DE2544771A1 - Duese - Google Patents

Description

2HAMBURQ 13

POSTFACH4109

PATENTANWALT

6. Oktober 1975 οιρι_.-ινθ. vingenz _v. raffay

PATENT- und RECHTSANWALT' DIPL.-INQ. DR. JUR. GERT HELDT

Unsere Akte: 2181/10

Anmelder: Clean Air Company Inc. "Cacsa"

Panama, Plduciarlo Building, Via Espana 200

Düse

Bei bekannten Typen von Düsen ist es mit großen Schwierigkeiten verbunden, die Flüssigkeit, die durch die Düse hindurchfließen soll, z.B. Benzin in einer Vergaserdüse, Heizöl in einer;Brennerdüse, Besprühflüssigkeit in einem Pflanzenbesprühaggregat usw. , gleichmäßig zu verteilen. Diese Schwierigkeiten werden noch besonders bei solchen Düsen unterstrichen, bei denen die Düsenöffnung mit einem Ventilkörper zusammenwirkt, dessen Aufgabe es sein kann, eine Regelung der Strömungsmenge durch die Düse, eine Feinverteilung der Flüssigkeit oder eine Kombination von Regelung und Feinverteilung usw. zu bewirken.

Die Schwierigkeit, mit einer solchen Düse eine wirksame Arbeitsweise zu erhalten, beruht darauf, daß der Ventilkörper eine Lage einnehmen soll, die in Beziehung zu der Düsenöffnung genau zentriert ist. Die geringste seitliche Verschiebung hat zur Folge, daß eine größere Flüssigkeitsmenge in die Richtung gesprüht wird, in der der ringförmige Spalt zwischen Ventilkörper und Ventilsitz am größten ist. Die Regelfunktion wird somit z.B. in den Fällen instabil, in denen der genannte ringförmige Spalt infolge ungenügender Zentrierung des Ventilkörpers von einer Lage, in der der Ventilkörper gegen die eine Seite der Düsenöffnung anliegt, zu einer Lage, in der der Ventilkörper mit der Mitte der Düsenöffnung fluchtet, wechseln

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KANZLEI: 2 HAMBURG 2O · GEFFCKENSTr!-6" TELEFON :'CÖ4O347 8O 23 · TELEGRAMME: PATFAY, HAMBURG

kann. Obwohl die Durchströmfläche in diesen beiden Fällen genau gleich, und alle übrigen Umstände dieselben sein können, z.B. der Druck der zugeführten Flüssigkeit, wird bekanntlich die Durchströmmenge im ersteren Fall bedeutend größer als im letzteren.

Die vorliegende Erfindung, die nachstehend näher beschrieben wird,beseitigt die genannten Schwierigkeiten mit Mitteln, die in ihrer Ausführung einfacher und in ihrer Arbeitsweise wirksamer sind als herkömmliche Vorrichtungen dieser Art.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in beigefügter Fig. 1 gezeigt, die gleichzeitig eine Einrichtung zeigt, in der die Erfindung als Komponente in einer Vorrichtung enthalten ist, die z.B. als Vergaser für einen Verbrennungsmotor, als Vorrichtung für einen ölbrenner usw. dienen kann. Die beigefügte Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, auch im Zusammenhang mit einem Vergaser. Beide Figuren zeigen Schnitte durch die Längsachse der Düsen.

Die Kennzeichen der Erfindung gehen aus den beigefügten Ansprüchen hervor.

Die Erfindung besteht in ihren Hauptteilen aus einem Düsengehäuse 1, einer Ansatzplatte 2, einem elastischen Dichtring 3 und einem Düsenkörper U. Der innere Hohlraum 5 des Düsenkörpers steht über einen Kanal 6 mit einem Rohr 7 in Verbindung, durch das die betreffende Flüssigkeit der Düse zugeführt wird.

In der nachstehenden Beschreibung der Erfindung wurde es als zweckmäßig befunden, als Beispiel den Fall zu wählen, bei dem die Erfindung als Komponente in einem Vergaser dient. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Erfindung im Zentrum eines runden Vergasergehäuses 8 angeordnet, in dessen oberem Teil sich Öffnungen 9 für Luftzuführung sowie eine Führung 10 befinden, in der eine längs der vertikalen Zentrum-

