EP3551871A1 - Mixture formation device for a gas engine and gas engine - Google Patents

Mixture formation device for a gas engine and gas engine

Info

Publication number
EP3551871A1
EP3551871A1 EP17804562.1A EP17804562A EP3551871A1 EP 3551871 A1 EP3551871 A1 EP 3551871A1 EP 17804562 A EP17804562 A EP 17804562A EP 3551871 A1 EP3551871 A1 EP 3551871A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
forming device
valve
mixture
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17804562.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian-B. KLÜTING
Frank Beger
Martin Kiel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP3551871A1 publication Critical patent/EP3551871A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248Injectors
    • F02M21/0278Port fuel injectors for single or multipoint injection into the air intake system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/04Gas-air mixing apparatus
    • F02M21/042Mixer comprising a plurality of bores or flow passages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/51EGR valves combined with other devices, e.g. with intake valves or compressors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/503Mixing fuel or propellant and water or gas, e.g. air, or other fluids, e.g. liquid additives to obtain fluid fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248Injectors
    • F02M21/0281Adapters, sockets or the like to mount injection valves onto engines; Fuel guiding passages between injectors and the air intake system or the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/04Gas-air mixing apparatus
    • F02M21/047Venturi mixer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/17Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
    • F02M26/19Means for improving the mixing of air and recirculated exhaust gases, e.g. venturis or multiple openings to the intake system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10209Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like
    • F02M35/10222Exhaust gas recirculation [EGR]; Positive crankcase ventilation [PCV]; Additional air admission, lubricant or fuel vapour admission
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a mixture formation device for a combustion engine operated with a combustible gas and to an internal combustion engine in whose intake tract such a mixture formation device is arranged.
  • incompressible liquids have a significantly higher compressibility, such a gas can not with a conventional fuel pump in the combustion chamber of the
  • a compressor for a gaseous fuel builds at the same drive power significantly larger and higher than a corresponding
  • High pressure fuel pump Although a direct injection of the combustible gas (analogous to a direct injection of liquid fuel) in the combustion chamber of the engine is possible, but this requires a relatively high pressure level in the gas tank of at least 20 bar, whereby only an incomplete emptying of the gas tank is possible and thus the range of Motor vehicle is significantly reduced.
  • a spaced apart from the carburetor disc is provided, which has a central, closable opening. This opening is released in the higher speed range of the engine, so in all
  • Flow rates can be varied with partially open exhaust gas recirculation valve.
  • the invention is based on the object, a simple and inexpensive
  • a mixture formation device for arrangement in an intake passage of a combustion engine operated with a combustible gas, which comprises a closing member, with which the opening cross-section of the intake passage of
  • Internal combustion engine can be reduced, at least one metering valve for metering of the combustible gas into the intake passage of the internal combustion engine, and at least one connection for an exhaust gas recirculation of the internal combustion engine, wherein a
  • Fresh air flow is redirected by a Umlenkgeometrie of the closing member in a first annular channel, in particular in a diffuser, and wherein a first point of introduction for the combustible gas and a second point of introduction for the means of exhaust gas recirculation
  • Suction pressure in the upstream of the mixture forming device flow section is reduced, whereby the dynamics in the field of fuel gas supply is improved. Furthermore, higher exhaust gas recirculation rates are possible due to the higher dynamics and the reduced pressure, without damaging the recirculated exhaust gas in the exhaust gas recirculation line. In this case, less Ausschiebearbeit is necessary, so that the fuel gas consumption can be reduced with such a mixture formation device.
  • the combustible gas metered into a fuel gas distribution ring, which is connected via a channel with the diffuser of the intake passage.
  • a fuel gas distribution ring Through the fuel gas distribution ring a first mixing of the combustible gas with the fresh air is possible, whereby a particularly uniform mixing of the combustible gas with the fresh air in the fuel gas distribution ring ring channel is achieved.
  • the fuel gas distribution ring serves to reduce pressure peaks or to a flow equalization, whereby a homogeneous mixture formation is promoted. As a result, a particularly clean and low-emission combustion of the combustible gas is possible.
  • the channel is substantially perpendicular to a
  • Exhaust gas recirculation has an exhaust gas recirculation distribution ring which extends at least in sections around an intake pipe of the intake duct.
  • the closing member has a guide portion for flow guidance of the fresh air, the combustible gas and / or the recirculated exhaust gas and a guide portion, with which the closing member is guided in a housing of the mixture forming device.
  • a flow guide on the closing member additional control geometries for the fresh air can be omitted, which would be associated with additional components or a more complex design of the housing and would cause additional costs.
  • a machining of the outer contour of the closing member is usually less expensive than a machining of the inner contour of the
  • the closing member can be guided in a simple manner in the housing without a flow impairment in the region of the guide geometry, the
  • the guide portion is guided on a closed housing portion of the housing.
  • a negative pressure can be generated, which arises when the valve closes and thus generates a restoring force against the closing force of the valve.
  • pressure compensation bores are provided on the closing element in order to obtain overpressure or underpressure occurring during the movement of the closing element
  • a seal is arranged between the guide portion and the housing. Through a seal between the guide portion and the closed housing portion of the housing, an influx of gas into the
  • Compensation volume can be prevented, so that a gas exchange between the air flow of the mixture formation device and the compensating volume at least largely
  • the closing element is hollow in the region of the guide section and encloses a compensating volume.
  • a hollow closure member By a hollow closure member, a comparatively large compensation volume can be limited, so that the gas forces occurring during a displacement of the closing member are comparatively small and thus easily controllable.
  • material and mass can be saved on the closing member by a hollow closing member, whereby the dynamic behavior of the closing member can be improved.
  • the surface of the wall of the first annular channel can be optimally used and it can be formed a plurality of first and second discharge points, wherein the first discharge points preferably on a first, common bolt circle and the second discharge points are preferably on a second, common bolt circle.
  • the gap width of the diffuser is approximately 1/8 to 1/800 of the diameter of an intake pipe of the intake duct.
  • the first ring channel must be flowed through both at idle and at full load.
  • a minimum quantity capability and, on the other hand, a maximum power output in full load operation must be ensured.
  • a width of 1/8 to 1/800 of the intake pipe, in particular a width or height between 50 ⁇ and 5 mm has indeed after application as a good compromise between the necessary throttling to
  • the first annular channel is designed as a diffuser.
  • the outlet cross section of the first annular channel can be increased and the flow velocity (and thus the
  • the closing member is a valve with a valve stem and a valve disc, wherein the valve disc has a first, radially inner portion which extends at a first angle to the valve stem and has a second, radially outer portion, which under a in Compared to the first section larger angle to the valve stem runs.
  • a diffuser can be formed between the valve and a straight wall of the housing in a simple manner.
  • Closing member is formed.
  • a valve with a comparatively short valve plate can be used, whereby the costs and the space required for the valve can be reduced.
  • Micro quantity capability of the mixture forming device improved. It is particularly advantageous if the contour of the projection has a profile. By profiling the projections, the transition from a small amount of metered combustible gas into a region with larger amounts of gas can be improved, whereby an improved
  • first introduction point and the second introduction point are arranged on a common diameter.
  • a plurality of first and a plurality of second introduction points are arranged alternately on this diameter in order to allow a uniform mixing of the fuel gas with the recirculated exhaust gas.
  • Cross sections of the first discharge points for the combustible gas is less than 15%, preferably less than 10%, of the maximum cross-sectional area of the diffuser in the region of the first discharge points.
  • the discharge points for the recirculated exhaust gas and for the combustible gas are preferably designed as annular channels.
  • an internal combustion engine with at least one combustion chamber, an intake passage, an exhaust passage, an exhaust gas recirculation from the exhaust passage in the
  • Figure 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine
  • Figure 2 shows a first embodiment of an inventive
  • FIG. 3 shows the mixture-forming device from FIG. 2 in a three-dimensional view
  • Figure 4 shows a second embodiment of an inventive
  • FIG. 5 shows the mixture-forming device of FIG. 4 in a three-dimensional view
  • Figure 6 shows a first embodiment of a valve seat of an inventive
  • Figure 7 shows a further embodiment of a valve seat of an inventive
  • Figure 8 shows a further embodiment of a valve seat of an inventive
  • Figure 9 shows another embodiment of a valve seat of an inventive
  • FIG. 10 shows a valve seat of a mixture formation device according to the invention when the valve is partially closed.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified construction of an internal combustion engine 1 with four
  • Combustion chambers 2 an intake passage 3 and an exhaust passage 4.
  • Exhaust gas recirculation 5 is provided, which connects the exhaust passage 4 with the intake passage 3 and thus allows recirculation of combusted fuel components in the intake passage 3 of the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 is designed in the embodiment described below as a gas engine 1 and is operated with a gaseous fuel, preferably with natural gas (CNG - compressed natural gas). Alternatively, operation with liquefied natural gas (LNG) is also possible.
  • Gas engines 1 differed in comparison to conventional internal combustion engines in which a liquid fuel is metered into the intake passage 3 or the combustion chambers 2, characterized in that the fuel is gaseous under ambient temperature and pressure and thus highly compressible.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a mixture formation device 10 according to the invention for an internal combustion engine 1 operated with a gaseous fuel.
  • the mixture formation device 10 comprises a housing 42, in which a closure member 12, in particular a valve 54, is displaceably arranged.
  • the housing 42 has a first, in the plane of the drawing vertically extending portion in which a
  • the housing 42 further includes a second portion which forms a diffuser 22.
  • the diffuser 22 extends at an angle of about 100 ° to 120 ° to the intake manifold 36.
  • a closed housing portion 44 is further formed, which defines a compensating volume 48 together with the closing member 12.
  • the closing member 12 is designed as a valve 54, in particular as a poppet valve, formed, and has a valve stem 56 and a valve plate 58.
  • the valve stem 56 and the valve plate 58 form on their side facing the intake pipe 36 a
  • the valve disk 58 is followed by a guide section 40, in which the valve 54 is guided in the closed housing section 44.
  • the closing member 12 is in the range of
  • Guide portion 40 is hollow and surrounds the compensating volume 48. Between the guide portion 40 and the housing wall of the closed housing portion 44, a seal 46 is arranged, which the penetration of fresh air into the
  • the mixture forming device 10 further comprises at least one, preferably as shown in Figure 1 a plurality, preferably evenly distributed over the circumference of the mixture forming device 10, receiving opening (s) 78, in each of which a metering valve 16 for supplying a combustible gas is arranged.
  • the metering valve 16 has at its periphery a seal 76, in particular a sealing ring, with which a gap between the
  • Each of the receiving openings 78 is in each case connected to a fuel gas distribution ring 28, in which 16 can be mixed via the metering valves 16 supplied gaseous fuel with fresh air.
  • the fuel gas distribution ring 28 is connected to the diffuser 22 via channels 30
  • first inlet points 24 are respectively formed at an end of the channel 30 facing the diffuser 22, via which channels 30 are fluidically connected to the diffuser 22.
  • the channels 30 extend substantially perpendicular to the outflow openings 32 of the metering valves 16.
  • the metering valves 16 are arranged radially, that is, aligned perpendicular to the intake pipe 36 of the mixture formation device 10.
  • the metering valves 16 each have a plug 52 with which the metering valves 16 can be electrically contacted.
  • the mixture formation device 10 a connection for an exhaust gas recirculation 5 of the internal combustion engine 1 is formed.
  • the mixture formation device 10 has an exhaust gas recirculation distribution ring 34, which is at least partially guided around the intake pipe 36 of the intake duct 3 around.
  • the second annular channel 34 extends substantially parallel to the diffuser 22 and is connected via second inlet 26 with this diffuser 22.
  • the exhaust gas recirculation distribution ring 34 is connected via at least one port 18 to the exhaust gas recirculation 5.
  • FIG. 3 shows the mixture-forming device 10 in a three-dimensional representation. It can be seen that the metering valves 16 perpendicular to the intake pipe 36th
  • the mixture of fresh air and combustible gas is additionally supplied with exhaust gas recirculated via the exhaust gas recirculation 5 and the exhaust gas recirculation distribution ring 34.
  • the recirculated exhaust gas is introduced into the diffuser 22 at a second introduction point 26, wherein the exhaust gas is mixed with the mixture of fresh air and combustible gas.
  • the closing member 12 has the function of a quantity controller and can thus replace the throttle in a conventional internal combustion engine.
  • the mixture-forming device 10 in FIG. 2 is shown with the valve 54 fully open, that is to say maximally de-throttled.
  • By closing the valve 54 that is, a displacement in the direction of a seat edge 74 on the housing 42, an opening cross-section 14 of the diffuser 22 can be reduced.
  • Such a partially closed valve 54 is shown in FIG.
  • valve disk 58 in the region of the guide portion 40 a in the flow direction of the gas through the diffuser 22 sharp trailing edge, which provides in the diffuser 22 downstream of the valve disk 58 for vortex formation, wherein a wake 80 additional mixing of fresh air, combustible gas and exhaust gas from the exhaust gas recirculation 5 causes.
  • a minimum quantity capability in particular during idling of the internal combustion engine 1, as well as a streamlined and preferably low-loss flow guidance in full load operation must be made possible.
  • the adjustment of the valve 54 takes place for example via a Electromechanical control, but may alternatively be purely mechanical, for example via a spindle, a rocker arm, a toothing or the like.
  • the metering valves 16 are in this embodiment, axial, that is parallel to the
  • Intake pipe 36 arranged.
  • additional space is created in the radial direction, so that the available space can be used optimally.
  • the shape of the fuel gas distribution ring 28 is adapted accordingly, wherein the channel 30 at one of the intake pipe 36 facing the end of
  • Brenngasverteilrings 28 is formed and is arranged eccentrically from the discharge opening 32 of the metering valve 16, a correspondingly multiple deflection and
  • FIG. 5 shows this exemplary embodiment of a mixture formation device 10 in a three-dimensional representation.
  • valve 54 in Figure 6, an alternative embodiment of the valve 54 and the diffuser 22 is shown.
  • the valve 54 at its valve plate 58 has a first, radially inner
  • Section 60 and a second, radially outer portion 62 which extends at a larger angle compared to the first portion 60 to the valve stem 56. This results between a wall 64 of the housing 42 and the second portion 62 of the
  • Valve plate 58 a diffuser 50.
  • the diffuser 50 may also, as shown in Figure 7 between two housing parts or housing portions of the housing 42 downstream of the valve plate 58 may be formed.
  • a simple labyrinth seal may be provided on the valve seat of the valve 54.
  • a recess 66 can be provided on the wall 64 of the housing 42, into which, when the valve 54 is substantially closed, a projection 70 on the valve disk 58 engages.
  • a projection 72 may be formed on the wall 64 of the housing 42, which engages in a recess 68 in the valve plate 58.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

