NL1037875C2

NL1037875C2 - Gasmenger en verbrandingsmotor.

Info

Publication number: NL1037875C2
Application number: NL1037875A
Authority: NL
Inventors: Engelbert Johannes Kersten
Original assignee: Balsbroeck Vastgoed B V
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-02-10
Also published as: NL1037875A; WO2011126373A1

Description

Gasmenger en verbrandingsmotor

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een gasmenger, die is voorzien van een buis met een instroomope-ning en een uitstroomopening, en zich tussen de instroomopening en de uitstroomopening bevindende schoepen 5 voor het veranderen van de richting van de gasstroom ter plaatse van de schoepen, waarbij de schoepen zich in binnenwaartse richting ten opzichte van de binnenwand van de buis uitstrekken.

Een dergelijke gasmenger is bekend in de stand van de 10 techniek. De bekende gasmenger vindt ondermeer toepassing in inlaatleidingen van verbrandingsmotoren om de aangezogen lucht voor het binnentreden in de verbrandingskamer in werveling te brengen waardoor het verbrandingsproces positief beïnvloed kan worden. Dit heeft ook invloed op het brandstofverbruik en de 15 uitlaatgaskwaliteit. Een ander effect van de gasmenger is dat deze een reinigende werking heeft op de motor. Een probleem bij gasmengers is dat het in werveling brengen van de lucht kan leiden tot stromingsverlies.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een 20 gasmenger die de verhouding tussen de kwaliteit van mengen en het stromingsverlies verhoogt.

Dit doel wordt bereikt met de gasmenger volgens de uitvinding die het kenmerk heeft, dat de schoepen een zodanige stand ten opzichte van de buis hebben dat in frontaal aanzicht 25 van de instroomopening de schoepen vrij zijn van overlap.

Door dit kenmerk blijkt een optimale mengkwaliteit met minimaal stromingsverlies bereikt te kunnen worden. In de praktijk kunnen de schoepen op afstand van elkaar liggen zoals gezien in frontaal aanzicht, maar ze kunnen op bepaalde plaat-30 sen ook aan elkaar grenzen. De buis kan een cirkelvormige dwarsdoorsnede hebben, maar alternatieve vormen zoals ovaal of rechthoekig zijn ook denkbaar. In de praktijk zullen de schoepen een zodanige vormgeving hebben, dat in frontaal aanzicht van de instroomopening ter plaatse van de hartlijn van de buis 35 een vrije doorstroomopening aanwezig is die bijvoorbeeld groter is dan 10% van de geometrische doortocht van de buis. Dit 1037875 2 betekent dat de kern van de gasstroom vrijwel ongestoord door de gasmenger kan stromen.

Een verdere verbetering kan worden behaald wanneer ter plaatse van de schoepen het doorstroomoppervlak van de 5 buis afneemt in de richting van de instroomopening naar de uitstroomopening. Ook kan de gasmenger zodanig zijn uitgevoerd, dat ter plaatse van stroomafwaarts gelegen gedeelten , van de schoepen het doorstroomoppervlak van de buis weer toeneemt in de richting van de instroomopening naar de 10 uitstroomopening. Door de laatstgenoemde maatregel ontstaat ter plaatse van de schoepen een venturi effect, hetgeen een positief netto-effect blijkt op te leveren in termen van goede menging en beperkt stromingsverlies. Met het doorstroomoppervlak van de buis wordt hier bedoeld: de dwarsdoorsnede van de 15 buis zonder schoepen.

Bij voorkeur hebben de schoepen in de richting van de instroomopening naar de uitstroomopening een gebogen vorm, waarbij de hoek ten opzichte van het vlak van de instroomopening verloopt van 50-80 ° ter plaatse van de stroomopwaartse 20 eindgedeelten van de schoepen naar 20-50 0 ter plaatse van de stroomafwaartse eindgedeelten van de schoepen. Dit betekent, dat de gasstroming ter plaatse van de schoepen sterker wordt afgebogen in de richting van de instroomopening naar de uitstroomopening. De hoek kan ook gedefinieerd worden als 10-40 ° 25 respectievelijk 40-70 0 ten opzichte van de hartlijn van de buis. Verder kunnen de schoepen zodanig ten opzichte van de buis zijn georiënteerd, dat de gasstroming in de richting van de instroomopening naar de uitstroomopening ter plaatse van de schoepen linksom of rechtsom wordt gedraaid.

