DE2739206A1

DE2739206A1 - Vorrichtung zum verwirbeln eines durchstroemenden gemisches

Info

Publication number: DE2739206A1
Application number: DE19772739206
Authority: DE
Inventors: Achille Gogneau
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-02
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1978-03-09
Also published as: GB1545413A; FR2363365A1; US4159881A; IT1087362B; FR2363365B1; BE858118A

Description

Dr.-Ing. WERNER GEYER · Dr. rer. nau HEINRICH HAGEMANN · FRANZ BEER Dlpl.-Iag- DIpI. Cbem. Dlpl.-In«. PATENTANWÄLTE

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De«toudtes«tra6c 60 Postfach 4007 45 8000 MQmhcn 40

Unter Zeichen:

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Telefon: (089) 304071 ♦ Telex: 5-116136 hege d Telegrammadresse: hagey patent

München, den 31. August 1977 Dr.G/2/kk

GOGNEAU Achilie F-03100 Montlucon / Frankreich

Vorrichtung zum Verwirbeln eines durchströmenden gemisches

Beanspruchte Priorität: 2. September 1976

Frankreich Nr. 76/26823

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Diving. WERNER GEYER · Dr. rer. nal HEINRICH HAGHMANN · FRANZ BEER MpL-!** Dipl.-Chcm. Dlpl.lag. PATENTANWÄLTE

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GOGNEAU Achille F-03100 Montlucon / Frankreich

Vorrichtung zum Verwirbeln eines durchströmenden gemisches

Telefon: (019)304071* Telex i 5-116136 ha«e d Telegrammadresse: hagcypattnl

München, den 31.08.77 Dr. G./2/kk/eg

Beanspruchte Priorität:

2. September 1976

Frankreich

Nr. 76/26823

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verwirbeln eines durchströmenden Gemisches, das mindestens einen gasförmigen Bestandteil aufweist. Bei solchen Gemischen handelt es sich vorzugsweise (wenn auch nicht ausschließlich) um Luft/ Brennstoffgemische, wie sie etwa zum Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen jeglicher Art Verwendung finden.

Manche Zusatzeinrichtungen für Verbrennungsmotoren, z.B. Beschleuniger-Einspritzdüsen, spritzen Brennstoff direkt in die Ansaugleitung ein. Das führt zu einer schlechten Verbrennung, einem bemerkenswerten Energieverlust und einer außerordentlich großen und gefährlichen Schadstoffanreicherung im Abgas.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels dem

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bzw. der eine bessere Gemischaufbereitung erfolgen kann und dadurch eine weitgehende Vermeidung der aufgezeigten Nachteile möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art durch ein äußeres Gehäuse, eine Zuleitung für das zu behandelnde Gemisch, eine konisch ausgebildete Lamellenanordnung, deren Lamellen schräg zu den äußeren Begrenzungsflächen der Anordnung angestellt verlaufen und zur Aufteilung des durchströmenden Gemisches in sehr dünne Einzelströme sowie zur Erzeugung einer Wirbelbewegung nur einen relativ engen Durchlaß jeweils zwischen sich offenlassen, und durch eine zwei kegelstumpfförmig ausgebildete, koaxial angeordnete Teile aufweisende Einrichtung, die - in Strömungsrichtung des Gemisches gesehen - an ihrem vorderen Ende mit einem mit Düsen versehenen Ring und an ihrem hinteren Ende mit einem kreisringförmigen Durchlaß, der als Venturiquerschnitt ausgebildet ist, versehen ist. Dabei sollen das Gehäuse, die konisch ausgebildete Lamellenanordnung und die zwei kegelstumpfförmig ausgebildete Teile aufweisende Einrichtung koaxial zueinander angeordnet sein. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine erhebliche Verbesserung der Gemischbildung z.B. eines Luft/Brennstoff-Gemisches für Brennkraftmaschinen möglich. Durch die Drosselung, Verwirbelung und das Zerteilen bzw. Zerplatzen der Partikel des Gemisches wird bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine viel innigere Vermischung der einzelnen Bestandteile erreicht,

