöst werden kann. Das erfindungsgemäße System besteht darin, den üblichen Vergaser beim Anlassen zu umgehen und den Motor mit einem gasförmigen Brennstoff zu betreiben, der eine Mischung aus Luft und niedrigsiedenden Benzinbestandteilen (im wesentlichen C_A- und C^-Kohlenwasserstoffe mit einer gewissen Menge C₃- und (^-Kohlenwasserstoffen)

309836/0509

umfaßt. Dieser gasförmige Brennstoff führt zu einer sauberen Verbrennung und beeinträchtigt den Betrieb bzw. die Fahrbarkeit des Automobils nicht wesentlich. Das Vermischen der Luft mit den niedrigsiedenden Benzinbestandteilen wird vorsichtig gesteuert, so daß ein etwa konstantes Luft/ßrennstoff-Verhältnis sich ergibt, das etwa stöchiometrisch oder magerer ist. Dies ist von wesentlicher Bedeutung, um die Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Abgasemissionen so gering wie möglich zu halten. Bei zuvor bestimmten Betriebszuständen des Motors, z.B. bei erhöhter Temperatur des Motors oder des Abgaskatalysators, wird die Zuführung des Brennstoffs zu dem Motor mit Hilfe des Vergasers fortgesetzt. Geeignete Detektoren stellen diese vorherbestimmten Motorbetriebsbedingungen fest. Ein mit dem erfindungsgemäßen System und einem bekannten katalytischen Auspuff versehenes Automobil erfüllt die Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Emissions-Standards, die 1975 eingehalten werden müssen. Dies wird mit einer relativ geringen Veränderung des Automobils erreicht. Der Aufbau, die Funktion und die Vorteile der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen BrennstoffZuführungssystems für einen Innenverbrennungsmotor.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des in dem erfindungsgemäßen System verwendeten Mischventils zur Steuerung des Luft/ßrennstoff-Verhältnisses.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Mischventils längs der Linie 3-3 der Fig. 5.

Fig. 4 stellt eine Schnittansicht des Mischventils längs der Linie 4-4 der Fig. 5 dar.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht des zusammengesetzten Mischventils.

309836/0509

Fig. 6 stellt in schematischer Weise die Steuereinrichtung für das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Mischventils dar.

Fig. 7 zeigt in schematischer Weise die Schaltung zum Umschalten der Brennstoffzuführung von der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf den üblichen Vergaser.

Fig. 8 zeigt in schematischer Weise eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 9 zeigt in schematischer Weise eine andere weitere Ausführungsform der Erfindung.

Fig.10 zeigt in perspektivischer Ansicht den bei dem erfindungsgemäßen System verwendeten Brennstofftank.

Fig.11 zeigt einen Ausschnitt des oberen Teils der Luftkammer, die in.dem in Fig. 10 gezeigten Tank vorhanden ist.

Fig.12 zeigt in Teilansicht einen Querschnitt der Unterseite des Benzintanks in geneigter Stellung.

Die Fig. 1 stellt in schematischer Weise das erfindungsgemäße System 10, mit dem der Innenverbrennungsmotor 11 derart betrieben wird, daß die Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Emission vermindert wird, dar. Das erfindungsgemäße System 10 umfaßt einen üblichen Vergaser 12 und die erfindungsgemäße Brennstoff Zuführungsvorrichtung 14. Die Vorrichtung 14 versieht die Motorbrennkammer direkt unter Umgehung des Vergasers 12 über das Motoreinlaßsystem 16 mit Brennstoff. Der bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzuführungssystem verwendete Brennstoff besteht aus einer gasförmigen Mischung aus Luft und niedrigsiedenden Benzinbestandteilen, die durch Behandeln des Benzins mit Luft aus dem Benzin gewonnen wurden (stripping). Dies ist das bevorzugte Verfahren zur Abtrennung der niedrigsiedenden Bestandteile von den höhersiedenden Bestandteilen, obwohl andere Abtrennverfahren geeignet sein können. Erfindungsgemäß wird während des Startens und des Aufwärmens der Motor mit Hilfe der Brennstoffzuführungsvorrichtung 14 mit Brennstoff versehen. Wenn die vorherbestimmten Motorbetriebs-

309836/0509

bedingungen erreicht sind, erfolgt die weitere Versorgung des Motors 11 mit Benzin mit Hilfe des Vergasers 12.

10
Das erfindungsgemäße System/ist während des Anlassens gezeigt, bei dem der Vergaser 12 umgangen wird. Während dieses Betriebes steuert die Brennstoffzuführungsvorrichtung 14 die Zuführung des Brennstoffs zu dem Motor. Diese Vorrichtung 14 umfaßt den Benzin 22 enthaltenden Tank 20, das Mischventil 24, in dem Luft mit dem in dem Tank 20 enthaltenen Benzindampf vermischt wird, und die Brennstoffleitung 40, über die das Mischventil 24 mit dem Motor 11 über das Brennstoffeinlaßsystem 16 in Verbindung steht.

Der Tank 20 ist mit einem Brennstoffeinlaß 21 versehen, der ein Rohr 23 umfaßt, das etwa 5,08 cm (2 inches) in den Tank 20 hineinragt. Dies beschränkt die Menge des Brennstoffs, die in den Tank 20 eingeführt werden kann, und stellt sicher, daß immer ein Raum 32 oberhalb des Benzins 22 vorliegt, der eine Mischung aus Luft und Benzindämpfen enthält.

Das Mischventil 24 umfaßt einen Brennstoffeinlaß 26, einen Lufteinlaß 28, einen Druckregler 42 und eine Steuereinrichtung 44 für das Luft/ßrennstoff-Verhältnis. Der Brennstoffeinlaß 26 steht über die Leitung 30 mit dem Dampf raum 32 in Verbindung, während der Lufteinlaß 28 über die Leitungen 34 und 36 sowie den Filter 38 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Steuereinrichtung 44 umfaßt Einrichtungen zur Einstellung eines vorherbestimmten Luft/ßrennstoff-Mischverhältnisses. Der Druckregler 42 umfaßt Einrichtungen, mit denen das Luft/ Brennstoff-Verhältnis konstant gehalten wird, währenddem die Mengen an Luft und Benzinbestandteilen, die in das Mischventil 24 eingeführt werden, sich verändern. In dieser Weise strömt trotz sich verändernden Brennstoffbedarfes die richtige Menge einer gesteuerten mageren gasförmigen Brennstoffmischung über die Brennstoffleitung 40 zu dem Motor. Beim Starten wird der Motor dann mit einer derartigen gasförmigen Mischung betrieben, die in dem Motor verbrannt wird, wobei sich eine mi-

309836/0509

nimale Menge von Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxyd ergibt, " obwohl der Motor noch kalt sein kann. Das Luft/Brennstoff-Verhältnis der Mischung ist etwa stöchiometrisch oder magerer, vorausgesetzt, man erreicht einen annehmbaren Betriebszustand. Normalerweise erstreckt sich dieses Verhältnis von etwa 15:1 bis etwa 23:1 und beträgt vorzugsweise etwa 18:1. Dieser sauber verbrennende Brennstoff wird beim Starten, beim Aufwärmen, beim Leerlauf und bei hoher Geschwindigkeit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 14 zugeführt.

