AT158120B - Verfahren und Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeitsteilchen in strömenden Gasen, insbesondere den Kraftstoffteilchen in der mit diesen beladenen Verbrennungsluft von Kraftmaschinen. - Google Patents

Description

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    Verfahren und Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeifsteilchen in strömenden Gasen, insbesondere den Kraftstoffteilchen in der mit diesen beladenen Verbrennungsluft von Kraftmaschine.   



   Um eine Flüssigkeit in einem Gas möglichst vollständig verteilen zu können, muss dieselbe in je kleinere Teilchen zerlegt werden. Eine gebräuchliche Art der fortlaufenden Verteilung von Flüssigkeiten in strömenden Gasen besteht darin, dass man die Flüssigkeit mittels einer Düse in das Gas einführt, wodurch sich bei Anwendung entsprechender Düsen eine gewisse Zerstäubung erzielen lässt. 



   Bei Kraftmaschine der Art, wo die Verbrennungsluft durch den Arbeitskolben in den Arbeitszylinder eingesaugt wird, hat sich diese Art der Verteilung des flüssigen Kraftstoffes in der einströmenden Verbrennungsluft als unzureichend erwiesen. Es sind Vergaser bekannt, bei denen zwecks besserer Zerstäubung des Kraftstoffes das Kraftstoff-Luft-Gemiseh mehrere Ejektoren (sogenannte Venturirohre) von stets zunehmender lichter Weite nacheinander   durchströmt.   Jedes der Venturirohre hat seine Austrittsöffnung in der Nähe des engsten Querschnittes des folgenden Rohres.

   Beim Übertritt des Gemisches aus dem engeren in das weitere Rohr eilen die Kraftstoffteilchen der im letzteren bereits mit geringerer Geschwindigkeit strömenden Luft so lange vor, bis sie durch die infolge des Geschwindigkeitsunterschiedes an ihre Oberfläche auftretende Reibung abgebremst werden. Während dieser Zeitspanne werden von den Kraftstoffteilehen durch die sich an ihrer Oberfläche reibende Luft sehr kleine Teilchen abgeschieden. 



   Bei diesen bekannten Vergasern mit mehreren Venturirohren bewegen sich die Kraftstoffteilchen in mit immer geringerer Geschwindigkeit strömender Luft vorwärts ; da jedoch der   Gesehwindigkeits-   verringerung naturgemäss Grenzen gesetzt sind, ist auch die beschriebene Zerstäubungswirkung begrenzt. 



   Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, den die Zerkleinerung der Flüssigkeitsteilchen   bewirkenden Geschwindigkeitsunterschied   immer wieder, sozusagen beliebig oft, herzustellen, wodurch sich z. B. in Kraftmaschine eine vollkommenere Zerstäubung des durch den Arbeitskolben in Strömung gehaltenen Kraftstoff-Luft-Gemisches erzielen lässt. 



   Gemäss der Erfindung wird die Geschwindigkeit des die Flüssigkeitsteilchen umgebenden strömenden Gases nach einer gewissen Verringerung wieder erhöht bzw. nach Massgabe des   gewünschten  
Zerstäubungsgrades mehrmals hintereinander abwechselnd herabgesetzt und erhöht (oder umgekehrt), wodurch der die Zerkleinerung bewirkende Geschwindigkeitsunterschied zwischen Gas und Flüssigkeits- teilchen wiederholt erzeugt wird.

   Die vorteilhafte Wirkung des Verfahrens besteht nicht nur darin, dass die Geschwindigkeitsverringerung des Gases und damit das Voreilen der Flüssigkeitsteilchen und die hiebei entstehende Zerstäubungswirkung zu wiederholten Malen hervorgerufen wird, sondern auch in dem Geschwindigkeitsunterschied, welcher in den Abschnitten der Erhöhung der Gasgesehwindig- keit entsteht, wobei dann durch die Reibungswirkung des rascher strömenden Gases an der   Oberfläche   der hinter diesem eine Weile noch zurückbleibenden Flüssigkeitsteilchen eine Zerstäubungswirkung hervorgerufen wird.

   Auch die Verdampfung der Flüssigkeit wird durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen den   Flüssigkeitsteilchen   und dem sie umgebenden Gas gefördert, indem sich das die Dämpfe aufnehmende Gas von dem   Flüssigkeitsteilchen   entfernt und an seine Stelle frisches Gas tritt. 



