DE2500042A1 - Vorrichtung zur regelung der menge und zusammensetzung eines von einer brennkraftmaschine anzusaugenden brenngas-luft- gemisches - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Regelung der Menge und Zusammensetzung eines von einer Brennkraftmaschine anzusaugenden Brenngas-Luft-Gemiseheβ

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Menge und Zusammensetzung eines von einer Brennkraftmaschine anzusaugenden Gemisches aus einem in einem Spaltgasgenerator erzeugten Brenngas und der zur Verbrennung des Brenngases in der Brennkraftmaschine benötigten Luft, mit einer zur Brennkraftmaschine führenden, eine Blende und eine zwischen Blende und Brennkraftmaschine angebrachte Drosselklappe enthaltenden Luft-Ansaugleitung, einer zwischen Blende und Drosselklappe in die Luft-Ansaugleitung einmündenden Brenngas-Ansaugleitung und einem in die Blendenöffnung hineinragenden, in Längsrichtung der Luft-Ansaugleitung beweglichen, die Durchtrittsöffnung der Blende verändernden, dem Kräftespiel zwischen dem Sog der Brennkraftmaschine und der Rückstellkraft eines Rückstellmittelβ folgenden Regelkörper.

Bei mit flüssigem Brennstoff gespeisten Brennkraftmaschinen, z.B. in Kraftfahrzeugen, führt die unvollkommene Verdampfung des Brennstoffes und die ungleichmäßige Vermischung mit Verbrennungsluft zu unvollständiger Verbrennung und zur Emission von Schadstoffen. Ferner werden dem Brennstoff Antiklopfmittel beigemischt, wodurch sich im Abgas der Gehalt an gesundheitsgefährdenden Stoffen weiter erhöht.

Die dadurch entstehende Verschmutzung der Luft kann bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mittels eines Spaltgasgenerators vermieden werden. Ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Spaltgasgenerator ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 2 306 026 beschrieben.

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Hierbei wird flüssiger Brennstoff versprüht oder verdampft und unter Beimischung von sauerstoffhaltigem Gas dem Reaktionsraum eines Spaltgasgenerators zugeführt. Dieses Gemisch wird dort katalytisch zu einem vollständig verbrennbaren Brenngas umgesetzt, das eine hohe Octanzahl besitzt und ohne Zugabe von Antiklopfmitteln zum Betrieb der Brennkraftmaschine benutzt werden kann.

Zusammen mit der zur Verbrennung benötigten Luft saugt die Brennkraftmaschine das im Spaltgasgenerator erzeugte Brenngas an. In der Luftansaugleitung, die über ein Filter ins Freie mündet, entsteht hierbei nur ein geringer Druekverlust, wogegen das durch den Spaltgasgenerator angesaugte Brenngas einen größeren Strömungswiderstand zu überwinden hat. Denn im Spaltvergaser werden der versprühte oder verdampfte Brennstoff und das zur Umsetzung benötigte sauerstoff haltige Gas durch Mischer, Vorwärmer, den einen Katalysator in Form von Sinterlochsteinen oder einer Füllkörpers chüttung enthaltenden Reaktionsraum, Kühler und andere, zum Betrieb des Spaltgasgenerators nötige Vorrichtungen eingesaugt. Je mehr Brenngas bei wachsender Maschinenleistung von der Brennkraftmaschine angesaugt wird, desto größer ist der im Spaltgasgenerator auftretende Druckverlust. Mit wachsender Motorleistung sinkt daher in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine das Verhältnis von Brenngas zu Luft. Die Maschine saugt also ein magereres Brenngas/Luft-Gemisch an, obwohl sie bei höherer Leistung an sich ein fetteres Gemisch benötigt.

