DE3236457A1

DE3236457A1 - METHOD AND DEVICE FOR SUPPLYING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A COMBUSTIBLE MIXTURE

Info

Publication number: DE3236457A1
Application number: DE19823236457
Authority: DE
Inventors: Blair Lower Hutt Nicol; Peter Wainui-o-mata Waring
Original assignee: LIQUID FUELS TRUST BOARD
Current assignee: LIQUID FUELS TRUST BOARD
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1982-10-01
Publication date: 1983-06-30
Also published as: ZA827497B; GB2112063B; AR228992A1; BR8207208A; AU8984482A; GB2112063A

Description

PROF. DR. DR. J. REITSTÖTTER DR. WERNER KlNZEBACH DR. ING. WOLFRAM BUNTE <,_βΒβ-,ο_7Θ) PROF. DR. DR. J. REITSTÖTTER DR. WERNER KlNZEBACH DR. ING. WOLFRAM BUNTE <, _βΒβ -, ο _7Θ )

REITSTÖTTER. KlNZEBACH ft PARTNER PATENTANWÄLTEREITSTÖTTER. KlNZEBACH ft PARTNER PATENT LAWYERS

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BAUERSTRASSE 22. D-BOOO MÜNCHEN <3O BAUERSTRASSE 22. D-BOOO MUNICH <3O

VNR: 104523
München, den 1. Oktober 1982VNR: 104523
Munich, October 1, 1982

UNSERE AKTE: M/2 3 00 5OUR FILES: M / 2 3 00 5

^OURREF: M/23 245 ^OURREF: M / 23 245

BETREFF: REREFERENCE: RE

LIQUID FUELS TRUST BOARDLIQUID FUELS TRUST BOARD

Greenock HouseGreenock House

Well ing ton/NeuseelandWell ing ton / New Zealand

Verfahren und Vorrichtung zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit einem brennfähigen GemischMethod and device for supplying an internal combustion engine with a combustible mixture

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit einer brennbaren Mischung von flüssigem Treibstoff und Luft sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere eine Wärmerückf"übungsvorrichtung zur Verwendung der von einer Verbrennungsmaschine abgegebenen Wärme zur Verdampfung des Treibstoffes, welcher der Maschine zugeführt wird.The invention relates to a method for supplying an internal combustion engine with a combustible one Mixture of liquid fuel and air and a device for carrying out the method, in particular a heat recovery device for use the heat given off by an internal combustion engine for the evaporation of the fuel that the engine generates is fed.

Bekanntermaßen weisen die gegenwärtigen Quellen der meisten Treibstoffe für Verbrennungsmaschinen eine begrenzte Verfügbarkeit auf und können nicht durch andere gegenwärtig verfügbare Quellen ersetzt werden.As is known, current sources of most internal combustion engine fuels have one limited availability and can't get through other currently available sources may be substituted.

Ebenso ist es bekannt, daß aus Pflanzen Treibstoffe gewonnen werden können, so daß diese auch in unbegrenzter Zukunft zur Verfügung stehen. Es ist ebenso möglich, Treibstoffe aus Bodenschätzen zu gewinnen, die über längere Zeit hinweg verfügbar sein werden, als dies bei Öl der Fall ist. Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung derartiger Treibstoffe. In der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung von Methanol in der Maschine eines Kraftfahrzeuges beschrieben, jedoch können Verfahren und Vorrichtung in vielen Fällen angewendet werden, in denen flüssige Treibstoffe mit hoher Verdampfungswärme in Verbrennungsmaschinen verwendet werden so!!en.It is also known that fuels can be obtained from plants, so that these can also be used in unlimited quantities Available in the future. It is also possible to obtain fuel from natural resources that are over will be available for a longer period of time than is the case with oil. The present invention relates to the use of such fuels. In the present invention, the use of methanol in the Machine of a motor vehicle described, but can Method and device are used in many cases in which liquid fuels with high heat of vaporization to be used in internal combustion engines.