The invention relates to a mixture formation device for an internal combustion engine operated with a burnable gas, preferably compressed natural gas CNG. The mixture formation device comprises a combination of a quantity regulator, a gas mixer, a flow-guiding element for pressure recovery, and a connection possibility for exhaust gas recirculation of the internal combustion engine. The mixture formation device according to the invention can empty a gas tank to a comparatively low pressure of approx. 2 bar, an excellent mixture formation being achieved over the entire range of speed and load range of the internal combustion engine. According to the invention, such a mixture formation device can reduce production costs as well as space requirements compared to known solutions. The invention also relates to an internal combustion engine operated with a burnable gas, particularly compressed natural gas (CNG), comprising such a mixture formation device in the intake tract thereof.

Description

Beschreibung  description
Gemischbildungsvorrichtung für einen Gasmotor und Gasmotor Mixture forming device for a gas engine and gas engine
Die Erfindung betrifft eine Gemischbildungsvorrichtung für einen mit einem brennbaren Gas betriebenen Verbrennungsmotor sowie einen Verbrennungsmotor, in dessen Ansaugtrakt eine solche Gemischbildungsvorrichtung angeordnet ist. The invention relates to a mixture formation device for a combustion engine operated with a combustible gas and to an internal combustion engine in whose intake tract such a mixture formation device is arranged.
Aus dem Stand der Technik sind Verbrennungsmotoren bekannt, welche mit einem brennbaren Gas, beispielsweise verflüssigtes Erdgas (LPG - Liquified Natural Gas) oder unter Druck bevorratetes Erdgas (CNG - Compressed Natural Gas), betrieben werden. Insbesondere bei unter Druck bevorratetem Erdgas (CNG) stellt sich die Herausforderung, das Gas in die Internal combustion engines which are operated with a combustible gas, for example liquefied natural gas (LPG) or pressurized natural gas (CNG), are known from the prior art. Especially in pressurized natural gas (CNG), the challenge of putting the gas into the gas is the challenge
Brennräume des Verbrennungsmotors zu fördern. Da Gase im Vergleich zu (quasi To promote combustion chambers of the internal combustion engine. Since gases compared to (quasi
inkompressiblen) Flüssigkeiten eine deutlich höhere Kompressibilität aufweisen, kann ein solches Gas nicht mit einer konventionellen Kraftstoffpumpe in den Brennraum des incompressible) liquids have a significantly higher compressibility, such a gas can not with a conventional fuel pump in the combustion chamber of the
Verbrennungsmotors eingespritzt werden. Ein Verdichter für einen gasförmigen Brennstoff baut bei gleicher Antriebsleistung deutlich größer und höher als eine entsprechende Internal combustion engine to be injected. A compressor for a gaseous fuel builds at the same drive power significantly larger and higher than a corresponding
Hochdruckkraftstoffpumpe. Zwar ist eine Direkteinblasung des brennbaren Gases (analog einer Direkteinspritzung von flüssigem Kraftstoff) in den Brennraum des Verbrennungsmotors möglich, jedoch erfordert dies ein relativ hohes Druckniveau im Gastank von mindestens 20 bar, wodurch nur eine unvollständige Entleerung des Gastanks möglich ist und somit die Reichweite eines Kraftfahrzeuges deutlich reduziert wird. High pressure fuel pump. Although a direct injection of the combustible gas (analogous to a direct injection of liquid fuel) in the combustion chamber of the engine is possible, but this requires a relatively high pressure level in the gas tank of at least 20 bar, whereby only an incomplete emptying of the gas tank is possible and thus the range of Motor vehicle is significantly reduced.
Aus der DE 35 04 796 A1 ist ein Luftansaugstutzen für einen Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffvergaser bekannt, wobei der Verbrennungsmotor wahlweise mit einem flüssigen Brennstoff und einem gasförmigen Brennstoff betrieben werden kann. Um den bei beiden Kraftstoffarten wechselnden Anforderungen im Hinblick auf die Einströmung der From DE 35 04 796 A1 an air intake for an internal combustion engine with a fuel carburetor is known, wherein the internal combustion engine can be operated optionally with a liquid fuel and a gaseous fuel. To the changing with both types of fuel requirements with regard to the inflow of
Verbrennungsluft Rechnung zu tragen und um einen Mehrverbrauch beim Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff zu senken, ist eine mit Abstand zum Vergaser angeordnete Scheibe vorgesehen, welche eine zentrale, verschließbare Öffnung aufweist. Diese Öffnung wird im höheren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors freigegeben, sodass in allen Combustion air to take into account and to reduce excess consumption during operation with gaseous fuel, a spaced apart from the carburetor disc is provided, which has a central, closable opening. This opening is released in the higher speed range of the engine, so in all
Kennfeldbereichen jeweils die passende Menge an Frischluft angesaugt werden kann. Aus der EP 0 859 176 A2 ist ein Ventil zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor mit einem Einsatz bekannt, wobei in Abhängigkeit von der Form des Einsatzes die Map areas each the appropriate amount of fresh air can be sucked. From EP 0 859 176 A2 a valve for exhaust gas recirculation for an internal combustion engine with an insert is known, wherein depending on the shape of the insert
Durchflussmengen bei teilweise geöffnetem Abgasrückführungsventil variiert werden können. Flow rates can be varied with partially open exhaust gas recirculation valve.
Ferner sind aus dem Stand der Technik einfache Gasmischer und sogenannte Kreuzmischer bekannt, um den gasförmigen Brennstoff eines Verbrennungsmotors mit der Frischluft zu vermischen. Furthermore, from the prior art simple gas mixer and so-called cross mixers are known to mix the gaseous fuel of an internal combustion engine with the fresh air.
Nachteilig an solchen Mischern mit fester Geometrie ist jedoch, dass sie zwar bei einem stationären Betriebspunkt, wie beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor eines However, a disadvantage of such mixers with a fixed geometry is that, although at a stationary operating point, such as in an internal combustion engine of a
Blockheizkraftwerkes, gute Ergebnisse liefern, jedoch für einen dynamischen Betrieb wie in einem Kraftfahrzeug eher ungeeignet sind oder erheblichen zusätzlichen Steuer- und Combined heat and power plant, provide good results, but for a dynamic operation as in a motor vehicle are rather unsuitable or considerable additional control and
Regelungsaufwand erfordern. Require regulatory effort.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige The invention is based on the object, a simple and inexpensive
Gemischbildung eines gasförmigen Brennstoffs für einen Verbrennungsmotor zu ermöglichen, wobei die strengen Grenzwerte der Emissionsgesetzgebung erreicht werden und ein dynamischer Motorbetrieb ohne Funktionseinbußen und Emissionsnachteile möglich ist. To enable mixture formation of a gaseous fuel for an internal combustion engine, whereby the strict limits of the emission legislation are achieved and a dynamic engine operation without loss of function and emission disadvantages is possible.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Gemischbildungsvorrichtung zur Anordnung in einem Ansaugkanal eines mit einem brennbaren Gas betriebenen Verbrennungsmotor gelöst, welche ein Schließglied, mit dem der Öffnungsquerschnitt des Ansaugkanals des According to the invention the object is achieved by a mixture formation device for arrangement in an intake passage of a combustion engine operated with a combustible gas, which comprises a closing member, with which the opening cross-section of the intake passage of
Verbrennungsmotors reduziert werden kann, mindestens ein Zumessventil zur Zumessung von dem brennbaren Gas in den Ansaugkanal des Verbrennungsmotors, sowie mindestens einen Anschluss für eine Abgasrückführung des Verbrennungsmotors umfasst, wobei ein Internal combustion engine can be reduced, at least one metering valve for metering of the combustible gas into the intake passage of the internal combustion engine, and at least one connection for an exhaust gas recirculation of the internal combustion engine, wherein a
Frischluftstrom durch eine Umlenkgeometrie des Schließgliedes in einen ersten Ringkanal, insbesondere in einen Diffusor umgeleitet wird, und wobei eine erste Einleitstelle für das brennbare Gas und eine zweite Einleitstelle für das mittels der Abgasrückführung Fresh air flow is redirected by a Umlenkgeometrie of the closing member in a first annular channel, in particular in a diffuser, and wherein a first point of introduction for the combustible gas and a second point of introduction for the means of exhaust gas recirculation
zurückgeführte Gas stromabwärts der Umlenkgeometrie angeordnet sind. Dadurch kann ein Bauteil geschaffen werden, welches auf kompaktem Bauraum und kostengünstige Art die Funktionen eines Quantitätsreglers für den Frischgasstrom, eines Gasmischers sowie einer Strömungsführung und Strömungsoptimierung darstellt. Zudem kann eine vergleichsweise gute Gemischaufbereitung bei geringem Strömungswiderstand erreicht werden. Durch einen Venturi- Effekt beim Durchströmen der Gemischbildungsvorrichtung muss weniger Brenngasmasse in die Gemischbildungsvorrichtung eingebracht werden, da der Druck im Bereich dem recycled gas are arranged downstream of Umlenkgeometrie. As a result, a component can be created which represents the functions of a quantity regulator for the fresh gas stream, a gas mixer and a flow guide and flow optimization in a compact space and cost-effective manner. In addition, a comparatively good mixture preparation can be achieved with low flow resistance. Due to a Venturi effect when flowing through the mixture-forming device less fuel gas mass must be introduced into the mixture-forming device, since the pressure in the area
Ansaugdruck im stromaufwärts der Gemischbildungsvorrichtung liegenden Strömungsabschnitt reduziert ist, wodurch die Dynamik im Bereich der Brenngaszufuhr verbessert wird. Ferner sind durch die höhere Dynamik und den reduzierten Druck größere Abgasrückführungsraten möglich, ohne dass sich das zurückgeführte Abgas in der Abgasrückführungsleitung staut. Dabei ist weniger Ausschiebearbeit notwendig, sodass der Brenngasverbrauch mit einer solchen Gemischbildungsvorrichtung reduziert werden kann. Suction pressure in the upstream of the mixture forming device flow section is reduced, whereby the dynamics in the field of fuel gas supply is improved. Furthermore, higher exhaust gas recirculation rates are possible due to the higher dynamics and the reduced pressure, without damaging the recirculated exhaust gas in the exhaust gas recirculation line. In this case, less Ausschiebearbeit is necessary, so that the fuel gas consumption can be reduced with such a mixture formation device.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte By the features listed in the dependent claims are advantageous