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was dazu führt, daß bei einem solchermaßen behandelten Gemisch eine nahezu vollständige Verbrennung des Brennstoffs möglich, eine Absenkung des Kohlenmonoxid-Gehaltes auf einen Wert nahe 0 im Abgas erzielbar und eine bemerkenswerte Verbesserung des VJirkungsgrades des Motors erreichbar ist. Durch die Erfindung lassen sich aber (wenn auch vorzugsweise) nicht nur Luft/Brennstoff-Gemische verbessert aufbereiten, sondern die Anwendung der Erfindung ist auch mit Vorteil bei anderen Arten von Gemischen möglich, z.B. bei Gemischen, bei denen neben dem gasförmigen Bestandteil andere flüssige oder auch pulverförmige Bestandteile vorhanden sind. Dabei kann mit Vorteil die erfindungsgemäße Vorrichtung je nach Einsatzfall nicht nur zum Verwirbeln des durchströmenden Gemisches, sondern (z.B. bei einem Gemisch mit pulverförmigen Bestandteilen) auch etwa zum Aussieben oder Abtrennen bestimmter Bestandteile oder auch zu Dosierzwecken dienen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Gemischzuleitung unten am Gehäuse angeordnet und im Gehäuse eine zweite Lamellenanordnung vorgesehen, die zwischen der Einmündung der Gemischzuleitung und dem mit Düsen versehenen Ring angebracht ist. Bei dieser Ausgestaltungsform erfolgt die Zuführung des Gemisches also unten am Gehäuse, wobei das in das Gehäuse eintretende Gemisch zunächst eine Umlenkung (nach oben) erfährt und dann durch ein zweites Lamellensystem geführt wird, bevor es in die Düsen des Ringes eintritt. Vorteilhafterweise verlaufen dabei die Lamel- Gogneau Achille 809810/0862 Pat 42/1-77M

len des zweiten Lamellensystems wiederum schräg zu den äußeren Begrenzungsflächen dieser Lamellenanordnung, wobei zwischen jeweils zweien dieser Lamellen ein nur relativ geringer Durchlaß für das Gemisch ausgebildet wird. Vorzugsweise sind die Lamellen des zweiten Lamellensystems längs einer im wesentlichen zylindrischen, vorzugsweise zum ersten Lamellensystem konzentrisch angeordneten Hüllfläche angeordnet. Durch diese Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich eine noch gesteigerte Intensivierung der Gemischaufbereitung erzielen.

In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Gemischzuleitung in Richtung der Mittelachse des Gehäuses, wobei das Gehäuse seinerseits einen der beiden kegelstumpfförmigen Teile der an ihrem hinteren (auslaßseitigen) Ende mit einem als Venturiquerschnitt ausgebildeten Durchlaß versehenen Einrichtung bildet.

Eine besonders gute Verwirbelung des Gemisches beim Durchtritt durch die Düsen des Ringes läßt sich dadurch erzielen, daB die-

se Düsen zur Mittelachse der Vorrichtung geneigt angeordnet sind.

Eine weitere, vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß das Gehäuse einen (in Strömungsrichtung des Gemisches gesehen) vor den Düsen angeordneten Einlaß zur Zuführung eines zusätzlichen Mediums an das Gemisch

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aufweist. Hierdurch kann etwa erreicht werden, daß der Anteil des Gemisches, der durch die Düsen tritt, mehr oder weniger stark verkleinert und gleichzeitig das zusätzliche Medium, z.B. unter Druck, dem Gemisch vor dem Eintritt in die kegelförmig ausgebildete Lamellenanordnung zugeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber im Prinzip noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine axiale Schnittansicht einer ersten Ausführungs*- form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II - II in Fig. 1;

Fig. 3 eine axiale Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Vorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, weist ein Gehäuse 1, eine Zuführungsleitung 2 für das Gemisch und einen Befestigungsflansch 3 auf. In dem Gehäuse 1 ist oberhalb der Zuführungsleitung 2 ein erstes System von Lamellen 4 angeordnet, die längs einer annähernd zylindrischen Oberfläche verteilt und zu dieser derart schräggestellt bzw. geneigt angeordnet sind, daß zwischen ihnen jeweils nur ein möglichst kleiner Zwischenraum bzw. Durchlaß offengelassen ist. Der untere Teil des Lamellensystems ist am Gehäuse 1 in geeigneter V/eise, z.B. durch Schweißung, befestigt, während sein oberer Teil ebenfalls in geeigneter Weise (z.B. durch Schweißung) an der oberen, weiteren Basis eines kegelstumpfartigen Teiles 5 Gogneau Achille 809810/0862 Pat 42/1-77M

