RU2726984C1

RU2726984C1 - Смесеобразующее устройство для газового двигателя и газовый двигатель

Info

Publication number: RU2726984C1
Application number: RU2019117551A
Authority: RU
Inventors: Кристиан-Б. КЛЮТИНГ; Франк БЕГЕР; Мартин КИЛЬ
Original assignee: Фольксваген Акциенгезельшафт
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2020-07-17
Also published as: US20200032722A1; EP3551871A1; DE102016123826A1; US11181051B2; WO2018104107A1; CN110023613B; CN110023613A

Abstract

Изобретение касается смесеобразующего устройства для работающего на сжигаемом газе двигателя внутреннего сгорания, а также двигателя внутреннего сгорания, во всасывающем тракте которого расположено такое смесеобразующее устройство. Смесеобразующее устройство (10) для расположения во всасывающем канале (3) двигателя (1) внутреннего сгорания, работающего на сжигаемом газе, включающее в себя закрывающий элемент (12), с помощью которого может уменьшаться поперечное сечение (14) отверстия всасывающего канала (3) двигателя (1) внутреннего сгорания. По меньшей мере один дозировочный клапан (16) для дозирования сжигаемого газа во всасывающий канал (3) двигателя (1) внутреннего сгорания, а также по меньшей мере один разъем (18) для обратной подачи отработавшего газа двигателя (1) внутреннего сгорания. Поток свежего воздуха переводится перенаправляющей геометрией закрывающего элемента (12) в диффузор (22), при этом первое место (24) ввода сжигаемого газа и второе место (26) ввода газа, возвращенного посредством обратной подачи (5) отработавшего газа, расположены ниже по потоку от перенаправляющей геометрии. Технический результат - улучшение смесеобразования газообразного топлива для двигателя внутреннего сгорания, уменьшение массогабаритных характеристик. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение касается смесеобразующего устройства для работающего на сжигаемом газе двигателя внутреннего сгорания, а также двигателя внутреннего сгорания, во всасывающем тракте которого расположено такое смесеобразующее устройство.

Из уровня техники известны двигатели внутреннего сгорания, которые работают на сжигаемом газе, например, сжиженном природном газе (англ. LPG - Liquified Natural Gas; СПГ - сжиженный природный газ) или природном газе, находящемся под давлением (англ. CNG - Compressed Natural Gas; КПГ - компримированный природный газ). В частности, в случае природного газа, находящегося под давлением (КПГ), ставится требование нагнетания газа в камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания. Так как газы имеют гораздо более высокую сжимаемость по сравнению с (квази несжимаемыми) жидкостями, такой газ не может впрыскиваться в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания с помощью традиционного топливного насоса. Компрессор для газообразного топлива при одинаковой приводной мощности имеет гораздо большие конструктивные размеры и высоту, чем соответствующий топливный насос высокого давления. Правда, возможно прямое вдувание сжигаемого газа (аналогично прямому впрыску жидкого топлива) в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, однако это требует в газовом баке относительно высокого уровня давления по меньшей мере 20 бар, вследствие чего возможно неполное опорожнение газового бака, и при этом заметно уменьшается дальность хода автомобиля.

Из DE 35 04 796 A1 известен воздуховсасывающий патрубок для двигателя внутреннего сгорания, имеющего топливный карбюратор, при этом двигатель внутреннего сгорания может выборочно работать на жидком топливе и газообразном топливе. Чтобы учитывать изменяющиеся у этих двух видов топлива требования в отношении втекания воздуха для сгорания, и чтобы снизить перерасход при работе на газообразном топливе, предусмотрен расположенный на расстоянии от карбюратора диск, который имеет центральное закрываемое отверстие. Это отверстие освобождается в диапазоне более высокой частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, так что во всех областях поля характеристик может всегда всасываться надлежащее количество свежего воздуха.

Из EP 0 859 176 A2 известен клапан для обратной подачи отработавшего газа для двигателя внутреннего сгорания, имеющий вставку, при этом количества протекающего газа при частично открытом клапане обратной подачи отработавшего газа могут варьироваться в зависимости от формы вставки.

Далее, из уровня техники известны простые газосмесители и так называемые перекрестные смесители для смешивания газообразного топлива двигателя внутреннего сгорания со свежим воздухом.

