DE2443452A1 - Verfahren und anordnung zur vergasung fluessiger brennstoffe - Google Patents

Verfahren und anordnung zur vergasung fluessiger brennstoffe

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

  • Verfahren und Anordnung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe aus einem Brennstoff-Luftgemisch mit Hilfe einer mechanische Schwingungen im Ultra-Schallbereich ausführenden Schwingungsvorrichtung.
  • Es ist bereits eine Vorrichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe und Erzeugung eines gasförmigen Brennstoff-LuStgemisches in einem Mischrohr, das strdmungsmäßig vor einem unter mehreren Verbrennungsräumen angeordnet ist und in dem sich mindestens eine Einspritzdüse einer mittels einer Pumpeinrichtung mit Brennstoff versorgten Einspritzeinrichtung befindet, bekannt. Derartige Torrichtungen finden sich in verschieden abgewandelter Form bei nahezu allen Arten von Verbrennungskraftmaschinen, w.ie beispielsweise Otto-Motoren, Turbinen oder auch mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Heizungsanlagen jeglicher Art. Bei allen diesen mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Verbrennungskraftmaschinen besteht das Problem, den flüssigen Brennstoff möglichst vollständig in seine gasförmige Phase zu bringen und gleichzeitig den gasförmigen Brennstoff mit einer ausreichenden Luft-bzw. Sauerstoffmenge möglichst gleichmäßig zu mischen, so daß im Verbrennungsraum eine gleichmäßige und vollbständige Verbrennung erzielt werden kann. Diesem angestrebten Ziel ist man doch noch zur Zeit bei allen bisher bekannten Verbrennungskraftmaschinen weit entfernt.
  • Die mit der Vergasung bei den bisher bekannten flVergasernll auftretenden Probleme, welche mit der vorliegenden Erfindung verbessert werden, sollen im folgenden näher aufgezeigt werden.
  • Das für den Betrieb von Otto-Motoren notwendige Kraftstoff-Luftgemisch wird von den sogenannten"Vergasern" erzeugt, die jedoch den Kraftstoff nicht vollständig vergasen, sondern nur durch die angesaugte Luft ein Gemischnebel erzeugen, in dem der flüssige Treibstoff in Form von kleinen Tröpfchen in einem Luftstrom verteilt ist. Durch eine relativ komplizierte Luftführung wird versucht, daß die Flüssigkeitsteilchen auf dem Weg zum Zylinder durch Wärmeaufnahme verdampft werden. Das vorgewärmte vom Mischrohr zum Zylinder führenden Rohr, das in der Motortechnik Krümmer genannt wird, gibt jedoch seine Wärme im wesentlichen nur an solche FlUssigkeitsteilchen ab, welche die Wandung direkt berühren.
  • Dies ist jedoch nur ein relativ geringer Prozentsatz der vorhandenen Flüssigkeitsteilchen, so daß der überwiegende Teil der Brennstofftröpfohen in flüssiger Phase in den Verbrennungsraum gelangt. Will man den Prozentsatz der Flüssigkeitsteilchen erhöhen, welche die Wandung berühren, so müßte eine Wirbelströmung im Mischrohr zum Zylinder erzeugt werden, die jedoch eine erhebliche Energie für ihre Erzeugung verbraucht.
  • Moderne Vergaser weisen vier verschiedene Systeme auf, nämlich den IIauptvergaser, das Leerlauf-System, die Beschleunigungspumpe und die Stwbinrichtung. Der zur Verbrennung des Gemisches im Zylinder benötigte Sauerstoff strömt mit der vom Kolben beim Rückgang angesaugten Luft über ein Filter und ein Ansaugrohr zum Mischrohr. Im Mischrohr wird der flüssige Brennstoff bzw. das Benzin von der Luft mitgerissen, wobei man sich hierbei einer Erscheinung bedient, welche durch die bernoullische Beziehung beschrieben wird. Die Summe aus statischem Druck und Staudruck ist stets gleich, woraus folgt, daß bei Erhöhung der Geschwindigkeit der statische Druck abnehmen muß. Verengt man das Ansaugrohr an einer Stelle, beispielsweise in Form eines Venturi-Rohres, so muß die gleiche Menge Luft durch diesen verengten Querschnitt mit erhöhter Geschwindigkeit strömen. An der Stelle erhöhter Geschwindigkeit sinkt der Druck stark ab und es entsteht gegenüber der Umgebung ein Unterdruck. Durch diesen Unterdruck wird der flüssige Brennstoff aus dem Brennstoffzuführungsrohr herausgerissen und zerstäubt. Der Luftstrom führtdiese feinen Tröpfchen, wie eingangs erwähnt, zum Zylinder. Diese im Luftstrom vorhandenen Tröpfchen sind im wesentlichen der Grund, für die relativ unvollständige Verbrennung im Verbrennungs- oder Zylinderraum.