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linie des Vergasers verschiebbare Buchse 11 angeordnet ist. Der untere Teil des Vergasergehäuses besteht aus einem Flansch 12 und hat für das bei Betrieb vom Vergaser ausströmende Kraftstoffgemisch eine öffnung 13. Im Innern des Vergasergehäuses ist ein Ventilkörper 14 angeordnet, dessen unterer Teil aus einem Kegel besteht, der von einer Druckfeder 16 gegen die öffnung 15 im Düsenkörper 4 gepreßt wird. Die Feder ist zwischen einem Ansatz 17 auf dem Ventilkörper und einem Ansatz 18 in der Buchse 11 eingespannt. Die Spannung der Feder 16, und damit die Initialkraft, mit welcher der Ventilkörper gegen die Düsenöffnung gepreßt wird, kann durch Verschieben der Buchse 11 auf eine geeignete Größe eingestellt werden. Die Lage der Buchse 11 wird dabei mit einer Sperrschraube 19 verriegelt. Der obere Teil des Ventilkörpers ist an einer Zugfeder 20 befestigt, deren anderes Ende an einem Regelmittel 21 befestigt ist,dessen Aufgabe die Spannungsänderung der Feder 20 ist. Es ist verstänlich, daß hierdurch die Kraft, mit der der Ventilkörper gegen die Düsenöffnung gepreßt wird, von der Einstellung des Regelmittels abhängt, das mit Steuerimpulsen von einem Fühlglied,das z.B. die durch die öffnungen 9 einströmende Luftmenge abfühlt, gespeist werden kann.

Eine bekannte Vorrichtung aus einer Einrichtung von Düse und Ventilkörper, wie vorstehend beschrieben, arbeitet in der Weise, daß die Strömungsmenge durch die Düse als eine stabile Funktion der Kraft erhalten wird, mit welcher der Ventilkörper gegen die Düsenöffnung gepreßt wird. Im vorliegenden Fall wird als resultierende Funktion ein Kraftstoff-Luftgemisch erhalten, in dem die Menge von Kraftstoff und Luft stets in einem gewissen Verhältnis steht, das jedoch nicht konstant zu sein braucht.

Bei der Entwicklung eines Vergasers nach der bekannten Vorrichtung lag eines der großen Probleme, eine gute Stabilität des Kraftstofflusses zu erhalten, eben in den Schwierigkeiten, auf eine einfache Weise eine genügend stabile Zentrierung des Ventilkörpers in Beziehung zur Düsenöffnung zu erhalten. Diese Schwierigkeit wurde, wie nachstehend deutlich wird» durch die

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vorliegende Erfindung überwunden.

Dem Hohlraum 5 im Düsengehäuse wird durch das Rohr 7 über den Kanal 6 Kraftstoff mittels pulsierendem Druck zugeführt. Bei Entstehung eines solchen Druckpulses wird der Dichtring 3 radial nach außen gedrückt, und der Düsenkörper 4 wird sowohl von dem von unten direkt wirkenden Kraftstoffdruck als auch von der durch den Kraftstoffdruck verursachten Formveränderung des elastischen Dichtringes aufwärts gedrückt, wobei der Ring fortwährend gegen die Unterseite des Düsenkörpers gepreßt wird. Die äußere Oberseite des Düsenkörpers wird dabei gegen die Unterseite der Ansatzplatte 2 gepreßt. Bisher hat der Ventilkörper die Düsenöffnung 15 verschlossen, da der Kraftstoffdruck über die vom Dichtring 3 begrenzte Fläche der Unterseite des Düsenkörpers wirkte, und diese Fläche größer als die vom Ventilkörper verschlossene Fläche der Düsenöffnung ist. Der Kraftstoffdruck nimmt jedoch weiter zu der Größe zu, wo die Druckkraft auf die Unterseite des Ventilkörpers größer als die Kraft ist, mit der der Ventilkörper mittels Federkraft gegen die Düsenöffnung gepreßt wird. Das Ventil wird hierbei von der Düsenöffnung abgehoben.

Der Ventilkörper 14 wird dadurch eingerichtet, daß die abwärts

gerichtete Kraft von der Druckfeder 1-6 gegen den Ventilkörperansatz 17 wirkt, der wesentlich unter dem Punkt liegt, an dem die aufwärtsgerichtete Kraft von der Zugfeder 20 auf den Ventilkörper wirkt. Es ist leicht verständlich, daß der Ventilkörper, wenn er nicht durch irgendwelche andere Kräfte beeinflußt wird, stets in die Kraftlinie eingerichtet ist, die von der abwärtsgerichteten Kraft der Druckfeder und der aufwärtsgerichteten Kraft der Zugfeder gebildet wird.

