DE2331074A1 - Vorrichtung zur bildung eines homogenen vorlaeufigen gasfoermigen gemisches aus zwei einzelnen gasstroemen - Google Patents
Vorrichtung zur bildung eines homogenen vorlaeufigen gasfoermigen gemisches aus zwei einzelnen gasstroemenInfo
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Description
Patentassessor Hamburg, den 16.6.1973
DEUTSCHE TEXACO AG 770/HH
2000 Hamburg 76
Sechslingspforte 2
Sechslingspforte 2
TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017
U.S.A.
Vorrichtung zur Bildung eines homogenen vorläufigen gasförmigen Gemisches aus zwei einzelnen Gasströmen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung eines homogenen
vorläufigen gasförmigen Gemisches aus zwei einzelnen Gasströmen, bevor das. aus der Vermischung resultierende Gasgemisch
in den Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine eingegeben wird, in dem es mit einer Kraftstoffmenge, zwecks Bildung
einer verbrennbaren Mischung vermischt wird.
Ein beträchtlicher Teil der atmosphärischen Verschmutzung rührt her von der üblichen Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Kraftstoff
geraisches in den normalen Verbrennungskraftmaschinen. Es wurden verschiedene Einrichtungen zur Minimisierung des Ausstosses
schädlicher Emissionen dieser Maschinen in die Atmosphäre vorgeschlagen. Zielvorstellung ist es, die Verbrennungskraftmaschine
so zu fahren, daß der Kraftstoff vollständig
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verbrannt und die gewünschte Minimisierung erreicht wird.
Die die Luft verschmutzenden Stoffe weisen neben anderen die Abgase der Verbrennungskraftmaschinen auf. Eine der schädlichen
Komponenten dieser Abgase ist die NO -Komponente. Es hat eich gezeigt, daß zu einem großen Teil der Anteil der erzeugten
NO -Komponente in einem geraden Verhältnis zur Temperatur der Abgase steht. Je höher die Abgas- und Gastemperaturen sind
desto größer ist die Menge des NO -Gehaltes; er ist beträchtlich größer als bei Verbrennungskraftmaschinen, die bei niedrigen
Arbeitstemperaturen gefahren werden.
Im Hinblick auf eine Minimisierung des NO -Gehaltes, die durch einen Rückführungsprozeß der Motor-Abgase erzeugt wird, hat
sich gezeigt, daß bei geeigneter Bildung einer homogenen Einlaß-Gasmenge, der Anteil des Afcgasessehr vergrößert werden kann. Es
ist jedoch verständlich, daß unter speziellen Betriebsbedingungen die Menge des Abgases, die in der Einlaß-Gasmenge auch
verbraucht bzw. benutzt werden kann, unterschiedlich sein kann. So wird z.B. bei höherer Motorbelastung der Prozentsatz an
rückgeführtem Abgas vermindert , wenn sich effiziente Betriebsbedingungen einstellen sollen. Zum anderen kann bei
geringer Motorbelastung oder im Leerlauf der Anteil an Abgas wesentlich erhöht werden.
Es ist weiterhin bekannt, daß ein Rückführen von ungefähr bis 10 Prozent des erzeugten Abgases einen wirksamen Betrieb der
Haschine ermöglicht. Oberhalb dieses Prozentsatzes an rückge-
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führtem Abgas geht der Wirkungsgrad der Maschine zurück, mit
dem Resultat, daß der Anteil unverbrannter Kohlenv/asserstoffe steigt, während die Maschinenleistung abfällt.
Die gewünschte Vermischung von Abgas mit atmosphärischer Luft zur Bildung einer homogenen vorläufigen Mischung wird zumindest
zum Teil durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung zustandegebrächt. Die Vorrichtung zur Vermischung empfängt die
beiden Gasströme, die nachfolgend als Abgas und atmosphärische
andere,
Luft bezeichnet werden. Obwohl7die Verbrennung unterstützenden Gase ebenfalls an Stelle atmosphärischer Luft oder als Zusatz zu dieser verwendet werden können, Wird beim normalen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine Luft als Hauptzusatz für die zu verbrennende Mischung verwendet.
