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Procédé et agencement pour le fonctionnement de moteurs à combustion interne à gazogène.
La présente invention se rapporte à un procède et- à un agencement pour la mise en fonctionnement de moteurs à cdmbustion interne à gazogène. Les gazogènes connus pour le fonctionnement de moteurs à combustion interne sont toujours dimensionnés en concordance avec la consommation de gaz la plus élevée se produisant. Or, il est connu que la qualité ou la puissance calorifique du gaz varie avec la charge du gazogène ou la consommation de gaz. La vitesse d'écoulement dans le gazogène diminue en cas de réduction de la charge et s'élève pour une plus grande charge, ce qui a pour conséquence une variation dans le même sens de la hauteur de la couche incan- @
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descente dans le gazogène.
Dans les gazogènes connus, la meilleure qualité du gaz a étéobtenue pour la charge la plus grande ou respectivement la consommation de gaz la plus grande, tandis qu'en cas de charges plus minimes, par exemple lors de la marche àvide du moteur, la qualité du gaz devenait souvent tellement mauvaise qu'à la longue le fonctionnement ne pouvait pas être entretenu.
En particulier dans le cas de fluctuation brusque de la charge, comme cela se présente par exemple en particulier dans les gazo- gènes pour moteurs de véhicules, la puissance calorifique varie dans une forte mesure avec la charge. Lorsqu'on fait marcher par exemple un.moteur dans une pente ou en marche à vide pendant un temps prolongé, avec une minime consommation de gaz, la couche incandescente dans le gazogène s'abaisse au point qu'en cas de charge brusque, alors que la consommation de gaz est donc augmen- tée, la qualité du gaz devient fréquemment tellement mauvaise que le moteur peut à peine être maintenu en fonctionnement. Le même inconvénient se produitlorsque, en cas de charge prolongée du gazogène, la couche incandescente a atteint sa hauteur la plus grande et qu'ensuite la charge ect diminuée.
La vitesse d'écoulement dans le gazogène diminue alors et la qualité cu la puissance calorifique du gaz deviennent notablement plus mauvaises par suite de la couche incandescente trop élevée pour la minime consommation de gaz.
La présente invention a pour but d'éliminer ces inconvé- ,dents. L'invention consiste essentiellement en ce que par une diminution de dimensions du gazogène, en s'oppose à une variation de la qualité du gaz pour des consommations de gaz différentes, avantageusement de telle manière que la meilleure qualité du gaz es obtenue par la charge moyenne du gazogène; le libre dévelop- pement de la hauteur de couche incandescente pouvant, suivant la présente invention,. être limite àuns valeur correspondant à une charge moyenne.
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Les expériences -ont montré que par la réduction de dimensions du gazogène, suivant la présente invention, employée seule, on peut s'opposer à des variations de la qualité du gaz ou de la puissance calorifique du gaz pour différentes conditions de fonctionnement. Pour une plus petite consommation de gaz, on assure ainsi une qualité de gaz suffisamment bonne, car par la diminution de la section active du gazogène la vitesse d'écoulement dans le gazogène est augmentée et de ce fait, même en cas de marche à Vide, une hauteur de couche incandescente satisfaisante pour une bonne gazéification est maintenue.
Par cette diminution de dimensions du gazogène, en particulier par le fait que la hauteur de couche incandescente est limitée, on obtient l'avantage que lors du passa- ge de la pleine charge à des charges plus petites, même lorsque le gazogène avait été chargé en plein pendant longtemps, la puis- sanre calorifique ou la qualité du gaz ne devient pas plus mauvaise.
La circonstance que la hauteur de couche incandescente ne peut s'élever en concordance avec le pleine charge du gazogène par suite de la. limitation n'a pas d'action notable sur le fonctionnement dunoteur à combustion interne, comme cela a été établi.
Suivant la présente invention, on peut s'opposer également à des variations à la qualité du gaz non seulement par diminution de dimensions du gazogène ou une limitation de la hauteur de couche incandescente mais également par variation de la pression dans le gazogène, de telle manière que les deux mesures se complètent.
On peut par exemple par une diminution de la pression, diminuer le poids spécifique du gaz et augmenter le volume de la même quan- tité de gaz, de sorte que par étranglement, la vitesse du gaz peut être élevée pour une même consommation de gaz. Il est connu de s'opposer à des variations de la qualité du gaz par une variation de la pression dans le gazogène. Il faut toutefois, dans le cas de gazogènes dimensionnés de la manière usuelle, une variation rela- tivement étendue de la pression pour les différentes charges, de
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sorte que pour de petites charges il se produit une forte dépression .
Des expériences ont montre que, pour conserver une qualité de gaz aussi constante que possible, la pression dans le gazogène doit etre modifiée d'autant moins que la vitesse d'écoulement dans le gazogène est plus grande pour la consommation minima de gaz, de sorte yze, dans le cas du di- mensionnement de gazogène suivant la présente invention, des variations minimes seulement de la pression sont nécessaires.
Sion diminue les dimensions du gazogèneou si on limite la hauteur de couche incandescente à une valeur moyenne, des va.- riations de pression d'environ 1 atmosphère absolue en pleine charge à 0,8 atmosphères absoluer en marche à vide suffisent pour maintenir à. peu près sans changement la qualité du gaz, tandis que dans les gazogènes connus, pour de petites charges, des dépressions de 0,5-0,7 atm. absolues étaient nécessaires.
Le gazogène suivant la présente invention ne doit par consé- Quent pas être soumis à, de grandes différence-- entre la pres- sion extérieure et la pression intérieure, de sorte que la construction du gazogène estsimplifiée. On peut en outre s'opposer aux variations de la qualité du gaz dans une mesure plus ou moins grande par une diminution de dimensions du gazo- cène ou une limitation de la hauteur de couche incandescente et faire varier la pression dans le gazogène dans une mesure plus ou. moins grande, ou bien on peut aussi maintenir constante la qualité du gaz dans une mesure satisfaisante uniquement par une diminution des dimensions du gazogène ou limitation de la hauteur de couche incandescente.