Der Kraftstoff wird, wie bereits erwähnt, mit einem pulsierenden Druck zugeführt. Es dürfte aus Vorstehendem auch hervorgehen, daß solange der Kraftstoffdruck während eines solchen Druckpulses eine gewisse Größe hat, zwischen dem Ventilkörper und der Düsenöffnung ein Öffnungsspalt erhalten wird, der das

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Ausströmen von Kraftstoff zuläßt. Am Schluß eines Druckpulses, wenn der Kraftstoffdruck rasch abnimmt, wird der Ventilkörper erneut gegen die öffnung im Düsenkörper H gedrückt. Wenn hierbei der Ventilkörper nicht genau in Beziehung zur öffnung 15 des Düsenkörpers H zentriert ist, wird der Ventilkörper 14 auf den Düsenkörper 4 eine Kraft ausüben, die bestrebt ist, den Düsenkörper so seitwärts zu verschieben, daß. die Düsenöffnung 15 in Beziehung zum Veritilkörper zentriert wird. Die Druckminderung eines Druckpulses des Kraftstoffes erfolgt sehr rasch. Dies bedeutet, daß zur gleichen Zeit, wenn der Ventilkörper auf die Düsenöffnung trifft, nicht langer eine Kraft vom Kraftstoffdruck erzeugt wird. Der Düsenkörper 4 hat in seinem oberen Teil einen Außendurchmesser, der kleiner als die öffnung in der umgebenden Ansatzplatte 2 ist, und ist in seinem unteren Teil mit einem vorspringenden Flansch ausgebildet, dessen Außendurchmesser kleiner als der umgebende Hohlraum ist. Der genannte Flansch ist dünner als der Abstand zwischen der Unterseite der Ansatzplatte 2 und der Oberseite des Dichtringes 3. Durch diese Ausbildung bestehen keine oder völlig unbedeutende Kräfte, die verhindern, daß, während das System Ventilkörper/Düsenplatte sich von seiner obersten Lage zu seiner Ausgangslage (Anlage gegen den Dichtring 3) hinabbewegt, auch, wenn erforderlich, eine SeitwärtsVerlagerung des Düsenkörpers H erfolgt, damit dessen Öffnung 15 in Beziehung zur Mitte des Ventilkörpers zentriert wird. Es ist zu bedenken, daß die genannten Druckpulse des Kraftstoffstromes eine verhältnismäßig hohe Frequenz haben, was auch bedeutet, daß eine automatische Zentrierung Düsenöffnung/Ventilkörper stets mit sehr kurzen Intervallen erfolgt. Es kann erwähnt werden, daß eine Vorrichtung nach der Erfindung praktisch für verschiedene Frequenzen der Druckpulse im Kraftstoffstrom von ca. 50 Hz bis zu ca. 200 Hz geprüft wurde. Die Vorrichtung ergab bei mehrfach wiederholten Versuchsfahrten eine außerordentlich gleichmäßig verteilte Streuung sowie eine perfekte Stabilität bzgl. der Reproduzierbarkeit von Strömungsmengen bei verschiedenen Spannungen in der Zugfeder 20.

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Der in der Zeichnung gezeigte Vergaser arbeitet im übrigen auf folgende Weise. Der Flansch 12 wird an ein Drosselgehäuse mit Schieber angeschlossen, das seinerseits an das Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Bei öffnen der Drossel wird Luft durch die öffnungen 9 in das Vergasergehäuse angesaugt. Die Luftmenge wird von einem Fühlglied (nicht gezeigt) abgefühlt. Dies kann auf vielerlei verschiedene Weise erfolgen, z.B. durch Abfühlen der Druckdifferenz vor und hach den öffnungen 9. Das Steuersignal von genanntem Fühlglied wird zum Regelmittel 21 übertragen und in eine Bewegung umgewandelt, die die Spannung der Feder 20 einstellt und damit auf die vorstehend beschriebene Weise den Kraftstoffluß zu einer Menge regelt, die der angesaugten Luftmenge richtig entspricht. Der Luftstrom trifft die von der Düse eingespritzten atomisierten Kraftstofftropfen. Hierdurch wird der Kraftstoff mit der Luft wirksam vermischt, und die Mischung strömt durch die öffnung 13 weiter zum Drossengehäuse und Ansaugrohr des Verbrennungsmotors.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, die, wie die vorgenannte, ein Düsengehäuse 1, eine Ansatzplatte 2, einen elastischen Dichtring 3 und einen Düsenkörper 4 einschließt. Der innere Hohlraum 5 des Düsenkörpers 1 steht mit einem Kanal 6 in Verbindung, dem die zu zerstäubende Flüssigkeit zugeführt wird. Der Ventilkörper 22 liegt gegen die Öffnung 15 im Düsenkörper an, und diese Teile arbeiten auf die vorstehend beschriebene Weise. Unterschiedlich von der ersten Ausführungsform sind die Federn 23 und 24 beidseitig des Ventilkörpers angeordnet, und die stärkste Feder 24 (die unterste) ist an einer mit Loch versehenen Scheibe 2 5 im Hohlraum 5 angebracht, so daß Flüssigkeit durch die Scheibe hindurchfließen kann. Die Feder 23 ist an einem Regelmittel 21 auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform angebracht.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß die Erfindung bedeutende Vorteile gegenüber herkömmlichen Vorrichtun-