Однако недостаток таких смесителей, имеющих жесткую геометрию, в том, что хотя они дают хорошие результаты при стационарной рабочей точке, например, у двигателя внутреннего сгорания блочной отопительной установки, однако скорее непригодны для динамической работы, такой как в автомобиле, или требуют дополнительных издержек управления и регулирования.

Итак, в основе изобретения лежит задача, сделать возможным простое и экономичное смесеобразование газообразного топлива для двигателя внутреннего сгорания, при котором достигаются строгие предельные значения законодательства о выбросах и возможна динамическая работа двигателя без потери функций и недостатков, связанных с выбросом.

В соответствии с изобретением задача решается с помощью смесеобразующего устройства для расположения во всасывающем канале работающего на сжигаемом газе двигателя внутреннего сгорания, которое включает в себя закрывающий элемент, с помощью которого может уменьшаться поперечное сечение отверстия всасывающего канала двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере один дозировочный клапан для дозирования сжигаемого газа во всасывающий канал двигателя внутреннего сгорания, а также по меньшей мере один разъем для обратной подачи отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания, при этом поток свежего воздуха переводится перенаправляющей геометрией закрывающего элемента в первый кольцевой канал, в частности в диффузор, и при этом первое место ввода сжигаемого газа и второе место ввода газа, возвращенного посредством обратной подачи отработавшего газа, расположены ниже по потоку от перенаправляющей геометрии. Тем самым может создаваться конструктивный элемент, который в компактном конструктивном пространстве и экономичным образом исполняет функции регулятора количества потока свежего газа, газосмесителя, а также направления течения и оптимизации течения. К тому же может достигаться сравнительно хорошая подготовка смеси при низком гидравлическом сопротивлении. Вследствие эффекта Вентури при протекании через смесеобразующее устройство в смесеобразующее устройство должно вводиться меньшая масса горючего газа, так как давление в области уменьшено давлением всасывания в участке течения, лежащем выше по потоку от смесеобразующего устройства, вследствие чего улучшается динамика в области подачи горючего газа. Далее, благодаря более высокой динамике и уменьшенному давлению возможны более высокие скорости обратной подачи отработавшего газа без скапливания возвращенного отработавшего газа в трубопроводе обратной подачи отработавшего газа. При этом необходима меньшая работа выталкивания, так что с помощью такого смесеобразующего устройства может уменьшаться расход горючего газа.

С помощью признаков, приведенных в зависимых пунктах формулы изобретения, возможны предпочтительные улучшения и усовершенствования смесеобразующего устройства, указанного в независимом пункте формулы изобретения.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что указанный по меньшей мере один дозировочный клапан дозированно вводит сжигаемый газ в кольцо для распределения сжигаемого газа, которое через канал соединено с диффузором всасывающего канала. С помощью кольца для распределения горючего газа возможно первое смешивание сжигаемого газа со свежим воздухом, благодаря чему в кольцевом канале кольца для распределения горючего газа достигается особенно равномерное смешивание сжигаемого газа со свежим воздухом. Далее, кольцо для распределения горючего газа служит для ликвидации пиков давления, соответственно, для выравнивания течения, что способствует гомогенному смесеобразованию. Благодаря этому возможно особенно чистое и с малыми выбросами сгорание сжигаемого газа.

При этом особенно предпочтительно, когда канал проходит по существу перпендикулярно выпускному отверстию дозировочного клапана. Благодаря этому осуществляется резкое перенаправление сжигаемого газа при попадании на стенку предкамеры, вследствие чего в предкамере образуются завихрения, которые благоприятствуют смешиванию сжигаемого газа и свежего воздуха.

В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что обратная подача отработавшего газа имеет кольцо для распределения обратной подачи отработавшего газа, которое по меньшей мере на отдельных участках проходит вокруг всасывающей трубы всасывающего канала. Посредством подключения (разъема) обратной подачи отработавшего газа ко второму кольцевому каналу возможно особенно равномерное смешивание возвращенного отработавшего газа со смесью их свежего воздуха и сжигаемого газа, так как отработавший газ может равномерно вводиться в первый кольцевой канал вдоль второго кольцевого канала через несколько вторых мест ввода. При этом может оптимально реализовываться действие обратной подачи отработавшего газа, снижающее выброс.