Die Brennstoffleitung 40 umfaßt die Drosselklappe 46, die gekoppelten Ventile 48 und 50 sowie die Flammsperre 52. Beim Betrieb unter geeigneten Bedingungen kann die Brennstoffleitung 40 über die mit einem Ventil versehene Leitung 54 oder über den normalerweise geschlossenen Auslaß 56 mit der Atmosphäre in Verbindung stehen. Die Drosselklappe 46 steuert den Brennstofffluß durch die Brennstoffleitung 40, der, wenn das Steuerventil 47, wie gezeigt, geschlossen ist, in das Motoreinlaßsystem gerichtet ist. Der Zweck der gekoppelten Ventile 48 und 50 stellt sicher, daß eine zündfähige Mischung in der Brennstoffleitung 40 eingeschlossen wird, wodurch ein augenblickliches Starten sichergestellt wird.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen genauer den Aufbau und die Funktion des Mischventils 24. Insbesondere zeigt die Fig. 2 die Hauptbestandteile dieses Ventils, nämlich die Blöcke 60 bis 62, die dreieckige Schwenkplatte 64, den Schieber 66 und den Deckel 68. Hohlräume in dem Block 60 bilden die Brennstoffkammer 78 und die Luftkammer 80. Das mit der Öffnung 74 verbundene Rohr 70 verbindet die Brennstoffkammer78 über die Leitung 30 mit dem Dampfraum 32, während das mit der Öffnung 76 verbundene Rohr 72 die Luftkammer 80 über die Leitungen 34 und 36 und den Filter 38 mit der Atmosphäre in Verbindung setzt.

Der Block 61 umfaßt Halterungen für die Schwenkplatte 64 und den Schieber 66 sowie einen Schwenkplattenraum 82, einen Schieberraum 84, eine dreieckige Öffnung 86 und eine vier-

309836/0509

eckige Öffnung 88. Die Schwenkplatte 64 ist an der Spitze fest mit dem Bolzen 90 verbunden, dessen Drehzapfen 92 in dem halbkreisförmigen Ausschnitt 94 des Blockes 61 gelagert ist. Die gelagerte Schwenkplatte 64 fluchtet mit der Wand des Schwenkplattenraumes 82 und kann durch Drehung um den Bolzen 90 frei innerhalb dieses Raumes hin und her geschwenkt werden. Die Schwenkplatte 64 weist einen Dichtungsstift 98 auf, der sich in der Aussparung 100 bewegt, wenn die Platte je nach ihrer Stellung die Öffnungen 86 und 88 entweder teilweise oder vollständig abdeckt. Der Schieber 66 liegt über der Schwenkplatte 64 und gleitet, wenn der Hebelarm 102, der mit dem Schieber 66 verbunden ist, bewegt wird, in dem Schieberraum hin und her. Der Schieber 66 liegt fluchtend an der Wand 104 des Schieberraums 84 an, während der Hebelarm 102 in der Aussparung 106 des Umfangs des Blocks 61 hin und her gleitet.

Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, können die dreieckige Öffnung 86 und die viereckige Öffnung 88 je nach der Stellung der Schwenkplatte 64 und des Schiebers 66 teilweise oder vollständig abgedeckt sein. Der Schieber 66 steuert das durch die Öffnungen 86 und 88 sowie die Schwenkplattenstellung definierte Flächenverhältnis. Dieses Verhältnis bestimmt seinerseits das Durchflußverhältnis durch den Brennstoffeinlaß 26 "und den Lufteinlaß 28. Wenn die Schwenkplatte 64 geschwenkt wird, werden sowohl die dreieckige Öffnung 86 als auch die viereckige Öffnung 88 teilweise oder vollständig abgedeckt. Auf Grund der Geometrie dieser Öffnungen 86 und 88 bleibt das Verhältnis der Öffnungsflächen konstant, selbst wenn die Größen dieser Öffnungen verändert werden. Dies ergibt sich dadurch, daß die Beziehung zwischen der dreieckigen Öffnung 86 und der viereckigen Öffnung 88 äquivalent ist der Beziehung ähnlicher Dreiecke. Man hätte jedoch z.B. diese Öffnungen in Form gleichgroßer Rechtecke auslegen können. Bei einer derartigen Auslegung würde jedoch eine geringfügige Veränderung der Stellung des Schiebers 66 zu einer großen Veränderung des Verhältnisses der Öffnungsflächen führen. Daher würde es schwierig werden, das Luft/ßrennstoff-Verhältnis genau

309836/0509

zu steuern. Aus diesen Gründen ist die gezeigte Auslegung bevorzugt, obwohl andere Konstruktionen zur Steuerung des Verhältnisses der Öffnungsflächen verwendet werden könnten. Z.B. könnte ein ähnlicher Aufbau, wie er bei einem Kamera verschluß verwendet wird, geeignet sein.

Wenn die Teile des Mischventils 24 derart zusammengefügt sind, wie es in der Fig. 5 gezeigt wird, bedeckt der Block 62 den Block 61, während der Bolzen 90 sich durch die Buchse 110 (Fig. 3 und 4) der Blöcke 61 und 62 und schließlich durch die Öffnung 112 des Deckels 6 8 erstreckt. Der Block 62 weist eine dreieckige Öffnung 114 und eine viereckige Öffnung 116 auf, die, wenn die Blöcke 60 und 62 miteinander verbunden sind, mit den Öffnungen 86 bzw. 88 fluchten. Wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, weist die innere Fläche 118 des Blocks 62 eine längliche Aussparung 120, in der der Hebelarm 102 ge führt wird, sowie Anschläge 122 und 124 auf, die das hintere Ende der Schwenkplatte 64 bündig in dem Schw.enkplattenraum fixieren.

Wie in dieser Ausführungsform des Mischventils 24 dargestellt, wird der Brennstoffeinlaß 26 durch das Rohr 70, die Öffnung und die dreieckigen Öffnungen 86 und 114 definiert, während der Lufteinlaß 28 durch das Rohr 72, die Öffnung 76 und die viereckigen Öffnungen 88 und 116 begrenzt wird. Der an der Schwenkplatte 64 vorhandene Dichtungsstift 98, der in der Aussparung 100 geführt wird, verhindert einen Gasaustausch zwischen dem Lufteinlaß 28 und dem Brennstoffeinlaß 26, bis die Gase die (in der Fig. 2 gezeigte) Kammer 130 erreichen. Diese Kammer 130, die durch einen Hohlraum in der äußeren Fläche des Blocks 62 gebildet wird, dient als Mischkammer, in der die Luft und der Brennstoff sich vermischen. Das Rohr 131, das aus der Fläche des Deckels 68 heraustritt, verbindet die Brennstoffleitung 40 mit der Mischkammer 130, so daß die magere Brennstoffmischung aus dieser Kammer in den Motor einströmen kann.