Es wird angestrebt, mindestens 50 % Methanol im Treibstoff einer Kraftwagenverbrennungsmaschine zu benutzen, wobei die dazugehörige Vorrichtung relativ billig undIt is desirable to use at least 50 % methanol in the fuel of an automobile internal combustion engine, the associated apparatus being relatively inexpensive and

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leicht nachrüstbar sein soll. Mischungen von Methanol mit Benzin wurden relativ oft verwendet, jedoch nur dann mit Erfolg, wenn der Anteil an Methanol niedrig war. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei gleich guter Verwendung von Methanol und Benzin zur Verdampfung von Methanol sechsmal so viel Wärme zugeführt werden muß, als dies zur Verdampfung von Benzin der Fall ist. üblicherweise bezieht man diese Wärme von "heißen Punkten" vom Metall der Maschine oder man heizt den Einlaß mehrfach durch heißes Wasser. Diese Verfahren liefern jedoch nicht genügend Wärme für Methanol. Um Methanol zu verdampfen, muß die Verdampfungswärme von einer leistungsfähigeren Quelle genommen werden, dem Abgasstrom. Es wurden viele Versuche unternommen, dies ?u bewerkstelligen, jedoch wurden sehr umständliche Treibstoffsysteme benötigt um die eine, oder die andere - bzw. beide - der unvereinbaren Forderungen zu erfüllen. Bei niedrigen Drossel ventil öffnungen ist die verfügbare Wärmemenge nicht groß genug um das Methanol zu verdampfen, so daß Flüssigkeit am Kolben vorbei und in den Schmierölkreislauf der Maschine gelangt. Der Anteil an flüssigem Methanol wächst insbesondere deshalb, weil die meisten Kraftfahrzeuge hauptsächlich auf Kurzstrecken und somit kalt betrieben werden. Auf diese Weise wird die Schmierung der Maschine angegriffen, so daß die Lagermaterialien zerstört werden. Wenn man also Methanol bei kleinen Drosselklappenöffnungen betreiben will, so muß man große Wärmemengen zuführen.should be easy to retrofit. Mixtures of methanol with gasoline have been used relatively often, but only then with success when the proportion of methanol was low. The reason for this is that with the same good use of methanol and gasoline for the evaporation of methanol six times as much heat has to be supplied as is the case for the evaporation of gasoline. usually you get this heat from "hot spots" on the metal of the machine or you heat the inlet multiple times by hot water. However, these methods do not provide enough heat for methanol. To evaporate methanol, must the heat of vaporization from a more efficient Source, the exhaust gas flow. Many attempts have been made to do this, but fuel systems have become very cumbersome needed to meet one or the other - or both - of the incompatible requirements. At low Throttle valve openings is the amount of heat available not large enough to evaporate the methanol, so that liquid past the piston and into the lubricating oil circuit the machine. The proportion of liquid methanol is growing in particular because most Motor vehicles mainly on short journeys and thus operated cold. In this way, the lubrication of the machine is attacked, so that the bearing materials be destroyed. So if you want to operate methanol with small throttle openings, you have to apply large amounts of heat.

