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Einrichtung zum Zuführen, Beimischen und Verbessern der Feinst-Zerstäubung
eines ersten Mediums in einem zweiten Medium unter der Einwirkung von Unter- bzw.
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Vb erdruck Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Zuführen,
Beimischen und Verbessern der Feinst-Zerstäubung eines ersten Mediums in einem zweiten
LIedium unter der Einwirkung von Unter-bzw. Vberdruck, insbesondere zum Aufbereiten
eines Luft-Brennstoff-Gemischs mit Zusatzluft im Bereich des knsaugrohrs eines Vergasers
für Verbrennungskraftmaschinen.
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Bekannt ist es bei Einrichtungen der eingangs beschriebenen Art, spritzfähige
Medien in flüssiger oder staubförmiger Form und mehr oder weniger mit geeigneten
Trägermedien in gasförmiger oder flüssiger Form vermischt unter Uberdruck oder unter
der Einwirkung eines durch Unterdruck in Strömungsrichtung
erzeugten
Druckgefälles in feinen Öffnungen oder Düsen zu entspannen. Die Auslegung der bekannten
Zerstäubungs- und Spritzdüsen erfolgt dabei unter dem Gesichtspunkt, daß jeweils
ein möglichst feiner Strahl des Mediums oder des Gemischs aus der Öffnung bzw. der
Düse austritt. Aus diesem Grunde finden sich lediglich Spritzdüsen, aus denen das
Medium bzw. das Mediumgemisch jeweils unmittelbar im engsten Querschnitt der Düse
nach außen austritt. Bei derartigen konvergenten Düsen herrscht im Endquerschnitt
der Düse ein Druck, der gleich dem Außendruck ist, wobei unter besonders günstiger
Ausbildung des sich in Strömungsrichtung verjüngenden Düsenverlaufs eine Umsetzung
des zur Verfügung stehenden Druckgefälles in Geschwindigkeit bis zu einem Wirkungsgrad
von maximal 99,5 % möglich ist. Dieser Umstand erklärt auch, daß sich die bekannten
konvergenten Düsen für übliche Anweadungszwecke als ausreichend geeignet erwiesen
haben, so daß in der Misch- und Zerstäubungstechnik so gut wie keine lavalartig
ausgebildeten Düsen zu finden sind. Bekanntlich verläuft der Querschnitt einer lavaldüse
nach anfänglicher Verengung erweitert. Durch den der Querschnittsverengung nachgeschalteten
Erweiterungsteil, der in der Literatur auch manchnal fälschlich als Diffusor bezeichnet
wird, lassen sich bei im wesentlichen gleicher Wirkung wie bei konvergenten Düsen
tfl)erschallgeschwindigkeit en erreichen.
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Inzwischen sind die Anforderungen, welche'. insbesondere die Industrie
und auch die sonstigen Verbraucher an Misch- und Zerstäubungseinrichtungen stellen1
beträchtlich gestiegen und es haben sich Grenzen der Anendungsmöglichkeiten der
bekannten Sinrichtungen aufgezeigt. ßo lassen sich beispielsweise hochgradig konzentrierte
Pflanzenschutzmittel und Insektizide nur dann wirtschaftlich und vor allem unschädlich
für die sonstige Umgebung anwenden, wenn sie besonders feinst zerstäubt und zumindest
annähernd homogen verteilt werden können. auf den verschiedensten technischen Gebieten
treten ähnliche Problemstellungen auf. U.a. bei der Zerstäubungskristallisation
oder
-trocknung, bei Oel-, Gas- und Staubfeuerungen, vor allem aber bei der Ausbildung
von Brennkammern und Nachbrennern von Triebwerken sowie von Strahl- und Staustrahltriebwerken,
wie auch beim Sprüh-Imprägnieren, Konservieren sowie Lackieren oder Einnebeln bzw.
Reinigen von Oberflächen und dergleichen mehr. Ganz besonders deutlich zeigen sich
diese Probleme bei Vergasern für Verbrennungskraftmaschinen.
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So sind bisher noch keine Vorschläge bekannt geworden, die den Wünschen
der Fachwelt und den auf diesem Gebiet ergangenen gesetzlichen Bestimmungen in mehr
als einer Beziehung und vor allem ohne nachteilige Auswirkungen auf andere Betriebsparameter
gerecht werden. Die Vielzahl der in dieser Richtung bekannt gewordenen Versuche
ist praktisch ausschließlich auf Einrichtungen zum weiteren Aufbereiten des über
das Leerlaufdüsensystem von einem Vergaser einer Verbrennungskraftmaschine zugeführten
Brennstoff-Luft-emischs mittels Zuführung von Zusatzluft über Öffnungen im Bereich
der Ansaugkanalwandung unmittelbar stromab der itündung des Leerlaufkanalsystems
in den Ansaugkanal beschränkt. Die Wirkungsweise dieser bekannten Maßnahmen zum
Verbessern der Gemischaufbereitung ist jeweils auf eine sog. dynamische Lufbereitung
des Kondensats aus dem Luft-Brennstoff-Gemisch abgestimmt, nicht aber auf die Verhinderung
der Ausbildung eines schädlichen Kraftstoff-Films gerichtet.