Согласно другому улучшению изобретения предусмотрено, что закрывающий элемент имеет ведущий участок для направления течения свежего воздуха, сжигаемого газа и/или возвращенного отработавшего газа и направляющий участок, которым закрывающий элемент установлен в корпусе смесеобразующего устройства. При направлении течения через закрывающий элемент могут отпадать дополнительные ведущие геометрии для свежего воздуха, которые были бы связаны с дополнительными конструктивными элементами или более сложным исполнением корпуса и приводили бы к дополнительным расходам. Кроме того, обработка наружного контура закрывающего элемента, как правило, дешевле, чем обработка внутреннего контура корпуса, так что здесь может изготавливаться гидравлически оптимизированный профиль при сравнительно низких расходах на изготовление. Благодаря дополнительному направляющему участку на закрывающем элементе закрывающий элемент может простым образом устанавливаться в корпусе без неизбежного ухудшения течения в области ведущей геометрии, всасывающей трубы или первого кольцевого канала.

При этом предпочтительно, когда направляющий участок установлен на закрытом участке корпуса. Благодаря этому в закрытом участке корпуса может создаваться пониженное давление, подобно газовой пружине, которое возникает при закрытии клапана и при этом создает возвратную силу против силы закрытия клапана. Для уменьшения сил открытия и закрытия на закрывающем элементе предусмотрены сверления для уравнивания давления, чтобы компенсировать повышенные или пониженные давления, возникающие при движении закрывающего элемента.

При этом особенно предпочтительно, когда между направляющим участком и корпусом расположено уплотнение. Уплотнение между направляющим участком и закрытым участком корпуса может предотвращать втекание газа в уравнительный объем, так что по меньшей мере в значительной степени пресекается газообмен между воздуховодом смесеобразующего устройства и уравнительным объемом.

По одному из особенно предпочтительных усовершенствований предусмотрено, что закрывающий элемент в области направляющего участка является полым и охватывает уравнительный объем. Полым закрывающим элементом может ограничиваться сравнительно большой уравнительный объем, так что возникающие при смещении закрывающего элемента силы газа сравнительно низки и поэтому хорошо поддаются управлению. К тому же, благодаря полому закрывающему элементу может экономиться материал и масса закрывающего элемента, вследствие чего могут улучшаться динамические свойства закрывающего элемента.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что второе место ввода обратной подачи отработавшего газа в направлении течения свежего воздуха через всасывающий канал лежит ниже по потоку от первого места ввода газа. При этом может оптимально использоваться площадь стенки первого кольцевого канала, и может выполняться множество первых и вторых мест ввода, при этом первые места ввода предпочтительно лежат на первой общей окружности отверстий, а вторые места ввода предпочтительно на второй общей окружности отверстий.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что ширина зазора диффузора составляет прибл. 1/8-1/800 диаметра всасывающей трубы всасывающего канала. Протекание через первый кольцевой канал должно осуществляться как при холостом ходе, так и при полной нагрузке. При этом должны обеспечиваться, во-первых, возможность наименьшего количества, а во-вторых, максимальный выход мощности при режиме полной нагрузки. При этом ширина 1/8-1/800 всасывающей трубы, в частности ширина или высота от 50 мкм до 5 мм, в зависимости от случая применения, оказалась хорошим компромиссом между необходимым дросселированием для получения возможности наименьшего количества и низкими гидравлическими потерями при полной нагрузке.

По одному из предпочтительных усовершенствований изобретения предусмотрено, что первый кольцевой канал выполнен в виде диффузора. С помощью диффузора может увеличиваться выходное поперечное сечение первого кольцевого канала и сокращаться скорость течения (и вместе с тем гидравлические потери). При этом может достигаться более высокая мощность, в частности в режиме полной нагрузки.

При этом особенно предпочтительно, когда закрывающий элемент представляет собой клапан, имеющий шток клапана и тарелку клапана, причем эта тарелка клапана имеет первый, радиально внутренний участок, который проходит под первым углом к штоку клапана, и имеет второй, радиально наружный участок, который, по сравнению с первым участком, проходит под большим углом к штоку клапана. Благодаря этому между клапаном и прямой стенкой корпуса может простым образом выполняться диффузор.