   Das Verfahren kann so   durchgeführt   werden, dass die   Gesehwindigkeit   der Gesamtmenge des die Flüssigkeitsteilehen enthaltenden Gases in der beschriebenen Weise geändert wird, oder auch so, dass man das   Flüssigkeits-Gas-Gemiseh   in mit von seiner eigenen abweichender Geschwindigkeit strömendes Gas einführt. Selbstredend kann auch dieses letztere Gas darin verteilte Flüssigkeit enthalten. Die beiden Arbeitsweisen können auch kombiniert werden, z. B. derart, dass man das Gemisch in mit geringerer Geschwindigkeit strömendes Gas einführt, dann die Geschwindigkeit der Gesamt- 

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 menge des entstehenden, verdünnten Gemisches erhöht, hierauf dieses wieder in Gas von geringerer   Strömungsgeschwindigkeit   einführt usf. 



   Die   Gesehwmdigkeitsverringerungen   und/oder die darauffolgenden Geschwindigkeitserhöhungen können auch in Stufen vorgenommen werden. 



   Das   erfindungsgemässe Verfahren   lässt sich am einfachsten in einer Rohrleitung durchführen, die eine oder mehrere Abschnitte engeren und darauffolgend weiteren   Quersehnittes   aufweist. Die Geschwindigkeit des eine solche Rohrleitung   durchströmenden   Gases nimmt in den erweiterten Abschnitten ab, in den verengerten zu, die im Gase enthaltenen   Fliissigkeitsteilehen   nehmen jedoch die veränderte Geschwindigkeit desselben nur verspätet an, so dass der zerstäuben wirkende Gesehwindigkeitsunterschied sowohl in den verengerten als in den erweiterten Rohrabschnitten auftritt. 



   Eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung zur   Durchführung   des erfindungsgemässen Verfahrens besteht aus einem System ineinander mündender Rohrelemente von zunehmender   Liehtweite,   in deren eines das   Zuführungsrohr   für das   Flüssigkeits-Gas-Gemiseh   mündet.

   Aus diesem Rohr tritt das Gemisch in das näehstfolgende weitere Rohr über, in welchem Gas mit geringerer Geschwindigkeit als die des eintretenden Gemisches in der gleichen Richtung wie dieses   dahinströmt,   sich mit dem Gemisch während dessen   Durchströmung   vermischt, wodurch eine einheitliche Geschwindigkeit entsteht, worauf dann das Gesamtgemiseh in das   nächstfolgende   Rohr übertritt, in welchem Gas mit grösserer Gesehwindigkeit als die des eintretenden Gemisches strömt, usf. 



   Die gewünschten Geschwindigkeiten werden durch entsprechende Bemessung der einzelnen Rohrquerschnitte erzeugt. Wenn z. B. die einzelnen Rohrelemente einander umgeben und sich abwechselnd erweitern und verengern, so wird die Geschwindigkeit der die zwischen den Rohren entstehenden, sich ebenfalls abwechselnd verengenden und erweiternden   Zwischenräume   durchstreichenden Gasströme an den aufeinanderfolgenden Austrittsstellen aus diesen   Zwischenräumen   abwechselnd kleiner und grösser sein als die Geschwindigkeit des im Rohrsystem selbst entlangströmenden Gemisches an den gleichen Austrittsstellen.

   Es können aber auch beispielsweise sämtliche Zwischen- 
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 tretende Gemisch stets in einen Gasstrom von geringerer Geschwindigkeit als seine eigene eintritt, und die Rohrelemente zwecks Erhöhung der Geschwindigkeit sich auf ihrer ganzen Länge oder zumindest einem Abschnitt derselben in der   Strömungsrichtung   verengern. Bei dieser   Ausführung entfallen   auf jedes Rohrelement zwei   Gesehwindigkeitsänderungen.   
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   Durchführung   des erfindungsgemässen Verfahrens. 



   Bei der   Ausführung   nach Fig. 1 ist in der Rohrleitung 1 des strömenden Gases über der Austrittsöffnung der   Flüssigkeitseinführungsdüse   2 ein sich in der   Strömungsrichtung   konisch verjüngendes Rohr 3 vorgesehen. Dieses Rohr ist von einem ebenfalls konisch ausgebildeten, aber sich in der   Strömungsrichtung   erweiternden Rohr 4 umgeben, dessen Ende über das Rohr 3   hinwegragt.   Das Rohr 4 ist wiederum von einem über dasselbe hinwegragenden, sich verjüngenden Rohr 5 umgeben, usf.

   Die Geschwindigkeit des im Rohr 3 dahinströmenden,   noch stark flüssigkeitshaitigen Gemisches   nimmt im Rohre. 3 zu ; das zwischen den Rohren 3 und 4 entlangströmende Gas, in welches auch Flüssigkeitsteilchen geraten können,   durchstreieht   stets zunehmende Querschnitte, seine Geschwindigkeit nimmt daher ab. Die Querschnitte sind so gewählt, dass das aus dem Rohr 3 austretende Gemisch in das aus dem Zwischenraum der Rohre 3 und 4   hervorströmende   Gas mit grösserer Geschwindigkeit als diejenige des Gases eintritt, so dass durch den Geschwindigkeitsuntersehied an der Oberfläche der eine Weile noch vor-   eilenden Flüssigkeitsteilehen die beschriebene zerstäubende Wirkung   hervorgerufen wird.