befestigt ist, das sich an seiner unten liegenden kleineren Basis mittels eines Stutzens bzw. einer Düse 11 verlängert, die wiederum kegelstumpfartig ausgebildet ist und sich bis zum Auslaß der Vorrichtung hin dann erweitert. Im Inneren des Teiles 5 ist ein weiteres kegelstumpfartiges Teil 6 koaxial zum Gehäuse 1, zum Lamellensystem 4, zum Teil 5 und zum Stutzen 11 angeordnet. Dieses Teil 6 ist über seinen oberen Abschnitt an einem Kreisring 7 befestigt, der seinerseits mit dem Teil 5 verbunden und mit Durchlaßöffnungen 8 in Form von Düsen versehen ist, wobei diese auf ihm gleichmäßig längs eines Polygones angeordnet und ihre Achsen im Vergleich zur Mittelachse der Vorrichtung geneigt angebracht sind. Der untere Abschnitt des Teiles 6 bildet mit dem des Teiles 5 eine kreisförmig verlaufende Drosselstelle 9 aus, die eine Venturidüse darstellt.

Schließlich ist noch ein zweites Lamellensystem 10 in konischer Anordnung vorgesehen, das wie das System 4 aufgebaut und im Inneren des Stutzens 11 und des Teiles 6 "mit Spitze nach oben" angeordnet ist. Dabei sind die oberen Teile der Lamellen des Systems 10, die zur Spitze des Kegels zusammenlaufen, in geeigneter Weise (z.B. durch Schweißung) miteinander verbunden, während die unten liegenden Enden der Lamellen in wiederum geeigneter Weise (z.B. durch Schweißung) innen an dem Stutzen 11 befestigt sind.

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Die dargestellte Vorrichtung arbeitet für den Fall eines Ein satzes bei einem Verbrennungsmotor folgendermaßen:

Das vom Vergaser kommende Gemisch wird infolge des in dem bzw. den Zylinder(n) des Motors auftretenden Unterdruckes über die Zufuhrleitung 2 angesaugt, gelangt über einen Ringraum 12 in das erste Lamellensystem 4, wo die Brennstofftröpfchen in sehr feine Partikel aufgespalten und umgelenkt werden, und wo das Gemisch,in Einzelschichten sehr geringer Dicke aufgeteilt, infolge der Anstellung bzw. Neigung der Lamellen eine Wir belbewegung mitgeteilt erhält. Das Gemisch gelangt von hier aus zu einer Stelle überhalb des Systems, das von den zwei kegelstumpfartigen Teilen 5 und 6 und von dem Kreisring 8 gebildet wird. Ein Teil des Gemisches strömt von hier direkt in das kegelstumpfartige Teil 6, während ein anderer Teil des Gemisches durch die Durchlaßöffnungen 8 des Kreis ringes 7 tritt, wodurch die Wirbelbewegung dieses Gemisch anteiles noch verstärkt wird, und es strömt anschließend durch die Drosselstelle 9, wo die Geschwindigkeit dieses Ge mischanteils erhöht wird. Das gesamte Gemisch strömt sodann quer zu dem zweiten System von Lamellen 10, die die Wirbelbewegung noch einmal verstärken und erneut das Gemisch in sehr dünne Einzelschichten bzw. -ströme aufteilen. Ober den Stutzen 11 gelangt das Gemisch sodann in das (in der Zeichnung nicht dargestellte) Ansaugrohr für einen Motor.

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Durch die Anwendung eines ringförmigen Raumes oberhalb des Kreisringes 7 kann man auch noch ein Zusatzmedium unter Druck (z.B. komprimierte Luft) den Düsen 8 zuführen und dadurch bewirken, daß das aus der Zufuhrleitung 2 kommende Gemisch dann nur in das Innere des kegelstumpfartigen Teiles 6 gelangt.

Das solchermaßen verwirbelte und "gerührte" Gemisch ist viel inniger und die Verbrennung des Brennstoffs viel vollständiger (infolge des erzielbaren reduzierten Außendurchmessers der Brennstofftröpfchen) als herkömmlicherweise erreichbar.