  • Es sind andererseits bereits Arbeiten über die Ultra-Schallzerstäubung bzw. Vernebelung von flüssigen Brennstoffen bekannt geworden, wobei man in erster Linie an Benzin für Vergasermotoren denkt. Hierbei wird der einströmende Brennstoff quantitativ vernebelt und besteht dabei aus wesentlich kleineren Tröpfchen als diejenigen, die herkömmliche Vergaser liefern. Letztere tragen somit bekanntlich ihren Namen zu Unrecht, denn sie vergasen nicht, sondern auch sie zerstäuben das aus der Düse austretende Benzin, wobei allerdings dabei zum Teil relativ große Tröpfchen gebildet werden, die dann erheblich langsamer verbrennen als ein echtes Gasgemisch, das man eigentlich haben möchte.
  • Bei der Anwendung von Ultra-Schall zur Vergasung von flüssigen Brennstoffen zeigen sich jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich der Ankopplung. Trifft nrimlich eine Ultra-Schallwelle auf eine Grenzfläche, die beispielsweise zwischen dem schwingenen und von einem Sender angeregten Metallkörper und einer Flüssigkeit besteht, so ändert sich der Schall-Wellenwiderstand an der Grenzflache sprunghaft und diese wird hier teilweise oder sogar total reflektiert. itierbei gelten etwa ähnliche Gesetze wie in der Lichtoptik. Die Schallwellenwiderstände von Metallen einerseits und Flüssigkeiten andererseits unterscheiden sich sehr stark, so daß die Reflektionsfaktoren an den Grenzen zwischen diesen beiden Stoffgruppen fast immer größer als 90% sind Pies bedeutet, daß beispielsweise zwischen Ketallen und Luft praktisch eine Totalreflektion herrscht, weil hier die Unterschiede der Wellenwiderstände noch um mehrere ioer Potenzen größer werden, so daß der Reflektionsfaktor nahezu eins wird. Somit kann auf die spezifisch sehr leichte Luft von einen Festkörper Raum Schwingungsenergie übertragen werden, wie auch umgekehrt; eine gute Übertragung setzt voraus, daß die kinetische Energie der schwingenden Masse des schweren Körpers nahezu gleich groß ist, wie die des leichten Gases. Dies bedeutet, daß das Gas mit einer sehr viel größeren Amplitude schwingen müßte, als das schwere Metall. Aus Gründen der Stetigkeit an der Grenzfläche ist dies jedoch nicht ohne weiteres möglich. Für den mechanischen topnlungsfaktor ist somit das Verhältnis der Schallwellenwiderstände verantwortlich. Aus diesen Gründen wurden bisher lediglich Versuche unternommen, Ultra-Schallenergie in eine reine flüssige Phase zu übertragen, um den flüssigen Brennstoff zu zerstäuben bzw. zu vernebeln.
  • Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Irobleme der aufgezeigten Art zu lösen, um eine Verbesserung der Vergasung von flüssigen Brennstoffen zu erzielen.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht, gemäß der Erfindung darin, daß bei einem Verfahren zur Vergasung flüssiger Brennstoffe aus einem Brennstoff-Luftgemisch mit Hilfe einer mechanische Schwingungen im Ultra-Schallbere ich ausführenden Schwingungsvorrichtung, der in einer Brennstoff-Luftgemisch-Strömung befindliche in flüssiger Phase und in Tröpfchenform und/oder in der Dampfphase vorliegenfe Brennstoff mit mindestens einer im Ultra-Schallbereich schwingenden Fläche zur tbertragung einer Energie, die ausreichend ist, um die gohasionskraft des Brennstoffes zu überwinden, in Ber;ihrun¢skontakt gebracht wird, und das sich bildende Gas mit dem Brennstoff-Luftgemisch verwirbelt und direkt oder indirekt einem Verbrennungsraum zugeführt wird.
  • Die Lösung der aufgezeigten Probleme erfolgt gemäß der Erfindung ferner mit Hilfe einer Anordnung zur Durchführung des oben genannten Verfahrens, wobei im Strömungskanal zwischen einem an sich bekannten Vergaser und einer Verbrennungskammer, vorzugsweise einer Kraftfahrzeug-Verbrennungsmaschine, eine im Ultra-Sohallbereich angeregte und mindestens eine schwingungsfähige Fläche aufweisende Schwingungs-vorrichtung derart ausgebildet und angeordnet ist, daß die in der Brennstoff-Buftgemisch-Strömung befindlichen flüssigen und/oder dampfförmigen Brennstoffbestandteile auf die schwingungsfähige Fläche treffen und von dieser eine Strömungsumlenkung erfahren.