Luft bezeichnet werden. Obwohl7die Verbrennung unterstützenden Gase ebenfalls an Stelle atmosphärischer Luft oder als Zusatz zu dieser verwendet werden können, Wird beim normalen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine Luft als Hauptzusatz für die zu verbrennende Mischung verwendet.
Die einzelnen Gase werden in eine gemeinsame Mischkammer eingeleitet,
in der sie angeregt werden, in der gewünschten Art eine homogene Mischung zu bilden. Die Einrichtung zum Eingeben
der Gase beinhaltet eine Durchströmpassage für das Abgas, die eine Anzahl benachbart zu-einander angeordneter, verjüngt ausgebildeter
Düsen aufweist. Die Räume, die zwischen den benachbarten Düsen definiert sind, bilden eine Anzahl von Durchströmpassagen
für den Eintritt atmosphärischer Luft. Die Luft wird in die Mischkammer entlang der Wandungen der benachbart zueinander
angeordneten Düsen derart gesogen, daß die Geschwindigkeit des Abgas und der Luft miteinander übereinstimmen. Nach
der Vermischung der beiden Medien, wird die im wesentlichen homogene Masse durch eine Ausgangsöffnung in Richtung auf die
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Einlaßseite der Brennkammer,um in diese einströmen zu können,
gesogen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus der sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen:
Figur 1 eine Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine,
die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung uur Rückführung
eines Teils des Abgases ausgerüstet ist, Figur 2 eine vergrößerte Ansicht, zum Teil in Schnittdarstellung,
der Vorrichtung nach Figur 1, Figur 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 nach Figur
2,
Figur 4- eine Ansicht eines Ausschnittes in vergrößertem
Maßstab der Misch-Einrichtung gemäß Figur 2 und Figur 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 nach Figur
3.
Aus Figur 1 ist zu ersehen, daß die Misch-Einrichtung mit der Ansaugseite 10 eines Motors 11 kommuniziert und an dieser befestigt
ist. Der Kohlenwasserstoff-Kraftstoff, der zum Antrieb
des Motors verwendet wird, besteht aus normalem Ottokraftstoff, Diesel-Kraftstoff oder dergleichen. Bezüglich der dargestellten
Misch-Einrichtung kann jeder flüssige Kohlenwasserstoff oder auch ein gasförmiger Brennstoff verwendet werden.
Während in der vorliegenden Anordnung die Vermischung der eintretenden
Gase und des Kraftstoffe© im Verbrennungsraum durchgeführt wird, um ein brennbares, sündfähiges Gemisch fcu »rhal-
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ten, kann verdUster Kraftstoff vor dem Eintritt in die Brennkammer
auf ähnliche Weise zugemischt werden.
Der Motor 11 weist eine Anzahl Verbrennungsräume auf, die in
Reihe oder in V-Forra, je nach Art des verwendeten Motors, angeordnet
sind. Normalerweise ist der Motor 11 mit nacheinander
arbeitenden Einlaß- und Auslaßventilen versehen, die mit dem Verbrennungsraum kommunizieren. Jedes der Ventile, obwohl in der
Figur nicht dargestellt, kommuniziert entsprechend wechselseitig mit dem Einlaß-Kanal 10 und mit einem Abgas-Kanal 12.
Die Art der Eingabe des Kraftstoffes und die Zündung des vorläufigen
Gasgemisches mit dem Kraftstoff entpricht der in der US-PS 2 484 009 offenbarten Möglichkeit.
Gemäß dieser Patentschrift wird eine Luftmenge über das Einlaßventil
eingegeben und nachfolgend im Zylinder in Verwirbelung gebracht. Ein brennbarer Kraftstoff wird danach in den Zylinder
getrennt eingegeben, um sich mit einem Teil der wirbelnden Iiuftmasse zu vermischen. Das örtlich eich bildende brennbare
Gemisch wird dann gezündet.