30 In een specifieke uitvoeringsvorm zijn op afstand van de binnenwand van de buis gelegen eindgedeelten van de schoepen met elkaar verbonden door middel van een op afstand van de binnenwand gelegen verbindingselement. In het geval van een buis met een cirkelvormige dwarsdoorsnede kunnen de eindge-35 deelten van de schoepen met elkaar verbonden zijn door een cirkelvormige ring. Hierdoor zal een robuustere gasmenger worden verkregen en zullen de schoepen een vastere positie hebben ten opzichte van de buis, hetgeen met name bij relatief grote afmetingen van belang kan zijn.

3

De schoepen kunnen zodanig uitgevoerd zijn dat de dikte daarvan in de richting van de instroomopening naar de uitstroomopening vanaf een begingedeelte van de schoepen toenemen en tot een eindgedeelte daarvan weer afnemen. Ook kunnen 5 de oppervlakken van de schoepen zijn voorzien van een reliëf, bijvoorbeeld een ruw oppervlak ter verbetering van het vasthouden van de stroming aan de schoepen.

In een alternatieve uitvoeringsvorm van de gasmenger is de stand van de schoepen ten opzichte van de buis verstel-10 baar. Dit biedt de mogelijkheid om het mengproces te beïnvloeden en voor verschillende gasstromen een optimale verhouding tussen de kwaliteit van mengen en het stromingsverlies te bepalen.

In dit geval kunnen de schoepen zodanig zijn uitge-15 voerd dat deze ook een zodanige stand kunnen innemen, waarin in frontaal aanzicht van de instroomopening ten minste twee naast elkaar gelegen schoepen elkaar gedeeltelijk overlappen. Een dergelijke stand kan bijvoorbeeld gunstig zijn bij relatief lage stromingssnelheden, waarbij een sterke mengbeweging 20 noodzakelijk is maar het stromingsverlies vanwege de geringe stromingssnelheid relatief laag is.

In een praktische uitvoeringsvorm is elk van de schoepen voorzien van een rotatieas, die is voorzien van een tandwiel dat in aangrijping is met een kroonwiel, en die bij 25 verdraaiing van het kroonwiel de schoep ten opzichte van de buis verdraait. Meer specifiek steekt de rotatieas door de buiswand en bevindt het tandwiel zich aan de buitenzijde van de buis en omhult het kroonwiel de buis.

De uitvinding heeft ook betrekking op een verbran-30 dingsmotor, die voorzien is van een kanaal voor het doorleiden van een gas, in welk kanaal de bovengenoemde gasmenger is opgenomen.

De gasmenger kan nabij een inlaatklep van de motor zijn bevestigd, zodat de door de gasmenger gecreëerde werve-35 lingen niet uitgedempt zijn bij het binnentreden van de verbrandingskamer.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is de gasmenger geïntegreerd in een klepzitting van de inlaatklep. De klepsteel kan zich dan langs de hartlijn van de buis door de gasmenger 4 uitstrekken. In dit geval is het een voordeel wanneer de vormgeving van de schoepen zodanig is dat in frontaal aanzicht van de instroomopening ter plaatse van de hartlijn van de buis een vrije doorstroomopening aanwezig is. In dit geval zou de gas-5 menger af-fabriek kunnen worden ingebouwd.

Verder kan aan de stroomopwaartse zijde van de gasmenger een verwarmingssysteem zijn verschaft voor het opwarmen van het gas voordat dit door de gasmenger stroomt. Eventueel kan de gasmenger zelf worden verwarmd.

10 De gasmenger volgens de onderhavige uitvinding heeft een reinigende werking wanneer deze in een verbrandingsmotor is geïnstalleerd. Uit testen is gebleken, dat bijvoorbeeld componenten van een uitlaatgas recirculatie systeem significant minder vervuilen wanneer de gasmenger aanwezig is. In een 15 uitlaatsysteem waarbij Ad Blue als vloeistof wordt toegevoegd aan uitlaatgas blijkt een goede menging van Ad Blue en uitlaatgas op te treden. In het geval van een roetfilter kan door toepassing van de gasmenger een gunstige verdeling van roet over het filter worden verkregen. Bovengenoemde aspecten lei-20 den tevens tot een langere levensduur van de diverse componenten, terwijl de stromingsverliezen in de motor en de tegendruk van de motor beperkt worden. Verder kan de gasmenger er voor zorgen dat de druk van de explosie op de zuiger evenredig verdeeld wordt, hetgeen zich uit in een verminderde 25 neiging tot stoten bij een laag motortoerental en hoge belasting. Een evenredige drukverdeling vermindert de neiging van de zuiger tot kantelen en het daardoor in één richting uitoefenen van een extra druk op de cilinderwand. Dit kan leiden tot een lager olieverbruik.