  • Die Schwingungsvorrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer in mechanische Schwingungen weist vorzugsweise piezokeramische Bauelemente auf, welche aus modifiziertem Blei-Zirkonat-Titanat bestehen und welche mit Metallformkörpern zu einem mechanisch vorgespannten Wandler ausgebildet sind, der je einen Endabschnitt hoher und geringer Schallintensität aufweist. Die Schwingungsvorrichtung ist gemäß der Erfindung als Verbundschwinger mit einer oder mehreren Schraubverbindungen ausgebildet.
  • Derartige Schwinger sind, hinsichtlich ihres Grundaufbaues, an sich bekannt und werden bereits dort eingesetzt, wo große mechanische Schwingungsamplituden auftreten sollen, weil die mechanischen und di#-elektrischen Verluste dieses Blei-Zirkonat-Titanats sehr gering sind.
  • Nach der Erfindung ist der Endabschnitt hoher Schallintensität als mechanischer Transformator ausgebildet, derart, daß eine Transformation von einer quellseitig großen schwingenden Fläche mit kleiner Amplitude auf eine kleine schwingende Abstrahlfläche mit großer Amplitude durchführbar ist.
  • Vorteilhaft ist es die Schwing-ungsvorrichtung als Verbundschwinger auszubilden, wobei der Wandler durch einen Mittelbolzen mechanisch vorgespannt ist, wobei der Endabschnitt geringer Schallintensitüt einen Befestigungsflansch aufweist. Dadurch wird der Innenwiderstand des Endabschnittes mit geringer Schallintensität weiter erhciht md die Schallintensität des Endabschnittes mit höherer Schallintensität zusätzlich verstärkt.
  • Für die Erzeugung günstiger Schwingungsbedingungen und insbesondere für den Einsatz der Schwingungsvorrichgung in einem Kraftfahrzeug und insbesondere in einem Strömungskanal ist es besonders vorteilhaft, die Schwingungevorrichtung zylinderförmig auszubilden.
  • In Weiterentwicklung der transformatorischen Eienschaften der Schwingungsvorrichtung nacb der Erfindun ist es besonders vorteilhaft, mit dem Endabschnitt hoher: Schallintensität einen topfförmigen Schwingungskörper schallübertragungsmäßig derart anzukoppeln, daß der Topfboden zu Plattenwellen anregbar ist. De topfförmige Schwingungskörper bildet somit eine Membrane, welche in Draufsicht betrachtet kreisförmig ausgebildet ist und von ihren mit dem Hauptschwingungskörper verbundenen Randzonen von diesem mit in longitudinalen Wellen schwingender Ultra-Shcallenerg@ie beaufschlagt wird.
  • In der Membrane selbst bilden sich sogenannte Plattenwellen aus, die eine weitaus höhere Amplitude aufweisen, als die oberen Begrenzungsflächen eines zylindrischen Körpers, der in seiner axialen Hauptrichtung schwingt.
  • Nach der Erfindung ist der topfförmige Schwingungskörper mit dem Endabschnitt hoher Schallintensität verschraubt, wobei die oberen Seitenflächen des Schwingungskörpers innenseitig mit einem Gewinde versehen sind, das in ein Gegengewinde an den oberen Seitenflächen des Endabschnittes eingreift, In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Topfboden des Schwingungskörpers von einer mit dem Schwingungskörper integral verbundenen Hülse umschlossen, die mit Bohrungen zur Gasableitung verseilen ist. die Gesamtfläche der Bohrungen in der Hülse entspricht etwa der welche de Hülsenöffnung, welche ihrerseits etwa mit der läche des Vergaserausgangs übereinstimmt.