Suivant la présente invention, on peut s'opposer par exemple aux variations de la qualité ou de la puissance calorifique du gaz pour une consommation de gaz dépassant une valeur déterminée, par exemple une valeur moyenne, par limi- tation de la hauteur de couche incandescente, et en cas de consommation de gaz plus minime au contrai re, par des varia-
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tions de la pression dans le gazogène ou par étranglement du gaz entrant dans le gazogène, de sorte que les mesures prises pour maintenir constante la qualité du gaz se'complètent l'une l'autre.
On peut toutefois aussi rendre sans effet nuisible des variations se produisant éventuellement encore dans la qua- lité du gaz, par le fait que le rapport de mélange de gaz com- bustible et d'air est modifié en concordance avec la qualité du gaz ou la puissance calorifique du gaz, automatiquement, par exemple par un dispositif agissant sous la dépendance de la température du gaz combustible, de telle manière que lors d'un abaissement de la puissance calorifique, la quantité de gaz combustible est augmentée ou la quantité d'air est diminée.
La présente invention part ici de la constatation que la tem- pérature du gaz sortant du gazogène est une mesure de la puis- sance calorifique du gaz, en ce sens que la température est d'autant plus élevée que la puissance calorifique du gaz est. plus mauvaise.
Suivant la présente invention, le réglage de la puissance du moteur peut se fai re par étranglement, entre le gazogène et la chambre de melange, pour l'air et le gaz com- bustible et avant le gazogène.
La disposition peut être telle qu'en cas d'étrangle- ment de léentrée d'air dans le gazogène, l'organe d'étrangle- ment situé après le gazogène est fermé plus fortement et seulement après l'écoulement d'un certain temps au cours duquel l'étranglement avant le gazogène prend une position correspon- dante, tandis que des deux organes d'étranglement disposés avant le gazogène et avant la chambre de mélange, l'un est actionné arbitrairement et l'autre peut être réglé sous la dépendance de la pression avan le gazogène et avant la chambre de mélange. Par le fait que, lors dé l'étranglement de l'entrée d'air dans le gazogène, l'étranglement derrière le gazogène est augmenté au début, on obtient l'avantage que l'étranglement
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agit sans retardement sur le moteur.
On évite par conséquent que le volume du gazogène, de l'épurateur de gaz, etc.,agisse comme espace nuisible, ce qui aurait pour conséquence qu'un étranglement agirait sur le moteur seulement après compensa- tion de la pression dans ces espaces.
Le dispositif pour la réalisation du procédé suivant 1'invention est caractérisé essentiellement par un gazogène, dont la section efficace est prise petite en comparaison de sa puissance et/ou dont la hauteur de couche incandescente est limitée par des mesures constructives une hauteur cor- respondant à une charge située somw la valeur maxima.
La présente invention offre des avantages en particu- lier pour les moteurs à combustion interne alimentés par ga- zogènes qui doivent fonctioner sous des charges variables et à des nombres de tours différents, comme c'est le cas par exemple dans les moteurs de véhicules. L'invention permet de tenir compte des conditions imposées en particulier dans le fonctionnement de véhicules et de rendre les moteurs fonctionnant au gazogène équivalents au moteur fonctionnant' avec un combustible liquide.
L'invention est expliquée au dessin schématique à l'aide des exemples de réalisation.
La fig. 1 montre un gazogène avec tirage dirigé vers le haut et la fig. 2 un gazogène avec tirage dirigé vers le ba. Les fil. 5,4 et 5 montrent schematiquement diffé-
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rei-l'ua3di-qpositioi--dlin-'allation,z, consistant en un gazogène et en un moteur à combustion interne. Les fig. 6, 7 et 8 montrent différents exemple,- de réalisation pour la commande des organes d'étranglement réglait l'arrivée du gaz.
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Co.:nr:e le montre la fig. 1, la hauteur rnaxima h de la couche incandescente se prouidsant dans le gazogène 1 dépend de la position du cylindre intérieur 8, c'est à. dire
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de son arête inférieure 9. L'air arrive dans ce gazogène dans le sens de la flèche 2 dans l'espace 3 situé sous la grille 4.
Après avoir traversé la couche de combustible 5, le gaz produit sort du gazogène par l'espace 6 dans la direction de la flèche 7, pour gagner la conduite aboutissant au moteur.
La hauteur maxima h de la couche incandescente produite sur la grille 4 est déterminée par le bord inférieur du cylin- dre intérieur 8. Par placement de ce bord dans une portion plus ou moins élevée, on peut faire varier la hauteur maxima possi- ble de la couche incandescente.
Lors du choix des dimensions du gazogène, la hauteur h peut être fixée sur la base du combustible à traiter, de telle manière que la couche incandescente est limitée en concordance avec de petites valeurs moyennes de la consommation du gaz.
Dans les gazogènes connus au contraire, la hauteur h est toujours choisie d'une grandeur telle que la hauteur de couche incandescente prenant naissance pour la production maxima de gaz ne s'élève pas jusqu'àu bord 9 de la pièce intérieure 8, et que la couche incandescente peut par conséquent se déve- lopper librement. On a représenté à la fig. 2 à titre d'exemple la réalisation de la limitation de la couche incandescente dans le das d'un gazogène ne brûlant vers le bas (avec tirage dirigé vers le bas).
La couches incandescente est ici limitée par l'arête 10 de telle façon que la distance entre cette aréte et la grille 11 représente la hauteur de couche incandescente maxima h'. L'air s'écoule dans la direction de la flèche12 dans le gazogène, parcourt la couche de charbon incandescente 13 et est aspiré par le moteur à l'état de gaz à travers la grille 11,dans la direction de la flèche 12'.