Verbesserungen und Weiterentwicklungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Gemischbildungsvorrichtung möglich. Improvements and further developments of the mixture formation device specified in the independent claim possible.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one
Zumessventil das brennbare Gas in einen Brenngasverteilring eindosiert, welcher über einen Kanal mit dem Diffusor des Ansaugkanals verbunden ist. Durch den Brenngasverteilring ist eine erste Vermischung des brennbaren Gases mit der Frischluft möglich, wodurch eine besonders gleichmäßige Vermischung des brennbaren Gases mit der Frischluft in dem Brenngasverteilring Ringkanal erreicht wird. Ferner dient der Brenngasverteilring zum Abbau von Druckspitzen bzw. zu einer Strömungsvergleichmäßigung, wodurch eine homogene Gemischbildung gefördert wird. Dadurch ist eine besonders saubere und emissionsarme Verbrennung des brennbaren Gases möglich. Metering valve, the combustible gas metered into a fuel gas distribution ring, which is connected via a channel with the diffuser of the intake passage. Through the fuel gas distribution ring a first mixing of the combustible gas with the fresh air is possible, whereby a particularly uniform mixing of the combustible gas with the fresh air in the fuel gas distribution ring ring channel is achieved. Furthermore, the fuel gas distribution ring serves to reduce pressure peaks or to a flow equalization, whereby a homogeneous mixture formation is promoted. As a result, a particularly clean and low-emission combustion of the combustible gas is possible.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Kanal im Wesentlichen senkrecht zu einer It is particularly preferred if the channel is substantially perpendicular to a
Ausströmöffnung des Zumessventils verläuft. Dadurch erfolgt eine scharfe Umlenkung des brennbaren Gases beim Auftreffen auf die Wand des Vorraums, wodurch sich in dem Vorraum Wirbel bilden, welche eine Vermischung von dem brennbaren Gas und der Frischluft begünstigen. Outflow of the metering valve runs. This results in a sharp deflection of the combustible gas when hitting the wall of the vestibule, which forms vortex in the antechamber, which favor mixing of the combustible gas and the fresh air.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the
Abgasrückführung einen Abgasrückführungs-Verteilring aufweist, welcher zumindest abschnittsweise um ein Ansaugrohr des Ansaugkanals herum verläuft. Durch den Anschluss der Abgasrückführung an einen zweiten Ringkanal ist eine besonders gleichmäßige Exhaust gas recirculation has an exhaust gas recirculation distribution ring which extends at least in sections around an intake pipe of the intake duct. By connecting the exhaust gas recirculation to a second annular channel is a particularly uniform
Vermischung des rückgeführten Abgases mit dem Gemisch aus Frischluft und brennbarem Gas möglich, da das Abgas entlang des zweiten Ringkanals über mehrere zweite Einleitstellen gleichmäßig in den ersten Ringkanal eingebracht werden kann. Somit kann die Mixing of the recirculated exhaust gas with the mixture of fresh air and combustible gas possible, since the exhaust gas along the second annular channel can be introduced uniformly in the first annular channel via a plurality of second introduction points. Thus, the
emissionssenkende Wirkung der Abgasrückführung optimal umgesetzt werden. Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schließglied einen Leitabschnitt zur Strömungsführung der Frischluft, des brennbaren Gases und/oder des zurückgeführten Abgases und einen Führungsabschnitt aufweist, mit welchem das Schließglied in einem Gehäuse der Gemischbildungsvorrichtung geführt ist. Durch eine Strömungsführung über das Schließglied können zusätzliche Leitgeometrien für die Frischluft entfallen, welche mit zusätzlichen Bauteilen oder einer komplexeren Gestaltung des Gehäuses verbunden wären und Mehrkosten verursachen würden. Zudem ist eine Bearbeitung der Außenkontur des Schließgliedes in der Regel kostengünstiger als eine Bearbeitung der Innenkontur des Emission-reducing effect of exhaust gas recirculation can be optimally implemented. According to a further improvement of the invention it is provided that the closing member has a guide portion for flow guidance of the fresh air, the combustible gas and / or the recirculated exhaust gas and a guide portion, with which the closing member is guided in a housing of the mixture forming device. By a flow guide on the closing member additional control geometries for the fresh air can be omitted, which would be associated with additional components or a more complex design of the housing and would cause additional costs. In addition, a machining of the outer contour of the closing member is usually less expensive than a machining of the inner contour of the
Gehäuses, sodass hier ein strömungsoptimiertes Profil zu vergleichsweise geringen Housing, so here a flow-optimized profile to relatively small
Fertigungskosten hergestellt werden kann. Durch einen zusätzlichen Führungsabschnitt an dem Schließglied kann das Schließglied auf einfache Art und Weise in dem Gehäuse geführt werden, ohne dass eine Strömungsbeeinträchtigung im Bereich der Leitgeometrie, des Manufacturing costs can be produced. By an additional guide portion on the closing member, the closing member can be guided in a simple manner in the housing without a flow impairment in the region of the guide geometry, the
Ansaugrohrs oder des ersten Ringkanals notwendig ist. Intake tube or the first annular channel is necessary.
Bevorzugt ist dabei, wenn der Führungsabschnitt an einem geschlossenen Gehäuseabschnitt des Gehäuses geführt ist. Hierdurch kann in dem geschlossenen Gehäuseabschnitt nach Art einer Gasfeder ein Unterdruck erzeugt werden, welcher beim Schließen des Ventils entsteht und somit eine Rückstellkraft gegen die Schließkraft des Ventils erzeugt. Um die Öffnungs- und Schließkräfte zu reduzieren sind an dem Schließglied Druckausgleichsbohrungen vorgesehen, um bei der Bewegung des Schließgliedes auftretende Über- oder Unterdrücke zu It is preferred if the guide portion is guided on a closed housing portion of the housing. In this way, in the closed housing section in the manner of a gas spring, a negative pressure can be generated, which arises when the valve closes and thus generates a restoring force against the closing force of the valve. In order to reduce the opening and closing forces, pressure compensation bores are provided on the closing element in order to obtain overpressure or underpressure occurring during the movement of the closing element
kompensieren. compensate.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn zwischen dem Führungsabschnitt und dem Gehäuse eine Dichtung angeordnet ist. Durch eine Dichtung zwischen dem Führungsabschnitt und dem geschlossenen Gehäuseabschnitt des Gehäuses kann ein Einströmen von Gas in das It is particularly preferred if a seal is arranged between the guide portion and the housing. Through a seal between the guide portion and the closed housing portion of the housing, an influx of gas into the
Ausgleichsvolumen verhindert werden, sodass ein Gasaustausch zwischen der Luftführung der Gemischbildungsvorrichtung und dem Ausgleichsvolumen zumindest weitestgehend Compensation volume can be prevented, so that a gas exchange between the air flow of the mixture formation device and the compensating volume at least largely
unterbunden wird. is prevented.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schließglied im Bereich des Führungsabschnitts hohl ist und ein Ausgleichsvolumen umschließt. Durch ein hohles Schließglied kann ein vergleichsweise großes Ausgleichsvolumen begrenzt werden, sodass die bei einem Verschieben des Schließglieds auftretenden Gaskräfte vergleichsweise gering und somit gut steuerbar sind. Zudem kann durch ein hohles Schließglied Material und Masse an dem Schließglied eingespart werden, wodurch das dynamische Verhalten des Schließgliedes verbessert werden kann. In einer weiteren bevorzugen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Einleitstelle für die Abgasrückführung in Strömungsrichtung der Frischluft durch den According to a particularly advantageous development, it is provided that the closing element is hollow in the region of the guide section and encloses a compensating volume. By a hollow closure member, a comparatively large compensation volume can be limited, so that the gas forces occurring during a displacement of the closing member are comparatively small and thus easily controllable. In addition, material and mass can be saved on the closing member by a hollow closing member, whereby the dynamic behavior of the closing member can be improved. In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the second point of introduction for the exhaust gas recirculation in the flow direction of the fresh air through the
Ansaugkanal stromab der ersten Einleitstelle für das Gas liegt. Somit kann die Fläche der Wand des ersten Ringkanals optimal genutzt werden und es kann eine Vielzahl von ersten und zweiten Einleitstellen ausgebildet werden, wobei die ersten Einleitstellen vorzugsweise auf einem ersten, gemeinsamen Lochkreis und die zweiten Einleitstellen vorzugsweise auf einem zweiten, gemeinsamen Lochkreis liegen. Intake passage downstream of the first discharge point for the gas is located. Thus, the surface of the wall of the first annular channel can be optimally used and it can be formed a plurality of first and second discharge points, wherein the first discharge points preferably on a first, common bolt circle and the second discharge points are preferably on a second, common bolt circle.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spaltbreite des Diffusors ca. 1/8 bis 1/800 des Durchmessers eines Ansaugrohres des Ansaugkanals beträgt. Der erste Ringkanal muss sowohl bei Leerlauf als auch bei Volllast durchströmt werden. Dabei sind zum einen eine Kleinstmengenfähigkeit und zum anderen eine maximale Leistungsausbeute im Volllastbetrieb zu gewährleisten. Eine Breite von 1/8 bis 1/800 des Ansaugrohrs, insbesondere eine Breite oder Höhe zwischen 50 μηη und 5 mm hat sich dabei ja nach Anwendungsfall als guter Kompromiss zwischen notwendiger Drosselung zum  In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the gap width of the diffuser is approximately 1/8 to 1/800 of the diameter of an intake pipe of the intake duct. The first ring channel must be flowed through both at idle and at full load. On the one hand, a minimum quantity capability and, on the other hand, a maximum power output in full load operation must be ensured. A width of 1/8 to 1/800 of the intake pipe, in particular a width or height between 50 μηη and 5 mm has indeed after application as a good compromise between the necessary throttling to