  • Um zu verhindern, daß zu vergasende Brennstofftronfen in dem e inströmenden Brennstoff-Luftgemisch durch die Bohrungen strömen, ohne mit einer schwingenden Fläche in Kontakt zu geraten, ist in der Hülse erfindungsgemäß ein Strömungsleitkörper angeordnet, der den in der Brennstoff-luftgemisch-Strömung befindlichen flüssigen und /oder dampfförmigen Brennstoffanteil gegen den Schwingungstopfboden leitet, derart, daß kein direktes Entweichen durch die in der Hülsenwandung befindlichen Bohrungen ohne Kontakt mit einer Schwingungsfläche stattfinden kann. tie Bohrungen durch die Hülsenwandung sind strömungsmäßig mit dem Verbrennungsraum verbunden.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind in der Hülse übereinander mehrere Gruppen von Bohrungen mit jeweils unterschiedlichen Querschnitten angeordnet, um ausreichende Strömungsquerschnitte der abgesaugten Brennstoff-IJuftgemisch-Gase für verschiedene Lastarten,wie Leerlauf, Halblast und Voll-ast zur Verfügung stellen zu können. Da sich die Bohrungen in einer Hülse befinden, die mit dem schwingenden topfförmigen Körper integral verbunden ist, und diese Hülse somit ebenfalls Ultra-Schallschwingungen ausführt, kann es vorteilhaft sein, die Bohrungen durch die Hülsenwandung mit scharfkantigen Rändern auszubilden, so daß eine schwingende Fläche vorhanden ist, welche der Dicke des Hülsenrnaterials entspricht. Dadurch wird zusztzlich Schallenergie auf eventuell noch vorhandene Flüssigkeitströpfchen übertragen und außerdem wird der Verwirbelungseffekt erhöht.
  • Die als Verbundschwinger ausgebildete Schwingungsvorrichtung ist mit dem im Endabschnitt geringer Schallintensität befindlichen Befestigungsflansch mit einer Hülse befestigt, wobei zwischen der Hülse und dem Schwinger vorzugsweise an Orten geringer Schwingungsamplituden, gasdichte Dichtungen angeordnet sind. Als gasdichte Dichtungen werden vorzugsweise Simmerring-Dichtungen verwendet.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausfffhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, näher erläutert. Hierbei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung der gesamten Anlage in Form eines Blockschaltbildes; Figur 2 einen Querschnitt durch eine Schwingungsvorrichtung nach der Erfindung, die an einen Strömungskanal zwischen Vergaser- und Krümmeranschluß angekoppelt ist; Figur 3 einen Querschnitt durch die schematische Darstellung des Schwingers nach Figur 2 im 3ereich des oberen Krümmeranschlusses; Figur 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des r2opfschwing5rs mit Hülse nach der Erfindung; Figur 5 eine Draufsicht auf den unteren Teil einer Schwingungsvorrichtung mit einem Flanschanschluß nach der Erfindung; Figur 6 einen Querschnitt zur Ausführungsform nach Figur 5 und Figur 7 eine Abwicklung des oberen Teils der Hülse nach Figur 4.
  • In Figur 1 ist die Anordnung der Erfindung im Zusammenwirken mit an sich bekannten Elementen rein schematisch dargestellt.
  • In einem Strömungskanal 1 befindet sich zwischen einem an sich bekannten herkömmlichen VerGaser 2 und einer Verbrennungskammer 3, welche beispielsweise ein Otto-Motor, eine Turbine oder auch eine Ileizungsanlage sein kann, eine im Ultra-Schallbereich angeregte Schwingungsvorrichtung 5. Diese weist mindestens eine schwingungsfähige Fläche 4 auf, welche in dem Strömungskanal 1 derartig angeordnet ist, daß die in der 3rennstoff-lufteemisch-Strömun befindlichen flüssigen xmd/oder dampfförmigen Brennstoffbestandteile auf die schwingungsfähige Fläche 4 treffen können und von dieser eine Strömungstunlenkung erfahren, wie später anhand der Figur 2 näher erläutert wird.
  • Mit 20 ist ein Brennstofftank bezeichnet, von dem aus dem Vergaser 2 mittels einer Pumpe 21 flüssiger Brennstoff zugeführt wird, welcher im Vergaser 2 mit Luft vermischt wird, die durch ein Filter 22 angesaugt wird. Aus dem Vergaser 2 entströmt somit ein Brennstoff-Luftgemisch mit einem relativ großen Anteil von Brennstoff in flüssiger Phase und zwar vorzugsweise in Tröpfohen-bzw. Nebelform. Es liegt jedoch auch Brennstoff in seiner Dampfphase vor. Mindestens die flüssige und die Dampfphase des Brennstoffes wird in dem Strömungskanal 1 mit der schwingrngsfähi;r,en Flciclle 4 des Schwingers 5 in Berührungskontakt gebracht, wodurch eine weitere Zerkleinerung der Tröpfchen und eine Vergasung derselben bewirkt wird.