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Demnach muß bei den bekannten Lösungen jeder Störquelle, d.h.
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jedem Ort, an dem sich Kondensat im Ansaugrohr ausbildet, wie beispielsweise
im Bereich der Mündung des Leerlaufgemischkanals, eine entsprechende dynamische
Aufbereitung des Kondensats stromab in Form der Einmündung eines Kanals für Zusatzluft,
die ggf. thermisch aufbereitet ist, zugeordnet sein. Eine örtliche, annähernd ausreichende
Aufbereitung des Kondensats durch Verilebelung läßt sich dabei jedoch nur erzielen,
wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Zusatzluft verhältnismäßig groß ist und ausreicht,
um das Kondensat von der jand abzureissen und zu verwirbeln. Außerdem darf dabei
die Menge der zugeführten Zusatzluft nicht zu groß werden, weil sonst durch eine
übermäßige Abmagerung des Luft-Brennstoff-Gemischs dieses nicht nehr zündfähig ist.
So kann beisjielsweise bei Teillast und insbesondere
bei Voll-Last,
d.h. bei teilweiser bzw. ganz Seöffncter Drosselklappe das Duft-Brennstoff-Gemisch
aus der Hauptdüse durch die Zusatzluft derart abgemagert werden, daß die Temperatur
der Verbrennungskraftmaschine erheblich ansteigt, die einzelnen Zylinder unterschiedlich
mit Gemisch versorgt und dementsprechend unterschiedlIch heiß werden und bzw. oder
Löcher bei der Gemischversorgung beim Übergang von einer Drosselklappenstellung
in die andere auftreten, so daß der Effekt der zusätzlichen Maßnahmen nicht nur
in Frage gestellt ist, sondern nicht zu übersehende, mehr oder weniger schädliche
Auswirkungen auf die Verbrennungskraftmaschine nach sich zieht.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
der eingangs beschriebenen Gattung so auszubilden, daß nicht nur eine Feinst-Zerstäubung
sowie Londensat- und tropfellfreie Ausbildung des Lediumgemischs gewährleistet ist,
sondern darüber hinaus auch eine homogene Gemischaufbereitung in einer mehr oder
weniger stark pulsierenden Strömung und unter jeweils wechselnden Bedingungen sichergestellt
ist.
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Außerdem soll sich die erfindungsgemäße Einrichtung möglichst vielseitig
auf den verschiedensten technischen Gebieten anwenden lassen, wo das Problem einer
besonders 1 einen und nomogenen Verteilung eines flüssigen oder gasförmigen mediums
bz";.
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eines Gemischs aus mehreren Medien von besonderer Bedeutung ist, wie
beispielsweise insbesondere bei Wasch- und "rockeneinrichtungen sowie bei Vergasern
für Verbrennungskraftmaschinen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Zuführung des ersten
Ledluins bzw. von zu zerstäubenden Medien durch mindestens eine in Strömungsrichtung
divergierende innere Düse innerhalb einer Mehrfachdüse unter der Einwirkung des
zweiten Mediums erfolgt, das in mindestens einer aui3cren, in Strömungsrichtung
divergierenden Düse expandiert.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß sowohl das
in der inneren Düse zugeführte t..edium, als auch das in der äußeren Düse zugeführte
Medium, unabhangig von dem Mischungsverhältnis der Medien in Düsen expandieren,
die in Strömungsrichtung divergierend verlaufen, wobei mangels einer vorgeschalteten
Querschnittsverengung in den Düsen jeweilsdiffusorähnliche Verhältnisse zur Auswirkung
kommen und demnach die Geschwindigkeit der Medien bereits während der Dxpansion
innerhalb der Düsen zumindest teilweise in Druck umgesetzt wird. Zum Unterschied
gegenüber den bisher bei derartigen Einrichtungen angewandten Techniken und Düsenausbildingen,
die alle auf dem Prinzip der Umsetzung des Druckgefälles in Geschwindigkeit, d.h.