   Das Rohr 4 ragt zweckmässig um ein solches Stück über das Rohr 3 hinaus, dass am Ende dieser Strecke die Bewegung der   Fliissigkeitsteilchen   sich bereits auf eine mit derjenigen des Gases   nahezu übereinstimmende  
Geschwindigkeit verlangsamt hat. 



   Das zwischen den Rohren   4   und 5 dahinströmende Gas   durchstreicht   immer enger werdende Querschnitte, seine Geschwindigkeit nimmt demnach zu. Die Querschnitte sind so gewählt, dass das aus dem Rohr 4 austretende Gemisch in einen Gasstrom von grösserer   Gesehwindigkeit   als seine eigene eintritt, durch welchen   Gesehwindigkeitsunterschied   die gewünschte   Zerstäubungswirkung   hervorgerufen wird. Während der   Durchströmung   des überragenden Teiles des Rohres 5 gleicht sich die Geschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeitsteilchen einander wieder fast völlig an ; nach Verlassen des Rohres 5 tritt das Gemisch wieder in einen Gasstrom von geringerer Geschwindigkeit als die seine usf. 



   Wie ersichtlich, sind bei dieser Vorrichtung die Geschwindigkeitsunterschiede an den Austrittsstellen aus den Rohrelementen am grössten und die Zerstäubung von Flüssigkeitsteilehen erfolgt unter Vermeidung von Wirbelbewegungen, wodurch Verluste gleichfall vermieden werden. 



   Zwecks Erzeugung der sich erweiternden und verengenden   Zwischenräume zwischen   den einzelnen Rohrelementen können die letzteren nicht nur konisch, sondern auch brueh-und krummlinig 
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 anordnet. Hiebei erweitern sich die   Zwischenräume   an der einen Seite der Rohre, während sie sieh an der andern verengern, so dass die Geschwindigkeit des   austretenden   Gases an den einzelnen Punkten des Umfanges verschieden sein wird. 



   Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 nimmt der Querschnitt sämtlicher Zwischenräume in der Strömungsrichtung zu. Das aus den einzelnen Rohrelementen austretende Gemisch tritt stets in ein mit geringerer Geschwindigkeit als die seine dahinströmendes Gas ein. Die überragenden Teile der einzelnen Rohrelemente aber verengern sich in Richtung der Strömung, so dass nach der Verringerung bzw. der Aufhebung des   Geschwindigkeitsunterschiedes   die Gesamtmenge des entstandenen Gemisches wieder beschleunigt wird, d. h. jedes Rohrelement bringt ausser der beim Übertritt entstehenden noch   eine weitere Geschwindigkeitsänderung hervor. Bei dieser Ausführung, die sich besonders zum Einbau in das Saugrohr von Kraftmaschine eignet, liegen die Einlassöffnungen der Zwischenräume auf dem   
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 schlossen bzw. geöffnet werden. 



  Durch entsprechende Verlängerung der die Einlassöffnungen der   Rohrzwischenräume   trennenden
Wände 8 lassen sich die Öffnungen und gegebenenfalls auch das Schliessorgan für dieselben beispiels- weise dort anordnen, wo höhertemperierte Luft   zurVerfügung steht.   



   Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Zwischenräume ebenfalls sich erweiternd aus- gebildet, die über das vorangehende innere Rohrelement hinausragenden Teile der einzelnen Rohr- elemente aber verengern sich zunächst in der Strömungsrichtung und erweitern sich erst dann wieder. 



   Die Querschnitte sind so gewählt, dass das in die überragenden Rohrteile eintretende Gemisch auch hier in ein mit geringerer Geschwindigkeit als seine eigene strömendes Gas gelangt, worauf die Geschwin- digkeit der gesamten Menge des entstehenden Gemisches zunächst zu-, dann abnimmt, d. h. jedes einzelne
Rohrelement bringt ausser der beim Übertritt entstehenden noch zwei weitere Geschwindigkeits- änderungen hervor. 



   Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird das in das Rohr 9 eintretende, noch stark flüssigkeit- haltige Gemisch durch das in mehrere Rohre verzweigte Rohrelement 10 in mehrere Strahlen zerlegt. 



   Das Rohrelement 10 ist von einem ebenfalls verzweigten Rohrelement 11 umgeben. Während der
Strömung schiessen dann die Strahlen in dem gemeinsamen Rohrelement 12 wieder zusammen. Die nötigen   Geschwindigkeitsänderungen   ergeben sich durch Erweiterung und Verengung der Ein-und
Auslassöffnungen der Rohrelemente. 