30 De uitvinding zal hierna verder worden toegelicht aan de hand van tekeningen, die uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding schematisch weergeven.

Fig. 1 is een achteraanzicht van een uitvoeringsvorm van de gasmenger volgens de uitvinding, waarbij de gasmenger 35 in een kop van een verbrandingsmotor is bevestigd.

Fig. 2 is een dwarsdoorsnede-aanzicht van de uitvoeringsvorm volgens Fig. 1, waarbij tevens een inlaatklep van de verbrandingsmotor is getoond.

i 5

Fig. 3 is een frontaal aanzicht van een alternatieve uitvoeringsvorm van de gasmenger volgens de uitvinding.

Fig. 4 is een zijaanzicht van de uitvoeringsvorm volgens Fig. 3.

5 Fig. 5 is een perspectivisch aanzicht van de uitvoe ringsvorm volgens Fig. 3.

In Fig. 1 wordt een uitvoeringsvorm van een gasmenger 1 volgens de uitvinding getoond. De gasmenger 1 is een statische menger en omvat een buis 2 met een instroomopening 3 en 10 een uitstroomopening 4. In Fig. 1 wordt tegen de uitstroomope-ning 4 gekeken. Onder gebruiksomstandigheden is de stromingsrichting van het gas in de gasmenger 1 van de instroomopening 3 naar de uitstroomopening 4. De buis 2 heeft een cirkelvormige dwarsdoorsnede, maar alternatieve vormen zo-15 als een ovaalvorm of een rechthoek zijn ook mogelijk. In deze uitvoeringsvorm is de lengte van de buis 2 korter dan de diameter daarvan, maar een andere verhouding is denkbaar.

De uitvoeringsvorm van de gasmenger 1 volgens Fig. 1 is verder voorzien van schoepen 5 voor het veranderen van de 20 richting van de gasstroom ter plaatse van de schoepen 5. In dit geval omvat de gasmenger 1 zes schoepen, maar een groter of kleiner aantal is ook denkbaar. De schoepen 5 bevinden zich tussen de instroomopening 3 en de uitstroomopening 4. In deze uitvoeringsvorm zijn de schoepen 5 vast met de binnenwand van 25 de buis 2 verbonden en strekken deze zich radiaal in binnenwaartse richting vanaf de binnenwand van de buis 2 uit. De schoepen 5 hebben ten opzichte van de buis 2 een zodanige stand dat in frontaal aanzicht van de instroomopening 3 de schoepen 5 elkaar niet overlappen. In de getoonde uitvoerings-30 vorm zijn de schoepen 5 zelfs op afstand van elkaar gelegen, zoals gezien in frontaal aanzicht en ook in achteraanzicht.

Ter plaatse van de schoepen 5 neemt het doorstroomop-pervlak van de buis 2 af in de richting van de instroomopening 3 naar de uitstroomopening 4 en neemt ter plaatse van stroom-35 afwaarts gelegen gedeelten van de schoepen 5 het doorstroomoppervlak van de buis 2 weer toe.

De schoepen 5 hebben een gekromde vorm in de richting van de instroomopening 3 naar de uitstroomopening 4 en zijn bij voorkeur banaanvormig, zoals gezien in doorsnede in de 6 langsrichting daarvan. De hoek ten opzichte van het vlak van de instroomopening 3 verloopt van 50 tot 80 ° ter plaatse van de stroomopwaartse zijden van de schoepen 5 naar 20 tot 50 ° ter plaatse van de stroomafwaartse zijden van de schoepen 5.

5 De dikte van de schoepen 5 in de richting van de instroomopening 3 naar de uitstroomopening 4 neemt vanaf een begingedeelte daarvan toe en vervolgens tot een eindgedeelte daarvan weer af.

Voorts zijn de schoepen 5 zodanig uitgevoerd dat ter 10 plaatse van de hartlijn van de buis 2 een vrije doorstroomope-ning aanwezig is, zoals gezien in frontaal aanzicht.

De gasmenger 1 is met name geschikt voor toepassing in een verbrandingsmotor. De gasmenger 1 kan bijvoorbeeld geplaatst worden in de inlaatleiding van de motor. Dit is 15 getoond in Fig. 1 en 2, waarin geïllustreerd is hoe de gasmenger 1 in de kop van een verbrandingsmotor is gemonteerd. In dit geval is de gasmenger 1 geïntegreerd in een klepzitting van een inlaatklep van de motor. De klepsteel 9 van de inlaat-klep kan door het centrale gat van de gasmenger 1 steken. De 20 gasmenger 1 kan worden toegepast om de lucht in werveling te brengen voordat deze binnentreedt in de verbrandingskamer teneinde het verbrandingsproces te verbeteren. Het is ook denkbaar dat de gasmenger 1 wordt gebruikt om uitlaatgas met aangezogen verbrandingslucht te mengen in het geval van uit-25 laatgasrecirculatie.