Ermöglichen einer Kleinstmengenfähigkeit und geringem Strömungsverlust bei Volllast herausgestellt. Allowing a small quantity capability and low flow loss at full load exposed.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Ringkanal als Diffusor ausgebildet ist. Durch einen Diffusor kann der Austrittsquerschnitt des ersten Ringkanals vergrößert und die Strömungsgeschwindigkeit (und somit die According to an advantageous development of the invention, it is provided that the first annular channel is designed as a diffuser. By a diffuser, the outlet cross section of the first annular channel can be increased and the flow velocity (and thus the
Strömungsverluste) verringert werden. Dadurch kann insbesondere im Volllastbetrieb eine höhere Leistung erzielt werden. Flow losses) can be reduced. As a result, a higher power can be achieved in particular in full load operation.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Schließglied ein Ventil mit einem Ventilschaft und einem Ventilteller ist, wobei der Ventilteller einen ersten, radial inneren Abschnitt aufweist, welcher unter einem ersten Winkel zum Ventilschaft verläuft und einen zweiten, radial äußeren Abschnitt aufweist, welcher unter einem im Vergleich zum ersten Abschnitt größeren Winkel zum Ventilschaft verläuft. Dadurch kann zwischen dem Ventil und einer geraden Wand des Gehäuses auf einfache Art und Weise ein Diffusor ausgebildet werden. It is particularly preferred if the closing member is a valve with a valve stem and a valve disc, wherein the valve disc has a first, radially inner portion which extends at a first angle to the valve stem and has a second, radially outer portion, which under a in Compared to the first section larger angle to the valve stem runs. As a result, a diffuser can be formed between the valve and a straight wall of the housing in a simple manner.
Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Diffusor stromab des Alternatively or additionally, it is advantageously provided that the diffuser downstream of the
Schließgliedes ausgebildet ist. Dadurch kann ein Ventil mit einem vergleichsweise kurzen Ventilteller verwendet werden, wodurch die Kosten und der Bauraumbedarf für das Ventil reduziert werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Gemischbildungsvorrichtung ist vorgesehen, dass an dem Ventilteller oder einer dem Ventilteller gegenüberliegenden Wand des Diffusors eine Ausnehmung und an dem jeweils gegenüberliegenden Bauteil ein in die Ausnehmung hineinragender Vorsprung ausgebildet ist. Um die Kleinstmengenfähigkeit der Closing member is formed. As a result, a valve with a comparatively short valve plate can be used, whereby the costs and the space required for the valve can be reduced. According to an advantageous development of the mixture-forming device, provision is made for a recess to be formed on the valve disk or a wall of the diffuser opposite the valve disk and a projection protruding into the recess on the respectively opposite component. To the small quantity capability of the
Gemischbildungsvorrichtung zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn das Ventil im It is advantageous if the valve in the
geschlossenen Zustand einen möglichst geringen, aber von Null verschiedenen closed state as small as possible, but different from zero
Öffnungsquerschnitt zwischen Ventil und Wand des Gehäuses aufweist. Dies kann entweder durch sehr enge Fertigungstoleranzen erreicht werden, welche jedoch mit hohen Kosten verbunden sind, oder durch ein zusätzliches Strömungshindernis, welches den Durchfluss begrenzt. Durch eine Ausnehmung und einen korrespondierenden Vorsprung kann auf einfache und kostengünstige Art eine Labyrinthdichtung ausgebildet werden, welche die Has opening cross section between the valve and the wall of the housing. This can be achieved either by very tight manufacturing tolerances, which, however, are associated with high costs, or by an additional flow obstruction, which limits the flow. Through a recess and a corresponding projection can be formed in a simple and inexpensive way a labyrinth seal, which the
Kleinstmengenfähigkeit der Gemischbildungsvorrichtung verbessert. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kontur des Vorsprungs ein Profil aufweist. Durch eine Profilierung der Vorsprünge kann der Übergang von einer Kleinstmenge an eindosiertem brennbaren Gas in einen Bereich mit größeren Gasmengen verbessert werden, wodurch eine verbesserte Micro quantity capability of the mixture forming device improved. It is particularly advantageous if the contour of the projection has a profile. By profiling the projections, the transition from a small amount of metered combustible gas into a region with larger amounts of gas can be improved, whereby an improved
Gasannahme erreicht und der Komfort im dynamischen Betrieb des Verbrennungsmotors verbessert wird. Gas acceptance is achieved and the comfort in the dynamic operation of the internal combustion engine is improved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Einleitstelle und die zweite Einleitstelle auf einem gemeinsamen Durchmesser angeordnet sind. Vorzugsweise sind dabei mehrere erste und mehrere zweite Einleitstellen alternierend auf diesem Durchmesser angeordnet, um eine gleichmäßige Vermischung des Brenngases mit dem zurückgeführten Abgas zu ermöglichen. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first introduction point and the second introduction point are arranged on a common diameter. Preferably, a plurality of first and a plurality of second introduction points are arranged alternately on this diameter in order to allow a uniform mixing of the fuel gas with the recirculated exhaust gas.
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Summe der In a further improvement of the invention it is provided that the sum of the
Querschnitte der ersten Einleitstellen für das brennbare Gas kleiner als 15%, bevorzugt kleiner als 10%, der maximalen Querschnittsfläche des Diffusors im Bereich der ersten Einleitstellen ist. Cross sections of the first discharge points for the combustible gas is less than 15%, preferably less than 10%, of the maximum cross-sectional area of the diffuser in the region of the first discharge points.
Die Einleitstellen für das zurückgeführte Abgas und für das brennbare Gas sind vorzugsweise als Ringkanäle ausgeführt. The discharge points for the recirculated exhaust gas and for the combustible gas are preferably designed as annular channels.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum, einem Ansaugkanal, einem Abgaskanal, einer Abgasrückführung aus dem Abgaskanal in den According to the invention is further an internal combustion engine with at least one combustion chamber, an intake passage, an exhaust passage, an exhaust gas recirculation from the exhaust passage in the
Ansaugkanal sowie einer erfindungsgemäßen Gemischbildungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei die Eindosierung eines brennbaren Gases zum Betrieb des Verbrennungsmotors durch mindestens ein steuerbares Zumessventil in die Gemischbildungsvorrichtung stromaufwärts der Brennräume in den Ansaugkanal des Verbrennungsmotors erfolgt. Intake channel and a mixture-forming device according to the invention proposed, wherein the metering of a combustible gas for operating the internal combustion engine through at least one controllable metering valve takes place in the mixture formation device upstream of the combustion chambers into the intake passage of the internal combustion engine.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen The invention is described below in embodiments with reference to the associated
Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen: Drawings explained. Identical components or components with the same function are identified by the same reference numerals. Show it:
Figur 1 eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors; Figure 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine;
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Figure 2 shows a first embodiment of an inventive
Gemischbildungsvorrichtung in einer Schnittdarstellung;  Mixture forming device in a sectional view;
Figur 3 die Gemischbildungsvorrichtung aus Figur 2 in einer dreidimensionalen FIG. 3 shows the mixture-forming device from FIG. 2 in a three-dimensional view
Darstellung;  Presentation;
Figur 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Figure 4 shows a second embodiment of an inventive
Gemischbildungsvorrichtung in einer Schnittdarstellung;  Mixture forming device in a sectional view;
Figur 5 die Gemischbildungsvorrichtung aus Figur 4 in einer dreidimensionalen FIG. 5 shows the mixture-forming device of FIG. 4 in a three-dimensional view
Darstellung;  Presentation;
Figur 6 eine erste Ausführungsform eines Ventilsitzes einer erfindungsgemäßen Figure 6 shows a first embodiment of a valve seat of an inventive
Gemischbildungsvorrichtung;  Forming device;
Figur 7 eine weitere Ausführungsform eines Ventilsitzes einer erfindungsgemäßen Figure 7 shows a further embodiment of a valve seat of an inventive
Gemischbildungsvorrichtung;  Forming device;
Figur 8 eine weitere Ausführungsform eines Ventilsitzes einer erfindungsgemäßen Figure 8 shows a further embodiment of a valve seat of an inventive
Gemischbildungsvorrichtung;  Forming device;
Figur 9 eine weitere Ausführungsform eines Ventilsitzes einer erfindungsgemäßen Figure 9 shows another embodiment of a valve seat of an inventive
Gemischbildungsvorrichtung; und Figur 10 einen Ventilsitz einer erfindungsgemäßen Gemischbildungsvorrichtung bei teilweise geschlossenem Ventil. Forming device; and FIG. 10 shows a valve seat of a mixture formation device according to the invention when the valve is partially closed.
Figur 1 zeigt einen stark vereinfachten Aufbau eines Verbrennungsmotors 1 mit vier FIG. 1 shows a greatly simplified construction of an internal combustion engine 1 with four
Brennräumen 2, einem Ansaugkanal 3 sowie einem Abgaskanal 4. Dabei ist eine Combustion chambers 2, an intake passage 3 and an exhaust passage 4. Here is a