   Die überragenden Längen der einzelnen Rohrelemente müssen unter sich nicht notwendig gleich sein, wie in der Zeichnung, sondern sie können z. B. nach Massgabe der Abnahme der Masse und damit der Trägheit der   Flüssigkeitsteilchen   in der   Strömungsrichtung   immer kürzer und kürzer werden. 



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann zwecks Begünstigung der Verdampfung der Flüssigkeit mit Heizkörpern oder einem Heizmantel versehen werden. Durch Anordnung von Leitblechen in bzw. vor einem oder mehreren Rohrelementen kann das strömende Gas oder Gemisch zur Verfolgung einer   schraubenlinienförmigen   oder sonstigen Bahn bzw. zur Wirbelbewegung gezwungen werden. 



   Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform z. B. sind in den einzelnen Rohren je vier   steilschraubenförmige   Leitbleehe 13, 13 eingebaut, durch welche der Luftströmung in den Rohr-   zwischenräumen   eine von der axialen abweichende Richtung gegeben wird, so dass die Luft auch noch jenseits der Rohrenden, d. h. dort, wo ihr das Gemisch aus dem inneren Rohr zuströmt, ihre drehende
Bewegung beibehält. 



   Die Rohrelemente der erfindungsgemässen Vorrichtung können beliebig geformte Quer- schnitte aufweisen. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Zerstäuben von   Flüssigkeitsteilchen   in strömenden Gasen, insbesondere den
Kraftstoffteilchen in der mit diesen beladenen Verbrennungsluft der Kraftmaschinen, dadurch gekenn- zeichnet, dass während der Strömung Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den Gas-und Flüssigkeits- teilchen hervorgerufen werden, indem die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches durch ein-oder mehrmalige Herabsetzung und darauffolgende Erhöhung (oder umgekehrt) geändert wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch zwecks Hervor- rufung der Geschwindigkeitsunterschiede durch ein Leitungselement von abwechselnd grösserem und kleinerem Querschnitt hindurchströmen lässt.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsänderungen durch Einführung des mit den Flüssigkeitsteilchen beladenen Gases in einen Gasstrom von abweichender Geschwindigkeit hervorgerufen werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den Gas-und Flüssigkeitsteilchen des Gasgemisches durch dessen Durchströmenlassen durch abwechselnd grössere und kleinere Querschnitte und durch Einführung desselben in einen Gasstrom von abweichender Geschwindigkeit hervorgerufen werden.

   5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeits- erhöhungen und/oder Geschwindigkeitsverringerungen in Stufen durchgeführt werden. <Desc/Clms Page number 4>

   6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen l, 2 und 5, gekennzeichnet durch eine Rohrleitung für das mit den Flüssigkeitsteilehen beladene strömende Gas, die an einer oder mehreren Stellen zunehmenden und daran anschliessend abnehmenden Querschnitt aufweist.

   7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 3 und 5, bestehend aus einem an das Gemischzuleitungsrohr angeschlossenen System einander umgebender Rohrelemente, deren jedes über das nächstinnere in der Strömungsrichtung hinwegragt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rohrelementeii, zweckmässig abwechselnd, sieh verengernde und sich erweiternde Zwischenräume zur Aufnahme des strömenden Gases vorgesehen sind.

   8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 3,4 und 5, bestehend aus einem System einander umgebender Rohrelemente, deren jedes über das näehstinnere in der Strömungsrichtung hinwegragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt sämtlicher Zwisehenräume zwischen je zwei Rohrelementen in der Strömungsrichtung zunimmt, während der Querschnitt der Rohrelemente selbst oder zumindest eines Teiles derselben in der Strömungsrichtung abnimmt.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der überragenden Teile der Rohrelemente in der Strömungsrichtung zunächst ab-, dann zunimmt.

   10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Elemente des Rohrsystems in zwei oder mehr Zweigrohre zerfallen, die dann sämtlich in ein gemeinsames Rohr oder Rohrsystem münden.

   11. Vorrichtung nach den Ansprüehen 7 bis 10, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Organe zum Schliessen und Öffnen der Einlassöffnungen der Rohrzwischenräume, welche sieh unmittelbar vor den Einlassöffnungen bewegen.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen der Rohrzwisehenräume auf dem Mantel des äussersten Rohres liegen und vor denselben ein beweglicher Schieber vorgesehen ist.

   13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 12, gekennzeichnet durch in oder vor einem oder mehreren Rohrelementen angeordnete, das strömende Gas bzw. Gemisch zu wirbelnder Bewegung zwingende Leitbleehe. EMI4.1