Wenn man bei kleinen Drosselklappenöffnungen große Wärmemengen zuführt, so wird eine zu große Wärmemenge bei großen Drosselklappenöffnungen zugeführt. Dies führt endlich zur Gefahr der Frühzündung und damit zur Zerstörung der Maschine.If you have large throttle openings with small throttle valve openings Supplying amounts of heat, too large an amount of heat is supplied with large throttle valve openings. this leads to finally to the danger of pre-ignition and thus to the destruction of the machine.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtung aufzuzeigen, so daß man flüssige Treibstoffe mit hoher Verdampfungswärme in Verbrennungsmaschinen verwenden kann.The object of the present invention is to provide a method and device so that one can use liquid fuels with high heat of vaporization in combustion engines can use.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit einer brennbaren Mischung aus flüssigem Treibstoff und Luft gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Treibstoff in einen Vergaser in innigem Kontakt mit einem ersten Luftstrom eintritt, der auf eine entsprechende Temperatur aufgeheizt ist um den Treibstoff zu verdampfen, wobei ein zweiter Strom unaufgeheizter Luft gleichfalls dem Vergaser zugeführt wird, und zwar über ein Ventil, das im geschlossenen Zustand vorgespannt ist, wobei beide Luftströme durch einen gemeinsamen Durchlaß in den Vergaser eintreten und die beiden Luftströme über das Ventil getrennt werden, das so positioniert, vorgespannt und dimensioniert ist, daß über den Bereich kleiner Drossel offnung lediglich Treibstoff und heiße Luft in die Maschine gelangen, im Bereich großer Drossel öffnungen jedoch der zweite Luftstrom mit dem ersten Luftstrom und dem Treibstoff.vor Erreichen der Maschine gemischt wird.This object is achieved by a method for supplying an internal combustion engine with a combustible mixture dissolved from liquid fuel and air, which is characterized in that the fuel is fed into a carburetor enters in intimate contact with a first air stream which is heated to a corresponding temperature to vaporize the fuel, with a second stream of unheated air also being fed to the carburetor via a valve which is biased in the closed state, both air flows through enter a common passage in the carburetor and the two air flows are separated via the valve, which is positioned, prestressed and dimensioned in such a way that that only opening over the area of small throttle Fuel and hot air get into the machine, but the second air flow in the area of the large throttle openings with the first airflow and fuel Reaching the machine is mixed.

Dieses Verfahren wird mit Hilfe einer Wärmerückführungsvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine durchgeführt, mit einem Vergaser bei dem der Druck in einem Venturi-Rohr im Vergaser durch die Verbrauchsrate der Maschine an brennbarem Gemisch gesteuert wird, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die von der Maschine benötigte Luft dem Vergaser über zwei Leitungen zugeführt wird, die vor dem Eintritt in den Vergaser ineinander übergehen, wobei die erste Leitung ständig geöffnet ist und heiße Luft liefert, die zweite LeitungThis process is done with the help of a heat recovery device carried out for an internal combustion engine, with a carburetor at which the pressure is in a venturi tube in the carburetor is controlled by the rate of consumption of the combustible mixture by the machine, this device being characterized in that the Air required by the machine is supplied to the carburetor via two lines, which are before entering the carburetor merge into one another, the first line being constantly open and supplying hot air, the second line

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unaufgeheizte Luft liefert, wobei die zweite Leitung vor ihrer Verbindung mit der ersten Leitung ein in geschlossenem Zustand vorgespanntes Ventil aufweist,, das sich bei Entstehen eines Unterdruckes im Venturi-Rohr öffnet, so daß die Maschine im leicht belasteten Zustand mit heißem Gemisch mit niedriger Rate, bei höherer Belastung mit einem kühleren, magereren Gemisch mit höherer Rate versorgt wird.supplies unheated air, the second line has a valve preloaded in the closed state before it is connected to the first line, which opens when a negative pressure arises in the Venturi tube, so that the machine is slightly loaded State with a hot mixture at a lower rate, with a higher load with a cooler, leaner mixture is supplied at a higher rate.

Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen anhand von Abbildungen beschrieben. Hierbei zeigtThe following are some preferred embodiments described on the basis of illustrations. Here shows

Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch·eineFIG. 1 shows a schematic cross section through a

erste Ausführungsform mit einem Vergaser mit konstantem Unterdruck,first embodiment with a carburetor with constant negative pressure,

Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Au.sführungsform mit einem VergaserFIG. 2 shows a schematic cross section through a further embodiment with a carburetor

mit konstantem Unterdruck,with constant negative pressure,

Figur 3 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform mit einem gedrosselten Vergaser mit fixierter Drossel.FIG. 3 shows a schematic cross section through an embodiment with a throttled carburetor with fixed throttle.

