DE2947451A1

DE2947451A1 - Vorrichtung zur gleichmaessigen verteilung einer 2 phasen-stroemung

Info

Publication number: DE2947451A1
Application number: DE19792947451
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Otto 3180 Wolfburg Schäfer; Rudolf-Helmut 3330 Helmstedt Strozyk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1979-11-24
Filing date: 1979-11-24
Publication date: 1981-06-04

Description

Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung
einer 2 Phasen-Strömung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung einer 2 Phasen-Strömung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei kontinuierlichen Kraftstoffeinspritz-Vorrichtungen von mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen, bei denen eine zentrale Zumessung des Eraftstoffes in einen den Zylindern bzw. den Ansaugrohren zuzuführenden Trägerluftstrom erfolgt, wie beispielsweise in der Patentanemldung P 27 38 992 beschrieben worden ist, ist es zur Sicherstellung einer gleichmäßigen und möglichst vollständigen Verbrennung in den einzelnen Arbeitsräumen der Brennkraftmaschine notwendig, die aus flüssigem Kxaftstoff und Luft bestehende 2 Phasen-Strömung möglichst gleichmäßig auf die zu den Zylindern bzw. den diesen vorgeschalteten Ansaugrohren führenden Leitungen aufzuteilen. Eine ungleiche Verteilung würde eine ungleichmäßige Kraftstoffbeaufschlagung der Zylinder und damit unterschiedliche Lftverhältnisse und schließlich eine mangelhafte Verbrennung in den Zylindern bewirken.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Vorrichtung der im Oberbegriff genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe unter Einsatz einfacher und wenig aufwendiger Mittel eine sehr genaue und gleichmäßige Verteilung einer solchen 2 Phasen-Strömung auf mehrere Ausgänge erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
Durch die symmetrische Anordnung der Abströmleitungen, die zweckmäßigerweise um einen spitzen Winkel gegenüber der Mittelachse der Zuströmleitung geneigt angeordnet sein sollen, werden die Voraussetzungen für eine möglichst gleichmäßige Aufteilung der Strömung auf die einzelnen Abströmleitungen geschaffen. Wenn dabei sichergestellt ist, daß das Profil der durch die Zuströmleitung zugeführten Strömung sowohl hinsichtlich der Geschwindigkeit als auch hinsichtlich der Komponenten-Aufteilung über den Querschnitt gleichmäßig ist, dann wird damit eine einfache und recht genaue Aufteilung der Strömung bewirkt. Um der Gefahr einer ungleichmäßigen Zuströmung zu entgehen,wird in den Unteransprüchen eine Reihe von Maßnahmen zur Vergleichmäßigung der Zusammensetzung und des Strömungsprofils der Anströmung vorgeschlagen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Dabei zeigen die Figuren 1 bis 3 jeweils im Längsschnitt unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung.
In den Zeichnungen sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen die gleichen oder vergleichbaren Positionen bezeichnet worden. So ist mit 1 die aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3 bestehende Verteilungsvorrichtung bezeichnet, die eine Zuströmleitung 4 und eine Reihe von von dieser abzweigenden Abströmleitungen 5 aufweist. Die Abströmleitungen 5 sind symmetrisch zur Mittelachse 8 der Zuströmleitung 4 angeordnet, und zwar so, daß sie einen vorzugsweise spitzen Winkel gegenüber dieser Mittelachse bilden. Dieser Winkel sollte wenigstens 100 und maximal 1700 betragen.
Bei Verwirklichung eines spitzen Winkels kann zur Erreichung einer gleichmäßigen Aufteilung an der Einmündungsstelle der Abströmleitungen 5 in die Zuströmleitung 4 zwischen den Abströmleitungen eine Schneide 9 gebildet sein. Sollte deren Verwirklichung aus fertigungstechnischen Gründen zu schwierig sein, dann könnten anstelle dessen auch ein Verteilungsraum vorgesehen sein, der in der Figur 2 aus einem zylindrischen Raum 13 und einem anschließenden, sich in Richtung auf die Abströmleitungen konisch verjüngenden Raum 12 zusammengesetzt ist oder der, wie in der Figur 3 gezeigt ist, aus einem halbkugelförmigen Raum 17 besteht.
Eine gleichmäßige Aufteilung der ankommenden Strömung auf die Abströmleitungen 5 erfolgt jedoch nur dann, wenn die Druckverluste in den Abströmleitungen gleich groß sind. Dies bedeutet, daß der Querschnitt und die Länge der Abströmleitungen genau gleich sein müssen. Fertigungstechnische Abweichungen bei der Herstellung der Abströmleitungen 5 können dadurch behoben werden, daß die Abströmleitungen zumindest teilweise aus Leitungsabschnitten 6a bzw. 6b bestehen, deren Länge zur Anpassung der Druckverluste verändert werden kann. Eine andere Möglichkeit der Verlustanpassung besteht darin, am abströmseitigen Ende dieser Leitungsabschnitte 6a bzw. 6b Einsätze 7a bzw. 7b vorzusehen, deren Durchströmungsquerschnitt veränderbar ist. Im übrigen sollte die Summe der Strömungsquerschnitte der Abströmleitungen gleich dem Querschnitt der Zuströmleitung sein.
Eine hinsichtlich des Anteils der Komponenten gleichmäßige Aufteilung einer 2 Phasen-Strömung auf eine Vielzahl von Abströmleitungen, von denen in der Zeichnung zwar nur zwei dargestellt, tatsächlich aber auch mehr raumsymmetrisch zur Mittelachse 8 angeordnet sein können, ergibt sich nur dann, wenn schon die Zuströmung ein bezüglich der Komponentenverteilung gleichmäßiges Profil aufweist. Zu diesem Zweck sollte eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit angestrebt werden, die durch hohe Turbulenzen eine gute Verteilung bewirkt. Vorzugsweise sollte die Strömung pulsierend sein.
Um eine mögliche, ungleichmäßige Verteilung zu verhindern, kann, wie dies in der in der Figur 1 gezeigten Ausführung angedeutet ist, in der Zuströmleitung 4 ein den Zuströmleitungequerschnitt ausfüllender Einsatz 10 aus einem porösen Sinter-Metall vorgesehen sein. Dieser Sinter-Metall-Einsatz bewirkt, daß selbst bei bezaglich der Komponentenverteilung ungleichmäßiger Anströmung an der Verteilstelle eine über den Strömungsquerschnitt gleichmäßige Verteilung vorhanden ist. Anstelle oder zusätzlich zu diesem Sinter-Metall-Einsatz könnte auh eine in der Figur 2 mit 14 bezeichnete Wirbelkammer, eine mit 16 bezeichnete Blende oder Düse oder auch ein in der Figur 3 mit 18 angedeuteter, drallbildender Einsatz vorgesehen sein. In all diesen Fällen ergibt sich eine Vergleichmäßigung des Strömungsprofils selbst dann, wenn aus Raumgründen die Zuströmung, wie dies in der Figur 2 angedeutet ist, nicht zentral, sondern von der Seite her, also beispielsweise tangential über einen Anschluß 15 erfolgt.
Mit 11 ist in der Figur 1 schließlich eine beispielsweise elektrische Heizvorrichtung angegeben, die in der Zuströmleitung 4 angeordnet ist und beispielsweise bei einem Kraftstoff-Luft-Gemisch durch Aufheizung wenigstens einen Teil der flüssigen Kraftstoffkomponente in Gas umwandelt, das sich mit der Luft wesentlich besser vermischen würde, so daß auch die anschließende Verteilung gleichmäßiger erfolgen könnte. Eine derartige Heizung könnte noch verbessert werden, wenn ein die Verteilvorrichtung 1 mit einer Schwingung beaufschlagender Schwingungsgeber vorgesehen wäre. Durch eine derartige Schwingungsbeaufschlagung könnte der Wärmeübergang in der Heizvorrichtung 11 verbessert und damit effektiver gemacht werden.
Die erfindungsgemäße Verteilvorrichtung ist insbesondere gedacht für Brennkraftmaschinen, bei denen der Kraftstoff dadurch zugeführt wird, daß er zunächst einem aus der Ansaugleitung abgezweigten und durch eine Förderpumpe geförderten Trägerluftetrom zugemessen wird und dann nach Aufteilung auf die den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzleitungen in die zu den einzelnen Zylindern führenden Ansaugleitungen unmittelbar vor die Einlaßventile eingespritzt bzw. eingesprüht wird. Die Verteilvorrichtung ist dabei hinter der Förderpumpe vorgesehen und hat die Aufgabe, das durch relativ enge Leitungen unter Druck strömende Kraftstoff-Luft-Gemisch möglichst gleichmäßig auf die einzelnen Zylinder aufzuteilen, so daß in diesen eine gleichmäßig gute Verbrennung unter gleichguten Voraussetzungen stattfinden kann. Die erfindungsgemäßen Verteilvorrichtungen lösen dieses Problem mit relativ einfachen und wenig aufwendigen Mitteln.
Leerseite