TJm die Menge und Zusammensetzung des angesaugten Gemisches zu regeln, ist in der erwähnten deutschen Offenlegungsschrift eine Vorrichtung beschrieben, die eine zur Brennkraftmaschine führende Luft-Ansaugleitung enthält mit einer Blende, einer zwischen Blende und Brennkraftmaschine angebrachten Drosselklappe und einer zwischen Blende und Drossel-

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klappe In die Luft-Ansaugleitung einmündende! Brenngas-Ansaugleitung. In die Blendenöffnung hinein ragt ein Regelkörper, der in der Längerichtung der Luft-Ansaugleitung beweglich ist und, die Durchtrittsöffnung der Blende verändernd, dem Kräfteepiel zwischen dem Sog der Brennkraftmaschine und der Rückstellkraft τοη an ihm angebrachten Federn folgt. Die Drosselklappe, die z.B. bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit dem Gaspedal gekoppelt ist, regelt den Sog in der Luft-Ansaugleitung und damit die Menge des angesaugten Gasgemisches entsprechend den Leistungsanforderungen an die Maschine. Die Blende und der in die Blende hineinragende Regelkörper bilden in der Luftansaugleitung einen zusätzlichen Strömungswiderstand, über den sich die Zusammensetzung des angesaugten Brenngas/Luft-Gemisches verändern läßt. So kann beispielsweise eine konstante Zusammensetzung dadurch erhalten werden, daß man Rückstellfedern verwendet, deren Charakteristik der Druckverlustcharakterietik des Snamtar» so angepaßt ist, daß der an der Blendenöffnung auftretende Druckverlust dem Druckverlust an dem Sjptflrgtar proportional ist· Verwendet man Federn geeigneter Charakteristik, so kann man auch andere funktionale Zusammenhänge zwischen der Menge und der Zusammensetzung des angesaugten Gemisches selbsttätig regeln. Auch ist vorgesehen, an dem Regelkörper einen Eisenkern anzubringen, der in eine von außen erregbare Magnetspule gezogen werden kann, um auf diese Weise die Regelung der Zusammensetzung des Brenngas-Lnft-Gemlsohes zu beeinflussen.

Der zusätzliche, durch die Blende und den Regelkörper in die Luft-Ansaugleitung eingebrachte Strömungswiderstand gestattet nun zwar die Regelung der Zusammensetzung, erhöht aber gleichzeitig den gesamten Druckverlust in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine. Dadurch kann unter Umständen die Füllung der Brennkraftmaschine verringert werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art den vor der Drosselklappe auftretenden Druckverlust weiter zu verringern.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Blende als sich in Strömungsrichtung der Luft verengende Beschleunigerdüse ausgebildet und unmittelbar vor der Einmündung der Brenngasleitung angebracht ist, und daß bei zunehmendem Sog der Brennkraftmaschine der Durchtrittsquerschnitt der Blende durch den in die Blende hineinragenden, zwischen durch Anschlagmittel begrenzten, einen größten und einen kleinsten Durchtrittsquerschnitt der Blende festlegenden Ensteilungen beweglichen Regelkörper verkleinerbar ist.

Aus der britischen Patentschrift 339 257 ist eine Luft-Ansaugleitung bekannt, die sich nach Art einer Venturidüse verengt und in die an der Stelle ihrer größten Verengung eine aus einem Brenngaeerzeuger kommende Brenngasleitung einmündet. Nach dem Prinzip einer Gasstrahl-Saugpumpe wird hierbei die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luft als Treibmittel für das Brenngas verwendet, wobei ferner vorgesehen ist, mehrere derartige Düsen hintereinanderzusehalten. Zwar gestattet eine in der Luft-Ansaugleitung zwischen der Einmündung der Brenngas-Ansaugleitung und der Brennkraftmaschine angebrachte Drosselklappe, die Menge des angesaugten Gemisches zu regeln, aber es ist nicht möglich, die Zusammensetzung des Gemisches zu beeinflussen.