La section efficace de ces gazogènes représentés aux fig. 1 et 2, c'est à dire la section par laquelle l'air à gazéi-
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fier s'écoule à travers la couche incandescente, est relati- vement petite, en concordance avec la presente invention, par exemple à moitié aussi grande que dans les gazogènes usuels pour lamême puissance, de sorte que la vitesse d'écoulement est relativement grande.
Dans le tuyau d'aspiration du moteur,il prend nais- sance approximativement en pleine charge une pression de 0,92 atm. absolue et en cas de marche à vide une pression de 0,4 atm.absolue. Lorsqu'alors il faut produire la même pression dans le gazogène et dans le tuyau d'aspiration, la soupape d'étranglement qui règle la puissance du moteur et qui, dans les moteurs connus est disposée dans la tubulure 17 du tuyau d'aspiration en vue de l'étranglement du mélange, peut, sui- vant la fig. 3 être placée avant le gazogène dans la conduite 18 d'entrée d'air, de sorte que l'air entrant dans le gazogène et servant à la production du gaz est étranglé.
Cette soupape d'étranglement a été désignée par 19. 20 est la soupape étran- glant l'arrivée d'air dans la conduite d'air 23. 1 représente le gazogène, 14 l'épurateur de gaz, 15 la chambre de mélange pour l'air et le gaz et 16 le tuyau d'aspiration d'un moteur à quatre cylindres.
Lorsqu'il doit se produire dans le gazogène une dé- pression plus petite, c'est à dire une pression absolue plus elevée que dans le tuyau d'aspiration, ceci peut être atteint de différentes manières. On peut par exempe,comme le montre la fig 4, disposer dans le tuyau 21, c'est à dire entre le gazogène 1 et la chambre de mélange 15, un disque d'étrangle- ment 22. Cette disposition a toutefois l'inconvénient que le rendement du moteur devient plus petit.
On peut également à la place d'un disque d'étrangle- ment, intercaler dans la conduite 21 une soupape d'étranglement
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24 réglable, comme le montre la fig. 5. Cette soupape 24 peut être déplacée arbitrairement à la main ou au pied en vue du réglage de la puissance du moteur, et la soupape 19 peut être accouplée à la soupape 24, de telle manière que la soupa 24 est toujours fermée plus fortement que la soupape 19 et que seulement les deux soupapes sont complètement ouvertes simultanément/pour' la plus grande chargé.
Une semblable liaison de ces deux soupapes d'étrangle- ment est représentée par exemple à la fig. 6. Le levier 25 actionne la soupape d'étranglement 24 disposée dans la conduite 21 entre le gazogène 1 et la chambre de mélange 15. La soupape d'étranglement 19 disposée avant le gazogène est reliée au levier 25 par l'intermédiaire du tringlage 26,27 et du levier à deux branches 28, le rapport des leviers étant choisi de telle manière que la soupape 24 disposée après le gazogène est fermée plus fortement que la soupape 19 disposée devant le gazogène.
Une semblable disposition a toutefois l'inconvénient que la différence entre les pressions dans le tuyau 21 derrière la soupape 24 et dans le tuyau 18 après la soupape 19, c'est à dire dans le gazogène, dépend du nombre de tours du moteur et cela de telle manière que la pression dans le gazogène diminue lorsque le nombre de tours augmente. Cette circonstance pro'foque une plue grande fluctuation de la dépression flans le gazogène que celle qui serait nécessaire pour maintenir constante la qualité du gaz.
Une commande automatique des soupapes est donc avantageuse, commande par laquelle pour toutes les conditions de fonctionnement, les soupapes sont mises en position de telle manière que pour chaque charge et pour chaque nombre de tours, il se produit entre la pression derrière la soupape 24 et la pression dans le gazogène une différence fixée d'avance.
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Un exemple d'une semblable disposition est représenté à la fig. 7. Dans cet exemple de réalisation, la soupape 24 est actionnée par le conducteur du moteur au moyen du levier 29. La position 29' correspond à la pleine charge, la position 29" correspond à. la marche à. vide du moteur. Ce levier agit par 1 1 intermédiaire d'un ressort 30 sur la membrane 31 dm un côté est sous la pression atmosphérique et l'autre côté .sous la pression de gaz régnant dans le tuyau 21 derrière la soupape 24. L'espace au-dessus de la membrane 31 est relié par une con- duite 55,56 au tuyau 21, les endroits reliés étant désignés par x-x.
Par la mise sous tension du ressort 30, c'est à dire par le déplacement du levier à main 29 de 29' vers 29", la charge de ressort qui agit sur la membrane 31 augmente, de sor- te que la pression de gaz dans le tuyau 21 en x diminue jus- qu'à ce que cette pression devienne égale à la pression qui est déterminée par la différence, agissant sur la membrane 31, de la pression atmosphérique et de la tensiln du ressort.
Par la mise sous tension du ressort 30, la pression des gaz qui prend naissance dans le tuyau 21 avant la chambre de mélange 15 est diminuée par déplacement de la soupape d'étranglement 24, jusqu'à ce que cette pression vienne en équilibre avec la pression agissant de l'autre côté de la membrane 31 (pression atmosphérique moins la tension du ressort) . par la liaison du tuyau 21 à un second logement de membrane 32 dans lequel se trouve une membrane 33, on influence la soupape d'étranglement 19 disposée devant le gazogène. D'un côté de cette membrane 33, on fait agir la pression de gaz regnant dans le tuyau 21, au moyen de la conduite 55, et la pression du ressort 34. De l'autre côté de la membrane, agit la pression se présentant immédiatement derrière la soupape d'étranglement 19, au moyen de la conduite 57.