  • Der Schwinger 5 besteht aus mehreren zeilen und ist vorzugsweise als Verbundschwinger hergestellt, wie später ebenfalls anhand der Figur 2 noch näher erläutert wird. Der Ultra-Schallsender besteht aus piezokeramischen Bauelementen, welche in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines elektromagnetischen Generators 23 erzeugt werden. Der Generator 23 regt den Ultra-Schallschwinger 5 beispielsweise mit einer frequenz von 21 KHz bei einer Leistung von 20 Watt an. Als Energiequelle des Generators 23 dient eine Batterie 24, beispielsweise eine Kraftfahrzeugbatterie, falls das in Figur 1 dargestellte System für ein Kraftfahrzeug Verwendung findet.
  • In Figur 2 ist ein Querschnitt der Schwingungsvorrichtung 5 wiedergegeben, die im Strömungskanal 1 liegt. Die Schwingunfrsvorrichtung 5 weist als Schwingungsquelle bzw. Schwingungswandler piezokeramische Bauelemente 25 und 26 auf, die in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei übereinander angeordneten Scheiben besteht. Diese haben beisrielsweise jeweils einen Außendurchmesser von etwa 38 mm und besitzen zur Durchführung eines Bolzens 8 eine zentrale Bohrung von beispielsweise 12, 5 mm. Jede Scheibe ist beispielsweise 6,3 mm stark und zwischen der untersten Scheibe und einem Metallkörper 7 und der oberen Scheibe 25 befinden sich Blektrodenanschlüsse 27 und 28, welche mit dem in Figur 1 dargestellten elektromagnetischen Generator 23 elektrisch verbunden sind, welcher in die piezokeramischen Bauelemente mit seiner Schwingungsfrequenz anregt, wodurch diese, gemäß ihrer Sigenfrequenz, Ultra-Schallschwingungen ausführen. Der Generator 23 soll vorzugsweise in der Resonanzfrequenz der piezokeramischen Bauelemente 25 und 26 arbeiten. Um dies zu erreichen, kann der Gene tor 23 hinsichtlich seiner Frequenzstabilität relativ weich ausgebildet sein. Dadurch wird erreicht, daß die piezokeramischen Bauelemente den Generator 23 in ihre Resonanzfrequenz ziehen.
  • Als oxydische Werkstoffe für die piezoelektrischen Elemente wird vorzugsweise modifiziertes ;3lei-Zirkonat-Titanat verwendet, mit denen besonders große mechanische Schwingungsamplituden erzielt werden können, weil die mechanischen und di-elektrischen Verluste dieser Ma-terialien äußerst gering sind.
  • Die piezokeramischen Bauelemente 25 und 26 sind mit Hilfe eines Mittelbolzens 8, der beispielsweise aus Stahl bestehenkann mit Metallformkörpern 6 und 7 miteinander verspannt.
  • Dadurch entsteht ein zusammengesetzter, durch den Mittelbolzen mechanisch vorgespannter Wandler mit je einem Endabschnitt 6 von hoher und einem Endabschnitt 7 von geringer Schallintensitat. Die Netallformkörper 6 und 7 können aus Aluminium bestehen, jedoch ist eine Legierung aus Aluminium-Eupfer-lWlagnesiunTBlel hier vorzuziehen. Die Anschlußelektroden 27 und 28, die auch einmal zwischen den piezokeramischen Bauelementen 25 und 26 und zum anderen zwischen dem Metallformkörper 7 und dem Bolzen 8 angeordnet sein können, bestehen vorzugslreise aus einer Legierung von Kupfer mit Beryllium.
  • Der Bolzen 8 erhält eine mechanische Vorspannung, welche beispielsweise 2,5 kp/mm2 beträgt.
  • Der untere Metallformkörper 7, d.h. der Endabschnitt geringer Schallintensität weist einen Befestigungsflansch io auf, mit der die Hülse 17 des Systems verschraubt ist, wobei sich zwischen der Hülse 17 und dem oberen Metallformkörper 6 bzw. Endabschnitt hoher Schallintensität an Orten geringer Schwingungsamplituden gasdichte Dichtungen 18 befinden. Als gasdichte Dichtungen können beispielsweise Simmerring-Dichtungen verwendet werden. Es lassen jedoch auch andere Sunststoff- oder Gummidichtungen verwenden, die in der Ultra-Schalltechnik an sich bekannt sind. Der Sinn dieser Dichtungen besteht darin, zu verhindern, daß in den Ströinungskanal 1 angesaugte Falschluft gelangt.