Abgasrückführung 5 vorgesehen, welche den Abgaskanal 4 mit dem Ansaugkanal 3 verbindet und somit eine Rückführung verbrannter Kraftstoffbestandteile in den Ansaugkanal 3 des Verbrennungsmotors 1 ermöglicht. Der Verbrennungsmotor 1 ist in dem folgend beschriebenen Ausführungsbeispiel als Gasmotor 1 ausgebildet und wird mit einem gasförmigen Brennstoff, vorzugsweise mit Erdgas (CNG - Compressed Natural Gas) betrieben. Alternativ ist auch ein Betrieb mit einem verflüssigten Gas (LNG - Liquified Natural Gas) möglich. Gasmotoren 1 unterschieden sich im Vergleich zu klassischen Verbrennungsmotoren, bei denen ein flüssiger Kraftstoff in den Ansaugkanal 3 oder die Brennräume 2 eindosiert wird, dadurch, dass der Brennstoff unter Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck gasförmig und somit stark kompressibel ist. Somit ist eine Einbringung des gasförmigen Kraftstoffes in die Brennräume 2 des Verbrennungsmotors 1 mittels konventioneller Einspritztechnik, insbesondere mittels einer Einspritzpumpe und/oder eines Kraftstoff-Einspritzsystems nicht oder zumindest nicht effizient möglich. Erdgas lässt sich zudem bei Raumtemperatur nicht verflüssigen, wodurch die Exhaust gas recirculation 5 is provided, which connects the exhaust passage 4 with the intake passage 3 and thus allows recirculation of combusted fuel components in the intake passage 3 of the internal combustion engine 1. The internal combustion engine 1 is designed in the embodiment described below as a gas engine 1 and is operated with a gaseous fuel, preferably with natural gas (CNG - compressed natural gas). Alternatively, operation with liquefied natural gas (LNG) is also possible. Gas engines 1 differed in comparison to conventional internal combustion engines in which a liquid fuel is metered into the intake passage 3 or the combustion chambers 2, characterized in that the fuel is gaseous under ambient temperature and pressure and thus highly compressible. Thus, introduction of the gaseous fuel into the combustion chambers 2 of the internal combustion engine 1 by means of conventional injection technology, in particular by means of an injection pump and / or a fuel injection system is not or at least not efficiently possible. Natural gas can not be liquefied at room temperature, causing the
Verwendung der Kraftstoffeinspritztechnik für flüssige Kraftstoffe ebenfalls ausscheidet.Deshalb sind für Gasmotoren 1 alternative Gemischbildungsvorrichtungen entwickelt worden, welche speziell an die Besonderheiten eines gasförmigen Brennstoffes angepasst sind. Dabei erfolgt die Gemischbildung vorzugsweise im Ansaugkanal 3 stromaufwärts der Brennräume 2 des Verbrennungsmotors 1 , da an dieser Stelle das Druckniveau niedriger als in den Brennräumen 2 ist und die Gastanks somit weiter entleert werden können. The use of fuel injection technology for liquid fuels is also eliminated. Therefore, for gas engines 1, alternative mixture-forming devices have been developed which are specially adapted to the particularities of a gaseous fuel. The mixture formation is preferably carried out in the intake passage 3 upstream of the combustion chambers 2 of the internal combustion engine 1, since at this point the pressure level is lower than in the combustion chambers 2 and the gas tanks can thus be further emptied.
In Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gemischbildungsvorrichtung 10 für einen mit einem gasförmigen Brennstoff betriebenen Verbrennungsmotor 1 dargestellt. Die Gemischbildungsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 42, in welchem ein Schließglied 12, insbesondere ein Ventil 54, verschiebbar angeordnet ist. Das Gehäuse 42 weist einen ersten, in Zeichnungsebene vertikal verlaufenden Abschnitt auf, in dem ein FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a mixture formation device 10 according to the invention for an internal combustion engine 1 operated with a gaseous fuel. The mixture formation device 10 comprises a housing 42, in which a closure member 12, in particular a valve 54, is displaceably arranged. The housing 42 has a first, in the plane of the drawing vertically extending portion in which a
Ansaugrohr 36 ausgebildet ist. Das Gehäuse 42 weist ferner einen zweiten Abschnitt auf, welcher einen Diffusor 22 ausbildet. Der Diffusor 22 verläuft in einem Winkel von ca. 100° bis 120° zum Ansaugrohr 36. An dem Gehäuse 42 ist ferner ein geschlossener Gehäuseabschnitt 44 ausgebildet, welcher zusammen mit dem Schließglied 12 ein Ausgleichsvolumen 48 begrenzt. Das Schließglied 12 ist als ein Ventil 54, insbesondere als ein Tellerventil, ausgebildet, und weist einen Ventilschaft 56 und einen Ventilteller 58 auf. Der Ventilschaft 56 und der Ventilteller 58 bilden auf ihrer dem Ansaugrohr 36 zugewandten Seite einen Intake manifold 36 is formed. The housing 42 further includes a second portion which forms a diffuser 22. The diffuser 22 extends at an angle of about 100 ° to 120 ° to the intake manifold 36. On the housing 42, a closed housing portion 44 is further formed, which defines a compensating volume 48 together with the closing member 12. The closing member 12 is designed as a valve 54, in particular as a poppet valve, formed, and has a valve stem 56 and a valve plate 58. The valve stem 56 and the valve plate 58 form on their side facing the intake pipe 36 a
Leitabschnitt 38 aus, durch welchen durch die Gemischbildungsvorrichtung strömende Frischluft geführt und umgelenkt wird. Zwischen dem Ventilschaft 56 und dem Ventilteller 58 ist eine Umlenkgeometrie ausgebildet, welche die durch das Ansaugrohr 36 in die Conduction portion 38 through which fresh air flowing through the mixture forming device is guided and deflected. Between the valve stem 56 and the valve plate 58, a Umlenkgeometrie is formed, which by the intake manifold 36 in the
Gemischbildungsvorrichtung 10 einströmende Frischluft in den Diffusor 22 umlenkt. Dem Ventilteller 58 schließt sich ein Führungsabschnitt 40 an, in welchem das Ventil 54 in dem geschlossenen Gehäuseabschnitt 44 geführt ist. Das Schließglied 12 ist im Bereich des Mixing device 10 inflowing incoming fresh air into the diffuser 22. The valve disk 58 is followed by a guide section 40, in which the valve 54 is guided in the closed housing section 44. The closing member 12 is in the range of
Führungsabschnitts 40 hohl ausgebildet und umschließt das Ausgleichsvolumen 48. Zwischen dem Führungsabschnitt 40 und der Gehäusewand des geschlossenen Gehäuseabschnitts 44 ist eine Dichtung 46 angeordnet, welche das Eindringen von Frischluft in das Guide portion 40 is hollow and surrounds the compensating volume 48. Between the guide portion 40 and the housing wall of the closed housing portion 44, a seal 46 is arranged, which the penetration of fresh air into the
Ausgleichsvolumen 48 unterbinden soll. To prevent equalization volume 48.
Die Gemischbildungsvorrichtung 10 weist ferner mindestens eine, vorzugsweise wie in Figur 1 dargestellt mehrere, bevorzugt gleichmäßig über den Umfang der Gemischbildungsvorrichtung 10 verteilte, Aufnahmeöffnung(en) 78 auf, in welchen jeweils ein Zumessventil 16 zur Zuführung eines brennbaren Gases angeordnet ist. Das Zumessventil 16 weist an seinem Umfang eine Dichtung 76, insbesondere einen Dichtring, auf, mit welchem ein Spalt zwischen dem The mixture forming device 10 further comprises at least one, preferably as shown in Figure 1 a plurality, preferably evenly distributed over the circumference of the mixture forming device 10, receiving opening (s) 78, in each of which a metering valve 16 for supplying a combustible gas is arranged. The metering valve 16 has at its periphery a seal 76, in particular a sealing ring, with which a gap between the
Zumessventil 16 und der Aufnahmeöffnung 78 abgedichtet wird und somit ein unkontrolliertes Austreten des brennbaren Gases aus der Gemischbildungsvorrichtung 10 unterbunden wird. Jede der Aufnahmeöffnungen 78 ist jeweils mit einem Brenngasverteilring 28 verbunden, in dem sich über die Zumessventile 16 zugeführter gasförmiger Brennstoff mit Frischluft vermischen kann. Der Brenngasverteilring 28 ist über Kanäle 30 mit dem Diffusor 22 Metering valve 16 and the receiving opening 78 is sealed and thus an uncontrolled leakage of the combustible gas is prevented from the mixture formation device 10. Each of the receiving openings 78 is in each case connected to a fuel gas distribution ring 28, in which 16 can be mixed via the metering valves 16 supplied gaseous fuel with fresh air. The fuel gas distribution ring 28 is connected to the diffuser 22 via channels 30
verbunden, wobei die Kanäle 30 jeweils im Wesentlichen senkrecht zu dem Diffusor 22 verlaufen. Um ein Einleiten von brennbarem Gas in den Diffusor 22 zu ermöglichen, sind jeweils an einem dem Diffusor 22 zugewandten Ende des Kanals 30 erste Einleitstellen 24 ausgebildet, über welche die Kanäle 30 mit dem Diffusor 22 fluidisch verbunden sind. Dabei verlaufen die Kanäle 30 im Wesentlichen senkrecht zu den Ausströmöffnungen 32 der Zumessventile 16. Die Zumessventile 16 sind dabei radial angeordnet, das heißt, senkrecht zu dem Ansaugrohr 36 der Gemischbildungsvorrichtung 10 ausgerichtet. Die Zumessventile 16 weisen jeweils einen Stecker 52 auf, mit dem die Zumessventile 16 elektrisch kontaktiert werden können. connected, wherein the channels 30 each extend substantially perpendicular to the diffuser 22. In order to allow a combustible gas to be introduced into the diffuser 22, first inlet points 24 are respectively formed at an end of the channel 30 facing the diffuser 22, via which channels 30 are fluidically connected to the diffuser 22. Here, the channels 30 extend substantially perpendicular to the outflow openings 32 of the metering valves 16. The metering valves 16 are arranged radially, that is, aligned perpendicular to the intake pipe 36 of the mixture formation device 10. The metering valves 16 each have a plug 52 with which the metering valves 16 can be electrically contacted.
An der Gemischbildungsvorrichtung 10 ist ein Anschluss für eine Abgasrückführung 5 des Verbrennungsmotors 1 ausgebildet. Dabei weist die Gemischbildungsvorrichtung 10 einen Abgasrückführungs-Verteilring 34 auf, welcher zumindest abschnittsweise um das Ansaugrohr 36 des Ansaugkanals 3 herum geführt ist. Der zweite Ringkanal 34 verläuft im Wesentlichen parallel zum dem Diffusor 22 und ist über zweite Einleitstellen 26 mit diesem Diffusor 22 verbunden. Dabei ist der Abgasrückführungs-Verteilring 34 über mindestens einen Anschluss 18 an die Abgasrückführung 5 angeschlossen. At the mixture formation device 10, a connection for an exhaust gas recirculation 5 of the internal combustion engine 1 is formed. In this case, the mixture formation device 10 has an exhaust gas recirculation distribution ring 34, which is at least partially guided around the intake pipe 36 of the intake duct 3 around. The second annular channel 34 extends substantially parallel to the diffuser 22 and is connected via second inlet 26 with this diffuser 22. In this case, the exhaust gas recirculation distribution ring 34 is connected via at least one port 18 to the exhaust gas recirculation 5.
In Figur 3 ist die Gemischbildungsvorrichtung 10 in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass die Zumessventile 16 senkrecht zu dem Ansaugrohr 36 FIG. 3 shows the mixture-forming device 10 in a three-dimensional representation. It can be seen that the metering valves 16 perpendicular to the intake pipe 36th