Die Verbrennung der Mischung erfolgt in der unmittelbaren Nähe einer Zündkerze, die ihrerseits in normaler Weise durch ein
Zündsystem, das in Verbindung mit dem Motor gesteuert wird, gezündet wird.
Der heißere Abgasstrom wird dann einem Abgassammeirohr bzw.
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einem Auspuff zugeleitet. Um den Motor mit rückgeführten Ab- -■ gas beschicken zu können, kommuniziert der Auslaß-Kanal 12 mit
einer Abgas-Ieitung 14.
Der Strom durch diese Abgaa-Leitung wird von einem in der Leitung
angeordneten Ventil 16 geregelt. Das Ventil 16 baw. Ventilsystem
wird entweder manuell oder automatisch durch ein« Einrichtung,die
auf die Betriebsbedingungen anspricht betätigt, wodurch die Menge des rückgeführten Abgas reguliert oder gesteuert
wird.
Der Prozeß der Rückführung eines Teiles der Abgase zur Einleitung in den Einlaß-Kanal eines Motors ist ansich bekannt. Die
Menge der rückgeführten Abgase jedoch war die ganze Zeit über begrenzt aufgrund des Mangels an einer geeigneten Einrichtung
für eine angemessene Vermischung von Luft und rückgeführtem Abgas, um eine zufriedenstellende brennbare Mischung aufrecht
erhalten zu können.
Aus Figur 3 ist zu erkennen, daß die Abstromseite des Ventils
16 mit einer Gasmisch-Einrichtung 17 über eine Leitung 18 kommuniziert.
Die Leitung 18 kommuniziert über eine nachfolgend näher beschriebene Düsen-Einrichtung und danach mit einem Mischraum
19 in der Gasmisch-Einrichtung 17. Die Gasmisch-Einrichtung kommuniziert mit einem Filter-Element 21 dergestalt, daß
die einströmende Luft in eine Anzahl einzelner Luftströme aufgeteilt
wird, bevor sie in den Mischraum 19 für die Vermischung
eingeleitet wird.
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• - 7 -
Die Abstromseite der Gasmisch-Einrichtung 17 kommuniziert mit
dem Einlaß-Kanal 10 oder direkt mit den entsprechenden Einlaß-Ventilen.
Beim üblichen Hotorbetrieb gelangen die heißen Abgase in den Auslaß-Kanal 12 mit einer ungefähren !Eemperatur zwischen 3160G
und 927°G. Wie eingangs schon gesagt, ist es wünschenswert,soviel Abgas wie möglich rtiokeuführen, ohne daß dadurch der
Gesamtbetrieb des Motors wesentlich beeinflußt wird. Die Gasmisch-Einrichtung 17, in der die beiden Gasetröme in den gewünschten
homogenen Zustand gebracht wurden, weist im wesentlichen einen Ringmantel 23 auf, der ein Gehäuse mit sich gegenüberliegenden
Enden bildet. Eine mittig angeordnete Gasleitung 24 ist im Ringmantel, vorzugsweise in koaxialer Ausrichtung mit
diesem, angeordnet.
Die zentrale Gasleitung 24 erstreckt sich über die Kante des Ringmantels 23 hinaus und dient als Zuführungsöffnung 26 srur
Verbindung zur Leitung 18. Die Gasleitung 24 ist im wesentlichen von zylindrischer Ausbildung und erstreckt sich eine ausreichende
Distanz in die Gasmisch-Einrichtung 17, um.die entsprechenden
gasführenden Düsen 27, die die Düsen-Einrichtung bilden, aufzunehmen.
Die Düsen 27 und 27' sind als langgestreckte, relativ flache
!eile mit parallellaufenden Wänden 28 und 29 ausgebildet, die Ewischen sich die Durchströiapaeeage 31 definieren. Bas obere
Ende der entsprechenden Wände 28 und 29 der Düsen stoßen an
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die innere Oberfläche des Ringmantels 23 und bilden so einen
oberen Abschluß zur Durchströmpassage 31.