  • Der Endabschnitt hoher Schallintensität 6 ist als mechanischer Transformator ausgebildet, wobei eine Transformation von einer quellseitig großen schwingenden Flc''0he 29 mit relativ kleiner Amplitude auf eine kleine schwingende Fläche 9 mit großer Amplitude erzielt wird. Nit dem Endabschnitt 6 hoher Schallintensität ist ein topfförmiger Schwingungskörper 11 akustisch angeordnet derart, darD der Topfboden 12 zu Plattenwellen angeregt wird. Der topfförmige Schwingungskörper 11 stellt somit einen Biegeschwinger dar, der von seinen Randzonen angeregt wird. Die Anregung erfolgt von dem IIetallformkörper 6, welcher in longitudinalen Wellen in Richtung seiner Hauptachse schwingt. Die Fläche 30 des .5etallformkörpers C grenzt an Luft, so daß hier nraktisch eine Totalreflektion auftritt, da die Schallwellenwiderstände von Netallen einerseits und Luft andererseits sich sehr stark unterscheiden und zwar um mehrere Ioer Potenzen, so daß der Reflektionsfaktor praktisch gleich eins wird. Somit wird die kleinere Fläche 9 die Abstrahlfläche, welche mit dem topfförmigen Körper akustisch gekoppelt ist. Pür diesen Zweck ist der topfförraige Schwingungskörper 11 mit dem Metallformkörper 6 verschraubt. Wobei die oberen Seitenflächen des topfförmigen Schwingungskörpers 11 innenseitig mit einem Gewinde versehen sind, das in ein Gegengewinde an den oberen Seitenflächen des Metallformkörpers 6 eingreift.
  • Der Topfboden 12 des Schwingungskörpers 11 ist seinerseits von einer mit dem Schwingungskörper integral verbundenen Hülse 13 umschlossen, die mit Bohrungen 14 zur Gasableitung versehen ist. Im Querschnitt betrachtet zeigt der topfförmige Schwingungskörper ein Doppel-T-Profil.
  • In die Hülse 13 ragt ein Strönunbsleitkörper 16, der dafür sorgt, daß der in der Brennstoff-Luftgemisch-Strömung befindliche flüssige und/oder dampfförmige Brennstoffanteil gegen den Schwingungstopfboden 12 prallt, so daß kein direktes Entweichen durch die in der Hülse 13 befindlichen Bohrungen 14 ohne Kontakt mit einer Schwingungsfläche 4 stattfinden kann. Die Bohrungen 14 führen in eine Gas-Sammel oder -Umleitkammer 31, welche strömungsmäßig mit dem Krümmeranschluß bzw.
  • dem Strömungskanal 1 verbunden ist, welcher zum Verbrennungsraum 3 führt. In der Gasumleitungskammer findet zusätzlich eine Durchwirbelung des Gas-Luftgemisches statt, wodurch eine zusätzliche vorteilhafte Wirkung erzielt wird.
  • Mit 32 und 33 sind Steckbolzen bezeichnet, die in einer praktischen Ausführung für den Anschluß an ein Vergasergehäuse dienen.
  • Die Figur 3, welche einen Querschnitt durch den oberen Teil der Schwingungsvorrichtung 5 mit der Gasumleitkammer darstellt, veranschaulicht die Gasführung. Der Leitkörper 16 läßt dabei das Gemisch auf die Schwingungsfläche 4 prallen, wobei das so entstehende Gas durch die Öffnungen 14 in der Hülsenwandung 13 in die Gasumleitkammer 31 gelangen, welche die Gase um die Hülse 13 herum zum Krümmer 34 führen.
  • Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des topfförmigen Schwingungskörpers 11, bei dem die Hülse 13 eine duflilere Wandung aufweist, als die Wandungsteile 35, welche mit dem Metallformkörper 6 akustisch gekoppelt sind. Für diesen Zweck sind die Wandungsteile 35 innenseitig mit einem Gewinde versehen, das in eine Gewinden@eführung passt, die an dem Netallformkörper 6 vorhanden ist. Der Schwingungskör per 11 wird aus einem Stück gedreht, so daß die Hülse 13 mit den Wandungsteilen 35 integral verbunden ist. Damit führt die Hülse 13 auch in vorteilhafter Weise Schwingungen aus, wodurch zusätzliche Kontaktflächen vorhanden sind, welche den flüssigen Drennstoffanteilen Energie zuführen, um diese zu vergasen.
