-
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.