Les endroits de liaison des conduites sont désirés par x-x et z-z respecti- vement. Si alors le ressort 34 n'était pas prévu, la pression
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dans la conduite 18 serait égale à celle du tuyau 21 car la membrane parviendrait en équilibre seulement dans ce cas.
Par la charge de ressort 34, est la pression dans la conduite
20, c'est à dire dans le gazogène, est toutefois maintenue plus grande. par le choix de la pression du ressort, qui peut être rendue réglable par une vis 35, on peut régler à volonté la différence entre la pression de'gaz dans le gazogène et la pression sous laquelle le gaz arrive à la chambre de mélange.
La réalisation de ce genre de la liaison peut aussi se faire éventuellement de telle manière que la différence de pression n'est pas constante mais peut par exemple être plus grande pour une charge plus petite. Pour éviter en cas de dif- férence de pression constante une ouverture excessive de la soupape 19, l'ouverture de la soupape 19 est limitée par une butée 36.
On a indiqué schématiquement aussi à la fige 7 le réglage du rapport de mélange d'air et de gaz. Une soupape d'étranglement 37, réglant la pression de l'air arrivant à la chambre de mélange 15, est commandée par une membrane 38.
D'un côté de cette membrane, la pression de gaz régnant dans le tuyau 21 agit au moyen de la conduite 55,58. De l'autre cote au contraire, la pression d'air régnant dans le tuyau
39 avant le chambre de mélange 15 agit au moyen de la conduite
59. Les endroits de liaison des conduites sont désignés de nouveau par x-x et y-y respectivement. Cette pression d'air dans le tuyau 39 serait donc toujours égale à la pression de gaz dans le tuyau 21 si un ressort 40 ne pressait pas la membrane vers le bas, par un choix correct de la pression du ressort, on peut maintenir la pression de gaz dans le tuyau 21 plus élevée, d'une valeur déterminée, que la pression d'air dans le tuyau 39.
Comme cette valeur constante dela différence de pression agit plus fortement pour une petite élévation ab-
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solue des pressions que pour des pressions plus élevées, on ob- tient ainsi l'avantage que pour de plus petites charges, le mé- lange contient relativement plus de gaz qu'aux grandes charges..
Ceci est une condition qui est imposée dans le fonctionnement de moteurs à gaz en vue de la sécurité de la marche à vide et de l'augmentation du caractère économique du fonctionnement.
Lorsque l'étranglement se produit seulement avant le gazo- gène, le réglage du moteur est retardé par le volume du gazogène, de l'épurateur de gaz, etc. qui agissent à la manière d'une caisse à vent. Lorsque par exemple le moteur marche à faible charge ou à vide, il prend naissance dans le gazogène 1, dans les appareils d'épuration 14 et les tuyauteries conjuguées une petite pression.
Lorsqu'alors la puissance du moteur doit être augmentée et que dans ce but la soupape 19 est ouverte, le moteur peut absorber seulement la pleine charge lorsque, dans le gazogène et dans les pièces conjuguées, il prend naissance à peu près la pression at- mosphérique. Comme ceci dure quelques secondes, 1'accélération se produit avec retardement. Lorsque d'autre part le moteur marche avec une charge plus grande et estbrusquement déchargé, la di- minution du nombre de tours se produit seulement lorsque la pres- sion dans le gazogène et dans les pièces conjuguées s'est abaissée jusqu'à la pression qui correspond à la charge plus petite. Ceci nécessite également quelques secondes, de sorte que la diminution du nombre de tours s'établit avec un retardement.
Cet en convénient peut être supprimé par l'action de la soupape d'étranglement 24,disposée entre le gazogène et la cham- bre de mélange, et qui permet de mettre hors d'action passagère- ment par rapport au moteur le volume du gazogène, etc., de telle manière qu'une accélération ou une diminution du nombre de tours du moteur se produit sans retardement. Lorsqu'on passe par exem- ple d'une grande charge à. une charge plus petite ou à la marche
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vide, en même ternps que se ferme la soupape d'étranglement 19 disposée devant les gazogènes, la soupape d'étranglement 24 disposée dans le tuyau 21 se ferme d'une quantité telle que l'exige la charge plus petite.
Ensuite la soupape d'étrangle- ment 24 est ouverte à nouveau lentement sous l'action d'une force tandis que la soupape d'étranglement 19 reste dans une position non changée. Le temps d'ouverture de la soupape d'é- tranglement 24 doit durer jusqu'à ce que, dans le gazogène et les pièces conjuguées la pression ait rétrogradé à la valeur correspondant à la nouvelle charge. Le moteur peut marcher dais cet état aussi longtemps qu'on le désire.
Lorsqu'alors on veut accélérer brusquement, il suffit d'ouvrir la soupape d'étranglement 19 alors que la soupape 24 a déjà été ouverte sous l'action de la force d'un ressort ou d'une force analogue. Si toutefois l'intervalle de temps écoulé depuis la fermeture de cette soupape 24 n'était pas suffisant pour. l'ouverture lente de la soupape 24, l'ouverture est pm- duite par la force qui ouvre la soupape 19.
Un semblable agencement est représenté à titre d'exem- ple à la fig.8. Le levier 41, qui est déplacé à la main ou au pied, agit directement par l'intermédiaire de la tige 42 sur la soupape d'étranglement 19 disposée avant le gazogène et ré- glant la puissance du moteur. La position représentée en traits pleins du levier 41 correspond à la puissance maxima tandis que pour la position 41', le moteur marche à vide.