  • Die Figur 5 zeigt eine Draufsicht und Fi;ur 6 einen Querschitt durch den unteren Metallformkörper 7, der Schwingungsvorrichtung 5. Wie aus Figur 6 hervorgeht, besitt der Metallformkörper 7 einen flansch 1o, welcher integraler Bestandteil des Metallformkörpers 7 ist; d.h. dass dieser Metallformkörper aus einem StÜck gedreht wird, Figur 7 zeigt eine Abwicklung der Hülse 13 des Schwingungskörpers 11 mit ihren Bohrungen 14. In der Hülsenwandung 13 sind übereinander mehrere Gruppen von Bohrungen mit jeweils unterschiedlichen Querschnitten angeordnet, um ausreichende Strömungsquerschnitte der abgesaugten Prennstoff-Luftgemisch-Gase für verschiedene Lastarten, wie Leerlauf, Halblast und Voll-Last zur Verfügung stellen zu können. Die Bohrungen 14 durch die Hülsenwandung 13 können dabei scharfkantige Ränder aufweisen. Da die Hülse 13 integraler Bestandteil des Schwingungskörpers 11 ist, übt diese ebenfalls Ultra-Schallschwingungen mit relativ großen Amplituden aus und vergrößert somit die Kontakt- und Abstrahlflächen.
  • Mit der günstigen Ausgestaltung des oberen Metallformkörpers 6 des Verbundschwingers 5 als mechanischen Transformator etwa in Form eines Mason-Hornes in Verbindung mit einem Topfschwinger oder einem Schwinger der ein Doppel-T-Profil im Querschnitt aufweist, entstehen günstige Wellenformen mit großen Amplituden, so daß nicht nur durch direkte Kontakte der flüssigen Brennetoffteile mit den schwingenden Flachen Schwingungsenergie übertragen wird, sondern auch über die darüber befindlichen Gasgemische.
  • Zur Erzielung der genannten Verstärkereffekte lassen sich die verschiedensten Formkörper anwenden. So können die Formkörper beispielsweise in Form eines Exponentialkonus ausgebildet sein, jedoch läßt sich auch ein kegelförmiges oder ein abgestuftes Horn, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, verwenden. Es lassen sich auch derartige kegelförmige oder stufenförmige Hörner hintereinander schalten, wenn z.3. eine besonders starl-e Transformation verlangt wird.
  • Zu beachten ist jedoch, daß solche Geschvindigkeitstransformatoren sich ähnlich wie elektrische Transformatoren verhalten, d.. sie transformieren nicht nur die Amplitude, Teilchengeschwindigkeit oder Schallwechseldruck in gewünschter Richtung, sondern gleichzeitig auch den "Innenwiderstand" der Energiequelle.
  • Der Transformation sind jedoch technologische Grenzen gestuft, welche durch die Belastbarkeit des schwingenden'Materials bedingt sind. So betragen beispielsweise die höchstzulässigen Longitudinalamplituden bei Aluminium-Kupfer-Magnesium-Titan-Legierungen etwa 40 und bei hochwertigen Stählen 30 µm.
  • Durch die $Umwandlung in :Plattenwellen bzw. Bie£'eschwingungen gemaß der vorliegenden Erfindung, können diese Amplituden jedoch noch gesteigert werden.
  • Damit wird durch die Erfindung eine Anordnung beschrieben, mit der es möglich ist, den Anteil der flüssigen Brennstoffbestandteile eines Brennstoff-Luftgemisches, welches einem herkömmlichen Vergaser entströmt, erheblich zu verringern oder sogar völlig zu beseitigen, so daß keine flüssigen Brennstoffbestandteile mehr vorliegen.

Claims (17)

  1. Patentansprüche
    U Verfahren zur Vergasung flissiger Brennstoffe aus einem Brennstoff-Luftgemisch mit Hilfe einer mechanische Schwingungen im Ultra-Schallbereich ausführenden Schwingungsvorrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t, daß der in einer Biennstoff-Luftgemisch-Strömung befindliche in flüssiger Phase und in Tröpfchenform und/oder in der Dampfphase vorliegendc Brennstoff mitntndestens einer im Ultra-Schallbereich sch;ingrenden Fläche zur Übertragung einer Energie, die ausreichend ist, um die Kohäsionskraft des Brennstoffes zu überwinden, in Berührungskontakt gebracht wird, und das sich bildende Gas mit dem Brennstoff-Luftgemisch verwirbelt und direkt oder indirekt einem Verbrennungsraum zugeführt wird.