309836/0509

Wie in der Fig. 6 gezeigt ist, steuert die Luft/Brennstoff- · Verhältnis-Steuereinrichtung 44 die Stellung des Schiebers Die Steuereinrichtung 44 umfaßt eine röhrenförmige Kammer 134, die sich bis zu einem Punkt unterhalb des Niveau ¹S des Benzins 22 erstreckt, einen Faltenbalg 136 sowie eine unter Federspannung stehende Membran 140. Der Faltenbalg 136, der mit dem unteren Ende der Kammer 134 verbunden ist, steht über die Leitung 138 mit der federbeaufschlagten Seite der Membran 140 in Verbindung. Die andere Seite der Membran 140 ist mit dem Hebelarm 102 des Schiebers 66 verbunden. Die Magnetspule 142 ist an der Rückseite des Faltenbalgs 136 befestigt, während die Feder 144 zwischen dieser Rückseite und der Abschlußplatte 146 angeordnet ist. Zwischen der Abschlußplatte 146 und dem offenen Ende 152 der röhrenförmigen Kammer 134 ist ein O-Ring 148 angrenzend an die Öffnung 150 des Faltenbalgs vorgesehen. Wenn die Magnetspule 142 außer Strom gesetzt wird, strömt Benzin durch die geöffnete Öffnung 152 und füllt den Faltenbalg 136. Wenn die Magnetspule erregt wird, wird die Abdeckplatte 146 nach oben angezogen und schließt die Öffnung 152 der röhrenförmigen Kammer 134. Gleichzeitig wird der Faltenbalg 136 gestreckt, wie es gestrichelt gezeigt ist, schließt Benzin ein und bildet oberhalb dieses eingeschlossenen Benzins einen Dampfraum. Der Dampfraum sollte etwa viermal so groß sein wie das Volumen des eingeschlossenen Benzins. Dies verringert irgendwelche Wirkungen, die die gelöste Luft auf den Druck in dem Dampfraum ausüben könnte. Die unter Federspannung stehende Membran 140 spricht auf den Dampfdruck innerhalb dieses Dampfraums an und steuert den Schieber 66 diesem Dampfdruck entsprechend. Demzufolge wird der Schieber 66 in Abhängigkeit von der Veränderung der Zusammensetzung des Benzins als Folge jahreszeitlich verschiedener Mischungen oder Luftstrippens,in Abhängigkeit von Veränderungen der Benzintemperatur, in verschiedene Positionen bev/egt, um diese Veränderungen auszugleichen, so daß das Luft/ßrennstoff-Verhältnis auf einem vorherbestimmten Wert verbleibt. Wenn z.B. die Temperatur des Benzins 22 steigt, steigt auch der Dampfdruck des Benzins. Damit das Luft/Brennstoff-Verhältnis konstant bleibt, muß der Schieber 66 bewegt werden,

309836/0509

damit die Größe der dreieckigen Öffnungen 86 und 114 verkleinert und die Größe der viereckigen Öffnungen 28, 116 gesteigert werden. Wenn der Dampfdruck abnimmt, tritt der umgekehrte Vorgang ein. Wenn das Benzin 22 von der Hauptmenge der niedrigsiedenden Bestandteile durch Abstreifen befreit ist, nimmt der Dampfdruckwiederum ab. Demzufolge wird die Größe der öffnungen 86 und 114 vermindert und die Größe der Öffnungen 88 und 116 vergrößert. Normalerweise liegen die Abmessungen dieser Öffnungen derart, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis in der Leitung 40 zwischen etwa 15:1 bis etwa 23:1 liegt.

Wenn der Schieber 66 in einer bestimmten Stellung vorliegt, massen die Öffnungen, die den Durchfluß von Luft und Brennstoff durch das Mischventil 24 gestatten, in dem Maße verändert werden, in dem der Brennstoffdurchfluß durch die Betätigung der Drosselklappe 46 verändert wird. Dennoch muß das Luft/Brennstoff-Verhältnis etwa konstant bleiben. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Schwenkplatte 64 in Abhängigkeit von einem Druckunterschied zwischen dem Atmosphärendruck und dem Druck in der Brennstoffleitung 40 in verschiedene Positionen gebracht wird. Der Druckregler bestimmt diesen Druckunterschied und hält den Druckabfall zwischen den Öffnungen 26 und 28 auf etwa gleichem Niveau. Dies wird trotz des unterschiedlichen Brennstoffbedarfes und der Unterschiede des Benzinfüllstandes in dem Tank 20 erreicht. Normalerweise beträgt das hydrostatische Druckgefälle in dem Tank 20 etwa + 12,7 cm Wassersäule (+ 5 inches).

Wie den Fig. 1 und 5 zu entnehmen ist, ist die Schwenkplatte 64 über den drehbar angelenkten Hebel 128 und die Stange 150a mit einer Seite der unter Federspannung stehenden Membran 152 des Druckreglers 42 verbunden. Der Hebel 128 ist an der mit der Bezugsziffer 151 gekennzeichneten Stelle drehbar mit der Stange 150a verbunden. Die Feder 154 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Membran 152 angeordnet und drückt wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, normalerweise die Stange 150a nach rechts. Dadurch wird die Schwenkplatte 64 in eine

309836/0509

Position gebracht, in der sie die dreieckigen und viereckigen Öffnungen 86, 88, 114 und 116 vollständig verschließt. Beim Starten wird, wenn die Drosselklappe 46 geöffnet und der Motor angelassen wird, ein Unterdruck in der Brennstoffleitung 40 erzeugt. Wenn der Unterdruck in der Leitung 40 etwa -127 cm Wassersäule (-50 inches) beträgt, wirkt der auf die Membran 152 einwirkende Druckunterschied derart, daß die ^Feder 154 zusammengepreßt wird, wordurch die Stange 150a nach links gezogen wird. Hierdurch wird die Schwenkplatte 64 derart bewegt, daß die Öffnungen 86, 88, 114 und 116 mindestens teilweise freigelegt werden. Wenn ein ausreichend großer Unterdruck, z.B. -127 cm Wassersäule (-50 inches) erreicht wird, wird der Druck des Benzins überwunden und Luft während des Anlassens und des Laufens im Leerlauf durch das Benzin 22 angesaugt.