Le levier 43 au moyen duquel la soupape d'étranglement 24 disposée entre legazogène 1 et la chambre de mélange 15 est actionnée, est relié au levier 41 au point 48 par l'intermédlai- re de l'articulation 44, de la tige 45, de l'articulation 47 et de la tige 46. A. l'articulation 47 reliant les tiges 45 et '46,s'articule la tige 49 qui s'attache à un piston 51 glissant
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dans un cylindre 50. Les chambres situées au-dessus et en- dessous de ce piston 51 sont reliées ensemble par l'intemmé- diaire d'une cataracte réglable indiquée en 54, qui amortit le mouvement de ce piston. La chambre 53 située sous le piston estremplie d'huile.
Pour la positicn représentée en traite pleins, qui correspond à. la pleine charge du moteur, le piston se trouve dans la position 51. Lorsque le levier 41 est amené de la position 41 dans la position 41' correspondant à la marche à vide, le point 48 arrive dans la position 48', l'articulation 47 dans la position 47' et l'articulation 44 dans la position 44', si l'on suppose que, par suite de la rapidité du changement, le piston 51 conserve sa position- Le clapet d'étranglement 24 parvient par conséquent dans la position 24'. La soupape d'é- tranglement 24 ne reste pas dans la position fermée 24' parce que le ressort 52 refoule lentement l'articulation 44 hors de la position 44'.
Pendant ce temps, le point 48 reste dans sa position 48' et l'articulation 47 parvient de la position 47' dans la position 47", tandis que la tige 49 refoule le piston 51 dans la position 51'. La vitesse de ce refoulement dépend de la force du ressort 52 et de l'amortissement par la caca- racte 54.
Le dispositif reste dans cette position jusqu'à, ce que le levier 41 soit amené de nouveau de la position 41' dans la position 41 en vue de l'accélération du moteur. Ce déplace- ment ne peut se faire brusquement, vu que l'effet de cataracte de l'huile se trouvant dais la chambre 53 l'empêche. Lorsque le levier 41 parvient dans la position en traits pleins. 41, les deux. surfaces d'étranglement 19 et 24 sont ouvertes et toutes les pièces prennent de nouveau la position représentée en traits pleins.
Dans la forme de réalisation représentée à la fig.7,
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la séparation momen tn'é..¯â.i@)'z8ène et des volumes reliés à celui-ci peut aussi se faire automatiquement et de ce fait l'élasticité du moteur peut être augmentée. Dans ce cas, la soupape 24 est déplacée à. la main ou au pied par l'intermédiaire du ressort 30 et la soupape 19 prend automatiquement une posi- tion correspondantà la position de la soupa; 24.
Lorsque le rapport de mélange de gaz et d'air doit être corrigé ou réglé en concordance avec la puissance calori- fique du gaz à un moment donné, on peut placer dans la conduite après le gazogène 1 un dispositif fonctionnant sous l'effet de la température du gaz de gazogène et qui influence la pres- sion de l'air dans le tuyau 39 (fig.7) au moyen du papillon 37, ou bien la section de sortie de ce tuyau 39. Un semblable dis- positif fonctionnant sous l'effet de la température peut con- sister en une combinaison de différents métaux à coefficients de dilatation thermique différents, ou de boîtes remplies de gaz, etc..
R e v e n d i c a t ions.
1.-.Procédé pour le fonctionnement de moteurs à combustion interne à gazogène, caractérisé en ce que par une diminution des dimensions du gazogène, on s'oppose à une variation de la. qualité du gaz en cas de consommation différente de gaz, avan- tageusement de telle manière que--,:la meilleure qualité du gaz est obtenue en cas de eharge moyenne du gazogène.
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Method and arrangement for the operation of gasifier internal combustion engines.
The present invention relates to a method and- to an arrangement for the operation of internal combustion engines with gasifier. The gasifiers known for the operation of internal combustion engines are always dimensioned in accordance with the highest gas consumption occurring. Now, it is known that the quality or the calorific power of the gas varies with the load of the gasifier or the consumption of gas. The flow velocity in the gasifier decreases with a reduction in the load and increases with a greater load, which results in a variation in the same direction of the height of the incandescent layer.
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descent into the gasifier.
In the known gasifiers, the best gas quality has been obtained for the largest load or respectively the greatest gas consumption, while in the case of smaller loads, for example when the engine is running empty, the quality gas often got so bad that in the long run the operation could not be maintained.
Particularly in the case of sudden fluctuations in the load, as occurs for example in particular in gasoline engines for vehicle engines, the heat output varies greatly with the load. When, for example, an engine is operated on a slope or idling for a long time, with minimal gas consumption, the glowing layer in the gasifier lowers so much that under sudden load, then as gas consumption is therefore increased, the gas quality frequently becomes so bad that the engine can hardly be kept running. The same disadvantage occurs when, in case of prolonged charging of the gasifier, the incandescent layer has reached its greatest height and then the charge ect is reduced.
The flow speed in the gasifier then decreases and the quality or the calorific power of the gas becomes notably worse as a result of the incandescent layer too high for the minimal gas consumption.
The object of the present invention is to eliminate these drawbacks. The invention essentially consists in that by reducing the dimensions of the gasifier, it is opposed to a variation in the quality of the gas for different gas consumptions, advantageously in such a way that the best quality of the gas is obtained by the load. gasifier average; the free development of the height of the incandescent layer can, according to the present invention ,. be limited to a value corresponding to an average load.
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Experiments have shown that by reducing the dimensions of the gasifier, according to the present invention, employed alone, it is possible to oppose variations in the quality of the gas or in the calorific power of the gas for different operating conditions. For a smaller gas consumption, a sufficiently good gas quality is thus ensured, because by the reduction of the active section of the gasifier the flow speed in the gasifier is increased and therefore, even in case of empty operation. , a satisfactory glow layer height for good gasification is maintained.
By this reduction in dimensions of the gasifier, in particular by the fact that the height of the incandescent layer is limited, the advantage is obtained that when changing from full load to smaller loads, even when the gasifier had been charged. in full for a long time, the heat output or the gas quality does not get worse.