  2. 2. Anordnung zur Durchfiüirung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Strömungskanal (1) zwischen einem an sich bekannten Vergaser (2) und einer Verbrennungskammer (3), vorzugsweise einer Kraftfahrzeug-Verbrennungsmaschine, eine im Ultra-Schallbereich angeregte und mindestens eine schwingungsfähige Fläche (4) aufweisende Schwingungsvorrichtung (5) derart angeordnet ist, daß die in der Brennstoff-Luftgemisch-Strömung befindlichen flüssigen und/oder dampfförmigen Brennstoffbestandteile auf die schwingungsfähige Fläche (4) treffen und von dieser eine Strömungsumlenkung erfahren.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Schwingungsvorrichtung (5) zur Unwandlung elektromagnetischer in mechanische Schwingungen piezokeramische Bauelemente aufweist, welche aus modifiziertem Blei-Zirkonat-Titanat bestehen, und mit Metaliforinkörpern (6, 7) zu einem mechanisch vorgespannten Wandler ausgebildet sind, der je einen Endabschnitt hoher und geringer Schallintensität aufweist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Schwingungsvorrichtung (5) als Verbundschwinger mit einer oder mehreren Schraubverbindungen (8) ausgebildet ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Endabschnitt hoher Schallintensität (6) als mechanischer Transformator ausgebildet ist, derart, daß eine Transformation von einer quellseitig großen schwingenden Fläche mit kleiner Amplitude auf eine kleine schwingende Abstrahlfläche (9) mit großer Amplitude durchführbar ist.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Schwingungsvorrichtung (5) als Verbundechwinger, durch einen Mittelbolzen (8) mechanisch vorgespannter Wandler ausgebildet ist, wobei der Endabschnitt (7) geringer Schallintensität einen Befestigungsflansch (1o) aufweist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Schwingungsvorrichtung (5) zylinderförmig ausgebildet ist.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß mit dem Endabschnitt (6) hoher Schallintensität ein topfförmiger Schwingungskörper (11) schallübertragungsmäßig angekoppelt ist, derart, daß der Topfboden (12) zu Plattenwellen anregbar ist.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der topfförmige Schwingunsskörper (11) mit dem Endabschnitt (6) hoher Scha.llintensität verschraubt ist, wobei die oberen Seitenflzchen des Schwingungskörpers innenseitig mit einem Gewinde versehen sind, das in ein Gegengewinde an den oberen Seitenflächen des Endabschnittes eingreift.
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der Topfboden (12) des Schwingungskör pers (11) von einer mit dem Schwingungskörper integral verbundenen Hülse (13) umschlossen ist, die mit Bohrungen (14) zur Gasableitung versehen ist.
  11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Gesamtfläche der Bohrungen (14) in der Hülse (13) etwa der Fläche (15) der Hülsenöffnung entspricht, welche ihrerseits etwa mit der Fläche des Vergaserausgangs übereinstimmt,
  12. 12. Anordnung nach Anspruch lo oder 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß in der Hülse eln Strömungsleit körper (16) angeordnet ist, der den in der Brennstoff-Luftgemisoh-Strömung befindlichen flüssigen und/oder dampfförmigen Brennstoffanteil gegen den Schwingungstopfboden (12) leitet, derart, daß kein direktes Entweichen durch die in der Hülsenwandung befindlichen Bohrungen (14) olin Kontakt mit einer Schwingungsfläche (4) stattfinden ka@@
  13. 13. Anordnung nach Anspruch 10, 11 oder 12, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e -t, daß die Bohrungen (14) durch die Hülsenwandung (13) strömungsmäßig mit dem Verbrennungsraum verbunden sind.
  14. 14. Anordnung nach den Ansprüchen 1o bis 13, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß in der Hülse übereinander mehrere Gruppen von Bohrungen mit jeweils unterschiedlichen Querschnitten angeordnet sind, um ausreichende Strömungsquerschnitte der abgesaugten Brennstoff-Luftgemisch-Gase für verschiedene Lastarten wie, Leerlauf, Halblast und Voll-Last zur Verfügung stellen zu können.
  15. 15. Anordnung nach den Ansprüchen lo bis 14, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrungen durch die Hülsenwandung scharfkantige Ränder aufweisen.
  16. 16. Anordnung nach Anspruch 2 oder einem der voranstehenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die is Verbundschwinger ausgebildete Schwingungsvorrichtung (5) mit dem im Endabschnitt (7) geringer Schallintensität befindlichen Befestigungsfiansoh (10) mit einer Hülse (17) befestigt ist, wobei zwischen Hülse (17) und Schwinger an Orten geringer Schwingungsamplituden gasdichte Dichtungen (18) angeordnet sind.
  17. 17. Anordnung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß als gasdichte Dichtung eine Simmerring-Dichtung verwendet wird.
    L e e r s e i t e
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