Demgegenüber stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine die angesaugte Luft als Treibmittel für das Brenngas benutzende Gasstrahl-Säugpumpe dar, bei der aber der Durchtrittsquerschnltt der Beschleunigerdüse verändert werden kann. Gegenüber der in der eingange erwähnten deutschen Offenlegungsschrift 2 306 026 erwähnten Vorrichtung geschieht die Regelung der Gemischzusammensetzung weniger dadurch, daß

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der Strömungswiderstand der Luftansaugleitung erhöht wird. Im Gregenteil, durch eine strömungstechnisch günstige Formgebung der Blende und des Regelkörpers kann dieser zusätzliche Strömungswiderstand möglichst gering gehalten werden. Außerdem tritt an der Blende eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit auf, die einen verstärkten Sog in der Brenngasansaugleitung zur Folge hat. Entsprechend der Kraftcharakteristik des Rückstellmittels verändert sich mit veränderlichem Unterdruck vor der Blende die Stellung des Regelkörpers in der Blende, und damit verändert sich auch der Durchtrittequerschnitt der Beschleunigerdüee und der Sog in der Brenngasleitung.

Als Rückstellmittel kann beispielsweise ein Hagnet dienen, der an feststehenden Teilen der Vorrichtung angebracht ist und auf Eisenteile des Regelkörpers wirkt. Wie in der erwähnten deutschen Offenlegungsschrift beschrieben, kann als Magnet ein von außen erregbarer Elektromagnet verwendet werden, um die Rückstellkraft und damit die Zusammensetzung des angesaugten Gemisches während des Betriebs der Brennkraftmaschine beeinflussen zu können.

Vorzugsweise dient als Rückstellmittel eine zwischen dem Regelkörper und feststehenden Teilen der Vorrichtung angebrachte Feder.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Feder eine von außen verstellbare Vorspannung aufgeprägt.

Durch geeignete Wahl der Feder und der Form des Regelkörpers kann das Verhältnis der angesaugten Luft zu dem Brenngas nach einer vorher einstellbaren Funktion in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Luftansaugleitung besonders einfach und wartungsfrei geregelt werden. Darüber hinaus ist es durch die von außen veränderbare Vorspannung möglich, diese

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Regelung an verschleißbedingte Veränderungen der Druckverlustcharakteristik im Spaltvergaser anzupassen.

Vorzugsweise ist der Regelkörper tropfenförmig mit in die Blendenöffnung hineinragender Spitze ausgebildet. Zusammen mit der βtrömungstecnnisch günstigen Form der Blende als Beschleunigerdüse wird dadurch erreicht, daß die an der Blende auftretende Luftbeschleunigung und der Sog in der Brenngas-Ansaugleitung mit wachsendem Brenngasverbrauch der Maschine stärker zunimmt als der Druckverlust in der Luft-Ansaugleitung.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele und Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch eine beispielhafte Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, einem Spaltgasgenerator und einer Brennkraftmaschine. Die in Fig. 2 gezeigte ähnliche Anordnung enthält einen zusätzlichen Abgas-Turbolader. Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Luft-Ansaugleitung % durch die eine Brennkraftmaschine 2 über ein Luftfilter 3 Frischluft ansaugen kann, und einer in die Luft-Ansaugleitung 1 einmündenden Brenngas-Ansaugleitung 4, die mit einem Spaltgasgenerator 5 verbunden ist. In der Luft-Ansaugleitung 1 befindet sich zwischen der Einmündung der Brenngas-Ansaugleitung 4 und der Brennkraftmaschine 2 eine Drosselklappe 6, und - bezogen auf die Strömungerichtung der Luft - unmittelbar vor der Einmündung eine Blende 7. Diese Blende 7 ist als sich in Strömungsrichtung der Luft verengende Beschleunigerduse so ausgebildet, daß die in der Verengung beschleunigte Luft nach Art einer Gas-