Альтернативно или дополнительно предпочтительно предусмотрено, что диффузор выполнен ниже по потоку от закрывающего элемента. Поэтому может применяться клапан, имеющий сравнительно короткую тарелку клапана, благодаря чему уменьшаются расходы и конструктивное пространство, занимаемое клапаном.

По одному из предпочтительных усовершенствований смесеобразующего устройства предусмотрено, что на тарелке клапана или противолежащей этой тарелке клапана стенке диффузора выполнена выемка, а на соответственно противолежащем конструктивном элементе - вдающийся в эту выемку выступ. Для улучшения возможности наименьшего количества смесеобразующего устройства предпочтительно, когда клапан в закрытом состоянии имеет наименьшее возможное, но отличающееся от нуля поперечное сечение отверстия между клапаном и стенкой корпуса. Это может достигаться либо за счет очень узких допусков изготовления, которые, однако, связаны с высокими расходами, либо с помощью дополнительного гидравлического препятствия, которое ограничивает проток. С помощью выемки и ответного выступа может простым и экономичным образом выполняться лабиринтное уплотнение, которое улучшает возможность наименьшего количества смесеобразующего устройства. При этом особенно предпочтительно, когда контур выступа имеет некоторый профиль. Путем профилирования выступов может улучшаться переход от наименьшего количества дозированно вводимого сжигаемого газа в диапазон, содержащий более высокие количества газа, благодаря чему достигается улучшенная приемистость и улучшается комфорт при динамической работе двигателя внутреннего сгорания.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что первое место ввода и второе место ввода расположены на одном общем диаметре. При этом предпочтительно на этом диаметре, чередуясь, расположены несколько первых и вторых мест ввода, чтобы сделать возможным равномерное смешивание горючего газа с возвращенным отработавшим газом.

В другом улучшении изобретения предусмотрено, что сумма поперечных сечений первых мест ввода сжигаемого газа меньше 15%, предпочтительно меньше 10% максимальной площади поперечного сечения диффузора в области первых мест ввода.

Места ввода возвращенного отработавшего газа и сжигаемого газа выполнены предпочтительно в виде кольцевых каналов.

В соответствии с изобретением предлагается также двигатель внутреннего сгорания, имеющий по меньшей мере одну камеру сгорания, всасывающий канал, газоотводный канал, обратную подачу отработавшего газа из газоотводного канала во всасывающий канал, а также предлагаемое изобретением смесеобразующее устройство, при этом дозированный ввод сжигаемого газа для работы двигателя внутреннего сгорания осуществляется через по меньшей мере один управляемый дозировочный клапан в смесеобразующее устройство выше по потоку от камер сгорания во всасывающий канал двигателя внутреннего сгорания.

Разные названные в этой заявке варианты осуществления изобретения, если в отдельном случае не указано иное, могут предпочтительно комбинироваться друг с другом.

Ниже изобретение поясняется на примерах осуществления с помощью соответствующих чертежей. При этом одинаковые конструктивные элементы или конструктивные элементы, имеющие одинаковую функцию, обозначены одними и теми же ссылочными позициями. Показано:

фиг.1: принципиальный эскиз двигателя внутреннего сгорания;

фиг.2: первый пример осуществления предлагаемого изобретением смесеобразующего устройства на изображении в сечении;

фиг.3: смесеобразующее устройство с фиг.2 в трехмерном изображении;

фиг.4: второй вариант осуществления предлагаемого изобретением смесеобразующего устройства на изображении в сечении;

фиг.5: смесеобразующее устройство с фиг.4 в трехмерном изображении;

фиг.6: первый вариант осуществления седла клапана предлагаемого изобретением смесеобразующего устройства;

фиг.7: другой вариант осуществления седла клапана предлагаемого изобретением смесеобразующего устройства;

фиг.8: другой вариант осуществления седла клапана предлагаемого изобретением смесеобразующего устройства;

фиг.9: другой вариант осуществления седла клапана предлагаемого изобретением смесеобразующего устройства; и

фиг.10: седло клапана предлагаемого изобретением смесеобразующего устройства при частично закрытом клапане.