Claims

AN SPRUC HE Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung einer in einer Zuströmleitung strömenden, eine flüssige und eine gasförmige Komponente enthaltenden 2 Phasen-Strömung, insbesondere eines aus flüssigem Kraftstoff und Luft bestehenden Kraftstoff-Luft-Gemisches, auf mehrere Abströmleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmleitungen (5) symmetrisch zur Mittelachse (8) der Zuströmleitung (4) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmleitungen (5) gegenüber der Mittelachse (8) der Zuströmleitung (4) um einen Winkel geneigt angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmleitungen (5) unter Bildung eines spitzen Winkels gegenüber der Mittelachse (8) in die Zuströmleitung (4) einmündend angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmleitungen (5) an der Einmündungsstelle in die Zuströmleitung (4) eine scharfe Schneide (9) zwischen sich bildend angeordnet sind.
i. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einmündungsstelle der Abströmleitungen (5) in die Zuströmleitung (4) ein sich in Richtung auf die Abströmleitungen konisch verjüngender Verteilungsraum (12, 13) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einmündungsstelle der Abströmleitungen (5) in die Zuströmleitung (4) ein halbkugelförmiger Verteilungsraum (17) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuströmleitung (4) vor der Einmündungsstelle der Abströmleitungen (5) Mittel (10; 14; 16; 18) zur Vergleichmäßigung der Strömung über den Strömungsquerschnitt vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem den Querschnitt der Zuströmleitung (4) ausfüllenden Einsatz (10) aus einem porösen Sinter-Metall gebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem drallbildenden Einsatz (18) gebildet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einer Düse oder Blende (16) gebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einer Wirbelkammer (14) gebildet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (6, 7) zur Vergleichmäßigung der Druckverluste in den einzelnen Abströmleitungen (5) vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der einzelnen Abströmleitungen (5) veränderbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Ausströmquerschnitt der Abströmleitungen (5) verändernder Einsatz (7) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuströmleitung (4) eine Heizvorrichtung (11) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Aufbringung einer Rüttelschwingung auf die Zuströmleitung vorgesehen sind.