Fig. 3-5 tonen een alternatieve uitvoeringsvorm van de gasmenger 1, waarbij de stand van de schoepen 5 ten opzichte van de buis verstelbaar is. Elk van de schoepen 5 is voorzien van een rotatieas 6. De rotatieas 6 steekt in radiale 30 richting van de buis door de buiswand en aan de buitenzijde van de buiswand is een tandwiel 7 aan de rotatieas 6 bevestigd. De tandwielen 7 zijn in aangrijping met een kroonwiel 8 dat de buis 2 omhult en draaibaar is om de hartlijn van de buis 2. In de praktijk is het kroonwiel 8 verbonden met een 35 actuator (niet getoond) welke in gebruiksomstandigheden het kroonwiel 8 kan verdraaien. Door een dergelijke verdraaiing worden de standen van de schoepen 5 ten opzichte van de buis 2 versteld.

7

De gasmenger 1 volgens Fig. 3-5 kan verder zijn voorzien van een regeleenheid (niet getoond) voor het aansturen van de actuator van het kroonwiel 8. De regeleenheid kan de actuator aansturen op basis van kenmerken van de gasstroom ter 5 plaatse van de instroomopening 3.

In Fig. 3 is te zien dat de gasmenger 1 zodanig is uitgevoerd dat de schoepen 5 een stand kunnen innemen, waarbij in frontaal aanzicht van de instroomopening 3 de schoepen 5 elkaar gedeeltelijk overlappen. In frontaal aanzicht blijft in 10 dit geval wel ten minste een doorstroomopening in het hart van de buis 2 over. Hoewel het in Fig. 3-5 niet is getoond kunnen de schoepen 5 van deze uitvoeringsvorm ook een zodanige stand innemen, dat in frontaal aanzicht van de instroomopening 3 de schoepen 5 elkaar niet overlappen. Dan wordt in feite een con-15 figuratie verkregen zoals de uitvoeringsvorm van de gasmenger 1 volgens Fig. 1 en 2.

De uitvoeringsvorm met verstelbare schoepen 5 kan gebruikt worden in een gasleiding, bijvoorbeeld van een verbrandingsmotor, waarbij het gewenst is om afhankelijk van 20 de stromingscondities de stand van de schoepen 5 aan te passen. Ook is het mogelijk om de uitvoeringsvorm te gebruiken als een calibratie-inrichting voor bijvoorbeeld het ontwikkelen van diverse typen uitvoeringsvormen volgens Fig. 1 en 2 met vast opgestelde schoepen 5 voor verschillende typen ver-25 brandingsmotoren. Voor elk van de typen verbrandingsmotoren kan de gunstigste stand van de schoepen 5 worden bepaald en kunnen vervolgens gasmengers 1 met vast opgestelde schoepen 5 in de aldus bepaalde stand worden geproduceerd.

De uitvinding is niet beperkt tot de in de tekeningen 30 weergegeven en hierboven beschreven uitvoeringsvoorbeelden die op verschillende manieren binnen het kader van de uitvinding kunnen worden gevarieerd. Het is bijvoorbeeld mogelijk dat het mechanisme voor het verstellen van de stand van de schoepen op een andere wijze is uitgevoerd. Ook is het denkbaar, dat bij 35 een gasmenger met vast opgestelde schoepen deze niet in het verlengde van de schoepen met de binnenwand van de buis zijn verbonden teneinde ter plaatse van de schoepen een opening tussen de binnenwand van de buis en de schoepen open te laten.

1037875

Claims

1. Gasmenger (1), voorzien van een buis (2) met een instroomopening (3) en een uitstroomopening (4), zich tussen de instroomopening (3) en de uitstroomopening (4) bevindende schoepen (5) voor het veranderen van de richting van de gas- 5 stroom ter plaatse van de schoepen (5), waarbij de schoepen (5) zich in binnenwaartse richting ten opzichte van de binnenwand van de buis (2) uitstrekken, waarbij de schoepen (5) een zodanige stand ten opzichte van de buis (2) hebben dat in frontaal aanzicht van de instroomopening (3) de schoepen (5) 10 vrij zijn van overlap.