На фиг.1 показана сильно упрощенная конструкция двигателя 1 внутреннего сгорания, имеющего четыре камеры 2 сгорания, всасывающий канал 3, а также газоотводный канал 4. При этом предусмотрена обратная подача 5 отработавшего газа, которая соединяет газоотводный канал 4 со всасывающим каналом 3 и таким образом делает возможной обратную подачу сгоревших компонентов топлива во всасывающий канал 3 двигателя 1 внутреннего сгорания. Двигатель 1 внутреннего сгорания в описанном далее примере осуществления выполнен в виде газового двигателя 1 и работает на газообразном топливе, предпочтительно на природном газе (англ. CNG - Compressed Natural Gas; КПГ - компримированный природный газ). Альтернативно возможна также работа на сжиженном газе (англ. LPG - Liquified Natural Gas; СПГ - сжиженный природный газ). Газовые двигатели 1 отличаются от классических двигателей внутреннего сгорания, у которых жидкое топливо дозированно вводится во всасывающий канал 3 или камеры 2 сгорания, тем, что топливо при температуре окружающей среды и давлении окружающей среды является газообразным и поэтому сильно сжимаемым. Поэтому ввод газообразного топлива в камеры 2 сгорания двигателя 1 внутреннего сгорания посредством традиционной технологии впрыска, в частности посредством впрыскивающего насоса и/или системы впрыска топлива, невозможен или по меньшей мере эффективно невозможен. К тому же природный газ не может сжижаться при комнатной температуре, вследствие чего применение технологии впрыска топлива для жидких топив тоже отпадает. Поэтому для газовых двигателей 1 были разработаны альтернативные смесеобразующие устройства, которые специально адаптированы к особенностям газообразного топлива. При этом смесеобразование осуществляется предпочтительно во всасывающем канале 3 выше по потоку от камер 2 сгорания двигателя 1 внутреннего сгорания, так как в этом месте уровень давления ниже, чем в камерах 2 сгорания, и поэтому возможно большее опорожнение газовых баков.

На фиг.2 изображен первый пример осуществления предлагаемого изобретением смесеобразующего устройства 10 для работающего на газообразном топливе двигателя 1 внутреннего сгорания. Смесеобразующее устройство 10 включает в себя корпус 42, в котором с возможностью смещения расположен закрывающий элемент 12, в частности клапан 54. Корпус 42 имеет первый, проходящий в плоскости чертежа вертикально участок, в котором выполнена всасывающая труба 36. Корпус 42 имеет также второй участок, который образует диффузор 22. Диффузор 22 проходит под углом прибл. 100°-120° к всасывающей трубе 36. На корпусе 42 выполнен также закрытый участок 44 корпуса, который вместе с закрывающим элементом 12 ограничивает уравнительный объем 48. Закрывающий элемент 12 выполнен в виде клапана 54, в частности в виде тарельчатого клапана, и имеет шток 56 клапана и тарелку 58 клапана. Шток 56 клапана и тарелка 58 клапана на своей обращенной к всасывающей трубе 36 стороне образуют ведущий участок 38, которым направляется и перенаправляется текущий через смесеобразующее устройство свежий воздух. Между штоком 56 клапана и тарелкой 58 клапана выполнена перенаправляющая геометрия, которая перенаправляет свежий воздух, втекающий через всасывающую трубу 36 в смесеобразующее устройство 10, в диффузор 22. К тарелке 58 клапана присоединяется направляющий участок 40, в котором клапан 54 установлен в закрытом участке 44 корпуса. Закрывающий элемент 12 в области направляющего участка 40 выполнен полым и охватывает уравнительный объем 48. Между направляющим участком 40 и корпусной стенкой закрытого участка 44 корпуса расположено уплотнение 46, которое должно пресекать проникновение свежего воздуха в уравнительный объем 48.