Wenn der Brennstoffbedarf ansteigt, wird die Feder 154 weiter zusammengepreßt, wodurch die Schwenkplatte 64 so bewegt wird, daß diese Öffnungen noch weiter freigelegt werden. Wie zuvor bereits erwähnt wurde, bleibt das Verhältnis der Flächen der Öffnungen konstant, obwohl eine größere Menge der Brennstoffmischung durch das Mischventil 24 strömt. Wenn die Drosselklappe 46 vollständig geöffnet ist, ist der Brennstoffbedarf am größten, wobei die Schwenkplatte 65 die Öffnungen nicht abdeckt. Wenn die Drosselklappe vollständig geschlossen ist, ist der Brennstoffbedarf am kleinsten, so daß die Schwenkplatte 64 in eine Stellung zurückgeführt wird, bei der diese Öffnungen verschlossen sind.

Damit ein gesteuertes Vermischen der Luft mit dem Brennstoff erfolgt, muß der Druckunterschied zwischen den Öffnungen 26 und 28 im wesentlichen konstant bleiben. Dies wird erreicht, wenn der Druckabfall in dem Lufteinlaß 28 etwa gleich ist dem Druckabfall in dem Brennstoffeinlaß 26. Dies kann jedoch in absolutem Sinne wegen des hydrostatischen Druckes in dem Tank 20 nicht erreicht werden. Wenn z.B. der hydrostatische Druck in dem Tank 20 +12,7 cm (+5 inches) Wassersäule und der Unterdruck in der Brennstoffleitung -127 cm (-50 inches) Wasser-

309836/0509

säule beträgt, ergibt sich ein Druckabfall in dem Brennstoffeinlaß 26 von -114 cm (-45 inches) Wassersäule. Da der Lufteinlaß 28 mit der Atmosphäre in direkter Verbindung steht, beträgt demgegenüber der Druckabfall in dem Lufteinlaß -12 7 cm (-50 inches) Wassersäule. Dieser Unterschied von etwa 10 % beeinträchtigt jedoch das richtige Vermischen des Brennstoffs mit der Luft nicht. In diesem Beispiel muß die Feder 154, die die Betätigung der Stange 150a steuert, eine entsprechende Kennung aufweisen, so daß sie nicht durch den Atmosphärendruck zusammengepreßt wird, bis der Unterdruck in der Brennstoffleitung etwa -127 cm (-50 inches) Wassersäule beträgt. Hierfür ist irgendeine Federstärke, die so groß ist, daß der hydrostatische Druck eine minimale Wirkung auf den Druckabfall ausübt, jedoch nicht so groß ist, das der Brennstoffzufluß zu dem Motor beeinträchtigt würde, geeignet. Somit bleibt trotz des unterschiedlichen Brennstoffbedarfs und der Änderungen des Benzinniveau's in dem Tank 20 das Luft/ßrennstoff-VerhSltnis etwa konstant.

Der Betrieb des erfindungsgemäßen Brennstoffzuführungssystems 10 ist am besten zu verstehen, wenn man die Fig. 1 zusammen mit dem in der Fig. 7 gezeigten Steuerschaltkreis 161 betrachtet. Der Steuerschaltkreis 161 steuert die Stellungen der Ventile 47, 48, 50 und 164 und umfaßt in Reihe geschaltete Schalter 166 und 168, die zu den Schaltern 170 und 172 parallelgeschaltet sind. Diese Schalter sind beim Starten normalerweise geschlossen und sprechen auf eine Veränderung der Betriebsbedingungen des Motors an. Der Schalter 170 spricht auf die Temperatur des Katalysators an, der in dem katalytischen Auspuff 174 (Fig. 1) enthalten ist. Wenn die Temperatur des Katalysators einen gewissen Bereich erreicht, öffnet sich der Schalter 170. Der Schalter 168 spricht auf die Temperatur des Kühlwassers des Motors an. Wenn die Kühlwassertemperatur etwa 43,3°C (110⁰F) erreicht, spricht ein Thermoelement an und öffnet den Schalter 168. Der Schalter 166 ist ein Zeitschalter, der während der ersten 2 Minuten, in denen sich der Motor in Betrieb befindet, geschlossen bleibt. Dann öffnet sich der Schalter automatisch. Der Schalter 172 ist ebenfalls

309836/0509

ein Zeitschalter, der automatisch nach Ablauf von 10 Sekunden sich öffnet. Der Hauptkontrollschalter 176 ist ein einpoliger, dreistufiger Schalter, der von dem Fahrer betätigt wird. In Abhängigkeit von der Stellung dieses Schalters und der Stellung der Schalter 166, 168, 170 und 172 wird die Induktionsspule 178 einer Hauptmagnetspule angeregt. Der Schalter 176 weist drei Stellungen auf: eine geöffnete Stellung bei Kontakt 180, eine automatische Stellung bei Kontakt 182 und eine geschlossene Stellung bei Kontakt 184. Jedesmal, wenn die Induktionsspule 178 angeregt wird, wird ein Schaltkreis geschlossen, so daß das Steuerventil 47 und das Lüftungsventil 164 geschlossen und die gekoppelten Ventile 48 und 50 geöffnet werden, wodurch die Brennstoffzuführung zu dem Motor über die Brennstoffzuführungsvorrichtung 14 erfolgt. Die Anzeigelampe 186 zeigt im beleuchteten Zustand an, daß das Anlaßsystem in Betrieb ist. Wenn die Induktionsspule 178 außer Strom gesetzt wird, werden das Ventil 4 7 und das Lüftungsventil 164 geöffnet und die gekoppelten Ventile 48 und 50 geschlossen. Die zwischen den Ventilen 48 und 50 eingeschlossenen Dämpfe werden in die Atmosphäre oder einen Auffangbehälter abgelassen.

Die Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße System 10 im Nebenstrombetrieb, wobei das Ventil 47 geschlossen ist, so daß das Vergaseransaugrohr 162 direkt oberhalb der Stelle, an der die Brennstoffleitung 40 mit diesem Rohr verbunden ist, abgeschlossen wird. Weiterhin sind die gekoppelten Ventile 48 und 50 geöffnet, während das Ventil 164 in der Abluftleitung 54 geschlossen ist. In diesem Zustand strömt die Luft über den Filter 38 und die Leitungen 36 bzw. 34 in das Mischventil 24 und den Tank 20. Wenn sich ein Druckunterschied von etwa 127 cm (50 inches) Wassersäule zwischen den Einlassen 26 und 28 des Ventils 24 einstellt, bewegt der Druckregler 42 die Schwenkplatte 64 in eine Stellung, bei der ein Druchfluß durch das Mischventil 24 möglich ist. Da längs des Einlasses 26 ein Druckunterschied vorliegt, der 'beträchtlich größer ist als der hydrostatische Druck des Benzins 22 in dem Tank 20,

309836/0509

wird Luft aus der Leitung 36 durch das Benzin 22 hindurchgesaugt und füllt den Raum 32 mit luftgesättigten, niedrig-' siedenden Benzinbestandteilen. Diese im Gleichgewicht stehende gasförmige Mischung, die reich an derartigen Benzinbestandteilen ist, strömt über die Leitung 30 und vermischt sich mit Luft, die über den Lufteinlaß 28 in das Mischventil 24 einströmt. Wenn die Temperatur des Benzins 22 sich ändert, bewegt die Steuereinrichtung 44 den Schieber 66 an die geeignete Stellung, so daß das Luft/Benzin-Verhältnis konstant bleibt. Weiterhin bewegt sich die Schwenkplatte 64 in Abhängigkeit von dem Brennstoffbedarf zu unterschiedlichen Stellungen. Der Druckabfall längs des Lufteinlasses 28 ist jedoch etwa gleich dem Druckabfall längs des Brennstoffeinlasses 26. In dieser Weise bleibt das Luft/Brennstoff-Verhältnis konstant, obwohl der Brennstoffflußbedarf sich in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe 46 ändert.