ausgerichtet sind und in radialer Richtung nicht über das Gehäuse 42 der are aligned and not in the radial direction over the housing 42 of the
Gemischbildungsvorrichtung 10 hinausragen. Prevent mixture formation device 10.
Im Betrieb der Gemischbildungsvorrichtung 10 wird Frischluft über das Ansaugrohr 36 in die Gemischbildungsvorrichtung 10 eingesaugt. Gleichzeitig wird das brennbare Gas mittels der Zumessventile 16 in den Brenngasverteilring 28 eindosiert, wo eine erste Vermischung des brennbaren Gases mit der Frischluft erfolgt. Durch die Umlenkung des Gases von der During operation of the mixture formation device 10, fresh air is sucked into the mixture formation device 10 via the intake pipe 36. At the same time, the combustible gas is metered by means of the metering valves 16 into the fuel gas distribution ring 28, where a first mixing of the combustible gas with the fresh air takes place. By the deflection of the gas from the
Ausströmöffnung 32 des Zumessventils 16 über die Wandung des Vorraums und das Outflow opening 32 of the metering valve 16 via the wall of the vestibule and the
Weiterleiten durch den Kanal 30 in den Diffusor 22 erfolgt eine Verwirbelung, welche eine gleichmäßige Durchmischung von Frischluft und brennbarem Gas bewirkt. Stromabwärts der ersten Einleitstelle 24 wird das Gemisch aus Frischluft und brennbarem Gas zusätzlich mit über die Abgasrückführung 5 und den Abgasrückführungs-Verteilring 34 zurückgeführtem Abgas beaufschlagt. Dazu wird an einer zweiten Einleitstelle 26 das zurückgeführte Abgas in den Diffusor 22 eingeleitet, wobei sich das Abgas mit dem Gemisch aus Frischluft und brennbarem Gas vermischt. Forwarding through the channel 30 into the diffuser 22, a turbulence, which causes a uniform mixing of fresh air and combustible gas. Downstream of the first introduction point 24, the mixture of fresh air and combustible gas is additionally supplied with exhaust gas recirculated via the exhaust gas recirculation 5 and the exhaust gas recirculation distribution ring 34. For this purpose, the recirculated exhaust gas is introduced into the diffuser 22 at a second introduction point 26, wherein the exhaust gas is mixed with the mixture of fresh air and combustible gas.
Das Schließglied 12 hat die Funktion eines Quantitätsreglers und kann somit die Drosselklappe bei einem konventionellen Verbrennungsmotor ersetzen. Die Gemischbildungsvorrichtung 10 in Figur 2 ist dabei bei vollständig geöffnetem Ventil 54 dargestellt, also maximal entdrosselt. Durch ein Schließen des Ventils 54, das heißt ein Verschieben in Richtung einer Sitzkante 74 am Gehäuse 42, kann ein Öffnungsquerschnitt 14 des Diffusors 22 reduziert werden. Ein solches, teilweise geschlossenes Ventil 54 ist in Figur 10 dargestellt. Dabei weist der Ventilteller 58 im Bereich des Führungsabschnitts 40 eine in Strömungsrichtung des Gases durch den Diffusor 22 scharfe Abrisskante auf, welche im Diffusor 22 stromabwärts des Ventiltellers 58 für eine Wirbelbildung sorgt, wobei eine Wirbelschleppe 80 eine zusätzliche Vermischung von Frischluft, brennbarem Gas und Abgas aus der Abgasrückführung 5 bewirkt. Dabei muss zum einen eine Kleinstmengenfähigkeit, insbesondere beim Leerlauf des Verbrennungsmotors 1 , sowie eine strömungsgünstige und möglichst verlustarme Strömungsführung im Volllastbetrieb ermöglicht werden. Die Verstellung des Ventils 54 erfolgt beispielsweise über ein elektromechanisches Steuerelement, kann alternativ jedoch auch rein mechanisch, beispielsweise über eine Spindel, einen Kipphebel, eine Verzahnung oder ähnliches erfolgen. The closing member 12 has the function of a quantity controller and can thus replace the throttle in a conventional internal combustion engine. The mixture-forming device 10 in FIG. 2 is shown with the valve 54 fully open, that is to say maximally de-throttled. By closing the valve 54, that is, a displacement in the direction of a seat edge 74 on the housing 42, an opening cross-section 14 of the diffuser 22 can be reduced. Such a partially closed valve 54 is shown in FIG. In this case, the valve disk 58 in the region of the guide portion 40 a in the flow direction of the gas through the diffuser 22 sharp trailing edge, which provides in the diffuser 22 downstream of the valve disk 58 for vortex formation, wherein a wake 80 additional mixing of fresh air, combustible gas and exhaust gas from the exhaust gas recirculation 5 causes. In this case, on the one hand, a minimum quantity capability, in particular during idling of the internal combustion engine 1, as well as a streamlined and preferably low-loss flow guidance in full load operation must be made possible. The adjustment of the valve 54 takes place for example via a Electromechanical control, but may alternatively be purely mechanical, for example via a spindle, a rocker arm, a toothing or the like.
In Figur 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen In Figure 4 is an alternative embodiment of an inventive
Gemischbildungsvorrichtung 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu Figur 2 ausgeführt wird im Folgenden nur auf die verbleibenden Unterschiede eingegangen. Die Zumessventile 16 sind in dieser Ausführungsvariante axial, das heißt parallel zu dem Mixture forming device 10 shown. With essentially the same structure as explained with reference to FIG. 2, only the remaining differences will be discussed below. The metering valves 16 are in this embodiment, axial, that is parallel to the
Ansaugrohr 36, angeordnet. Dadurch wird in radialer Richtung zusätzlicher Platz geschaffen, sodass der vorhandene Bauraum optimal genutzt werden kann. Entsprechend der axialen Anordnung der Zumessventile 16 ist die Form des Brenngasverteilrings 28 entsprechend angepasst, wobei der Kanal 30 an einem dem Ansaugrohr 36 zugewandten Ende des Intake pipe 36, arranged. As a result, additional space is created in the radial direction, so that the available space can be used optimally. According to the axial arrangement of the metering valves 16, the shape of the fuel gas distribution ring 28 is adapted accordingly, wherein the channel 30 at one of the intake pipe 36 facing the end of
Brenngasverteilrings 28 ausgebildet ist und exzentrisch von der Ausströmöffnung 32 des Zumessventils 16 angeordnet ist, um eine entsprechend mehrfache Umlenkung und Brenngasverteilrings 28 is formed and is arranged eccentrically from the discharge opening 32 of the metering valve 16, a correspondingly multiple deflection and
Vermischung des brennbaren Gases mit der Frischluft in dem Brenngasverteilring 28 zu erreichen. In Figur 5 ist dieses Ausführungsbeispiel einer Gemischbildungsvorrichtung 10 in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Mixing of the combustible gas with the fresh air in the fuel gas distribution ring 28 to achieve. FIG. 5 shows this exemplary embodiment of a mixture formation device 10 in a three-dimensional representation.
In Figur 6 ist eine alternative Ausführungsform des Ventils 54 und des Diffusors 22 dargestellt. Dabei weist das Ventil 54 an seinem Ventilteller 58 einen ersten, radial innenliegenden In Figure 6, an alternative embodiment of the valve 54 and the diffuser 22 is shown. In this case, the valve 54 at its valve plate 58 has a first, radially inner
Abschnitt 60 und einen zweiten, radial außenliegenden Abschnitt 62 auf, welcher unter einem im Vergleich zum ersten Abschnitt 60 größeren Winkel zum Ventilschaft 56 verläuft. Dadurch entsteht zwischen einer Wand 64 des Gehäuses 42 und dem zweiten Abschnitt 62 des Section 60 and a second, radially outer portion 62, which extends at a larger angle compared to the first portion 60 to the valve stem 56. This results between a wall 64 of the housing 42 and the second portion 62 of the
Ventiltellers 58 ein Diffusor 50. Alternativ kann der Diffusor 50 auch, wie in Figur 7 dargestellt zwischen zwei Gehäuseteilen oder Gehäuseabschnitten des Gehäuses 42 stromabwärts des Ventiltellers 58 ausgebildet sein. Valve plate 58, a diffuser 50. Alternatively, the diffuser 50 may also, as shown in Figure 7 between two housing parts or housing portions of the housing 42 downstream of the valve plate 58 may be formed.
Um die Kleinstmengenfähigkeit der Gemischbildungsvorrichtung 10 zu verbessern, kann an dem Ventilsitz des Ventils 54 eine einfache Labyrinthdichtung vorgesehen sein. Dazu kann wie in Figur 8 dargestellt eine Ausnehmung 66 an der Wand 64 des Gehäuses 42 vorgesehen sein, in die bei im Wesentlichen geschlossenem Ventil 54 ein Vorsprung 70 an dem Ventilteller 58 eingreift. Alternativ kann auch wie in Figur 9 dargestellt ein Vorsprung 72 an der Wand 64 des Gehäuses 42 ausgebildet sein, welche in eine Ausnehmung 68 im Ventilteller 58 eingreift. Durch eine Profilierung der Vorsprünge 70, 72 kann der Übergang von einer Kleinstmenge an eindosiertem brennbaren Gas in einen Bereich mit größeren Gasmengen verbessert werden, wodurch der Komfort im dynamischen Betrieb des Verbrennungsmotors 1 verbessert wird. Bezugszeichenliste In order to improve the small quantity capability of the mixture forming device 10, a simple labyrinth seal may be provided on the valve seat of the valve 54. For this purpose, as shown in FIG. 8, a recess 66 can be provided on the wall 64 of the housing 42, into which, when the valve 54 is substantially closed, a projection 70 on the valve disk 58 engages. Alternatively, as shown in Figure 9, a projection 72 may be formed on the wall 64 of the housing 42, which engages in a recess 68 in the valve plate 58. By profiling the projections 70, 72, the transition from a small amount of metered combustible gas into a region with larger amounts of gas can be improved, whereby the comfort in the dynamic operation of the internal combustion engine 1 is improved. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Verbrennungsmotor / Gasmotor Internal combustion engine / gas engine
Brennraum combustion chamber
Ansaugkanal intake port
Abgaskanal exhaust duct
Abgasrückführung Exhaust gas recirculation
Gemischbildungsvorrichtung Forming device
Schließglied closing member
Öffnungsquerschnitt Opening cross-section
Zumessventil metering
Anschluss Druckausgleichsbohrung Connection pressure compensation hole
Diffusor diffuser
erste Einleitstelle first discharge point
zweite Einleitstelle second discharge point
Brenngasverteilring Kanal Fuel gas distribution channel
Ausströmöffnung outflow
Abgasrückführungs-Verteilring Exhaust gas recirculation distribution ring
Ansaugrohr intake
Leitabschnitt Führungsabschnitt Guide section guide section
Gehäuse casing
geschlossener Gehäuseabschnitt closed housing section
Dichtung poetry
Ausgleichsvolumen compensating volume
Diffusor Stecker diffuser plug
Ventil Valve
Ventilschaft Ventilteller erster Abschnitt zweiter Abschnitt Wand Valve stem valve disk first section second section wall
Ausnehmung Ausnehmung Vorsprung Vorsprung Sitzkante Dichtung Recess recess projection projection seat edge seal
Aufnahmeöffnung receiving opening
Wirbelschleppe Wirbelschleppe