auf eine Geschwindigkeitserhöhung des zu zerstäubenden bzw. zusätzlich zuzugebenden
Mediums beruhen, wird nach der Erfindung die Umkehrung dieses bekannten Düseneffekts,
d.h. eine Geschwindigkeitsverringerung im Düsenaustrittsquerschnitt bei gleichzeitiger
Druckerhöhung durch eine Mehrfachdüsenanordnung erreicht, die entsprechend ihrem
Aufbau und ihrer Ausbildung eigentlich als eine Art Doppeldiffusor anzusprechen
ist. Dabei liegt der Erfindung insbesondere die überlegung zugrunde, daß bei einer
Gemischaufbereitung mit möglichst homogenem Aufbau und Verteilung des Gemischs zumindest
eine erhöhte Geschwindigkeit im Düsen austrittsquerschnitt schädlich ist, weil sich
insbesondere bei erhöhten Austrittsgeschwindigkeiten Geschwindigkeitsunterschiede
in den aus der Düse austretenden Strahlkegel nicht vermeiden lassen und dementsprechend
der homogene Aufbau und die Verteilung des Gemischs mehr oder weniger unkontrollierbaren
Kräften überlassen bleibt. Unter sonst gleichen Bedingungen, dfh. unter Ausnutzung
des gleichen Druckgefälles und einem entsprechenden Durchsatz können demgegenüber
bei der erfindungsgemäßen minrichtung diese Nachteile erst gar nicht oder nur in
beträchtlich vermindertem Umfange auftreten. So kann beispielsweise die erfindungsÕemaBe
Einrichtung besonders vorteilhaft für elasch- und bzv. oder Trockeneinrichtungen
Verwendung finden, bei denen es darauf ankommt, das bzw. die Medien jeweils möglichst
schonend
und gleichmäßig verteilt auf die zu behandelnden Oberflächen
aufzubringen. Besonders deutlich zeigen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen
Einrichtung bei Anwendung in einem Vergaser, beispielsweise enn durch die erfindungsgemäße
Einrichtung das in der Regel aus mehreren räumlich voneinander getrennten 30hrungen
für das fette Leerlaufgemisch und einem Schlitz als Mündung eines Kanals für Zusatzluft
bestehende Leerlaufgemischsystem im Ansaugrohr eines Vergasers durch eine einzige,
räumlich und baulicn zusammengefaßte Lehrfachdüse ersetzt wird.
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Während man bisher jeweils in Kauf genommen hat, daß das fette Leerlaufgemisch
aus den Bohrungen im Ansaugrohr zum größten Teil als Kondensat einen schädlichen
Kraftstoff-Film ausgebildet hat, der durch zusatzliche Ljaßnahmen und unter Inkaufnthme
von nicht erwünschten und zum Teil schädlichen Auswirkungen von der Wandung des
Ansaugrohrs erst wieder abgelöst erden mußte, kann nach der Erfindung eine schädliche
Kraftstoff-Film-Ausbildung gar nicht mehr auftreten, weil beim Auftreten eines Druckgefälles
in der erfindungsgemäßen Mehrfachdüse jeweils gleichzeitig Zusatzluft und ein entsprechender
Anteil an Luft-Brennstoff-Gemisch aus den Düsen austritt, die so ausgebildet sind,
daß sowohl die Expansion des Luft-Brennstoff-Gemischs als auch die Vermischung mit
der Zusatzluft zumindest im wesentlichen bereits innerhalb einer koachsialen Doppeldüse
erfolgt. Durch die räumliche und bauliche Vereinigung der Zuführungen des Leerlaufgemischs
und der Zusatzluft kann es demnach erst gar nicht zu einer besonderen Eondensat-
und bzw. Tropfenbildung des fetten Leerlaufgemischs kommen, so daß auch eine zusätzlichen
Maßnahmen zur Behebung der bekannten mangel und die Inkaufnahme der bekannten Nachteile
erforderlich sind. Dabei spielt es keine Rolle, ob die erfindungs0'emäße Einrichtung
bereits bei Auslegung des Vergasers funktionsmäßig und räumlich in diesen mit einbezogen
ist, was zu einer besonders kurzen Bauhöhe führt, oder aber in einem Zusatzflansch
dem Vergaser nachgeschaltet ist, dessen Bohrungen im Ansaugrohr durch -Stopfen verschlossen
und dessen Leerlaufgemischkanal und
Zusatzluftkanal über Umgehungskanäle
mit der erfindungsgemäßen Mehrfachdüse verbunden sind. Die grundsätzliche Wirkungsweise
der erfindungsgemäßen Mehrfachdüse ist in allen denkbaren Anwendungsfällen die gleiche
und läßt erforderlichenfalls eine weitgehende Anpassung an unterschiedlichste Betriebs-
und Anwendungsbedingungen zu. So ist nach einer besonders einfach herstellbaren
und robusten Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen, daß die Mehrfach-
bzw. Doppeldüse zumindest aus einem inneren Düsenkörper für die regelbare Zuführung
des ersten mediums bz. Mediumgemischs und einem äußeren, ringmantelartig ausgebildeten
Düsenkörper für die Zuführung des zweiten Mediums besteht. Die Anwendung einer derartigen
Doppeldüse ist demnach denkbar einfach, weil sie maschinell einjustierbar und prüfbar
ist und sich demnach wie eine gewöhnliche Düse einsetzen und auswechseln läßt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesellen,
daß zumindest eine innere Düse im Bereich des engsten Querschnitts einer äußeren
Düse endet. Durch eine derartige gegenseitige Zuordnung läßt sich n-mlich überraschenderweise
auch ein üblicher Lufttrichter oder eine lavalähnlich ausgebildete Außendüse in
Kombination mit einer gemäß der Erfindung derart ausgebildeten Innendüse verwenden,
daß jede Düse einen ausschließlich in Strömungsrichtung einen divergierenden Verlauf
aufweist, d.h. die diffusorartige Erweiterung der lavalähnlichen Düse ab deren engstem
Querschnitt für beide Medien und der zwischen der Verengung der lavalähnlichen Düse
und dem Außenmantel der inneren Düse gebildeten Ringdüse für das äußere Medium divergieren
in Strömungsrichtung.