Gemäß der anderen Betriebsart, bei der die Brennstoffversorgung des Motors durch den Vergaser 12 erfolgt, fördert die Brennstoffpumpe 188 Benzin über die Leitung 190 in die Schwimmerkammer 192 des Vergasers 12. Mit Hilfe eines Venturirohrs wird Benzin über die Leitung 194 in das Vergaseransaugrohr 162 gesaugt. Der Vergaser 12 umfaßt eine Drosselklappe 196 und eine Pumpe 198, die von dem Fahrer durch Durchdrücken des Gaspedals betätigt werden. Diese üblichen Vergaserelemente steuern während dieses Betriebes die Versorgung des Motors mit Benzin. Wenn jedoch das erfindungsgemäße System im Nebenstrombetrieb verwendet wird, entkuppelt eine mechanische Verbindung das Gaspedal und einige dieser Elemente, so daß das Benzin nicht das Ansaugrohr oberhalb des geschlossenen Ventils 47 füllen kann.

Eine weitere Ausführungsform eines Nebenstrombetriebes ist in der Fig. 8 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform steht die Brennstoffleitung 40 oberhalb der Vergaserdrosselklappe 196 mit dem Vergaseransaugrohr 162 in Verbindung. Diese Drosselklappe 196, die durch Treten des Gaspedals betätigt wird, dient hierbei bei beiden Betriebsarten zur Steuerung des

309836/0509

Brennstoffzuflusses zu dem Motor. Jedoch ist oberhalb der Verbindungsstelle ein Absperrventil 200 vorgesehen. Dieses Ansperrventil 200 ist im Fall des Nebenstrombetriebs geschlossen, wodurch verhindert wird, daß Benzin über den Vergaser 12 in das System eingeführt wird. Zusätzlich ist in der Leerlaufleitung 204 ein Stift 202 angeordnet, der diese Leitung absperrt und verhindert, daß rohes Benzin während des Nebenstrombetriebs in den Motor eintritt.

Weitere Merkmale der Erfindung umfassen eine Entleerung der Vergaserschwimmerkammer während der Betriebsruhe, ein Sicherheitssystem für die Brennstoffzuführungsvorrichtung 14 und ein neues Luftdispergiersystem 210 (Fig. 9 und 10) für den Brennstofftank 20. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, verbindet die mit einem Ventil ausgerüstete Leitung 212 die Schwimmerkammer 192 mit der stromaufwärts gelegenen Seite der Brennstoffpumpe 188. Beim Stillstand des Motors wird die mit einem Ventil versehene Leitung 212 durch die Außerbetriebnahme einer (nicht gezeigten) Magnetspule geöffnet, wodurch das in der Schwimmerkammer 192 enthaltene Benzin zu der stromwaufwärts gelegenen Seite der Brennstoffpumpe 188 fließt. Bei Inbetriebnahme wird diese Magnetspule wieder erregt. Da der Nebenstrombetrieb beim Anlassen während einer gewissen Zeitdauer erfolgt, hat die Brennstoffpumpe genügend Zeit, die Schwimmerkammer zu füllen. Wenn daher die Brennstoffversorgung des Motors anschließend auf den Vergaser 12 übergeht, dann hat der Vergaser einen Zustand erreicht, in dem er Benzin in das Motoreinlaßsystem einführen kann. Da die Schwimmerkammer 192 entleert und das Benzin in ein abgeschlossenes System überführt werden kann, können Benzindämpfe nicht in die Atmosphäre entweichen, was sie tun würden, wenn das Benzin in der sich oberhalb des heißen Motors befindenden Schwimmerkammer 192 belassen würde.

Das Sicherheitssystem umfaßt die Flammsperre 52 sowie die Entlüftungsplatte 222, die durch die Federn 224 dicht gegen den Auslaß 56 der Brennstoffleitung 40 gepreßt wird. Wenn ein Flarfmenrückschlag auftritt und die Flamme sich in der Brennstoffleitung-40 ausbreitet, löscht die Flammensperre 52

309836/0509

diese Flamme, bevor sie den Benzintank 20 erreicht. Obwohl das Auslöschen die Flamme zum Verlöschen bringt, kann der Druck sich über die Flammsperre 52 hinaus ausbreiten· Dieser Druck lüftet die Entlüftungsplatte 222 und öffnet damit den Auslaß 56, so daß der überdruck abgelassen werden kann.

Die Fig. 9 stellt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemMßen Brennstoffzuführungssystems 250 dar, gemäß der das in der Schwimmerkammer 252 des Vergasers 254 vorliegende Benzin 251 beim Starten als Quelle für die niedrigsiedenden Benzinbestandteile verwendet wird. Vorzugsweise sollte die Schwimmerkammer 252 eine derartige Größe aufweisen, daß genügend Raum vorhanden ist, der einen entsprechenden Vorrat an Benzindämpfen in dem Dampfraum 256 oberhalb des Flüssigkeitsniveau's der Schwimmerkammer sicherstellt. Vorzugsweise ist die Schwimmerkammer 252 gegen die Motorwärme isoliert. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die Luftleitung 258 durch die Seitenwandung der Schwimmerkammer 252 hindurch und endet unterhalb des Niveau's des in der Schwimmerkammer enthaltenen Benzins 251. Die Brennstoffpumpe 260 füllt über die Leitung 262 die Schwimmerkammer 252 mit Benzin 251, während der Schwimmer 264, der über die Stange 266 mit dem Stöpsel 268 verbunden ist, das Flüssigkeitsniveau in der Kammer reguliert. Der Stöpsel 268 verschließt den Einlaß 270 der Leitung 272, öffnet diesen Auslaß jedoch, so daß das Benzin durch die Schwimmerkammer 252 zirkulieren kann, wenn das Flüssigkeitsniveau ansteigt. Oberhalb der Schwimmerkammer 252 befindet sich die das Ventil 276 aufweisende Brennstoffleitung 274. Diese Leitung 274 bringt den Dampfraum 256 mit dem Vergaser-Venturirohr 278 in Verbindung. Vorzugsweise ist in dieser Leitung 274 eine Flammsperre 280 angeordnet. Eine Einrichtung 284 zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ähnlich der in der Fig. 6 dargestellten mißt den Dampfdruck des Benzins 251 in der Schwimmerkammer 252. Die Drosselklappe 282, die über eine Membran mit der Steuereinrichtung 284 verbunden ist, steuert in Abhängigkeit von der Wirkung der Steuereinrichtung die Größe der öffnung, die zu der Brennstoffleitung 274 führt.