The circumstance that the height of the incandescent layer cannot rise in accordance with the full charge of the gasifier as a result of the. limitation has no significant effect on the operation of an internal combustion engine, as has been established.
According to the present invention, it is also possible to oppose variations in the quality of the gas, not only by reducing the dimensions of the gasifier or by limiting the height of the incandescent layer but also by varying the pressure in the gasifier, in such a way that the two measures complement each other.
For example, by reducing the pressure, the specific weight of the gas can be reduced and the volume increased by the same quantity of gas, so that by throttling the speed of the gas can be increased for the same gas consumption. It is known to oppose variations in the quality of the gas by a variation in the pressure in the gasifier. However, in the case of gasifiers dimensioned in the usual way, a relatively wide variation of the pressure for the different loads, of
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so that at small loads a strong depression occurs.
Experiments have shown that, in order to keep a gas quality as constant as possible, the pressure in the gasifier must be changed less as the flow speed in the gasifier is greater for the minimum gas consumption, so In the case of the sizing of a gasifier according to the present invention, only minimal variations in pressure are necessary.
Zion decreases the dimensions of the gasifier or if we limit the height of the incandescent layer to an average value, pressure variations of about 1 absolute atmosphere at full load to 0.8 absolute atmospheres in idle operation are sufficient to maintain at. almost unchanged the quality of the gas, while in known gasifiers, for small loads, depressions of 0.5-0.7 atm. absolute were necessary.
The gasifier according to the present invention must therefore not be subjected to large differences between the external pressure and the internal pressure, so that the construction of the gasifier is simplified. It is also possible to oppose variations in the quality of the gas to a greater or lesser extent by reducing the dimensions of the gasocene or limiting the height of the incandescent layer and to vary the pressure in the gasifier to an extent. more or. less, or the quality of the gas can also be kept constant to a satisfactory extent only by reducing the dimensions of the gasifier or limiting the height of the incandescent layer.
According to the present invention, it is possible, for example, to oppose the variations in the quality or the calorific power of the gas for a gas consumption exceeding a determined value, for example an average value, by limiting the height of the incandescent layer. , and in the case of less gas consumption on the contrary, by variations
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pressure in the gasifier or by throttling the gas entering the gasifier, so that the measures taken to maintain constant the quality of the gas complement each other.
Variations which may still occur in the quality of the gas can, however, also be rendered harmless by the fact that the mixture ratio of fuel gas and air is altered in accordance with the quality of the gas or the gas. heat output of the gas, automatically, for example by a device acting in dependence on the temperature of the fuel gas, in such a way that when the heat output is lowered, the amount of fuel gas is increased or the amount of air is dimmed.
The present invention starts here from the observation that the temperature of the gas leaving the gasifier is a measure of the calorific power of the gas, in the sense that the temperature is all the higher as the calorific power of the gas is. worst.
According to the present invention, the engine power can be adjusted by throttling, between the gasifier and the mixing chamber, for the air and the fuel gas and before the gasifier.
The arrangement may be such that in the event of a restriction of the air inlet to the gasifier, the throttling member located after the gasifier is closed more strongly and only after the elapse of a certain time. during which the throttle before the gasifier assumes a corresponding position, while of the two throttling members arranged before the gasifier and before the mixing chamber, one is actuated arbitrarily and the other can be adjusted under the dependence of the pressure before the gasifier and before the mixing chamber. By the fact that, when the throttling of the air inlet in the gasifier, the throttle behind the gasifier is increased at the start, the advantage is obtained that the throttle
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acts without delay on the engine.
It is therefore avoided that the volume of the gasifier, gas scrubber, etc., acts as a nuisance space, which would result in a throttle acting on the engine only after the pressure in these spaces has been compensated.
The device for carrying out the process according to the invention is characterized essentially by a gasifier, the effective section of which is taken small compared to its power and / or the height of the incandescent layer of which is limited by constructive measures to a corresponding height. at a load located somw the maximum value.
The present invention offers advantages in particular for internal combustion engines powered by gasifiers which must operate under varying loads and at different numbers of revolutions, as is the case, for example, in vehicle engines. The invention makes it possible to take account of the conditions imposed in particular in the operation of vehicles and to make the engines operating on gasifier equivalent to the engine operating on liquid fuel.
The invention is explained in the schematic drawing with the aid of the exemplary embodiments.
Fig. 1 shows a gasifier with the draft directed upwards and FIG. 2 a gasifier with draft directed towards the ba. Wire. 5,4 and 5 show schematically different
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rei-l'ua3di-qpositioi - dlin-'allation, z, consisting of a gasifier and an internal combustion engine. Figs. 6, 7 and 8 show different examples, - of realization for the control of the throttling members regulated the arrival of gas.
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Co.:nr:e shown in fig. 1, the height rnaxima h of the incandescent layer prouidsant in the gasifier 1 depends on the position of the inner cylinder 8, that is. say
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of its lower edge 9. The air enters this gasifier in the direction of arrow 2 in the space 3 located under the grille 4.
After passing through the fuel layer 5, the gas produced leaves the gasifier through the space 6 in the direction of the arrow 7, to reach the pipe leading to the engine.
The maximum height h of the incandescent layer produced on the grid 4 is determined by the lower edge of the inner cylinder 8. By placing this edge in a higher or lower portion, it is possible to vary the maximum possible height of the incandescent layer.
When choosing the dimensions of the gasifier, the height h can be fixed on the basis of the fuel to be treated, so that the incandescent layer is limited in accordance with small average values of the gas consumption.