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In den meisen Anwendungsfällen der erfindungsgemäßen Sinrichtung dürfte
jedoch die beabsichtigte Wirkung in ausreichender Annäherung auch dann erzielt werden,
wenn zumindest eine innere Düse einen kleineren Öffnungswinkel als der Fegelwinkel
einer in dieser Düse verstellbar angeordnet en Düsennadel aufweist und daß zumindest
eine äußere Düse ab dem Bereich
ihres engsten Querschnitts bis zum
Düsenaustritt bzw. zum lande der Mehrfachdüse, diffusorartig ausgebildet ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine derartige
Abstimmung der Düse vorgesehen, daß der Öffnungswinkel zumindest einer äußeren Düse
bzw. deren rotationssymetrisc divergierende ausbildung ab dem Bereich ihres engsten
Querscimitts etwa dem Öffnungswinkel bzw. der Erweiterung der Ringdüsenausbildung
zwischen der Auß enwandung der koachsial angeordneten inneren Düse und der Innenwandung
der äußeren Düse entspricht. U.a. läßt sich durch eine derartige Auslegung eine
besonders gute Anpassung an wechselnde Betriebsbedingun£;en ohne nachteiliÖe Beeinflussung
der Funktion der Ltehrfachdiise erzielen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dXJ zumindest eine innere und äußere Düse der Mehrfach- bLw. Doppeldüse regelbar
ausgebildet sind, so daß auch Anpassungen an besondere Betriebsbedingungen, insbesondere
im Hinblick auf spezifisch unterschiedliche Anwendungen leicht möglich sind. Beispielsweise
kann die Regelung zumindest einer der Düsen der Mehrfach- bzw. Doppeldüse wenigstens
teilweise durch Änderung der gegenseitigen Zuordnung erfolgen. Auch ist es möglich
die Regelung zumindest einer der Düsen der Mehrfach-bzw. Doppeldüse durch koachsiale
Relativverschiebung von Düsen-und bzm. oder Kilfstoilen, insbesondere unter Einwirkung
an sich bekannter mechanischer, pneumatischer, hydraulisciler, thermischer, elektromagnetischer
bzw. elektronischer sowie sonstiger Kräfte in Abhängigkeit von äußeren und inneren
Bedingungen wenigstens teilweise selbsttätig gesteuert auszubilden.
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Je nach Größe und Ausbildung der erfindungsgemäßen Mehrfachdüse kaun
sowohl der äußere Düsenkörper und bzw. oder der innere Düsenkörper jeweils mehrere
in Strömungsrichtung divergierende Düsen aufweisen. Für die neisten Anwendungsfälle
dürfte aber zumindest in erster Näherung eine einfache Doppeldüsenausbildung ausreichen.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Aufbereitung
eines zündfähigen,kondensat- und tropfenfreien sowie feinst-zerstäubten und homogenen
Luft-Erennstoff-Gemischs in Vergasern von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere
unter Kaltstart-und Leerlaufbedingungen sowie im Übergang bei wechselnden Drehzahlen
und bzw. oder Belastungen.
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So ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen,
daß die Aufbereitung des Luft-Brennstoff-Gemischs zumindest in Leerlaufbereich ausschließlich
durch eine oder mehrere, das bekannte Leerlauf- und bzw. oder Hauptdüsensystem des
Vergasers ersetzende @ehrfach- bzw. Doppeldüsen erfolgt.
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Dabei kann eine Doppeldüse in die Mündung des bekannten Leerlaufgemischkanals
unterhalb der Drosselklappe in die Wand des Ansaugrohrs und bzw. oder eine andere
Doppeldüse anstelle der üblichen Hauptdüse eingesetzt sein. Der äußere Düsenlrörper
kann dabei durch eine Art Lufttrichter ersetzt sein. Auch ist es möglich, die Doppeldüsen
ohne bauliche Veränderungen an bekannten Vergasern in Zusatzflanschen anzuordnen,
die in Strömungsrichtung dem Ansaugrohr vor- und bzw. nachgeschaltet sind.