309836/0509

Bei dem Nebenstromprinzip wird Luft über das Ansaugrohr 286. des Vergasers 254 in den Motor angesaugt, wobei eine gewisse Menge Luft über die Luftleitung 258 angesaugt wird. Diese Luft wird aus dem Ende der Leitung 258 durch das Benzin 251 gesaugt* wodurch der Dampfraum 256 mit einer gasförmigen Mischung gesättigt wird, die reich an niedrigsiedenden Benzinbestandteilen ist. Hierbei ist das Ventil 276 geöffnet und verbindet den Dampfraum 256 mit dem Venturirohr 278 des Vergasers 254. Die gasförmige Mischung strömt durch diese Leitung 274 in den durch das Venturirohr tretenden Luftstrom. Das in der Benzinleitung 290 angeordnete Ventil 288 ist geschlossen, wodurch verhindert wird, daß Brennstoff durch diese Leitung 290 in das Ansaugrohr strömt. In dem Maße, in dem der Brennstoffbedarf ansteigt, strömt mehr Luft durch das Venturirohr 278 und saugt eine größere Dampfmenge aus der Leitung 274 an. Entsprechend stellt sich der umgekehrte Vorgang dar. Je nach der Stellung der Drosselklappe wird das Luft/ßrennstoff-Verhältnis durch die Steuereinrichtung 284 gesteuert. Somit bleibt trotz des unterschiedlichen Brennstoffbedarfs das Luft/Brennstoff-Verhältnis etwa konstant. Nachdem der Motor sich aufgewärmt hat, wird das Ventil 276 geschlossen und das Ventil 288 geöffnet, so daß der Motor mit dem in der Kammer 252 vorliegenden Benzin 251 betrieben werden kann.

Die Fig. 10 bis 12 stellen das neue erfindungsgemäße Luftdispergiersystem 210 dar, das in dem Tank 20 angeordnet ist. Dieses System umfaßt eine Vielzahl von Leitungen 230 bis 233, die sich bis zu den oberen Ecken des Tanks 20 erstrecken und den Dampfraum 32 oberhalb des Benzins 22 mit dem Sammelzylinder 234 verbinden. Von der Oberseite des Sammelzylinders 234 führt die Leitung 30 zu dem Mischventil 24. Unterhalb des Zylinders 234 ist die Rückführungsleitung 236 angeordnet, mit der die flüssigen Materialien in den Tank zurückgeführt werden. Wenn ein voller Tank gegenüber dem Boden geneigt wird, bedeckt das Benzin 22 eine, zwei oder sogar drei der gezeigten Leitungen· Es bleibt jedoch mindestens eine Leitung in Verbindung mit dem Dampfraum 32. Sollte irgendwelche Flüssigkeit in den Zylinder 234 gelangen, so wird sie über die Leitung 236 in den Tank 20 zurückgeführt,

309836/0509

Das Luftdispergiersystem 210 umfaßt in der Nähe der Unterseite des Tanks eine Luftkammer 240 mit perforierter Oberseite 241. Auf dieser perforierten Oberseite ist ein Rost 242 angeordnet, der eine Vielzahl kleiner Räume 244 ausbildet. Wenn daher, wie in der Fig. 12 gezeigt, die Neigung des Tanks verändert wird und nur wenig Benzin in dem Tank vorhanden ist, wird das Benzin in den kleinen Räumen 244 gesammelt, so daß die Mehrzahl der Öffnungen 246 mit Benzin bedeckt ist. Die über die Leitung 36 eingeführte Luft füllt die Luftkammer 240 und drückt das Benzin aus dieser Kammer hinaus durch die Öffnungen 246. Hierdurch wird eine gleichförmige Dispersion der Luft in dem Benzin 22 erreicht, so daß eine Sättigung der Luft mit Benzin sichergestellt wird.

Der Tank 20 umfaßt ferner eine Steigleitung 247, die sich wenige cm in den Tank hinein erstreckt und die mit der Brennstoffpumpe 188 verbunden ist. Da sie sich jedoch in den Tank 20 hinein erstreckt, wird stets eine gewisse Menge flüssigen Benzins in dem Tank zurückgehalten, die als Quelle für die Benzindämpfe dient.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Steuerung des Luft/ßrennstoff-Verhältnisses besteht darin, daß man die Bewegung des Schiebers 66 als Ersatz für die Steuereinrichtung 44 verwendet. Bei dieser Ausführungsform wird die Schieberstellung durch die Anlaßdrehzahl des Motors gesteuert. Anfänglich ist der Schieber so eingestellt, daß er den gesamten Brennstoffeinlaß 26 bedeckt. Wenn der Motor angelassen wird, wird der Schieber so programmiert, daß er mit einer von der Anlaßgeschwindigkeit gesteuerten Geschwindigkeit bewegt wird und den Brennstoffeinlaß 26 öffnet und den Lufteinlaß 28 schließt. Bei einer gewissen Stellung ergibt sich eine geeignete brennbar-Mischung, worauf der Motor anspringt. Der Schieber wird dann eine voerherbestimmte weitere Strecke verschoben, um ein gutes Rundlaufen sicherzustellen.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der wesentlichen, beim Starten und Aufwärmen erzielten Verminderung der Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Abgasemissionen. Das er-

309836/0509

findungsgemäße System 10 ermöglicht die Brennstoffversorgung, eines kalten Motors mit einer gesteuerten, sauber verbrennenden Gasmischung. Das erfindungsgemäße System ist relativ billig, in großen Serien herzustellen und arbeitet unter Verwendung üblicher, derzeit erhältlicher Benzine. Das erfindungsgemäße System verhindert auch ein Absaufen des Motors beim Anlassen. Weiterhin springt der Motor selbst bei kalter Witterung schnell an, da eine gasförmige Mischung verwendet wird.

Wiederholte Kaltstarts und Kurzfahrten könnten möglicherweise dazu führen, daß die niedrigsiedenden Bestandteile aus dem in dem Tank 20 enthaltenen Benzin 22 entfernt würden. Computerberechnungen haben jedoch gezeigt, daß ausreichendeBenzindampfmengen vorhanden sind, um den Erfordernissen eines normalen Betriebs zu entsprechen. In den seltenen Fällen, da nicht genügend Benzindämpfe in dem Tank 20 vorhanden sind, könnte das erfindungsgemäße System 10 umgangen werden oder ein Warnlicht eingeschaltet werden, wodurch angezeigt würde, daß das Auto frisch betankt werden muß.