In known gasifiers, on the contrary, the height h is always chosen to be of a magnitude such that the height of the incandescent layer arising for the maximum production of gas does not rise to the edge 9 of the inner part 8, and that the incandescent layer can therefore develop freely. There is shown in FIG. 2 by way of example the realization of the limitation of the incandescent layer in the das of a gasifier not burning downwards (with draft directed downwards).
The incandescent layer is here limited by the edge 10 such that the distance between this edge and the grid 11 represents the maximum height of the incandescent layer h '. The air flows in the direction of the arrow 12 in the gasifier, passes through the layer of incandescent carbon 13 and is sucked by the engine in the state of gas through the grid 11, in the direction of the arrow 12 '.
The effective section of these gasifiers shown in FIGS. 1 and 2, i.e. the section through which the air to gas
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The proud flows through the glowing layer, is relatively small, according to the present invention, for example half as large as in conventional gasifiers for the same power, so that the flow velocity is relatively high.
At approximately full load, a pressure of 0.92 atm is generated in the suction pipe of the engine. absolute pressure and in case of idling a pressure of 0.4 atm. absolute. When it is then necessary to produce the same pressure in the gasifier and in the suction pipe, the throttle valve which regulates the power of the engine and which, in known engines is arranged in the pipe 17 of the suction pipe in view of the throttle of the mixture, can, according to fig. 3 be placed before the gasifier in the air inlet pipe 18, so that the air entering the gasifier and used for the production of gas is throttled.
This throttle valve has been designated 19. 20 is the valve restricting the air inlet in the air line 23. 1 represents the gasifier, 14 the gas scrubber, 15 the mixing chamber for. air and gas and 16 the suction pipe of a four-cylinder engine.
When a lower pressure, ie a higher absolute pressure, than in the suction pipe, has to occur in the gasifier, this can be achieved in various ways. It is for example possible, as shown in FIG. 4, to place in the pipe 21, that is to say between the gasifier 1 and the mixing chamber 15, a throttling disc 22. This arrangement has the drawback, however. as the efficiency of the motor becomes smaller.
It is also possible, instead of a throttling disc, to insert a throttle valve in line 21.
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24 adjustable, as shown in fig. 5. This valve 24 can be moved arbitrarily by hand or foot for the purpose of adjusting the engine power, and the valve 19 can be coupled to the valve 24, so that the valve 24 is always closed more strongly than. valve 19 and that only the two valves are fully open simultaneously / for the greater load.
A similar connection of these two throttle valves is shown, for example, in FIG. 6. The lever 25 actuates the throttle valve 24 disposed in the pipe 21 between the gasifier 1 and the mixing chamber 15. The throttle valve 19 disposed before the gasifier is connected to the lever 25 via the linkage 26 , 27 and the two-branch lever 28, the ratio of the levers being chosen such that the valve 24 disposed after the gasifier is closed more strongly than the valve 19 disposed in front of the gasifier.
However, such an arrangement has the drawback that the difference between the pressures in the pipe 21 behind the valve 24 and in the pipe 18 after the valve 19, that is to say in the gasifier, depends on the number of revolutions of the engine and that so that the pressure in the gasifier decreases as the number of revolutions increases. This circumstance causes a greater fluctuation of the vacuum flans the gasifier than that which would be necessary to maintain constant the quality of the gas.
An automatic valve control is therefore advantageous, whereby for all operating conditions the valves are positioned in such a way that for each load and for each number of revolutions there occurs between the pressure behind the valve 24 and the pressure in the gasifier a difference fixed in advance.
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An example of a similar arrangement is shown in FIG. 7. In this exemplary embodiment, the valve 24 is actuated by the driver of the engine by means of the lever 29. Position 29 'corresponds to full load, position 29 "corresponds to idling of the engine. lever acts by 1 1 via a spring 30 on the membrane 31 dm one side is under atmospheric pressure and the other side. under the gas pressure prevailing in the pipe 21 behind the valve 24. The space above of the membrane 31 is connected by a conduit 55, 56 to the pipe 21, the connected places being designated by xx.
By energizing the spring 30, that is to say by moving the hand lever 29 from 29 'to 29 ", the spring load acting on the diaphragm 31 increases, so that the gas pressure in the pipe 21 in x decreases until this pressure becomes equal to the pressure which is determined by the difference, acting on the membrane 31, of the atmospheric pressure and the tension of the spring.
By energizing the spring 30, the gas pressure which arises in the pipe 21 before the mixing chamber 15 is reduced by moving the throttle valve 24, until this pressure comes into equilibrium with the pressure acting on the other side of the membrane 31 (atmospheric pressure minus the spring tension). by connecting the pipe 21 to a second membrane housing 32 in which there is a membrane 33, the throttle valve 19 arranged in front of the gasifier is influenced. On one side of this membrane 33, the gas pressure prevailing in the pipe 21 is made to act, by means of the pipe 55, and the pressure of the spring 34. On the other side of the membrane, the pressure occurring is acted upon. immediately behind the throttle valve 19, through line 57.
The places of connection of the pipes are desired by x-x and z-z respectively. If then the spring 34 was not provided, the pressure
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in line 18 would be equal to that of pipe 21 because the membrane would come into equilibrium only in this case.
By spring load 34, is the pressure in the pipe
20, ie in the gasifier, is however kept larger. by the choice of the spring pressure, which can be made adjustable by a screw 35, the difference between the gas pressure in the gasifier and the pressure under which the gas arrives in the mixing chamber can be adjusted as desired.
The realization of this kind of connection can also optionally be done in such a way that the pressure difference is not constant but can for example be greater for a smaller load. In order to avoid, in the event of a constant pressure difference, an excessive opening of the valve 19, the opening of the valve 19 is limited by a stop 36.
Also shown schematically in Fig. 7 the adjustment of the air and gas mixture ratio. A throttle valve 37, regulating the pressure of the air arriving at the mixing chamber 15, is controlled by a membrane 38.
