DE2331074A1

DE2331074A1 - Vorrichtung zur bildung eines homogenen vorlaeufigen gasfoermigen gemisches aus zwei einzelnen gasstroemen

Info

Publication number: DE2331074A1
Application number: DE2331074A
Authority: DE
Inventors: Edward August Mayer; Frank Vincent Sassi
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-19
Publication date: 1974-03-07
Also published as: SE388910B; US4092959A; IT989343B; GB1405380A; FR2189648A1; JPS4956034A

Description

Patentassessor Hamburg, den 16.6.1973

DEUTSCHE TEXACO AG 770/HH

2000 Hamburg 76
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.

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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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

ANSPRÜCHE·

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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