DE818593C

DE818593C - Mixer for air and gas for the operation of motor vehicle internal combustion engines operated in particular with generator gas

Info

Publication number: DE818593C
Application number: DED2050D
Authority: DE
Inventors: Willy Dipl-Ing Syring
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1942-03-01
Filing date: 1942-03-01
Publication date: 1951-10-25

Description

Mischer für Luft und Gas zum Betrieb von insbesondere mit Generatorgas betriebenen Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen Bestimmend für das Mischungsverhältnis bei Sauggasmotoren sind neben dem Gehalt an Kohlenoxyd und Sauerstoff oder Wasserstoff die sekundliche Luft- und Gasmenge pro Kilogramm. Der Kohlenoxydsauerstoff- bzw. Wasserstoffgehalt des Gases bestimmt die Gasqualität, deren unvermeidliche Schwankungen eine Anpassung der Luftzufuhr im Mischer notwendig machen. Da die praktische Ausführung einer automatischen-Regelung außerordentliche bauliche Schwierigkeiten bereitet, empfiehlt sich eine Nachregelung der Luftzufuhr im Mischer von Hand. Was nun die sekundliche Gas- und Luftmenge betrifft, ist das Verhältnis der sekundlichen Luftmenge zur sekundlichen Gasmenge, abgesehen von dem obengenannten C O- und O- bzw. HZ-Gehalt, durch die gegebenen Gas- und Luftquerschnitte am Mischer eindeutig bestimmt und von den Belastungszuständen abhängig, wenn die Strömungswiderstände am Gasgenerator im Gaskühler, im Filter und in den Leitungen unverändert bleiben und sich die Drosselklappe für die Motorregelung im Gasgestänge hinter dem Mischer befindet. Es ist dann ein Betrieb des Motors von Leerlauf bis Vollast bei allen Drehzahlen ohne eine Veränderung des Luftquerschnittes möglich, wobei allerdings bisher bei geringem Gasbedarf des Motors eine schlechte Durdhmischung von Gas und Luft mit in Kauf genommen werden muß. Diesen Übelstand beseitigt die Erfindung durch einen Mischer, bei dem Drossel- und 'Mischstelle vereinigt sind. Durch diese Vorrichtung wird die auch beim Anlassen und beim Leerlauf an der Drosselstelle herrschende hohe Strömungsgeschwindigkeit für eine gute Mischung von Gas und Luft ausgenutzt. Die Erfindung ist insbesondere für durch Generatorgas betriebene Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen bestimmt.Mixer for air and gas for operating, in particular with generator gas operated motor vehicle internal combustion engines Determining the mixing ratio In the case of suction gas engines, in addition to the content of carbon dioxide and oxygen or hydrogen the secondary amount of air and gas per kilogram. The carbon dioxide oxygen resp. The hydrogen content of the gas determines the gas quality and its unavoidable fluctuations make it necessary to adjust the air supply in the mixer. Because the practical execution an automatic control causes extraordinary structural difficulties, It is advisable to readjust the air supply in the mixer by hand. Now what the Secondary gas and air volume is concerned, is the ratio of the secondary air volume on the secondary gas quantity, apart from the above-mentioned C O and O or HZ content, clearly determined by the given gas and air cross-sections on the mixer and depends on the load conditions when the flow resistances on the gas generator in the gas cooler, in the filter and in the lines remain unchanged and the throttle valve for engine control is located in the throttle linkage behind the mixer. It is then a Operation of the engine from idle to full load at all speeds without a change of the air cross-section possible, although so far with a low gas requirement of the Engine a poor mixture of gas and air must be accepted got to. The invention eliminates this drawback by means of a mixer, at the throttle and 'mixing point are combined. This device is the high flow velocity prevailing at the throttle point also when starting and idling used for a good mixture of gas and air. The invention is particular intended for internal combustion engines of motor vehicles operated by generator gas.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.In the drawing, the invention is shown in one embodiment.

Abb. i und 4 zeigen einen Längsschnitt des Gasmischers in Vollast- und Leerlaufstellung.Fig. I and 4 show a longitudinal section of the gas mixer in full load and idle position.

Abb. 2, 3 und 5 zeigen Querschnitte nach den mit gleichartigen römischen Ziffern gekennzeichneten Schnittlinien von Abb. i und 4.Fig. 2, 3 and 5 show cross-sections according to the similar Roman Section lines marked with digits from Fig. I and 4.