Смесеобразующее устройство 10 имеет также по меньшей мере одно, предпочтительным образом, как изображено на фиг.1, несколько, предпочтительно распределенных по периметру смесеобразующего устройства 10 посадочное отверстие (посадочных отверстий) 78, в которых расположено по дозировочному клапану 16 для подвода сжигаемого газа. Дозировочный клапан 16 имеет на своем периметре уплотнение 76, в частности уплотнительное кольцо, которым уплотняется зазор между дозировочным клапаном 16 и посадочным отверстием 78, и таким образом пресекается неконтролируемый выход сжигаемого газа из смесеобразующего устройства 10. Каждое из посадочных отверстий 78 соединено с собственным кольцом 28 для распределения горючего газа, в котором введенное через дозировочные клапаны 16 газообразное топливо может смешиваться со свежим воздухом. Кольцо 28 для распределения горючего газа через каналы 30 соединено с диффузором 22, при этом каналы 30 проходят каждый по существу перпендикулярно диффузору 22. Чтобы сделать возможным ввод сжигаемого газа в диффузор 22, на обращенном к диффузору 22 конце каждого из каналов 30 выполнены первые места 24 ввода, через которые каналы гидравлически соединены с диффузором 22. При этом каналы 30 проходят по существу перпендикулярно выпускным отверстиям 32 дозировочных клапанов 16. При этом дозировочные клапаны 16 расположены радиально, то есть ориентированы перпендикулярно всасывающей трубе 36 смесеобразующего устройства 10. Дозировочные клапаны 16 имеют по штекеру 52, с помощью которого дозировочные клапаны 16 могут электрически контактироваться.

На смесеобразующем устройстве 10 выполнен разъем (подключение) для обратной подачи 5 отработавшего газа двигателя 1 внутреннего сгорания. При этом смесеобразующее устройство 10 имеет кольцо 34 для распределения обратной подачи отработавшего газа, которое по меньшей мере на отдельных участках проведено вокруг всасывающей трубы 36 газоотводного канала 3. Второй кольцевой канал 34 проходит по существу параллельно диффузору 22 и соединен с этим диффузором 22 через вторые места 26 ввода. При этом кольцо 34 для распределения обратной подачи отработавшего газа присоединено к обратной подаче 5 отработавшего газа через по меньшей мере один разъем 18.

На фиг.3 показано смесеобразующее устройство 10 в трехмерном изображении. При этом видно, что дозировочные клапаны 16 ориентированы перпендикулярно всасывающей трубе 36 и в радиальном направлении не выдаются за корпус 42 смесеобразующего устройства 10.

При работе смесеобразующего устройства 10 свежий воздух всасывается в смесеобразующее устройство 10 через всасывающую трубу 36. Одновременно сжигаемый газ посредством дозировочных клапанов 16 дозированно вводится в кольцо 28 для распределения горючего газа, где осуществляется первое смешивание сжигаемого газа со свежим воздухом. Вследствие перенаправления газа от впускного отверстия 32 дозировочного клапана 16 через стенку предкамеры и дальнейшего ведения через канал 30 в диффузор 22 осуществляется завихрение, которое вызывает равномерное перемешивание свежего воздуха и сжигаемого газа. Ниже по потоку от первого места 24 ввода в смесь из свежего воздуха и сжигаемого газа дополнительно подается отработавший газ, возвращенный через обратную подачу 5 отработавшего газа и кольцо 34 для распределения обратной подачи отработавшего газа. Для этого во втором месте 26 ввода возвращенный отработавший газ вводится в диффузор 22, при этом отработавший газ смешивается со смесью из свежего воздуха и сжигаемого газа.

Закрывающий элемент 12 имеет функцию регулятора количества и поэтому может заменять дроссельную заслонку у традиционного двигателя внутреннего сгорания. При этом смесеобразующее устройство 10 на фиг.2 изображено при полностью открытом клапане 54, то есть будучи максимально раздросселировано. Путем закрытия клапана 54, то есть смещения в направлении запирающего конуса 74 на корпусе 42, может уменьшаться поперечное сечение 14 отверстия диффузора 22. Такой частично закрытый клапан 54 изображен на фиг.10. При этом тарелка 58 клапана в области направляющего участка 40 имеет острую в направлении течения газа через диффузор 22 кромку срыва, которая служит для завихрения в диффузоре 22 ниже по потоку от тарелки 58 клапана, при этом шлейф 80 завихрения вызывает дополнительное смешивание свежего воздуха, сжигаемого газа и отработавшего газа из обратной подачи 5 отработавшего газа. При этом, во-первых, должна обеспечиваться возможность наименьшего количества, в частности при холостом ходе двигателя 1 внутреннего сгорания, а также гидравлически благоприятное и с наименьшими возможными потерями направление течения в режиме полной нагрузки. Перестановка клапана 54 осуществляется, например, с помощью электромеханического элемента управления, однако альтернативно может также осуществляться чисто механически, например, с помощью ходового винта, коромысла, зубчатого зацепления или тому подобного.