Die vorliegende Erfindung kann auch bei anderen Arten von Vergasern verwendet werden, so z. B. bei einem semi-konstanten Unterdruckvergaser, wie er in Krafträdern verwendet wird.The present invention can also be used with other types of carburetors, e.g. B. at one semi-constant vacuum carburetors like those in motorcycles is used.

Wie in den Abbildungen gezeigt, strömt die Luft durch einen Durchlaß 1 in die Maschine (nicht gezeigt). Der Durchlaß 1 weist eine Verengung 3 in Form einer Venturi-Düse auf. In der Düse 3 wird die Geschwindigkeit der Luft durch den Öffnungsgrad der Drossel 9 und durchAs shown in the figures, the air flows through a passage 1 into the machine (not shown). Of the Passage 1 has a constriction 3 in the form of a Venturi nozzle. In the nozzle 3, the speed is the Air through the degree of opening of the throttle 9 and through

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die von der Maschine benötigte Leistung bestimmt. Wenn der Leistungsbedarf hoch ist (wie dies insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten der Fall ist), wird die Drossel 9 geöffnet und die Geschwindigkeit der Luft durch die Düse 3 wird hoch. Der Durchla-ß 1 wird von zwei Leitungen versorgt, wobei die eine Leitung 17 ständig offen ist und heiße Luft von einem Wärmeaustauscher liefert, der später beschrieben wird. Die Leitung 19 wird durch eine Absperrklappe 21 geschlossen. Dieses Ventil wird vom Luftfilter her (siehe Figuren 2 und 3) versorgt. In der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird das Ventil 21 durch eine Feder belastet und in geschlossenem Zustand vorgespannt. Es ist hierbei möglich, die Ventilklappe wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, an ihrem Ende anzulenken, oder nahe der Mitte, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Wenn die Maschine gestartet wird, so ist der Luftstrom durch die Düse 3 zunächst klein, so daß heiße Luft aus der Leitung 17 angesaugt wird. Bei höherem Treibstoff- und Luftbedarf wächst der Widerstand in der Leitung 17, so daß der Durchlaß 1 den Druck in der Leitung 19 so absenkt, daß das Ventil 21 geöffnet wird. Je größer der Bedarf an Treibstoff und Luft wird, desto weiter öffnet sich das Ventil 21. Demzufolge wird bei niedrigen Geschwindigkeiten die Luft durch den Vergaser im wesentlichen ausschließlich aus der Leitung 17 als heiße Luft angesaugt. Bei höheren Geschwindigkeiten und Belastungen wird ein Teil kalter Luft durch das Ventil 21 in die Leitung 19 gelangen, so daß die Mischung, die in den Vergaser gelangt, kälter als bei niedrigen Geschwindigkeiten und Lasten ist.determines the power required by the machine. When the power demand is high (as is particularly the case with higher speeds), the Throttle 9 is opened and the speed of the air through nozzle 3 is high. The passage ß 1 is from two lines supplied, one line 17 is always open and hot air from a heat exchanger which will be described later. The line 19 is closed by a butterfly valve 21. This valve is supplied from the air filter (see Figures 2 and 3). In the preferred one shown here Embodiment is the valve 21 by a spring loaded and pre-tensioned in the closed state. It it is possible here to articulate the valve flap at its end, as shown in FIGS. 1 and 2, or close to it the middle, as shown in FIG. If the Machine is started, so the air flow through the nozzle 3 is initially small, so that hot air from the line 17 is sucked in. With higher fuel and air requirements, the resistance in line 17 increases, so that the passage 1 lowers the pressure in the line 19 so that the valve 21 is opened. The greater the need of fuel and air, the wider valve 21 opens. Accordingly, at low speeds the air is drawn in through the carburetor essentially exclusively from the line 17 as hot air. At higher speeds and loads, some of the cold air is released through the valve 21 into the line 19 so that the mixture entering the carburetor is colder than at low speeds and Loads is.