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strahl-Saugpumpe in der Brenngas-Ansaugleitung 4 einen Unterdruck erzeugt. In die öffnung der Blende 7 hinein ragt ein Regelkörper 8, der einerseits von des Sog der Brennkraftmaschine 2 in die öffnung hineingesogen wird, andererseits aber durch eine Federkraft aus der Blendenöffnung herausgezogen wird. Hiersu ist an dem Regelkörper 8 ein aus der Luft-Ansaugleitung 1 herausführender, an seinem Ende einen Anschlagteller 11 tragender Stempel 10 angebracht und ■wischen dem Anschlagteller 11 und der Wand der Luft-Ansaugleitung 1 eine auf Druck beanspruchte Feder 12 eingespannt. Anschlaglager 13 begrenzen den Hub des Anschlagtellers 11 und legen somit einen kleinsten und einen größten Durchtritts· querschnitt in dem Ringspalt fest, der von der Blende 7 und dem Regelkörper 8 gebildet wird.

Der Spaltgasgenerator 5 ist in bekannter Weise aufgebaut, über eine Gasansaugleitung 14 saugt die Brennkraftmaschine durch den Spaltgasgenerator hindurch sauerstoffhaltiges Gas an, B.B. Luft oder Abgas, dem über eine Brennstoffleitung und eine Einspritzdüse 16 verdampfter oder vernebelter flüssiger Brennstoff zugemiacht wird. In einer Mischkammer werden diese Ausgangsstoffe möglichst homogen vermischt und dann dem anschließenden Reaktionsraum 18 zugeführt. Der Reaktionsraum 18 enthält einen für die Umsetzung benötigten Katalysator 19· Das im Reaktioneraum entstandene Brenngas durchströmt vor dem Eintritt in die Leitung 4 noch einen Wärmetauscher 20, in dem einerseits das Brenngas abgekühlt wird, andererseits auch die über die Zufuhrleitungen 14 und 15 zuzuführenden Ansaugetoffe vorgewärmt werden können.

Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäBen Vorrichtung nach Fig. 2 ist in die Luft-Ansaugleitung 21 zwischen der Drosselklappe 22 und der Einmündung der Brenngas-Ansaugleitung 23 der Verdichter eines Abgasturbolader 24 eingeschaltet, dessen Antriebsturbine in der Abgasleitung 25 der

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Brennkraftmaschine 26 angeordnet ist. Die von der Brennkraftmaschine 26 angesaugte Verbrennungsluft wird in der wiederum als Beschleunigerduse ausgebildeten Blende 27 beschleunigt, um als Treibmittel Brenngas über die Leitung aus dem Spaltgasgenerator 28 anzusaugen. Der in die Blendenöffnung 27 hineinragende Regelkörper 29 ist von dem Sog der Brennkraftmaschine bzw. des Verdientem des Turboladers 24 gegen die Rückstellkraft einer Feder 30 bewegbar. Die Rückstellkraft der Feder 30 sowie die Form der Blende 27 und des Regelkörpers 29 sind so gewählt, dafl bei gegebenem Sog der Brennkraftmaschine ein Ringspalt zwischen Regelkörper 29 und Blende 27 entsteht, der den Luftstrom entsprechend beeohleunigt und in der Brenngas-Ansaugleitung 23 den gewünschten zusätzlichen Unterdruck erzeugt.

Bei der in Fig. 3 im Längsschnitt gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der in der Blendenöffnung 31 sitzende Regelkörper 32 tropfenförmig ausgebildet. Ist die in der Luftansaugleitung 33 befindliche Drossel bei maximaler Maschinenleistung weit geöffnet, so entsteht vor der Blendenöffnung 31 maximaler Unterdruck, der den Regelkörper 32 in die durch die gestrichelte Linie 34 gekennzeichnete Bndstellung mit kleinstem Durchtrittequerschnitt in der Blendenöffnung bewegt. Dadurch wird von der an der Einmündung der Brenngasleitung 35 vorbeiströmenden Luft ▼erstarkt Brenngas aus dem Spaltgasgenerator angesaugt. Gleichzeitig entsteht durch die strömungsmäßig günstige Form von Blende und Regelkörper nur ein geringer Strömungswiderstand in der Luftansaugleitung 33* Zusätzlich wird die Verbrennungsluft in das Brenngas eingedüst, so daß es zwischen Blendenöffnung 31 und Drosselklappe 41 zu einer erwünschten Vermischung von Brenngas und Verbrennungsluft kommt.