Abb. 6 und 7 zeigen Je eine weitere .Ausführungsform des Mischers im Längsschnitt und im Querschnitt nach der Linie VII-VII von Abb. 7.Figs. 6 and 7 each show a further embodiment of the mixer in longitudinal section and in cross section along the line VII-VII in Fig. 7.

Wie die Abbildungen zeigen, sind an der Gasleitung i in Höhe des spiralförmigen Anschlußgehäuses der einmündenden Luftleitung zwei Überströmschlitze 3 angeordnet. Im Bereich dieser Schlitze ist in der Gasleitung i ein Drehschieber 4 mit einem düsenförmigen mittleren Kanal 5 eingesetzt, von dem gegen die überströmschlitze 3 zwei radiale und vorzugsweise schräg nach unten gerichtete Kanäle 6 abzweigen. Der Schieber 5 ist in der Leitung i drehbar und längs verschiebbar gelagert. Außerdem ist die radiale und axiale Bewegung des Drehschiebers durch einen in einen Schrägschlitz 7 hineinragenden Zapfen 8 begrenzt. Zur Erzeugung der Dreh- und Längsbewegung des Drehschiebers dient neben der Führung 7, 8 eine Verzahnung 9 am Umfang des Schiebers (Abb. 3), in welche die Zahnstange io eines Regelgliedes, z. B. das Gestänge eines Gaspedals, eingreift. Durch eine Axialbewegung der Zahnstange in die Pfeilrichtungen von Abb. 3 wird also der Drehschieber 4 gedreht und gleichzeitig axial verschoben.As the figures show, on the gas pipe i are at the level of the spiral-shaped Connection housing of the discharging air line two overflow slots 3 arranged. In the area of these slots, a rotary valve 4 with a is in the gas line i nozzle-shaped central channel 5 used, from which against the overflow slots 3 branch off two radial and preferably obliquely downwardly directed channels 6. The slide 5 is rotatably mounted in the line i and is longitudinally displaceable. aside from that is the radial and axial movement of the rotary valve through an inclined slot 7 protruding pin 8 limited. To generate the rotary and longitudinal movement of the Rotary slide is used in addition to the guide 7, 8, a toothing 9 on the circumference of the slide (Fig. 3), in which the rack io of a control element, z. B. the linkage of a Accelerator pedal, engages. By moving the rack axially in the direction of the arrow From Fig. 3 the rotary valve 4 is rotated and at the same time axially displaced.

In den mittlerenDüsenkanal 5 desDrehschiebers 4 ragt ein eiförmiger Drosselkörper 9 hinein. Dieser ist am unteren Ende eines mit Gewinde io versehenen Schaftes befestigt, an dessen äußerem, aus der Gasleitung herausragendem Eride ein Hebel 12 angeordnet ist. Am Hebel 12 kann der Drosselkörper 9 gegenüber dem Drehschieber 4 unabhängig verstellt werden.An egg-shaped one protrudes into the central nozzle channel 5 of the rotary valve 4 Throttle body 9 into it. This is at the lower end of a threaded io Shank attached, on the outer, protruding from the gas line Eride Lever 12 is arranged. On the lever 12, the throttle body 9 can opposite the rotary valve 4 can be adjusted independently.

Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes ist folgende: Der düsenförmige Ringschieber 4 drosselt in Verbindung mit dem eiförmigen Drosselkörper 9 durch eine gleichzeitige Längs- und Drehbewegung die Gemischzufuhr nach der zum Motor führenden Leitung bei Teillast derart, daß das Verhältnis von Luftquerschnitt zu Gasquerschnitt am Durchfluß 14 zwischen Drosselkörper 9 und Drehschieberdüsenkanal 5 konstant aufrechterhalten bleibt. Hierdurch wird erreicht, daß die hohe Gemischgeschwindigkeit, die bei den bisher bekannten Mischern bei Teillast nur, an der Drosselklappe auftritt, zur innigen Durchmischung von Luft und Gas herangezogen wird. Die bei Qualitätsschwankungen des Gases sowie wegen des veränderlichen Filterwiderstandes notwendige Nachregelung der Gemischzusammensetzung erfolgt durch Vergrößern oder Verkleinern des Gasquerschnittes 14, was durch eine axiale Verstellung des Drosselkörpers 9 geschieht. Diese Verstellung erfolgt, wie bereits eingangs dargelegt, zweckmäßig von Hand. Die Nachregelung des Mischungsverhältnisses durch Verändern des Gasquerschnittes im Gegensatz zu den bekannten Mischern, die dasselbe durch Verändern des Luftquerschnittes erreichen, hat den Vorteil, daß das Nachregeln nur bis zu einer gewissen, durch den größtmöglichen Gasquerschnitt gegebenen Grenze möglich ist.The mode of operation of the subject matter of the invention is as follows: The nozzle-shaped one Ring slide 4 throttles in connection with the egg-shaped throttle body 9 by a Simultaneous longitudinal and rotary movement the mixture supply after the leading to the engine Line at part load in such a way that the ratio of air cross-section to gas cross-section Maintained constant at the flow 14 between the throttle body 9 and the rotary valve nozzle channel 5 remain. This ensures that the high mixture speed that occurs in the hitherto known mixers at part load only occurs at the throttle valve to the intimate Mixing of air and gas is used. The one with quality fluctuations of the gas as well as necessary readjustment due to the variable filter resistance the composition of the mixture takes place by increasing or decreasing the gas cross-section 14, which happens through an axial adjustment of the throttle body 9. This adjustment takes place, as already explained at the beginning, expediently by hand. The readjustment of the Mixing ratio by changing the gas cross-section in contrast to the known mixers that achieve the same thing by changing the air cross-section, has the advantage that readjustment is only up to a certain level, through the greatest possible Gas cross-section given limit is possible.

Durch richtige Wahl der Querschnitte kann erreicht werden, daß diese Grenze mit jenem Verschmutzungsgrad des Gasfilters zusammenfällt, der gerade noch zugelassen werden kann, ohne daß eine Gefährdung des Filters durch zu großen Unterdruck eintritt. Der Drosselmischer nach der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß ein besonderer Leerlauf und Startmischer in Wegfall kommen. Der Leerlauf kann durch eine Feingasschraube am Armaturenbrett geregelt werden, da man zum Starten meist etwas mehr Gemisch braucht als im Leerlauf, kann die Feingasschraube auch als Starterzug ausgebildet werden, derart, daß zum Starten die Feingasschraube einschließlich ihrer Mutter um einen gewissen Grad herausgezogen werden kann. Auf diese Weise kann ein besonderer Starterzug in Wegfall kommen.By choosing the right cross-section, it can be achieved that this Limit coincides with the degree of contamination of the gas filter that is just barely can be permitted without the filter being endangered by excessive negative pressure entry. The throttle mixer according to the invention has the further advantage that a special idle and start mixer are omitted. The idle can go through A fine gas screw on the dashboard can be regulated, as you usually have to start needs a little more mixture than when idling, the fine gas screw can also be used as a starter pull be designed in such a way that to start the fine gas screw including its Nut can be pulled out to some extent. That way one can special starter train will be omitted.

Im Rahmen der Erfindung kann man selbstverständlich auch die Feinregelung durch eine Veränderung des Luftquerschnittes vornehmen, wie z. B. die Ausführung nach den Abb. 6 und 7 zeigt. Dort ist in die Gasleitung ein Drehschieber 15 eingesetzt, an dessen Gehäuse 16 der Luftzuleitungsanschluß 17 z. B. rechtwinklig zu den Gasleitungsanschlüssen 18, i9 (Abb.6) angeordnet ist. Der Drehschieber schließt einen als Mischraum dienenden Hohlraum 2o ein, in den von der Gaseintrittsseite 18 her ein büchsenartiger Kragen 21 ähnlich einer Injektordüse derart hineinragt, daß der Raum 2o, in den die Luftleitung 17 einmündet, die Düse ringförmig umgibt. In Verlängerung des Kragenquerschnittes ist die Gasaustrittsstelle i9 durch eine Querschnittsverringerung 22 als Drosselstelle ausgebildet, die also genau an jener Stelle liegt, wo Gas und Luft sich im Drehschieber mischen. Die Feinregelung erfolgt in diesem Falle durch eine Regelung des Luftquerschnittes mittels eines Schiebers 23. Dieser Schieber sitzt quer beweglich in einer Schlitzführung des Gehäuses i und wird durch einen Bowdenzug 24 (Abb. 7) betätigt. Das Gest4nge des Gaspedals greift am Hebel 25 des Drehschiebers an.In the context of the invention, fine control can of course also be used by changing the air cross-section, such as B. the execution according to Figs. 6 and 7 shows. A rotary valve 15 is inserted into the gas line there, on the housing 16 of the air supply connection 17 z. B. at right angles to the gas line connections 18, i9 (Fig. 6). The rotary valve closes one that serves as a mixing chamber Cavity 2o into which a sleeve-like collar from the gas inlet side 18 21 protrudes like an injector nozzle in such a way that the space 2o into which the air line 17 opens, the nozzle surrounds a ring. As an extension of the cross-section of the collar is the gas outlet point i9 through a cross-sectional reduction 22 as a throttle point formed, which is exactly where gas and air are in the rotary valve Mix. In this case, fine-tuning is carried out by regulating the air cross-section by means of a slide 23. This slide is seated transversely movably in a slot guide of the housing i and is operated by a Bowden cable 24 (Fig. 7). The rods of the accelerator pedal engages the lever 25 of the rotary valve.