2. Gasmenger (1) volgens conclusie 1, waarbij ter plaatse van de schoepen (5) het doorstroomoppervlak van de buis (2) afneemt in de richting van de instroomopening (3) naar de uitstroomopening (5).

3. Gasmenger (1) volgens conclusie 2, waarbij ter plaatse van stroomafwaarts gelegen gedeelten van de schoepen (5) het doorstroomoppervlak van de buis (2) weer toeneemt in de richting van de instroomopening (3) naar de uitstroomopening (4) .

4. Gasmenger (1) volgens één van de voorgaande con clusies, waarbij de schoepen (5) in de richting van de instroomopening (3) naar de uitstroomopening (4) een gebogen vorm hebben, waarbij de hoek ten opzichte van het vlak van de instroomopening (3) verloopt van 50-80 ° ter plaatse van de 25 stroomopwaartse eindgedeelten van de schoepen (5) naar 20-50 ter plaatse van de stroomafwaartse eindgedeelten van de schoepen (5) .

5. Gasmenger (1) volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij op afstand van de binnenwand van de buis (2) 30 gelegen eindgedeelten van de schoepen (5) met elkaar zijn verbonden door middel van een op afstand van de binnenwand gelegen verbindingselement, bij voorkeur een ring.

6. Gasmenger (1) volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de dikte van de schoepen (5) in de richting 35 van de instroomopening (3) naar de uitstroomopening (4) vanaf een begingedeelte van de schoepen toenemen en tot een eindge-deelte van de schoepen weer afnemen. 1 0 3 7 8 75

7. Gasmenger (1) volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de stand van de schoepen (5) ten opzichte van de buis (2) verstelbaar is.

8. Gasmenger (1) volgens conclusie 7, waarbij de 5 schoepen (5) zodanig zijn uitgevoerd dat deze ook een zodanige i stand kunnen innemen, waarin in frontaal aanzicht van de in-stroomopening (3) ten minste twee naast elkaar gelegen schoepen elkaar gedeeltelijk overlappen.

9. Gasmenger (1) volgens conclusie 7 of 8, waarbij 10 elk van de schoepen (5) is voorzien van een rotatieas (6), welke is voorzien van een tandwiel (7) dat in aangrijping is met een kroonwiel (8), waarbij de rotatieas bij verdraaiing van het kroonwiel (8) de schoep (5) ten opzichte van de buis (2) verdraait.

10. Gasmenger (1) volgens conclusie 9, waarbij de rotatieas (6) door de buiswand steekt en het tandwiel (7) zich aan de buitenzijde van de buis (2) bevindt en het kroonwiel (8) de buis (2) omhult.

11. Gasmenger (1), voorzien van een buis (2) met een 20 instroomopening (3) en een uitstroomopening (4), zich tussen de instroomopening (3) en de uitstroomopening (4) bevindende schoepen (5) voor het veranderen van de richting van de gas-stroom ter plaatse van de schoepen (5), waarbij de schoepen (5) zich in binnenwaartse richting ten opzichte van de binnen-25 wand van de buis (2) uitstrekken, waarbij de stand van de schoepen (5) ten opzichte van de buis (2) verstelbaar is.

12. Gasmenger (1) volgens conclusie 11, waarbij de gasmenger (1) is voorzien van een regeleenheid voor het instellen van de stand van de schoepen (5) op basis van de 30 gasstroom die onder praktijkomstandigheden door de gasmenger (1) stroomt.

13. Gasmenger (1) volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de schoepen (5) zodanig ten opzichte van de buis (2) zijn georiënteerd, dat de gasstroming in de richting 35 van de instroomopening (3) naar de uitstroomopening (4) ter plaatse van de schoepen (5) linksom of rechtsom wordt gedraaid.

14. Verbrandingsmotor, voorzien van een kanaal voor het doorleiden van een gas, in welk kanaal een gasmenger (1) volgens één van de voorgaande conclusies is opgenomen.

15. Verbrandingsmotor volgens conclusie 14, waarbij 5 de gasmenger (1) is bevestigd nabij een inlaatklep van de motor.

16. Verbrandingsmotor volgens conclusie 15, waarbij de gasmenger (1) is geïntegreerd in een klepzitting van de inlaatklep.

17. Verbrandingsmotor volgens één van de conclusies 14-16, waarbij aan de stroomopwaartse zijde van de gasmenger (1) een verwarmingssysteem is verschaft voor het opwarmen van het gas voordat dit door de gasmenger (1) stroomt. 1 0 37 8 75