На фиг.4 изображен альтернативный пример осуществления предлагаемого изобретением смесеобразующего устройства 10. При по существу такой же конструкции, которая изложена в связи с фиг.2, далее подробно остановимся только на остающихся различиях. Дозировочные клапаны 16 в этом варианте осуществления расположены аксиально, то есть параллельно всасывающей трубе 36. Благодаря этому в радиальном направлении создается дополнительное место, так что может оптимально использоваться имеющееся конструктивное пространство. Соответственно осевому расположению дозировочных клапанов 16, форма кольца 28 для распределения горючего газа соответственно адаптирована, при этом на обращенном к всасывающей трубе 36 конце кольца 28 для распределения горючего газа выполнен канал 30 и расположен эксцентрично по отношению к выпускному отверстию 32 дозировочного клапана 16, чтобы достичь соответственно многократного перенаправления и смешивания сжигаемого газа со свежим воздухом в кольце 28 для распределения горючего газа. На фиг.5 этот пример осуществления смесеобразующего устройства 10 показан в трехмерном изображении.

На фиг.6 изображен один из альтернативных вариантов осуществления клапана 54 и диффузора 22. При этом клапан 54 имеет на своей тарелке 58 первый, радиально внутренний участок 60 и второй, радиально наружный участок 62, который по сравнению с первым участком 60 проходит под большим углом к штоку 56 клапана. При этом между стенкой 64 корпуса 42 и вторым участком 62 тарелки 58 клапана возникает диффузор 50. Альтернативно диффузор 50 может быть выполнен также, как изображено на фиг.7, между двумя частями корпуса или участками корпуса 42 ниже по потоку от тарелки 58 клапана.

Для улучшения возможности наименьшего количества смесеобразующего устройства 10 на седле клапана 54 может быть предусмотрено простое лабиринтное уплотнение. Для этого, как изображено на фиг.8, на стенке 64 корпуса 42 может быть предусмотрена выемка 66, в которую при по существу закрытом клапане 54 вставляется выступ 70 на тарелке 58 клапана. Альтернативно, как изображено на фиг.9, также на стенке 64 корпуса 42 может быть выполнен выступ 72, который вставляется в выемку 68 в тарелке 58 клапана. Путем профилирования выступов 70, 72 может улучшаться переход от наименьшего количества дозированно введенного сжигаемого газа в диапазон более высоких количеств газа, вследствие чего улучшается комфорт при динамической работе двигателя 1 внутреннего сгорания.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 Двигатель внутреннего сгорания/газовый двигатель

2 Камера сгорания

3 Всасывающий канал

4 Газоотводный канал

5 Обратная подача отработавшего газа

10 Смесеобразующее устройство

12 Закрывающий элемент

14 Поперечное сечение отверстия

16 Дозировочный клапан

18 Разъем

20 Сверление для уравнивания давления

22 Диффузор

24 Первое место ввода

26 Второе место ввода

28 Кольцо для распределения горючего газа

30 Канал

32 Выпускное отверстие

34 Кольцо для распределения обратной подачи отработавшего газа

36 Всасывающая труба

38 Ведущий участок

40 Направляющий участок

42 Корпус

44 Закрытый участок корпуса

46 Уплотнение

48 Уравнительный объем

50 Диффузор

52 Штекер

54 Клапан

56 Шток клапана

58 Тарелка клапана

60 Первый участок

62 Второй участок

64 Стенка

66 Выемка

68 Выемка

70 Выступ

72 Выступ

74 Запирающий конус

76 Уплотнение

78 Посадочное отверстие

80 Шлейф завихрения

Claims

1. Смесеобразующее устройство (10) для расположения во всасывающем канале (3) двигателя (1) внутреннего сгорания, работающего на сжигаемом газе, включающее в себя

- закрывающий элемент (12), с помощью которого может уменьшаться поперечное сечение (14) отверстия всасывающего канала (3) двигателя (1) внутреннего сгорания,

- по меньшей мере один дозировочный клапан (16) для дозирования сжигаемого газа во всасывающий канал (3) двигателя (1) внутреннего сгорания, а также

- по меньшей мере один разъем (18) для обратной подачи отработавшего газа двигателя (1) внутреннего сгорания, отличающееся тем, что

- поток свежего воздуха переводится перенаправляющей геометрией закрывающего элемента (12) в диффузор (22), при этом

- первое место (24) ввода сжигаемого газа и второе место (26) ввода газа, возвращенного посредством обратной подачи (5) отработавшего газа, расположены ниже по потоку от перенаправляющей геометрии.