Die Wirkungsweise des Mischers nach den Abb. 6 und 7 ergibt sich aus den Abbildungen ohne weiteres. Durch den Saugzug des Motors werden Luft und Gas durch die Leitungen 17 und 18 angesaugt, wobei an der Drosselstelle 22 und an dem Spalt zwischen dieser Drosselstelle und der kragenartigen Verlängerung 21 eine hohe Geschwindigkeit der beiden strömenden Medien auftritt und diese sich an der gleichen Stelle innig mischen. Die Regelung der Luftmenge erfolgt durch den Schieber 23 und die Regelung der Gas- bzw. Gemischmenge durch Drehen des Mehrwegschiebers 15. Dieser Drehschieber eignet sich übrigens nicht nur als Mischer für den oben angeführten Zweck, sondern kann ganz allgemein zum Mischen von flüssigen, gasförmigen oder dampfförmigen Medien mit Vorteil verwendet werden. Seine Querschnittsverhältnisse sind . vorteilhaft derart bemessen, daß das Verhältnis des Lufteintrittsquerschnittes bei 17 zum Gaseintrittsquerschnitt bei 18 konstant bleibt und mit der Drosselung dieser Querschnitte auch eine Drosselung an der Gemischaustrittsöffnung bei zo auftritt. Am vorteilhaftesten für die obigen Bedienungen sind rechteckige längliche Querschnittsformen für die Schieberdurchtrittsöffnung in der Gasleitung, wie z. B. in Abb. 7 strichpunktiert angedeutet ist, und ein mehr quadratischer Querschnitt für den Lufteinlaß. Für die Feinregelung des Leerlaufes können die Schließkanten der Schieberöffnungen oder der zugehörigen Öffnungen im Gehäuse 16 zweckentsprechend ungerade verlaufen, z. B. Einschnitte oder Ausnehmungen aufweisen, wie z. B. die Abb.7. Bezugszeichen 26 zeigt. Zwecks Änderung des Güteverhältnisses wird der Schieber 23 verschoben.The mode of operation of the mixer according to Figs. 6 and 7 results from the pictures without further ado. The induced draft of the motor creates air and gas sucked through the lines 17 and 18, at the throttle point 22 and at the Gap between this throttle point and the collar-like renewal 21 a high speed of the two flowing media occurs and this occurs Mix intimately at the same point. The air volume is regulated by the Slide 23 and the regulation of the gas or mixture quantity by turning the multi-way slide 15. This rotary valve is not only suitable as a mixer for the above cited purpose, but can be used quite generally for mixing liquid, gaseous or vaporous media can be used with advantage. Its cross-sectional ratios are . advantageously dimensioned such that the ratio of the air inlet cross-section at 17 to the gas inlet cross-section at 18 remains constant and with the throttling This cross-section also throttles the mixture outlet opening at zo. Most advantageous for the above operations are rectangular elongated cross-sectional shapes for the slide passage opening in the gas line, such as. B. in Fig. 7 dash-dotted lines is indicated, and a more square cross-section for the air inlet. For the The closing edges of the slide openings or can fine-tune the idling the associated openings in the housing 16 are appropriately odd, z. B. have incisions or recesses, such as. B. Fig.7. Reference numeral 26 shows. In order to change the quality ratio, the slide 23 is moved.