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Wie oben gesagt, muß für eine effiziente Verbrennung von Treibstoff, der einen hohen Anteil von Alkohol aufweist, die verwendete Luft eine größere Wärmemenge bei nur gering geöffneter Drosselklappe aufweisen, als bei geöffneter Drosselklappe. Dies wird durch die gezeigte erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet. Um Alkohol wirkungsvoll zu verbrennen, muß genügend Wärme zugeführt werden, um den flüssigen Treibstoff zu verdampfen sowie darauf geachtet werden, daß die Wärme rechtzeitig zugeführt wird. Hierbei zeigt es sich, daß die Wärmequelle keineswegs beliebig gewählt werden kann. Es wurde bei vielen Vorrichtungen versucht, die Einlaßgase aufzuheizen; insbesondere bei wassergekühlten Maschinen, benutzte man zur Wärmezufuhr heißes Wasser. Im vorliegenden Fall ist dies zwar auch möglich, jedoch werden bevorzugt Abgase als Wärmequelle verwendet.As stated above, for efficient combustion of fuel that is high in alcohol, the air used have a greater amount of heat when the throttle valve is only slightly open than with open throttle. This is shown by the arrangement according to the invention guaranteed. About alcohol To burn effectively, enough heat must be supplied to vaporize the liquid fuel as well care must be taken that the heat is supplied in good time. It turns out that the heat source can in no way be chosen arbitrarily. Attempts have been made in many devices to heat the inlet gases; especially with water-cooled machines hot water is used to supply heat. In the present case, this is also possible, but is preferred Exhaust gases used as a heat source.

Am Auslaßort liegt die Temperatur der heißen Gase zwischen 15O⁰C und 200°C_t das aufgeheizte Wasser zwischen 80⁰C und 90⁰C. Man kann oft beobachten, daß die Maschinen von kleinen Wagen oft so wenig Abwärme haben, daß sie das Fahrzeug noch nicht einmal im Winter heizen können, um so weniger aber dem Treibstoff Wärme zuführen können. Nach dem Starten, wenn von der Maschine eine gesteigerte Effizienz benötigt wird, steht Wärme fast sofort von den Auspuffgasen zur Verfügung, wesentlich später erst vom heißen Wasser. Für eine optimale Mischung von Methanol und Luft muß die Luft mit 150° mit flüssigem Methanol vermischt werden, so daß nach der Verdampfung des Methanols eine Temperatur von 15°C vorliegt. Diese Bedingung liegt sehr bald nach dem Starten vor, oder wenn die Maschine leicht belastet gelaufen ist. Für den höheren Belastungszustand der Maschine muß die Feder 23 so bemessen, positioniert undAt the exit location, the temperature of the hot gases is between 15O ⁰ C and 200 ° C _t the heated water between 80 ⁰ C and 90 ⁰ C. It is often observed that the machinery of small cars often have so little heat that they the vehicle Not even being able to heat in winter, all the less being able to add heat to the fuel. After starting, when the engine needs increased efficiency, heat is available almost immediately from the exhaust gases, and not until much later from the hot water. For an optimal mixture of methanol and air, the air must be mixed with liquid methanol at 150 °, so that a temperature of 15 ° C is present after the evaporation of the methanol. This condition occurs very soon after starting or when the machine has been running under a light load. For the higher load condition of the machine, the spring 23 must be sized, positioned and