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Die Mündungen des üblichen Leerlaufgemischkanals in das Lnsaugrohr
lassen sich durch geeignete Stopfen oder Verschraubungen leicht verschließen und
der Leerlaufgemischkanal über einen Umgehungskanal mit dem inneren Düsenkörper der
Doppeldüse verbinden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der übliche
Leerlaufgemischkanal bis zu einer entsprechenden Ausnehmung in den Zusatzflansch,
die über einen Zwischenkanal mit dem inneren Düsenkörper der Doppeldüse verbunden
ist, aufgebohrt ist0 Die Verbindung zwischen dem inneren Düsenkörper der Doppeldüse
und dem Leerlaufgemischkanal kann aber auch ohne zusätzliche Bearbeitung bei bekannten
Vergasern dadurch erfolgen, daß anstelle der üblichen Leerlauf-Regulierschraube
ein Rohr eingeschraubt wird, das in den Zwischenkanal des Zusatzflansches einmündet
oder direkt durch den äußeren Düsenkörper hindurchgeführt und mit einer entsprechenden
Öffnung im inneren Düsenkörper verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft,
den
inneren Düsenkörper in Bereich der Einmündung des Zwischenkanals bzw. des Rohrs
gegenüber den äußeren DüsehLörer durch.
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mehrere Stege achsial verschiebbar abzustützon, von denen zumindert
einer einen schlitzartigen Durchbruch für die Zuführung des Leerlaufgemischs aufweist.
Die gegenseitige. Einstellung der Düsenkörper läßt sich dann auf besonders einfache
Weise gegen die Wirkung von mindestens einer Feder verstellen und durch eine mutterartige
Verschraubung in der jeweils erforderlichen mittleren Zuordnung justieren0 Uberraschenderweise
lassen sich insbesondere bei Ersatz des üblichen Leerlaufgemischsystems und der
bekannten Zusatzluft-Beimischung an bekannten Vergasern spürbare Verbesserungen
der Gemischaufbereitung auch mit DQopeldüsen erzielen, die aus teilweise konvergent
und divergierend in Strömungsrichtung verlauf enden Querschnitten zusammengesetzt
sind und bzw.
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oder einen lavaldüsenähnlichen Aufbau aufweisen. Dies erklärt sich
aus dem Umstand, daß bekanntlich ein mit einfacher oder mehrfacher Uberschallgeschwindigkeit
strömendes Gas eine größere Energie beinhaltet und demnach auch mehr Energie abgeben
kann, als ein mit Unterschallgeschwindigkeit expandierendes Gas.
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Diese an sich bekannte Tatsache läßt sich im Zusammenhang mit der
erfindungsgemäßen Doppeldüse besonders einfach den jeweils geforderten Strönungs-
bzw. Luft-Brennstoff-Gemisch-Bedingungen anpassen und nach zwei Richtungen hin verfeinern,
je nach dem, ob die Gemischaufbereitung in t.7eiterbildung der an sich bekannten,
in erster Linie geschviindigkeitsabhängigen Kondensats-Verwirbelung, oder aber mehr
oder weniger auch bzw@ oder überwiegend auf der Grundlage von im Bereich des Austrittsquerschnitts
der erfindungsgemäßen Doppeldüse entstehenden Diffusor-Stoßwellen erfolgen soll.
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So kann beispielsweise die äußere Düse so ausgebildet und gegenüber
der inneren Düse so angeordnet sein, daß durch sehr hohe, insbesondere durch einfache
oder mehrfache Überschallgeschwindigkeit im Bereich des Endquerschnitts der inneren
Düse ein extrem hoher Unterdruck erzeugt und demnach eine besonders feine und homogene
Feinst-Zerstäubung des aus der inneren Düse expandierenden
Luft-Brennstoff-Gemischs
erzielt wird, ohne daß dabei, wie bei.
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bekannten Injektoren, das aus der inneren Düse austretende medium
mit dem äußeren Ledium in einem konvergent in Strömungsrichtung verlaufenden Düsenteil
eine Einschnürung erfährt und die eigentliche Zerstäubung erst ### außerhalb des
Austrittsouerschnitts der äußeren Düse einsetzen kann. Während nämlich bei bekannten
Injektordüsen die medien bereits vor den engsten Düsenauersclmitt zusammengeführt
werden, so daß hierfür Überschallgeschwindigkeiten weder verwendet noch in dem konvergent
zulaufenden Düsenendteil erzielt werden können, erfolgt die Zumischung der Medien
bei der erfindungsgemäßen Doppeldüse im Bereich des engsten Querschnitts der äußeren
Düse, so daß bei lavaldüsenähnlicher Ausbildung des Brweiterungsteils der äußeren
Düse nach dem engsten Querschnitt unter Ausnutzung an sich belrnfter Überschalleffekte
praktisch das gesamte Druckgefälle in Geschwindigkeit umgesetzt und dementsprechend
das Mediumgemisch beschleunigt werden kann, was im Sinne der bekannten Geschwindigkeitsverwirbelung,
die jedoch auf Geschwindigkeiten bis zur Schallgrenze beschränkt ist, ebenfalls
zu einer spürbaren Verbesserung der Gemischaufbereitung führt.