Die entsprechenden Düsen 27 sind radial angeordnet und kommunizieren
mit der zentralen Gasleitung 24, an der sie dergestalt befestigt sind, daß die Düsen nach außen in gleichem Abstand
von der Oberfläche der Gasleitung abstehen. Das untere Ende der Wände 28 und 29 der Düsen definieren die Einlaßöffnung 33, die
mit einem Aufnahmeschlitz 36 der Gasleitung 24 übereinstimmen.
Diese Schlitzreihe bildet somit eine Einrichtung zur Aufteilung des kontinuierlichen Gasstromes durch die ZuführungsÖffnung
in eine Anzahl einzelner Gasströme. Die Rückwand 37 der Düsen verbindet die sich gegenüberliegenden Wände 28 und 29 und ist
vorzugsweise zur besseren Aufnahme der einströmenden Luft und zur Aufteilung derselben in einzelne Ströme entsprechend weichverlaufend
gebogen ausgebildet.
Zur Minimisierung von Strömungsturbulenzen innerhalb der Düsen
27 können diese -mit einem die durchströmenden Gase führenden Einsatz 38 versehen sein. Dieser Einsatz ist zwischen den Wänden
28 und 29 der Düsen angeordnet und lenkt die ankommenden Gasströine zum Düsenauslaß 35.
Jedes der benachbarten Düsenpaare 27, 27' definiert zv/ischen ·
sich eine Durchströmpassage 32 für die Luft, die in diese vom Filter-Element 21 her kommend aufnimmt und diese in einzelne
Luft ströme aufteilt, "bevor sie in den Mischraum 19 strömen.
Jede der Dtβe·Α ist außerdem entlang ihrer hinteren Kaute mit
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einer relativ dünnen Wand versehen, die im wesentlichen radial "bezüglich des Mischraumes 19 verläuft und in den Düsenauslässen
35 endet.
Die radiale und gleichweit voneinander entfernte Anordnung der entsprechenden Düsen 27, 27' ist dergestalt, daß sie einen
einzigen Abgas-Strom über die Gasleitung 24 empfangen können. Dieser Abgas-Strom wird demnach im wesentlichen zu gleichen
Teilen bezüglich der Einlaßöffnungen 33 der Düsen aufgeteilt.
Die Abstromseite der Gasmisch-Einrichtung ist mit einer Abschluß-Platte
39 versehen, die eine gekrümmte innere Oberfläche aufweist, die eine Wand des Mischraumes 19 definiert. Diese Abschluß-Platte
39 ermöglicht es,den aue den Düsen 27 austretenden Gasströmen und den entsprechenden Luftströmen, die in den
Mischraum gelangen, sich gut zu vermischen und durch die öffnung 41 als homogener Strom auszuströmen.
Die Öffnung 41 des Mischraumes 19 kommuniziert über eine geeignete
Leitung oder Drosseleinrichtung mit dem Einlaß-Kanal 10 des Motors 11.
Die Gasleitung 24 ist außerdem noch mit einem die Luft ablenkenden
konvexen Einsatz 43 versehen. Dieser ist zentral im Mischraum innerhalb der Gasleitung 24 dergestalt angeordnet,
daß der ankommende Gasstrom nach außen in Richtung auf die Einlaßöffnungen gerichtet wird.
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Wie schon angedeutet, kann die Abstromseite der Gasmisch-Sinrichtung
außerdem mit einer Drosseleinrichtung zur Regulierung des homogenen Gasstromes des Mischraumes 19 ausgerüstet sein.
Auf jeden Fall wird bei der aufeinanderfolgenden Beaufschlagung
der entsprechenden Einlaßventile eine vorbestimmte Menge des vorläufigen Gasgemisches von dem Einlaß-Kanal 10 angesaugt und
In einen Verbrennungsraum eingeleitet.