Das erfindungsgemäße System kann auch derart ausgelegt werden, daß das Entweichen von Dämpfen in die Atmosphäre während des Betankens verhindert wird. Z.B. könnte der Brennstoffeinlaß mit einem Dichtungsmechanismus ausgerüstet werden, so daß die Benzindämpfe in dem Tank 20 verbleiben würden, und es könnte ein Zapfhahn in den Einlaß eingebracht werden. Hierbei würde der Motor laufen, und die Brennstoffzuführungseinrichtung würde den Motor mit den überschüssigen Dämpfen betreiben, so daß diese Dämpfe verbrannt würden, anstatt in die Atmosphäre abgegeben zu werden.

Da weiterhin die Vergaserschwimmerkammer 192 entleert wurden kann, wird eine weitere Quelle für Kohlenwasserstoffemissionen bei Automobilen beseitigt. Der Vergaser könnte mit üblichen Systemen entleert werden, wobei es jedoch erforderlich wäre, einen elektrischen Motor zu verwenden, um den Brennstoff vor dem Start in die Schwimmerkammer 192 zu fördern. Diese zusätzlichen Kosten werden bei dem erfindungsgemäßen System vermieden,

309836/0509

da die erfindungsgemäße BrennstoffZuführungsvorrichtung wäh- ' rend des Startens den Motor mit Brennstoff versorgt und die übliche Brennstoffpumpe 188 die Schwimmerkammer 192 füllt.

Das erfindungsgemäße System bringt auch Bequemlichkeiten für den Fahrer mit sich. Wenn z.B. das Benzin währen des Normalbetriebs ausgehen wird, was durch die Höhe der Steigleitung 247 bestimmt würde, könnte der Fahrer von Hand die Versorgung des Motors auf die Brennstoffzuführungsvorrichtung 14 umschalten. Der Motor würde in dieser Weise einige Minuten durch Abziehen von Dämpfen des in dem Tank 20 verbliebenen Benzins betrieben werden können. Hierdurch würde der Fahrer in die Lage versetzt, entweder die Straße zu verlassen oder eine nahegelegene Tankstelle zu erreichen.

Weiterhin ist das erfindungsgemäße System sicher. Die in dem Dampfraum 32 vorliegende Luft/Dampf-Mischung ist die gleiche wie diejenige, die sich ergeben würde, wenn der Tank 20 in üblicher Weise verwendet würde, wobei flüssiges Benzin von der Unterseite des Tanks abgezogen wird und entsprechend der abgezogenen Flüssigkeit Luft über eine Belüftungsöffnung zugeführt wird. Eine derartige Luft/Dampf-Mischung ist zu fett, um bei normalen Temperaturen, d.h. bei Temperaturen oberhalb -34,4°C (-30⁰F), zu zünden. Ein stark auf Grund wiederholter Starts von niedrigsiedenden Bestandteilen befreites Benzin könnte bei sehr tiefen Temperaturen zu einer explosiven Mischung führen. Jedoch ist selbst dann die Wahrscheinlichkeit einer Explosion bei einem normalen Betrieb des Motors sehr gering.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems wird die Vergaserstarterklappe beseitigt. Diese Starterklappe ist während des Aufwärmens bei üblichen Vergasern erforderlich, um genügend niedrigsiedende Benzinbestandteile in den Motor einzuführen, wodurch das Starten sichergestellt wird. Die erfindungsgemäße Brennstoffzuführungsvorrichtung 14 wird beim Starten und beim Aufwärmen verwendet und ersetzt die Vergaserstarterklappe.

309836/0509

Claims

Patentansprüche

ll.),«rennstoffzuführungsvorrichtung für einen Innenverbrennungs— motor(22),der mit Benzin betrieben wird und einen Vergaser (12) aufweist, der mit dem Motoreinlaßsystem (16) der Verbrennungskammer des Motors (11) verbunden ist, g e k e η η zeichnetdurch

eine erste Einrichtung (10) zur Abtrennung der niedrigsiedenden Benzinbestandteile von den höhersiedenden Benzinbestandteilen des Benzins und zum Vermischen der niedrigsiedenden Bestandteile mit Luft in gesteuerter Weise unter Ausbildung eines gasförmigen Brennstoffs, der ein vorherbestimmtes Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist,

eine zweite Einrichtung (14) zur Umgehung des Vergasers (12) während des Startens des Motors (11) und Betreiben des Motors (11) direkt über das Motoreinlaßsystem (16) mit dem gasförmigen Brennstoff, und

eine dritte Einrichtung (161, 47, 48, 50, 164), die auf vorherbestimmte Betriebsbedingungen des Motors (11) anspricht und die zweite Einrichtung (14) ausschaltet und auf den Betrieb des Motors (11) mit Hilfe des Vergasers (12) umschaltet.
2.) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (10) Einrichtungen (20, 36, 38) aufweist, mit denen Luft durch das Benzin geblasen wird, um die niedrigsiedenden Benzinbestandteile von den höhersiedenden Benzinbestandteilen abzutrennen.
3.) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Einrichtung (10) eine Mischeinrichtung (24) aufweist, mit der trotz des unterschiedlichen Brennstoffbedarfes des Motors (11) das Luft/ßrennstoff-Verhältnis etwa konstant gehalten wird·

309836/0509
4.) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaser (12) über die mit einem Ventil versehene Benzinablaßleitung (212) mit einem Benzinlagerbehälter (20) verbunden ist.
5.) Brennstoffzuführungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch

einen einen Dampfraum (32) oberhalb des Benzins aufweisenden Benzintank (20),

Einrichtungen (36, 38) zur Einführung von Luft in das Benzin (22) und Ausbildung einer gasförmigen Mischung aus Luft und niedrigsiedenden Benzinbestandteilen in dem Dampfraum (32),

eine mit dem Motoreinlaßsystem (16) des Verbrennungsmotors (11) und dem Dampfraum (32) in Verbindung stehende Brenn-, stoffleitung (40), deren Durchfluß sich in Abhängigkeit von der Veränderung der Betriebsbedingungen des Motors (11) ändert, und

eine auf die Betriebsbedingungen des Motors (11) ansprechende Mischeinrichtung (24), mit der das Luft/Brennstoff-Verhältnis in der Brennstoffleitung derart gesteuert wird, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis trotz des unterschiedlichen Brennstoffbedarfes etwa konstant bleibt.
6.) Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Mischeinrichtung (24) einen Lufteinlaß (28), der mit der Brennstoffleitung (40) und der Atmosphäre in Verbindung steht, einen Brennstoffeinlaß (26), der mit der Brennstoffleitung (40) und dem Dampfraum (^2) verbunden ist, die mit Einrichtungen (42, 44, 64, 66) ausgerüstet sind, die die Größe der Öffnungen (86, 88, 114 ₅ 116) steuern, einschließlich eines ersten Elements (66), mit dem das Verhältnis der Öffnungen gemäß einem vorherbestimmten Luft/Brennstoff-Verhältnis eingestellt wird, und ein zweites Element (64) umfaßt, das die Größe dieser Öff»- nungen (86, 88 114, 116) verändert, jedoch das Verhältnis