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justiert sein, daß das Ventil 21 bei niedriger Last gerade schließt und vollständig dann geöffnet ist, wenn die Maschine mit vollständig geöffneter Drosselklappe betrieben wird. Die Position der Feder muß derart sein, daß die Federkraft mit der üf-fnung des Ventils 21 absinkt, die Federspannung wird so justiert, daß die Temperatur der über die Leitungen 17 und 19 gemischten Luft niemals 18O⁰C bei maximalem Drehmoment der Maschine und weit geöffneter Drosselklappe übersteigt. Die hier angegebenen Temperaturen gelten für Methanol. Für Äthanol liegen die Werte niedriger.be adjusted so that the valve 21 just closes at low load and is fully open when the machine is operated with the throttle valve fully open. The position of the spring must be such that the spring force with the BB-fnung of the valve 21 is lowered, the spring tension is adjusted so that the temperature of the mixed via lines 17 and 19, the air never 18O ⁰ C at the maximum torque of the engine and widely open throttle valve. The temperatures given here apply to methanol. The values are lower for ethanol.

Obwohl zu erwarten ist, daß nach einer Periode hohen Leistungsbedarfs, der eine Leerlaufperiode oder ein niedriger Leistungsbedarf folgt, die Temperatur der heißen Luft, die dem Vergaser zugeführt wird, zu groß ist. Es zeigte sich jedoch in der Praxis, daß der Wärmeaustauscher so schnell abkühlt, daß dieser Effekt in keinem nachteilig wirkenden Maße auftritt.Although expected to be high after a period Power demand, an idle period or a low power requirement follows, the temperature of the hot air that is supplied to the carburetor is too high is. However, it has been shown in practice that the heat exchanger cools down so quickly that this effect does not occur to any detrimental extent.

Die Größe und Ausgestaltung des Wärmetauschers am Auspuffsystem sollte so sein, daß die heiße Luft mindestens 130°C aufweist, wenn das Fahrzeug bei etwa 50 kmh fährt. Die vom Wärmetauscher angesaugte Luft wird vorzugsweise von einem Luftfilter 25 (siehe Figur 2) angesaugt. The size and design of the heat exchanger on Exhaust system should be such that the hot air at least 130 ° C when the vehicle is traveling at around 50 km / h. The air drawn in by the heat exchanger is preferred sucked in by an air filter 25 (see Figure 2).

Claims

«Β» 4

ft «» ft

β 0 *

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1

PATENT CLAIMS 10

Method for supplying an internal combustion engine with a combustible mixture of liquid fuel and air,

characterized in that the fuel enters a carburetor in intimate 'contact with a first stream of air which is directed to a Appropriate temperature is heated to vaporize the fuel, with a second stream unheated air is also fed to the carburetor

is performed, via a valve that is biased in the closed state, both Air currents enter the carburetor through a common passage, and the two air currents over the valve are separated, which is positioned, biased and dimensioned so that over the Area of small throttle openings only fuel and hot air get into the machine, but the second in the area of large throttle openings

Airflow with the first airflow and the propellant 30

before reaching the machine.

2. Heat recovery device for an internal combustion engine for performing a method according to

Claim 1 with a carburetor, wherein the pressure is 35

in a Venturi tube in the carburetor by the consumption rate of the machine of the combustible mixture

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is controlled,
dadu rc h characterized in that the air required by the machine is fed to the carburetor via two lines (17, 19) which merge into one another before entry (T) into the carburetor, the first line (17) being constantly open and hot Supplies air, and the second line (19) supplies unheated air, the second line (19) having a valve (21) which is prestressed in the closed state before it is connected to the first line (17), which valve (21) opens when a negative pressure arises in the venturi -Pipe (3) opens, - so that the machine in a slightly loaded condition with a hot mixture at a lower rate, at a higher load with a cooler, leaner mixture at a higher rate

Rate is supplied.
20th

3. Heat return device according to claim 1, characterized characterized in that the carburetor is designed as a carburetor with constant negative pressure.

^ 'i. Has met Ul kf Ulli utiLjsvut ι itlttuiiy dach AmsImulü 1, characterized in that the carburetor is used as a carburetor is carried out with semi-constant negative pressure.

5. Heat recovery device according to claim 2, characterized in that the carburetor is designed as a carburetor with fixed throttling.

BATH ORIGINAL