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Andererseits läßt sich die erfindungsgemäße Doppeldüse in dem eingangs
aufgezeigten Sinne diffusorartig ausbilden und dabei der ebenfalls an sich bekannte
Effekt ausnützen, daß am Diffusoraustritt durch die zumindest in dem diffusorartig
ausgebildeten Düsenendteil auftretende Geschv/indigkeitsumsetzung in Druck Stoßwellen
entstehen, die eine noch bessere Wirkung auf die Aufbereitung,Feinst-Zerstäubung
und homogene Verteilung des Luft-Brennstoff-Gemischs ergeben, als dies mit ausschließlicher
Geschwindigkeit 5 erzeugung in der erfindungsgemäßen Doppeldüse möglich ist und
dabei gleichzeitig aber die eingangs aufgezeigten Dachteile einer ausschließlich
geschwindigkeitsorientierten Gemischaufbereitung von vorneherein ausschließen.
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Der grundsätzliche Vorteil der erfindungsgemäßen Gemischaufbereitung
durch Stoßwellen gegenüber der ausschließlichen Beeinflußung durch Erhöhung der
Geschwindigkeit der Medien ist insbesondere darin zu sehen, daß die Stoßwellen-Beeinflussung
eine wesentlich vielseitigere und problemlosere Anwendung, insbesondere in unterschiedlichen
Drehzahl- und Lastbereichen ermöglicht, d.h. wesentlich übersehbarer und günstiger
auf Änderungen von Einzelgrößen reagiert, so daß schädliche Auswirkungen innerhalb
üblicher Betriebsbereiche bei entsprechender Anpassung an die jeweilige magere oder
fette Auslegung der Verbrennungskraftmaschine mit Sicherheit ausgeschlossen erden
können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen
und mehr oder weniger schematischen Zeichnungen hervor. Es zeigen: Fig. 1 einen
Schnitt durch ein Rohrteil, beispielsweise ein Ansaugrohr eines Vergasers, mit einer
nordnung der für eine Mehrfachdüse gemaß der D.rfindung wesentlichen Düsenteile
und Fig. 2 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Doppeldüse, im wesentlichen nach Fig. 1, jedoch in einem ZusaQzflansch unterhalb
einem nur teilweise darbestellten Vergaser,als Ersatz für das übliche Leerlaufgemischsystem
angeordnet.
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In beiden Figuren sind einander entsprechende Merkmale der besseren
Übersichtlichkeit wegen jeweils mit den gleichen Bezugs zeichen versehen. In beiden
Figuren ist eine Mehrfach-bzw. Doppeldüse 1 dargestellt, die zumindest einen inneren
Düsenkörper 2 und einen äußeren Düsenkörper 3 aufweist. Bim ersten Ausführungsbeispiel
wird der äußere Düsenkörper teilweise
von einem Ansaugrohr 4 gebildet,
beim zweiten Ausführuns'sbeispiel bildet der äußere Düsenkörper gleichzeitig einen
Teil eines Zusatzflansches 5. Die Mehrfachdüse 1 kann aber auch als in sich abgeschlossene
Baueinheit in den Zusatzflansch 5 oder in das Ansaugrohr 4 eingesetzt sein. Sowohl
der innere als auch der äußere Düsenkörper 2 und 3 weisen einen im wesentlichen
röhrförmigen Aufbau auf, der in Strömungsrichtung jeweils in einer inneren bzw.
äußeren Düse 21 bzw. 31 ausläuft. Im Inneren des inneren Düsenkörpers 2 ist eine
koachsial verstellbare Düsennadel 6 angeordnet, die mit einem Kegel 61 im Bereich
des Austrittsquerschnitts 22 der inneren Düse 21 endet. Der Kegel-Winkel des Kegels
61 der Düsennadel 6 ist größer als der (jffnungswinkel der inneren Düse 21.
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Zum Unterschied gegenüber Figur 1 geht in Figur 2 der Kegel 61 ohne
Verjüngung in die Düsennadel 6 über. Bei beiden Ausführungsbeispielen verläuft demnach
der Düsenquerschnitt der inneren Düse 21 in Strömungsrichtung ab der Basisfläche
des Kegels 61 divergierend.
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Die innere Düse 21 endet jeweils im Bereich des engsten Querschnitts
10 der äußeren Düse 31 und bildet mit einem Außenkegel 24 und einem koachsial angeordneten
Innenkegel bzw. lavaldüsenähnlich ausgebildeten Düsenteil 34 eine Ringdüse 7 mit
in Strömungsrichtung divergierend verlaufendem Querschnitt.
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Zu diesem Zweck ist der Öffnungswinkel des Außenkegels 24 größer gehalten
als der Offnungswinkel des Innenkegels 34.