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Claims (6)
1. Vorrichtung zur Bildung eines homogenen vorläufigen
gasförmigen Gasgemisches aus zwei einzelnen Gasströmen, bevor das aus der Vermischung resultierende Gasgemisch
in den Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine eingegeben wird, in dem es mit einer Kraftstoffmenge zwecks
Bildung einer brennbaren Mischung vermischt wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung
(19), die den Mischraum bildet und eine Austragöffnung (41) sowie mindestens zwei langgestreckte, im
Mischraum (19) zur Bildung einer dazwischen liegenden Durchströmpassage (32), Düsen (27) aufweist, durch eine
Einrichtung, die mit den Düsen (27) und einer Quelle für den ersten Gasstrom kommuniziert und durch eine Einrichtung,
die mit den zwischen den Düsen (27) liegenden Durchströmpassagen (32) und einer Quelle für den zweiten
Gasstrom kommuniziert, wobei der entsprechende erste und zweite Gasstrom gleichzeitig in den Mischraum (19) in
einzelnen, wechselseitig angenordneten Strömen zur Bildung des vorläufigen Gasgemisches einströmen.
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2. Vorrichtung nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet
, daß die langgestreckten Düsen (27) kreisförmig und voneinander entfernt zur Bildung der dazwischenliegenden Durchströmpassagen (32)
angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von
Düsen (27) kreisförmig im Mischraum (19) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
den Mischraum (19) bildende Einrichtung eine periphere Wand aufweist und daß die langgestreckten Düsen (27)
eine Kante aufweisen, die in den peripheren Bereich der Wand eingreifen und dabei eine Begrenzung der Durchströmpassagen-
(32) bilden.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Ringmantel (23) im wesentlichen die periphere Wand bildet, daß eine Abgas-Leitung (18) koaxial zum Ringmantel
(23) angeordnet ist und in diesen hineinragt, wobei der Ringmantel (23) mit der Quelle für den ersten Gasstrom
kommuniziert,und daß die langgestreckten Düsen (27)
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wechselseitig mit der Abgas-Leitung (18) kommunizieren und sich radial nach außen von dieser erstrecken und
in den Ringmantel (23) zur Bildung der zwischen ihnen definierten Durchströmpassagen (32) eingreifen.
6. Vorrichtung zur Bildung eines homogenen vorläufigen gasförmigen Gasgemisches aus zwei einzelnen Gasströmen,
bevor das aus der Vermischung resultierende Gasgemisch in den Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine eingegeben
wird, in dem es mit einer Kraftstoffmenge zwecks Bildung einer brennbaren Mischung vermischt wird in
Kombination mit einer Verbrennungskraftmaschine, die
einen Verbrennungsraum mit einer Einlaß-Ventil-Einrichtung zur Eingabe eines flüssigen Kraftstoffes und einer
die Verbrennung unterstützenden Gasmischung in den Verbrennungsraum und eine ventilgesteuerte Abgas-Leitung
aufweist, die mit dem Verbrennungsraum zur Ableitung eines Abgas-Stromes kommuniziert, gekennzeichnet durch eine Gasmisch-Einrichtung
(17), die einen kreisförmigen Mischraum (19) aufweist, in den eine mit der ventilgesteuerten Abgas-Leitung
(12, 14, 18) kommunizierende Einlaß-Gasleitung (24) ragt, durch eine Vielzahl von langgestreckten, benachbart
zueinander angeordneten Düsen (27), die mit der Einlaß-Gasleitung (24) kommunizieren und von dieser
sich radial in den Mischraum (19) bzw. in die Gasraisch-
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Einrichtung (17) erstrecken, um in den Mischraum (19) eine Vielzahl an Abgas-Strömen einzuleiten, wobei zwischen
den benachbart zueinander angeordneten Düsen (27) Durchströmpassagen (32) gebildet sind, die mit der
Außenatmosphäre zur Einleitung von Luftströmen in die Gasmisch-Einrichtung zur Vermischung mit den Abgas-Strömen
kommunizieren.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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