On one side of this membrane, the gas pressure prevailing in the pipe 21 acts by means of the pipe 55,58. On the other hand, on the contrary, the air pressure in the pipe
39 before the mixing chamber 15 acts by means of the pipe
59. The places of connection of the pipes are again designated by x-x and y-y respectively. This air pressure in the pipe 39 would therefore always be equal to the gas pressure in the pipe 21 if a spring 40 did not press the diaphragm downwards, by a correct choice of the spring pressure, the pressure can be maintained. of gas in pipe 21 higher, by a determined value, than the air pressure in pipe 39.
As this constant value of the pressure difference acts more strongly for a small ab-
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Solving pressures than for higher pressures, the advantage is thus obtained that for smaller loads the mixture contains relatively more gas than at large loads.
This is a condition which is imposed in the operation of gas engines in view of the safety of idling and increasing the economy of operation.
When throttling occurs only before the gasifier, engine tuning is delayed by the volume of the gasifier, gas purifier, etc. which act like a wind box. When, for example, the engine runs at low load or when empty, a small pressure arises in the gasifier 1, in the purification devices 14 and the combined pipes.
When then the engine power has to be increased and for this purpose the valve 19 is opened, the engine can only absorb the full load when, in the gasifier and in the conjugated parts, the at- mospheric. Since this lasts a few seconds, the acceleration occurs with a delay. When, on the other hand, the engine runs with a greater load and is suddenly unloaded, the decrease in the number of revolutions occurs only when the pressure in the gasifier and in the mating parts has dropped to the pressure. which corresponds to the smaller load. This also requires a few seconds, so that the decrease in the number of revolutions is established with a delay.
This convenience can be eliminated by the action of the throttle valve 24, arranged between the gasifier and the mixing chamber, and which allows the volume of the gasifier to be temporarily disabled relative to the engine. , etc., so that an acceleration or a decrease in the number of revolutions of the engine occurs without delay. When switching, for example, from a large load to. a smaller load or walking
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empty, at the same time as the throttle valve 19 disposed in front of the gasifiers closes, the throttle valve 24 disposed in the pipe 21 closes by an amount as required by the smaller load.
Thereafter, the throttle valve 24 is slowly opened again under the action of a force while the throttle valve 19 remains in an unchanged position. The opening time of the throttle valve 24 must last until the pressure in the gasifier and the conjugates has dropped to the value corresponding to the new charge. The engine can run in this state for as long as desired.
When you then want to accelerate suddenly, it suffices to open the throttle valve 19 when the valve 24 has already been opened under the action of the force of a spring or a similar force. If, however, the time interval elapsed since the closing of this valve 24 was not sufficient for. the slow opening of the valve 24, the opening is reduced by the force which opens the valve 19.
A similar arrangement is shown by way of example in fig.8. The lever 41, which is moved by hand or by foot, acts directly via the rod 42 on the throttle valve 19 arranged before the gasifier and regulating the power of the engine. The position shown in solid lines of the lever 41 corresponds to the maximum power while for the position 41 ', the engine runs empty.
The lever 43 by means of which the throttle valve 24 disposed between the gasifier 1 and the mixing chamber 15 is actuated, is connected to the lever 41 at point 48 by the intermediary of the articulation 44, of the rod 45, of the articulation 47 and the rod 46. A. the articulation 47 connecting the rods 45 and '46, the rod 49 is articulated which is attached to a sliding piston 51
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in a cylinder 50. The chambers situated above and below this piston 51 are connected together by means of an adjustable cataract indicated at 54, which dampens the movement of this piston. The chamber 53 located under the piston is filled with oil.
For the positicn represented in full deals, which corresponds to. the full load of the engine, the piston is in position 51. When the lever 41 is brought from position 41 to position 41 'corresponding to idling, point 48 arrives in position 48', the joint 47 in the 47 'position and the joint 44 in the 44' position, assuming that, due to the rapidity of the change, the piston 51 retains its position. The throttle valve 24 therefore reaches the 24 'position. The throttle valve 24 does not remain in the closed position 24 'because the spring 52 slowly forces the joint 44 out of the position 44'.
During this time, the point 48 remains in its position 48 'and the articulation 47 moves from the position 47' to the position 47 ", while the rod 49 pushes the piston 51 back into the position 51 '. The speed of this delivery depends on the force of the spring 52 and the damping by the character 54.
The device remains in this position until the lever 41 is again brought from position 41 'to position 41 for the purpose of accelerating the engine. This movement cannot be done suddenly, since the cataract effect of the oil in chamber 53 prevents it. When the lever 41 reaches the position in solid lines. 41, both. throttling surfaces 19 and 24 are open and all parts again assume the position shown in solid lines.
In the embodiment shown in fig. 7,
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the separation momen tn'é..¯â.i @) 'z8ene and the volumes connected to it can also be done automatically and therefore the elasticity of the motor can be increased. In this case, the valve 24 is moved to. the hand or the foot via the spring 30 and the valve 19 automatically assumes a position corresponding to the position of the valve; 24.
When the gas / air mixture ratio has to be corrected or adjusted in accordance with the heat output of the gas at a given moment, a device operating under the effect of the gasifier 1 can be placed in the pipe after the gasifier 1. gasifier gas temperature and which influences the air pressure in the pipe 39 (fig.7) by means of the butterfly 37, or else the outlet section of this pipe 39. A similar device operating under the The effect of temperature may be a combination of different metals with different coefficients of thermal expansion, or gas-filled cans, etc.
R e v e n d i c a t ions.
1 .-. Process for the operation of internal combustion engines with gasifier, characterized in that by a decrease in the dimensions of the gasifier, one opposes a variation of the. gas quality in the event of different gas consumption, advantageously in such a way that -: the best gas quality is obtained in the event of an average gasifier load.