Im Rahmen der Erfindung kann die Nachregelung des Mischungsverhältnisses bei Änderungen des Filter- oder Gasgeneratorwiderstandes auch automatisch vorgenommen werden. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß zu einem gewissen Widerstandsbeiwert der gesamten Gasleitung vom Flammenschutzrohr bis zum Mischer ein bestimmtes Querschnittsverhältnis von Luft- und Gasleitung an der Mischstelle gehört. Bei unveränderter Gasqualität bleibt dieses Verhältnis für alle Drehzahl- und Lastbereiche für beliebig große durchströmende Gasmengen im wesentlichen konstant. Es muß also der Regelvorgang drehzahl- und lastunabhängig sein bzw. muß der Regelimpuls von der Größe des Widerstandsbeiwertes der Gasleitung ausgehen. Es muß also ein Regler verwendet werden, der im Endeffekt nicht auf die Druckdifferenzen, sondern auf die Druckverhältnisse anspricht. Ein solcher Regler kann z. B. aus zwei senkrecht zueinander wirkenden Druckdosen bestehen, die auf einen gemeinschaftlichen Stellhebel einwirken, wobei die Steuerwege proportional dem Quadrat der Gas- bzw. Luftgeschwindigkeiten sind.In the context of the invention, readjustment of the mixing ratio also carried out automatically when the filter or gas generator resistance changes will. It must be taken into account that there is a certain drag coefficient the entire gas line from the flame protection tube to the mixer has a certain aspect ratio heard of the air and gas pipeline at the mixing point. With unchanged gas quality this ratio remains for all speed and load ranges for any size the gas flow rates are essentially constant. So it must be the control process speed and load independent or the control pulse must be of the size of the drag coefficient the gas pipe go out. So it has to be used a controller that in the end does not respond to the pressure differences, but to the pressure conditions. A such a controller can, for. B. consist of two pressure cells acting perpendicular to each other, which act on a common control lever, with the control travel proportional are the square of the gas or air velocities.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control element for the operation of internal combustion engines of motor vehicles operated with gaseous fuels, in particular with generator gas, in which the throttle and mixing point coincide for the entire control range, characterized in that the mixer is formed by a perforated tube that carries the generator gas, the one from the outside 'The combustion air flows through the holes.

2. Control member according to claim i, characterized in that the holes covered in the gas guide tube by a substantially cylindrical chamber :are; to which the combustion air is fed approximately tangentially.

3. Regulatory body according to Claim 2, characterized in that the wall of the cylindrical gas guide tube surrounding air chamber runs eccentrically to the pipe wall in such a way that that the flow cross-section of the incoming air corresponds to the outflow reduced in the gas guide tube.

4. Control organ according to one of claims i to 3, characterized in that seen in the direction of flow immediately before variable throttle point (14) on the inner wall of the perforated gas guide tube a rotary valve (4) is arranged, expediently throttle body and rotary valve can be adjusted independently of each other.

5. Regulating body according to one of the preceding Claims, characterized in that the adjustment of the throttle body (9) by a fine gas screw is expediently arranged on the dashboard of the vehicle, wherein the fine gas screw optionally together with its associated nut piece Can be pulled out by a certain amount to make a special starter move to make dispensable.

6. Control member according to one of claims i to 5, characterized in that that in the region of the holes of the gas line (i) a preferably egg-shaped throttle body (9) immediately behind the preferably nozzle-shaped passage (5) of the rotary valve (4) is arranged, which, in addition to its rotary movement, also has a longitudinal movement executes and thereby regulates the mixture supply to the engine in such a way that the ratio of air and gas cross-section remains practically constant for all throttle positions.

7. Control member according to one of claims i to 6, characterized in that the egg-shaped throttle body (9) through an externally accessible signal box (io, ii, i2) is axially adjustable in relation to the rotary valve (4) and independently of it, to those due to gas quality fluctuations, changes in the filter or flow resistance to be able to make necessary readjustments in the lines or in the generator. B.

Control member according to one of claims i to 7, characterized in that the Throttle body (9) arranged on a shaft (i i) provided with an adjusting thread (io) is.

9. Control member according to one of claims i to 8, characterized in that the rotary valve consists of a sleeve which has a venturi-like longitudinal channel (5) from which radial channels (openings 6) branch off for air access and the outside with an inclined slot ( 7) is provided for the engagement of a guide pin (8) and with an axial toothing (16) for the engagement of the adjusting toothing (17) of an axially normal displaceable actuator, which is provided with a preferably arbitrarily actuated control element, in particular with the accelerator pedal of the vehicle, connected is. Cited pamphlets: French patents nos. 686 209, 701 555-