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Der Regelkörper 32 ist an eines Stempel 36 angebracht, welcher durch ein Führungsrohr 37 aus der Luftansaugleitung 33 herausgeführt ist und an seinem freien Ende ein Gewinde trägt. Auf diesem Gewinde ist ein Ansohlagteller 38 aufgeschraubt und zwischen Anschlagteller 38 und der Aufienwand der Luftansaugleitung 33 eine auf Druck beanspruchte Feder eingespannt. Diese Feder 39 bewegt den Hegelkörper 32 bei nachlassendem Sog in der Luft-Ansaugleitung 33 aus der Blendenöffnung heraus, bis er in der durch die gestrichelte Linie 40 gekennzeichneten Bndstellung an dem Führungsrohr 37 anliegt. Die Stellung des Anschlagtellers 38 ist mit Hilfe des Gewindes auf dem Stempel 36 veränderbar, wodurch der Feder 39 eine zusätzliche Vorspannung gegeben werden kann.

Die angesaugte Luft gelangt in die Luft-Ansaugleitung über ein Filter 42, das als von zwei Metallgittern 43 gehaltener poröser Hohlzylinder ausgebildet ist und - das Rohr der Luft-Ansaugleitung fortsetzend - über die Blende 45 hinausragt. Auf die den Filterkörper 42 haltenden Metallgitter 43 ist ein die Luft-Ansaugleitung abschließender Deckel 44 aufgeschraubt, an den das Führungsrohr 37 angeschweißt ist.

Die Vorrichtung kann beispielsweise aus Stahlteilen zusammengeschweißt oder aus einzelnen Gußteilen zusammengesetzt und zur Reinigung zerlegbar sein.

3 Figuren

4 Patentansprüche

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Claims (4)

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   ./Vorrichtung zur Regelung der Menge und Zusammensetzung eines von einer Brennkraftmaschine anzusaugenden Gemisches aus einem in einem Spaltgasgenerator erzeugten Brenngas und der zur Verbrennung des Brenngases in der Brennkraftmaschine benötigten Luft, mit einer zur Brennkraftmaschine führenden, eine Blende und eine zwischen Blende und Brennkraftmaschine angebrachte Drosselklappe enthaltenden Luft-Ansaugleitung, einer zwischen Blende und Drosselklappe in die Luft-Ansaugleitung einmündenden Brenngas-Ansaugleitung und einem in die Blendenöffnung hineinragenden, in Längsrichtung der Luft-Ansaugleitung beweglichen, die Durchtrittsöffnung der Blende verändernden, dem Kräfteepiel zwischen dem Sog der Brennkraftmaschine und der Rückstellkraft eines Rückstellmittel folgenden Regelkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (7) als sich in Strömungsrichtung der Luft verengende Beschleunigerdüse ausgebildet und unmittelbar vor der Einmündung der Brenngasleitung (4) angebracht ist, und daß bei zunehmendem Sog der Brennkraftmaschine (2) der Durchtrittequerschnitt der Blende durch den in die Blende (7) hineinragenden, zwischen durch Anschlagmittel (11, 13) begrenzten, einen größten und einen kleinsten Durchtrittsquerschnitt der Blende (7) festlegenden Endstellungen beweglichen Regelkörper (8) verkleinerbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellmittel (12) eine zwischen dem Regelkörper (8) und feststehenden Teilen der Vorrichtung angebrachte Feder (12) dient.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Feder (39) alt von außen verstellbarer Vorspannung.

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4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkörper (32) tropfenförmig mit in die Blendenöffnung (31) hineinragender Spitze ausgebildet ist.

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