Claims

Patentansprüche claims
Gemischbildungsvorrichtung (10) zur Anordnung in einem Ansaugkanal (3) eines mit einem brennbaren Gas betriebenen Verbrennungsmotor (1 ), umfassend A mixture forming device (10) for arrangement in an intake passage (3) of a combustion engine (1) driven by a combustible gas
ein Schließglied (12), mit dem der Öffnungsquerschnitt (14) des Ansaugkanals (3) des Verbrennungsmotors (1 ) reduziert werden kann,  a closing member (12) with which the opening cross section (14) of the intake duct (3) of the internal combustion engine (1) can be reduced,
mindestens ein Zumessventil (16) zur Zumessung von dem brennbaren Gas in den at least one metering valve (16) for metering the combustible gas into the
Ansaugkanal (3) des Verbrennungsmotors (1 ), sowie Intake duct (3) of the internal combustion engine (1), as well
mindestens einen Anschluss (18) für eine Abgasrückführung (5) des  at least one connection (18) for an exhaust gas recirculation (5) of the
Verbrennungsmotors (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass  Internal combustion engine (1), characterized in that
ein Frischluftstrom durch eine Umlenkgeometrie des Schließgliedes (12) in einen a fresh air flow through a Umlenkgeometrie of the closing member (12) in a
Diffusor (22) umgeleitet wird, wobei Diffuser (22) is diverted, with
eine erste Einleitstelle (24) für das brennbare Gas und eine zweite Einleitstelle (26) für das mittels der Abgasrückführung (5) zurückgeführte Gas stromabwärts der Umlenkgeometrie angeordnet sind.  a first point of introduction (24) for the combustible gas and a second point of introduction (26) for the gas recirculated by means of the exhaust gas recirculation (5) downstream of the Umlenkgeometrie are arranged.
Gemischbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zumessventil (16) das brennbare Gas in einen Brenngasverteilring (28) eindosiert, welcher über einen Kanal (30) mit dem Diffusor (22) des Ansaugkanals (3) verbunden ist. Mixturing device (10) according to claim 1, characterized in that the at least one metering valve (16) metered the combustible gas into a fuel gas distribution ring (28) which is connected via a channel (30) with the diffuser (22) of the intake duct (3) ,
Gemischbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (30) im Wesentlichen senkrecht zu einer Ausströmöffnung (32) des Zumessventils (16) verläuft. Mixturing device (10) according to claim 2, characterized in that the channel (30) extends substantially perpendicular to an outflow opening (32) of the metering valve (16).
Gemischbildungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (5) einen Abgasrückführungs-Verteilring (34) aufweist, welcher zumindest abschnittsweise um ein Ansaugrohr (36) des The mixture forming device (10) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the exhaust gas recirculation (5) has an exhaust gas recirculation distribution ring (34) which at least partially around an intake pipe (36) of the
Ansaugkanals (3) herumgeführt ist. Intake duct (3) is guided around.
Gemischbildungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließglied (12) einen Leitabschnitt (38) zur Mixture-forming device (10) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the closing member (12) has a guide portion (38) for
Strömungsführung der Frischluft, des brennbaren Gases und/oder des zurückgeführten Abgases und einen Führungsabschnitt (40) aufweist, mit welchem das Schließglied (12) in einem Gehäuse (42) der Gemischbildungsvorrichtung (10) geführt ist. Flow guidance of the fresh air, the combustible gas and / or the recirculated Exhaust gas and a guide portion (40), with which the closing member (12) in a housing (42) of the mixture-forming device (10) is guided.
6. Gemischbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (40) an einem geschlossenen Gehäuseabschnitt (44) des Gehäuses (42) geführt ist. 6. mixture forming device (10) according to claim 5, characterized in that the guide portion (40) on a closed housing portion (44) of the housing (42) is guided.
7. Gemischbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Führungsabschnitt (40) und dem Gehäuse (42) eine Dichtung (46) angeordnet ist. 7. mixture forming device (10) according to claim 5 or 6, characterized in that between the guide portion (40) and the housing (42) has a seal (46) is arranged.
8. Gemischbildungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch 8. mixture forming device (10) according to any one of claims 5 to 7, characterized
gekennzeichnet, dass das Schließglied (12) im Bereich des Führungsabschnitts (40) hohl ist und ein Ausgleichsvolumen (48) umschließt.  characterized in that the closing member (12) in the region of the guide portion (40) is hollow and encloses a compensation volume (48).
9. Gemischbildungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch 9. mixture forming device (10) according to any one of claims 1 to 8, characterized
gekennzeichnet, dass die zweite Einleitstelle (26) für die Abgasrückführung in  in that the second introduction point (26) for the exhaust gas recirculation in
Strömungsrichtung der Frischluft durch den Ansaugkanal (3) stromab der ersten  Flow direction of the fresh air through the intake passage (3) downstream of the first
Einleitstelle (24) für das Gas liegt.  Einleitstelle (24) for the gas is.
10. Gemischbildungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch 10. mixture forming device (10) according to any one of claims 1 to 9, characterized
gekennzeichnet, dass die Spaltbreite des Diffusors (22) ca. 1/8 bis 1/800 des  in that the gap width of the diffuser (22) is about 1/8 to 1/800 of the
Durchmessers eines Ansaugrohres (36) des Ansaugkanals (3) beträgt.  Diameter of an intake pipe (36) of the intake passage (3).
1 1. Gemischbildungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , dadurch 1 1. mixture forming device (10) according to one of claims 1 to 10, characterized
gekennzeichnet, dass das Schließglied (12) ein Ventil (54) mit einem Ventilschaft (56) und einem Ventilteller (58) ist, wobei der Ventilteller (58) einen ersten, radial inneren Abschnitt (60) aufweist, welcher unter einem ersten Winkel zum Ventilschaft (56) verläuft und einen zweiten, radial äußeren Abschnitt (62) aufweist, welcher unter einem im Vergleich zum ersten Abschnitt (60) größeren Winkel zum Ventilschaft (56) verläuft.  characterized in that the closure member (12) is a valve (54) having a valve stem (56) and a valve disk (58), the valve disk (58) having a first radially inner portion (60) which is at a first angle to Valve stem (56) extends and a second, radially outer portion (62) which under a larger compared to the first portion (60) at an angle to the valve stem (56) extends.
12. Gemischbildungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (22) stromab des Schließgliedes (12) ausgebildet ist. 12. mixture forming device (10) according to claim 1 1, characterized in that the diffuser (22) downstream of the closing member (12) is formed.
13. Gemischbildungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch 13. mixture forming device (10) according to any one of claims 1 to 12, characterized
gekennzeichnet, dass an dem Ventilteller (58) oder einer dem Ventilteller (58) gegenüberliegenden Wand (64) des Diffusors (22) eine Ausnehmung (66, 68) und an dem jeweils gegenüberliegenden Bauteil (58, 64) ein in die Ausnehmung (66, 68) hineinragender Vorsprung (70, 72) ausgebildet ist. in that on the valve disk (58) or one of the valve disk (58) opposite wall (64) of the diffuser (22) has a recess (66, 68) and on the respectively opposite component (58, 64) in the recess (66, 68) protruding projection (70, 72) is formed.
14. Gemischbildungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einleitstelle (24) und die zweite Einleitstelle (26) auf einem gemeinsamen Durchmesser angeordnet sind. 14. mixture forming device (10) according to any one of claims 1 to 8 or 10 to 13, characterized in that the first introduction point (24) and the second discharge point (26) are arranged on a common diameter.
15. Gasmotor (1 ) mit mindestens einem Brennraum (2), einem Ansaugkanal (3), einem 15. Gas engine (1) with at least one combustion chamber (2), an intake passage (3), a
Abgaskanal (4), einer Abgasrückführung (5) sowie einer Gemischbildungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Eindosierung eines brennbaren Gases zum Betrieb des Gasmotors (1 ) durch ein steuerbares Zumessventil (16) stromauf des Brennraums (2) in den Ansaugkanal (3) des Gasmotors (1 ) erfolgt.  Exhaust gas channel (4), an exhaust gas recirculation (5) and a mixture formation device (10) according to one of claims 1 to 14, wherein the metering of a combustible gas for operating the gas engine (1) by a controllable metering valve (16) upstream of the combustion chamber (2) in the intake passage (3) of the gas engine (1).
EP17804562.1A 2016-12-08 2017-11-28 Mixture formation device for a gas engine and gas engine Withdrawn EP3551871A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016123826.0A DE102016123826A1 (en) 2016-12-08 2016-12-08 Mixture forming device for a gas engine and gas engine
PCT/EP2017/080634 WO2018104107A1 (en) 2016-12-08 2017-11-28 Mixture formation device for a gas engine and gas engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3551871A1 true EP3551871A1 (en) 2019-10-16