2. Смесеобразующее устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один дозировочный клапан (16) дозированно вводит сжигаемый газ в кольцо (28) для распределения сжигаемого газа, которое через канал (30) соединено с диффузором (22) всасывающего канала (3).

3. Смесеобразующее устройство (10) по п.2, отличающееся тем, что канал (30) проходит по существу перпендикулярно выпускному отверстию (32) дозировочного клапана (16).

4. Смесеобразующее устройство (10) по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что обратная подача (5) отработавшего газа имеет кольцо (34) для распределения обратной подачи отработавшего газа, которое по меньшей мере на отдельных участках обведено вокруг всасывающей трубы (36) всасывающего канала (3).

5. Смесеобразующее устройство (10) по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что закрывающий элемент (12) имеет ведущий участок (38) для направления течения свежего воздуха, сжигаемого газа и/или возвращенного отработавшего газа и направляющий участок (40), которым закрывающий элемент (12) установлен в корпусе (42) смесеобразующего устройства (10).

6. Смесеобразующее устройство (10) по п.5, отличающееся тем, что направляющий участок (40) установлен на закрытом участке (44) корпуса (42).

7. Смесеобразующее устройство (10) по п.5 или 6, отличающееся тем, что между направляющим участком (40) и корпусом (42) расположено уплотнение (46).

8. Смесеобразующее устройство (10) по одному из пп.5-7, отличающееся тем, что закрывающий элемент (12) в области направляющего участка (40) является полым и охватывает уравнительный объем (48).

9. Смесеобразующее устройство (10) по одному из пп.1-8, отличающееся тем, что второе место (26) ввода для обратной подачи отработавшего газа в направлении течения свежего воздуха через всасывающий канал (3) лежит ниже по потоку от первого места (24) ввода газа.

10. Смесеобразующее устройство (10) по одному из пп.1-9, отличающееся тем, что ширина зазора диффузора (22) составляет приблизительно 1/8-1/800 диаметра всасывающей трубы (36) всасывающего канала (3).

11. Смесеобразующее устройство (10) по одному из пп.1-10, отличающееся тем, что закрывающий элемент (12) представляет собой клапан (54), имеющий шток (56) клапана и тарелку (58) клапана, причем эта тарелка (58) клапана имеет первый радиально внутренний участок (60), который проходит под первым углом к штоку (56) клапана, и имеет второй радиально наружный участок (62), который, по сравнению с первым участком (60), проходит под большим углом к штоку (56) клапана.

12. Смесеобразующее устройство (10) по п.11, отличающееся тем, что диффузор (22) выполнен ниже по потоку от закрывающего элемента (12).

13. Смесеобразующее устройство (10) по одному из пп.1-12, отличающееся тем, что на тарелке (58) клапана или противолежащей этой тарелке (58) клапана стенке (64) диффузора (22) выполнена выемка (66, 68), а на соответственно противолежащем конструктивном элементе (58, 64) - вдающийся в эту выемку (66, 68) выступ (70, 72).

14. Смесеобразующее устройство (10) по одному из пп.1-8 или 10-13, отличающееся тем, что первое место (24) ввода и второе место (26) ввода расположены на одном общем диаметре.

15. Газовый двигатель (1), имеющий по меньшей мере одну камеру (2) сгорания, всасывающий канал (3), газоотводный канал (4), обратную подачу (5) отработавшего газа, а также смесеобразующее устройство (10) по одному из пп.1-14, при этом дозированный ввод сжигаемого газа для работы газового двигателя (1) осуществляется через управляемый дозировочный клапан (16) выше по потоку от камеры (2) сгорания во всасывающий канал (3) газового двигателя (1).