309836/0509

der Öffnungen trotz des unterschiedlichen Brennstoffbedarfes und der Änderungen des Benzinniveau's etwa konstant hält.
7.) Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Element (66) auf den Dampfdruck des Benzins (22) in dem Behälter (20) anspricht und in Abhängigkeit von Veränderungen des Benzindampfdrucks in verschiedene Positionen bewegt wird, wodurch das Verhältnis der Öffnungen derart gesteuert wird, daß das vorherbestimmte Luft/ßrennstoff-Verhältnis trotz einer Veränderung des Benzindampfdruckes im wesentlichen konstant gehalten wird und das zweite Element (64) auf den vorherbestimmten Druckunterschied zwischen dem Atmosphärendruck und dem Druck in der Brennstoffleitung (40) anspricht und in verschiedene Positionen verschoben wird, wordurch die Größe der Einlaßöffnungen unter Beibehaltung eines konstanten Verhältnisses der Öffnungen verändert wird.
8.) Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung (24) einen Lufteinlaß (28), der mit der Brennstoffleitung (40) und der Atmosphäre verbunden ist, einen Brennstoffeinlaß (26), der mit der Brennstoffleitung (40) und dem Dampfraum (32) verbunden ist, und Einrichtungen (42, 44) umfaßt, die auf einen vorherbestimmten Druck-unterschied zwischen dem Atmosphärendruck und dem Druck in der Brennstoffleitung (40) ansprechen, wodurch trotz eines sich ändernden Brennstoffflußbedarfes und Änderungen hinsichtlich des Benzinniveau·s in dem Tank (20) ein etwa gleicher Druckabfall längs der Einlasse (26, 28) aufrechterhalten wird.
9.) Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (20) mehrere Einrichtungen (230 bis 233) aufweist, mit denen der Dampfraum (32) mit der Steuereinrichtung (24) verbunden ist, so daß, wenn eine oder mehrere dieser Einrichtungen (230 bis 233) wegen des sich verändernden Benzinniveau's verschlossen ist,

309836/0509

eine oder mehrere dieser Einrichtungen mit dem Dampfraum, (32) in Verbindung bleiben.
10.) Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (20) zusätzlich im unteren Bereich eine perforierte Luftdispergierkammer (240) auf~ weist und die Luftzuführungseinrichtung (36) in Verbindung mit der Luftkammer (240) steht, so daß während des Betriebes des Verbrennungsmotors Luft die Luftkammer (240) füllt, die durch die Öffnungen (241) dieser Kammer strömt und Luftblasen in dem Benzin dispergiert.
11.) Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierte Luftdispergierkammer (240) eine Vielzahl von daran angrenzenden kleinen Räumen (244) aufweist, die das Benzin direkt oberhalb der Öffnun-. gen (241) der Luftkämmer (240) einschließen.
12.) Brennstoffzuführungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch

einen Tank (20) zur Aufnahme des Benzins,der oberhalb des Benzins einen Dampfraum (32) aufweist,

Einrichtungen (230 bis 233) zur Einführung von Luft in das Benzin und zur Ausbildung einer gasförmigen Mischung aus Luft und niedrigsiedenden Benzinbestandteilen in dem Dampfraum (32),

eine mit dem Motoreinlaßsystem (16) des Verbrennungsmotors (11) und dem Dampfraum (32) in Verbindung stehende Brennstoffleitung (40), deren Durchflußbedarf in Abhängigkeit von den sich verändernden Betriebsbedingungen des Motors (11) verändert wird, und

ein mit der Brennstoffleitung (40) in Verbindung stehendes Mischventil (24) zum Vermischen der gasförmigen Mischung aus dem Dampfraum (32) mit Luft aus der Atmosphäre, das eine Steuereinrichtung (44) zur Einstellung des Verhältnisses von Luft zi} den Benzinbestandteilen in einem vorherbestimmten Verhältnis und einen Druckregler (42) auf-

309836/0509

weist, mit dem dieses Verhältnis konstant gehalten wird,, währenddem unterschiedliche Mengen von Benzinbestandteilen und Luft im Einklang mit dem Brennstoffbedarf in das Mischventil (24) eingeführt werden.
13.) Verfahren zum Betreiben eines Innenverbrennungsmotors, um dadurch die Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Emissionen zu vermindern, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) während des Startens des Motors den Vergaser des Motors umgeht und den Verbrennungsraum des Motors direkt über das Motoreinlaßsystem mit einem gasförmigen Brennstoff aus Luft und von Benzin abgetrenntenten niedrigsiedenden Benzinbestandteilen betreibt und

b) das in der Stufe a) angegebene Brennstoffzuführungsverfahren unterbricht, nachdem der Motor die vorherbestimmten Betriebsbedingungen erreicht hat, worauf man diesen über den Vergaser des Motors mit Benzin weiterbetreibt.
14.) Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß zur Abtrennung der niedrigsiedenden Benzinbestandteile von den höhersiedenden Benzinbestandteilen Luft durch das Benzin gesaugt wird.
15.) Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß man während des Betriebs gemäß der Stufe a) trotz des unterschiedlichen Brennstoffbedarfs des Motors ein etwa konstantes Luft/Brennstoff-Verhältnis aufrechterhält.
16.) Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis bei etwa 15:1 bis etwa 23:1 gehalten wird.
17.) Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Benzin zur Verminderung der Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Abgas-Emission, dadurch gekennzeichnet,

309836/0509

daß man

a) die niedrigsiedenden Benzinbestandteile von ilen höhersiedenden Bestandteilen des Benzins abtrennt,

b) die niedrigsiedenden Benzinbestandteile in gesteuerter Weise mit Luft vermischt, so daß man einen gasförmigen Brennstoff mit vorherbestimmtem Luft/Brennst.>\^-Verhältnis erhält,

• c) beim Starten des Motors den Vergaser des Motors umgeht und den Motor direkt über das Motoreinlaßsyüivm mit diesem gasförmigen Brennstoff betreibt und

d) den Betrieb des Motors mit diesem gasförmigen Brennstoff in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen ilcs Motors unterbricht und den Motor über den Vergaser tins Motors mit Benzin weiterbetreibt.
18.) Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtrennung der niedriuniedenden Benzinbestandteile von den höhersiedenden Benzinhestandteilen des Benzins Luft durch das Benzin gesau«|! wird.
19.) Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch g »kennzeichnet , daß man in der Stufe c) trotz<W«s unterschiedlichen Brennstoffbedarfs des Motors ein etwa konstantes Luft/ßrennstoff-Verhältnis aufrechterhält.

309836/0509