Family

ID=60473546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17804562.1A Withdrawn EP3551871A1 (en) 2016-12-08 2017-11-28 Mixture formation device for a gas engine and gas engine

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11181051B2 (en)
EP (1) EP3551871A1 (en)
CN (1) CN110023613B (en)
DE (1) DE102016123826A1 (en)
RU (1) RU2726984C1 (en)
WO (1) WO2018104107A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230068586A1 (en) 2021-09-01 2023-03-02 American CNG, LLC Supplemental fuel system for compression-ignition engine
CN115013190A (en) * 2022-06-07 2022-09-06 北京氢燃科技有限公司 Hydrogen supply device and method and hydrogen internal combustion engine

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR539393A (en) * 1920-08-12 1922-06-24 Multi-nozzle carburettor, for gas engines
US2311315A (en) * 1940-09-30 1943-02-16 American Liquid Gas Corp Gaseous fuel mixer for internal combustion engines
US4275017A (en) * 1978-05-22 1981-06-23 Clinton Graybill Ring controlled variable venturi downdraft carburetor
NZ199858A (en) * 1982-03-01 1985-07-12 M L Brown Carburettor for spark ignition i.c.engine
US4440137A (en) * 1982-07-12 1984-04-03 Propane Carburetion Systems, Inc. Supplemental fuel supply device for I.C. engine
US4513727A (en) 1982-07-12 1985-04-30 Propane Carburetion Systems, Inc. Process for controlling secondary gas fuel to normally liquid fueled I.C. engine
NL8401537A (en) * 1984-05-11 1985-12-02 Tno SYSTEM AND APPARATUS FOR EXHAUST GAS RECIRCULATION IN COMBUSTION MACHINE.
SU1222879A1 (en) 1984-10-17 1986-04-07 Горьковский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.А.А.Жданова Device for feeding gaseous fuel into internal combustion engine
DE3504796A1 (en) 1985-02-13 1986-08-14 Hans 4230 Wesel Koppel AIR INTAKE MANIFOLD FOR CARBURETTORS
DE3611909C3 (en) * 1986-04-09 2000-03-16 Ruhrgas Ag Device for controlling the amount and / or the mixing ratio of a fuel gas-air mixture
DE3813249A1 (en) * 1988-04-20 1989-11-02 Arne Dipl Ing Walde Device for controlling the air and/or fuel quantity in internal combustion engines
DE4110516C1 (en) * 1991-03-30 1992-08-06 Ruhrgas Ag, 4300 Essen, De
US5103795A (en) * 1991-05-17 1992-04-14 Davis Family Trust Air and fuel mixing apparatus and method
US5245977A (en) * 1991-07-03 1993-09-21 Tecogen, Inc. Flow proportioning mixer for gaseous fuel and air and internal combustion engine gas fuel mixer system
US5408978A (en) * 1993-05-03 1995-04-25 Davis Family Trust Gaseous fuel entrainment apparatus and process
AUPN286095A0 (en) * 1995-05-09 1995-06-01 Energy Research And Development Corporation, The Liquid fuel injection system
DE19612401A1 (en) * 1996-02-09 1997-08-14 Enserv Energy Industry Service Internal combustion engine air and fuel gas feed
US6062535A (en) 1997-02-12 2000-05-16 Cummins Engine Company, Inc. Exhaust gas recirculation valve with variable flow area
US6026787A (en) * 1998-06-04 2000-02-22 Impco Technologies, Inc. Air-fuel control for alternative engine fuels
IT1310767B1 (en) * 1999-12-03 2002-02-22 Iveco Motorenforschung Ag AIR / FUEL MIXING DEVICE FOR A THERMAL COMBUSTIBLE ENGINE.
SE517251C2 (en) * 2000-08-30 2002-05-14 Gustav Berggren Component for controlling exhaust gas reflux
AU2003287418A1 (en) * 2002-11-01 2004-06-07 Woodward Governor Company Gaseous fuel and air mixer assembly for internal combustion engine
US7410152B2 (en) * 2005-09-30 2008-08-12 Continental Controls Corporation Gaseous fuel and air mixing venturi device and method for carburetor
RU2375602C2 (en) 2007-06-14 2009-12-10 Открытое акционерное общество Энгельсское опытно-конструкторское бюро "Сигнал" им. А.И. Глухарева Device to feed gaseous fuel into ice with gas and air flow rate ratio regulator
US20110226218A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 Supoj Vongsateanchai Secondary Fuel Premixing Controller for an Air Intake Manifold of a Combustion Engine
US8453626B2 (en) 2011-08-26 2013-06-04 Concentric Skånes Fagerhult AB EGR venturi diesel injection
EP2895727B1 (en) * 2012-09-12 2019-01-09 Caterpillar Energy Solutions GmbH Gas mixer for internal combustion engines
US20150025774A1 (en) * 2013-07-22 2015-01-22 Jason Green Fuel mixture system and assembly
US9605623B2 (en) * 2015-01-29 2017-03-28 Robert Bosch Gmbh Gaseous fuel mixer and method
US9689363B2 (en) * 2015-01-29 2017-06-27 Robert Bosch Gmbh Gaseous fuel mixer

Also Published As

Publication number Publication date
RU2726984C1 (en) 2020-07-17
US20200032722A1 (en) 2020-01-30
WO2018104107A1 (en) 2018-06-14
CN110023613A (en) 2019-07-16
DE102016123826A1 (en) 2018-06-14
CN110023613B (en) 2022-03-01
US11181051B2 (en) 2021-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10116643C2 (en) reciprocating internal combustion engine
EP2456969B1 (en) Internal combustion engine and fresh air system
WO2000049279A1 (en) Air intake system for internal combustion engine
DE2539185A1 (en) DOSING CONTROL FOR THE EXHAUST GAS RECIRCULATION FLOW OF A COMBUSTION ENGINE
DE10110986B4 (en) Four-stroke internal combustion engine with at least two intake valves
DE112016000257T5 (en) Mixer for gaseous fuel with exhaust gas recirculation
WO2018104107A1 (en) Mixture formation device for a gas engine and gas engine
DE4235794C1 (en) Exhaust gas feedback for IC engine - has feedback conduit connecting exhaust gas conduit before turbine with charging air conduit after compressor
EP3387245B1 (en) Regulating device for an internal combustion engine
EP3061968B1 (en) Gas dosing valve for a dual fuel engine
DE2838893A1 (en) COMBUSTION MACHINE
AT506469B1 (en) Internal combustion engine
DE102005025904B4 (en) Exhaust gas recirculation system and method for exhaust gas recirculation
DE19914535A1 (en) Device for controlled exhaust gas recirculation in an air supply device of an internal combustion engine
DE10326488A1 (en) suction
DE102016225870A1 (en) Internal combustion engine with a suction line, a fuel tank and a leading of the fuel tank in the intake pipe tank vent line and method for operating an internal combustion engine
EP2610474B1 (en) Low pressure exhaust gas recirculation valve
DE19918226B4 (en) Fuel / air injector
DE19947971A1 (en) Valve unit for IC engines with drive unit and gear unit also valve rod and at least 1 valve head so that gear unit has eccentrically arranged coupling part which works in conjunction with valve rod
DE2405226A1 (en) DEVICE FOR DETOXING THE EXHAUST GASES FROM COMBUSTION ENGINES
EP1957782A1 (en) Carburetor for a combustion engine, and method for the controlled delivery of fuel
DE102004003900A1 (en) Combustion engine with piston cylinder has inlet channel with exhaust gas feedback and divider so that exhaust gas flows to cylinder wall and air or fuel mixture to center
WO2008095214A1 (en) Apparatus for exhaust-gas recirculation for an internal combustion engine
EP3737844B1 (en) Air supply control system for an internal combustion engine
DE102006017148A1 (en) Exhaust gas recirculation valve for use in internal-combustion engine, has housing arranged within region of intersection of exhaust gas recirculating line to air supply pipe, where valve is arranged around longitudinal axis

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20190603

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20200603