Bei der Ausführungsform, die in Fig. 3 dargestellt ist, sind Teile, die Teilen aus den Darstellungen der Fig. 1 und 2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel weist wiederum ein Gehäuse 1, ein zentrales Teil 6, dessen innerer Querschnitt mit einer Einschnürung 17 versehen ist, einen mit Düsen 8 versehenen Ring 7 und ein kegelförmiges Lamellensystem 10 auf. Das zentrale Teil 6 ist an dem Gehäuse 1 durch eine mit ihm fest verbundene Mutter 15 befestigt. Die Abdichtung der Verbindung wird über einen kreisringförmigen Dichtring 13 sichergestellt. Das Gemisch wird durch den in dem bzw. den Zylinder(n) des Motors erzeugten Unterdruck über die Leitung 2 angesaugt, strömt durch das Lamellensystem 10, das die Brennstofftröpfchen aufspaltet, das Gemisch in sehr dünne einzelne Ströme auf teilt und ihm eine wirbelnde Bewegung versetzt. Der Ansaugvorgang des Motors bewirkt gleichzeitig, daß ein Unterdruck in

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einem Ringspalt 18 erzeugt wird, der zwischen dem zentral liegenden Einsatz 6 und dem Gehäuse 1 ausgebildet wird und der einen Teil des Gemisches über öffnungen 14 und/oder eine Zusatzleitung 16 ansaugt. Dieser Anteil des Gesamtgemisches strömt in die schräg angebrachten Düsen 8, erhält dabei eine Wirbelbewegung und wird am Ringspalt-Auslaß 9, der wiederum als Venturidüse ausgebildet ist, beschleunigt. Wie bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Gemisch durchwirbelt, weshalb es viel inniger als sonst ausfällt und wodurch eine bessere Verbrennung des Brennstoffes erzielt werden kann. Durch die Erfindung läßt sich somit eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Motors ebenso wie eine Reduzierung des Schadstoffgehaltes im Auspuffgas erzielen.

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Claims

Ansprüche

Vorrichtung zum Verwirbeln eines durchströmenden Gemisches, das mindestens einen gasförmigen Bestandteil aufweist, vorzugsweise eines Luft/Brennstoffgemisches gekennzeichnet durch ein äußeres Gehäuse (1), eine Zuleitung (2) für das zu behandelnde Gemisch, eine konisch ausgebildete Lamellenanordnung, deren Laraellen (10) schräg zur seitlichen Begrenzungsfläche der Anordnung geneigt sind und zur Aufteilung des durchströmenden Gemisches in sehr dünne Einzelströme sowie zur Erzeugung einer Wirbelbewegung nur einen relativ engen Durchlaß jeweils zwischen sich offen lassen, und durch eine zwei kegelstumpfförmig ausgebildete koaxiale Teile (5, 6; 1, 6) aufweisende Einrichtung, die in Strömungsrichtung des Gemisches gesehen - an ihrem vorderen Ende mit einem mit Düsen (8) versehenen Ring (7) und an ihrem hinteren Ende mit einem kreisringförmigen Durchlaß (9), der als Venturiquerschnitt ausgebildet ist, versehen ist, wobei das Gehäuse (1), die konisch ausgebildete Lamellenanordnung (10) und die Einrichtung (5, 6; 1, 6) koaxial zueinander angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geaischzuleitung (2) unten am Gehäuse (1) angeordnet und im Gehäuse (1) eine zweite Lamellenanordnung (4) vorge-

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sehen ist, die zwischen der Einmündung der Gemischzuleitung (2) und dem Ring (7) angebracht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischzuleitung (2) in Richtung der Mittelachse des Gehäuses (1) angeordnet ist und das Gehäuse (1) einen der kegelstumpf förmigen Teile der Einrichtung (1, 6) bildet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (8) des Ringes (7) zur Mittelachse der Vorrichtung geneigt angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen - in Strömungsrichtung des Gemisches gesehen - vor den Düsen (8) vorgesehenen Einlaß (16) zur Zuführung eines zusätzlichen Mediums an das Gemisch aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) der zweiten Lamellenanordnung schräg zu den äußeren Begrenzungsflächen der Anordnung verlaufen und jeweils einen nur relativ geringen Durchlaß für das Gemisch zwischen sich ausbilden.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) der zweiten Lamellenanordnung längs einer im wesentlichen zylindrischen

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- 3 Hüllfläche angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) koaxial zur ersten Lame1lenanordnung (10) angeordnet sind.

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