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Die lage der durch die vorbeschriebene Düsenausbildung und gegenseitige
Zuordnung gegebenen engsten Querschnitte 8, 9 und 10 in den Düsen 21, 7 und 31 läi3t
sich durch achsiales Verschieben der Düsennadel 6 und bzw. oder des inneren Düsenkörpers
2 gegenüber den äußeren Düsenkörper 3 den jeweiligen Auslegungs- bzw. Betriebsbedingungen
anpassen.
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Im folgenden Xdrd die Punktion der erfindungsgemäßen Do*peldüse anhand
des Ausführungsbeispiels 2 näher erläutert, wobei
die übliche Funktion
eines Vergasers bei der Leerlaufgernischaufbereitung bei geschlossener Drosselklappe
40 im unteren Teil des Ansaugrohrs 4 eines sonst nicht naher dargestellten Vergasers
als bekannt vorausesetzt werden darf. In Abänderung der bekannten Wirkungsweise
eines Vergasers sind in Figur 2 Bohrungen 43 und 44, durch die üblicherweise fettes
Beerlaufgemisch 41 über einen Leerlaufgemischkanal 42 in das Ansaugrohr 4 bei Leerlauf
und Teillast zugeführt wird, durch Stopfen 45 und 46 verschlossen, so daß kein Gemisch
in das Ansaugrohr austreten und demnach auch im Bereich unter den Bohrungen 43 und
44 kein schädlicher Kondensatfilm auftreten kann. Der Leerlaufgemischkanal 42 ist
dafür über einen rohrförmigen Umgehungskanal 47, der mittels einer Verschraubung
48 anstelle der üblichervJeise vorgesehenen Leerlaufgemisch-Regulierschraube in
das Vergasergehäuse eingesetzt ist, oder aber über eine Verlängerung 49 direkt mit
einer Ausnehmung 50, sowie über Zischenkanalstücke 51 und 52 mit den Innenraum des
inneren Düsenkörpers 2 verbunden. Um trotzdem die achsiale Verschiebbarkeit des
inneren Düsenkörpers 2 zu gewährleisten, ist dieser an radial vorspringenden Stegen
53 des äußeren Düsenkörpers 3 nach Art einer Gleitpassung gelagert. liner der Stege
53 ist durchbrochen und mit dem Zwischenkanalstück 52 verbunden1 das mit einem schlitzartigen
Durchbruch in dem inneren Düsenkörper 2 korrespondiert. Dem äußeren Düsenkörper
3 wird Zusatzluft 55 über eine Rohrleitung 56 und einen entsprechenden Durchbruch
57 zugeführt. Die Düsennadel 6 ist in einem Gewinde 58 durch Verdrehen einer einstückig
aufgesetzten Stiftschraube 59 verstellbar. Der innere Düsenkörper 2 ist mit einem
Ansatz 60 in einem Bund 61 des äußeren Düsenkörpers 3 verschiebbar gelagert und
weist an seiner dem Ansaugrohr 4 abgewandten Ende einen Flansch 62 auf, der beidseitig
von Federn 63 und 64 beaufschlagt ist, die ihrerseits aiif der Stirnseite des Bunds
61 und einer Überwurfmutter 65 abgestützt sind, durch welche der innere und äußere
Düsenkörper 2 und 3 mit mehr oder weniger Spiel tür Relativverschiebung gegen den
Widerstand der ledern 63 und 64 zusammeng@halten und justierbar sind.
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Beim Anlassen der nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine wird
in Abhängigkeit der Schließzeiten der Ventile der einzelnen Zylinder im AnsauSrohr
4 ein mehr oder weniger großer und pulsierender Unterdruck erzeugt. Die erfindungsgemäße
Mehrfach-bzw. Doppeldüse 1 spricht bereits auf sehr geringe Druckgefälle an, so
daß mit zunehmender Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und vor allem bereits
früher als das mit gewöhnlichen Bohrungen oder Schlitzen üblich ist, ein entsprechend
aufbereitetes und feinst verteiltes Gemisch in das Ansaugrohr 4 eintritt und von
den Zylindern angesaugt werden kann. Die dabei auftretende gegenseitige Beeinflussung
der Düsen 7, 21 und 31 vjird am besten verständlich, wenn man für den ersten Schritt
der Betrachtungsweise annimmt, daß anstelle der inneren Düse 21 ein pilzähnlicher
Regelkörper, dh. kein zusätzlicher Austritt eines weiteren IScdiums zu berücksichtigen
ist. Beim Auftreten eines Druckgefälles viird demnach in der Ringdüse 7, je nach
deren Ausbildung als reine Erweiterungsdüse oder als lavalartig ausgebildete Düse
mit einem entsprechend diffusorartig ausgebildeten 3rvreiterungsteil, beim Expandieren
des Gases die Geschwindigkeit bis auf mehrfache Überschallgeschwindigkeit ansteigen
und sich ein dementsprechend großer Unterdruck ausbilden, der im wesentlichen auf
den Bereich zwischen den engsten Querschnitten 9 und 10 beschränkt bleiben darf.