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gen bietet. In den Figuren wurden:der Düse übertrieben große Abmessungen im Verhältnis zum Vergaser im übrigen gegeben. Dies war notwendig, um deren Aufbau ausreichend deutlich darstellen zu können. Bei gewöhnlich vorkommenden Einrichtungen hat die Düse eine öffnung, die festliegt, und der Ventilkörper wird mittels einer sorgfältig ausgeführten Führung um die Stange des Ventilkörpers veranlaßt, zur öffnung zu zentrieren. Da der Ventilkörper mittels einer Feder oder einer anderen, auf gleiche V/eise nachgiebigen Einrichtung gegen die Düsenöffnung gepreßt wird, ist verständlich, daß sich weitere Probleme ergeben, wenn es'gilt, die Kraftlinie von einer solchen Feder, die ja außerdem bei verschiedenen Spannungen der Feder geändert werden kann, mit der Zentrumlinie für eine feste Düsenöffnung zusammenfallen zu lassen. Eine solche gewünschte Einrichtung grenzt begreiflicherweise an das praktisch Unmögliche. In der genannten Führung um die Stange des Ventilkörpers entstehen z.B. Reibkräfte. Da solche Reibkräfte stets, und oft in hohem Maße, variieren, ist eine stabile Regelung der Strömungsmengen durch die Düse unmöglich. Solche Reikräfte werden bei einer Vorrichtung nach der Erfindung völlig ausgeschaltet, wie auch aus vorstehender Beschreibung hervorgeht. Eine Führung um die Stange des Ventilkörpers mit der Präzision auszuführen, die erforderlich ist, um die Zentrumlinie des Ventiles genügend nahe zur Zentrumlinie der Düsenöffnung zu bringen, damit der Kraftstoff einigermaßen gleichmäßig gesprüht wird, bedingt außerdem völlig unangemessene Produktionskosten.

Der Ventilkörper wurde vorstehend so beschrieben, daß er einen konischen Teil für Zusammenwirken mit der Düsenöffnung hat. Der Ventilkörper kann jedoch auch andere geeignete Formen erhalten und z.B. einen mit der Düsenöffnung zusammenwirkenden sphärischen Teil haben. Die Erfindung wurde ferner im Zusammenhang mit Kraftstoffzuführung mit pulsierendem Druck beschrieben. Sie ist jedoch gleicherweise bei Einrichtungen anwendbar, wo der Kraftstoff mit konstantem Druck zugeführt wird, und gewünschte Vibrationen (zum Ventilsitz hin- und hergehende Bewegung) mittels eines Vibration erzeugenden, auf den Ventilkörper einwirkenden Mittels bewirkt werden.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   \i_J Düse zur Feinverteilung von Flüssigkeit, bestehend aus einem Ventilkörper, der mit einer Düsenöffnung zusammenwirkt und diese durch Bewegung längs einer Linie durch die Mitte der öffnung schließt bzw. öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung in einem Düsenkörper (U) ausgebildet ist, der in einem Düsengehäuse (1) getragen wird und in ihm seitlich in Beziehung zur Richtung der öffnungs- und Schließbewegung des Ventilkörpers (14) beweglich ist.
2. 2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (U) eine begrenzte Beweglichkeit in derselben Richtung wie die Richtung der Öffnungsund Schließbewegung des Ventilkörpers (IU) hat.
3. 3. Düse nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (U) die Form einer ringförmigen Scheibe hat, die mit seitlichem Spiel in eine ringförmige Nut im Düsengehäuse (1) eingelegt ist.
4. U. Düse nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (U) die Form einer ringförmigen Scheibe hat, die mit Spiel in allen Richtungen in eine ringförmige Nut im Düsengehäuse (1) eingelegt ist.
5. 5. Düse nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtring (3) so in die Nut gelegt ist, daß der Düsenkörper (U) gegen diesen Ring gepreßt wird, wenn der Ventilkörper gegen den Ventilsitz gepreßt wird.
6. 6. Düse nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper von zwei gegeneinander wirkenden Federn (16, 20) getragen wird, die an einer dem Ventilkörper (IU) zugehörigen Spindel an zwei verschiede-

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   nen Punkten angreifen, die mit Abstand zueinander in Richtung der Spindel, aber so liegen, daß die Resultanten der Reaktionskräfte in den Angriffspunkten mit der geometrischen Achse des Ventilkörpers zusammenfallen.
7. 7. Düse nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel des Ventilkörpers von einer Buchse (11) umschlossen ist und eine Zugfeder (20) hat, die
   am freien Ende der Spindel angreift, sowie eine Druckfeder
   (16), die zwischen dem der Ventilöffnung (15) zugewandten Ende der Buchse (11) und einem Ansatz (17) auf der Spindel eingespannt ist.
8. 8. Düse nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (23, 34) beidseitig des Ventilkörpers (22) angeordnet sind.

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