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Beim weiteren Expandieren kann dann, wiederum in Abhängigkeit der
Düsenausbildung, die Geschwindigkeit in Druck umgesetzt und damit beim austritt
des Mediums aus der Düse 31 das Auftreten von Stoßwellen bewirkt werden, oder aber
das Druckgefälle zumindest teilweise in Geschwindigkeit umgesetzt werden, so daß
für die Gemischaufbereitung wahlweise oder gleichzeitig Stoßwellen und bzw. oder
Geschwindigkeitsenergie vervrendet werden kann.
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Die gleiche Betrachtungsweise läßt sich vorab für die Liirkunbsweise
der inneren Düse 21 anstellen, wenn man voraussetzt, daß die äußere Düse 31 vorerst
nicht vorhanden wäre. Dann wird das aus der inneren Düse 21 unter der Einwirkung
eines in Strömungsrichtung wirkenden Druckgefälles austretende Luft-Brennstoff-
Gemisch,
je nachdem, ob die Düse 3 divergierend oder gemischt konvergierend -divergierend
ausgebildet ist, an sich den gleichen Gesetzmäßigkeiten folgen wie das gasförmige
Medium in der Ringdüse 7 und der Außendüse 31, allerdings mit der Sinschränkung,
daß durch den Flüssigkeitsanteil des Gemischs entsprechende Abweichungen auftreten,
die jedoch für die weitere Betrachtung zumindest vorerst außer Acht gelassen werden
können.
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In der Düse 21 kann demnach ebenfalls wahlweise oder gleichzeitig
das Leerlaufgemisch beim Expandieren Geschwindigkeit in Druck und bzw. oder Druck
in Geschwindigkeit umsetzen, wobei für die jeweilige Auslegung maßgebend ist, ob
eine magere oder fette Grundeinstellung der mit Gemisch zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine
vorliegt.
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Die gegenseitige Abstimmung der inneren und äußeren Diese 21 und 31
hat nun im wesentlichen nach den Gesichtspunkten der gegenseitigen Beeinflussung
zu erfolgen. So sind die engsten Querschnitte 8, 9 und 10 so zu zählen, daß einerseits
in einem möglichst weiten Betriebsbereich die gevainschte Gemischversorgung ohne
Abmagerungserscheinungen oder Uberfettungen gewährleistet ist und andererseits durch
die Geschwindigkeit des äußeren Mediums im Bereich zwischen den engsten Querschnitten
7 und 10 ein extrem hoher Unterdruck erzeugt wird, Das Unterdruckgefälle, das an
der inneren Düse 21 wirksam wird, ist dann derart gegenüber einer räumlich getrennt
angeordneten Anwendung im Ansaugrohr aufgebessert, daß bereits bei relativ geringen
Anlaßdrehzahlen eine ausreichende Gemischaufbereitung gesichert ist, gleichzeitig
aber nach Anspringen der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere bei Drehzahl-
bzw. Lasterhöhungen Schwankungen in der Gemischbildung und Aufbereitung nicht auftreten
können. Hierbei müssen ggf. Besonderheiten der Auslegungen von verschiedenen Verbrennungskraftmaschinen
durch die Verstellmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Mehrfach-bzw. Doppeldüse einzeln
ausgeglichen werden. Fdr den hier in Betracht zu ziehenden Regelfall dürfte es jedoch
ausreichen, die Justierung der erfindungsgemäßen Ltehrfach- bzw. Doppeldüse, bezogen
auf das Leerlaufsystem, auf Kaltstartbedingunen und
bezegen auf
das Hauptdüsensystem, auf mittlere Lastverhältnisse einzustellen. Weitere Anpassungen,
wie sie beispielsweise bei Rennmotoren oder dergleichen gefordert werden, sind im
Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich, gehen jedoch über den Umfang der hier
zu behandelnden grundsätzlichen Problemstellung hinaus.
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Die erfindung ist nicht auf die gezeichneten Ausführungsbeistiele
beschränkt. Insbesondere wäre es auch möglich, durch strömungsgünstige Ummantelung
eines zu versprühenden Mediums durch ein gasförmiges oder flüssiges Arbeitsmedium
unter Vermeidung von Strahleinschnürungen besonders günstige Bedingungen für eine
Feinst-Zerstäubung unil homogene Verteilung zu erzielen und damit Voraussetzungen
zu schaffen, die ein relativ weiches, jedoch intensives Bearbeiten von Oberflächen
ermögüblichen, wie dies beispielsweise bei Wasch- und Trocknungs-Prozessen sowie
beim Aufsprühen von Lacken und dergleichen immer mehr gefordert wird.
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- Patentansprüche -