DE3148522A1

DE3148522A1 - Pulsierender zerstaeuber

Info

Publication number: DE3148522A1
Application number: DE19813148522
Authority: DE
Inventors: Jeremiah M. 46074 Westfield Ind. Emerich; Robert E. Stevens; John H. Stowe
Original assignee: Curtis Dyna Products Corp
Current assignee: Curtis Dyna Products Corp
Priority date: 1980-12-31
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1982-07-01
Also published as: CA1162519A; DE3148522C2; GB2090335A; US4343719A; GB2090335B

Description

O 1 4 O Ο 2 I p_ATENTANWÄty_E- - - - - : . . ; DR.-1NG. FRAN/ WUESTHOFF

DR.PHIL. FREDA VUESTHOFF

WESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ _DIP,._ING._{GERHARD PULS}

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS dipl-chem. dr. e. Freiherr von pechmann

f» DR.-INC. DIETER BEHRENS

• DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

1A-55 237 D-8000 MÜNCHEN 9Ö

~~ SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 j ι telegramm: protectpatent telex: j 24070

Beschreibung

Pulsierender Zerstäuber

Zerstäuber, die beispielsweise zum Erzeugen eines Insektizidnebels eingesetzt werden und nach dem Pulse-Jet-Prinzip (mit pulsierend schwingender Verbrennung) arbeiten, sind bekannt. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist aus der US-PS

2 857 332 bekannt, in der die Arbeitsweise einer Pulse-Jetoder Schwingfeuereinrichtung im einzelnen erläutert wird. Ein Zerstäuber mit einer Schwingfeuereinrichtung mit intermittierend bzw. pulsierend schwingender Verbrennung, einer Brennstoffzuführung, einer Insektizidzuführung und einer Anlaßvorrichtung ist in den US-PSen 3 151 454 und 3 993 582 beschrieben. Bei den älteren Vorrichtungen, wie z.B. gemäß der US-PS 2 857 332, versorgt die Brennstoffzuführanlage die Verbrennungseinrichtung durch Brennstoffansaugung aus einem Brennstoffvorratsbehälter mit konstantem Füllstand. Die US-PS

3 151 454 führte als Mittel für die Brennstoffversorgung der Verbrennungseinrichtung die Unterdrucksetzung des Brennstoffbehälters ein.

Der Zerstäuber gemäß der Erfindung stellt eine Verbesserung

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gegenüber solchen herkömmlichen Vorrichtungen dar. Diese Verbesserung besteht erfindungsgemäß darin, daß der Brennstoffvorrat nach dem Verdrängungsprinzip verpumpt wird, wobei für den Pumpantrieb die Verbrennungsimpulse der Verbrennungseinrichtung benutzt werden, und daß in der Anlaßperiode der Verbrennungseinrichtung zum Öffnen des Brennstoff-Einlaßventils eine Kammer unter Druck gesetzt wird, bei der eine Wand von einer Membrane gebildet ist. Bei dem Zerstäuber gemäß der Erfindung wird der Brennstoffbehälter bei normalem Betrieb der Verbrennungseinrichtung nicht unter Druck gesetzt, sondern nur während der kurzen, anfänglichen Anlaßperiode. Die Brennstoffanlage des Zerstäubers spricht auf eine Änderung des Luftstroms durch den Vergaser, beispielsweise hervorgerufen durch das Einleiten eines Insektizids in den Abgasstrom der Verbrennungseinrichtung, rasch durch entsprechendes Verändern des Brennstoffflusses an. Das einwandfreie Arbeiten der Brennstoffanlage ist nahezu völlig unabhängig vom Kippwinkel oder der körperlichen Ausrichtung des Zerstäubers. Eine bei herkömmlichen Vorrichtungen häufig auftretende Schwierigkeit, nämlich das Absaufen oder Verschlucken der Verbrennungseinrichtung durch eine kurzzeitige, gegenüber dem vorhandenen Luftstrom zu reichliche Brennstoffzufuhr, ist beim Zerstäuber gemäß der Erfindung nahezu völlig ausgeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines pulsierenden Zerstäubers und

Fig. 2 einen detaillierten Querschnitt durch den Vergaserteil des in Fig. 1 dargestellten Zerstäubers.

In Fig. 1 sind die verschiedenen Bauteile des pulsierenden Zerstäubers und die sie verbindenden Rohrleitungen schematisch dargestellt. Der Zerstäuber hat ein Abgasrohr 10, das an einem

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Ende mit einer Verbrennungskammer 11 in Verbindung steht, die eine Heizglühwendel 12 aufweist, welche als Flammenhalter wirkt. Das entgegengesetzte Ende des Abgasrohres 10 durchdringt mit Zwischenabstand ein Ausstoßrohr 13. Das hin- -tere Ende des Ausstoßrohres 13 ist von einem zylindrischen Gehäuse 14 umschlossen, das einen sinusförmigen Strömungsweg bildet, auf dem, wie in Fig. 1 mit Pfeilen angegeben, Kühlluft einfließen und zwischen dem Abgasrohr 10 und dem Ausstoßrohr 13 austreten kann.

Das Einströmen von Brennstoff und Luft in eine Verbrennungsvorkammer 19 und von dort in die Verbrennungskammer 11 wird mit einem Brennstoff-Luft-Einlaßventil 17 gesteuert, das ein Gehäuse aufweist, welches von einem Klappenrückschlagventil in Querrichtung in eine obere Kammer 18 und in die Verbrennungsvorkammer 19 unterteilt wird. Das Rückschlagventil hat ein flexibles Bauteil 21, das in verformtem Zustand in der Offenstellung gezeichnet ist und eine einseitige Einleitung eines Brennstoff-Luft-Gemischs durch Löcher 22 in die Verbrennungsvorkammer 19 ermöglicht. Das Rückschlagventil hat ferner einen kegeligen Ablenker 23. In die Verbrennungsvorkammer 19 ragen Elektroden einer elektrischen Funkenzündvorrichtung 24 hinein, die beim Anlassen der Verbrennungseinrichtung mit nicht dargestellten Schaltern einschaltbar ist.

Über dem Brennstoff-Luft-Einlaßventil 17 ist ein Vergaser 26 angeordnet, der einen mittigen verengten Kanal 27 aufweist. In geringem Abstand über der Engstelle des Vergasers 26 ist ein Gehäuse 28 angeordnet, das mit Primärluft-Einlaßlöchern 29 versehen ist und ein Bauteil 31 mit einer Mittelbohrung 32 abstützt. Die Mittelbohrung 32 weist an ihrem oberen Ende einen Nadelventilsitz 33 auf, der durch Verstellen eines Betätigungsschaftes 34 geschlossen werden kann. Das vom Ventilsitz 33 und dem Betätigungsschaft 34 gebildete Nadelventil

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steht in der Offenstellung, die es bei einem normalen Anlaßvorgang einnimmt, mit einem Kanal 36 in Verbindung, der sich zu einer weiteren oder Nebenkammer 37 (s. Fig. 2) erstreckt, die eine auf Druck ansprechende Vorrichtung in Gestalt einer Membrane 38, welche eine der Kammerwände bildet, und eine Entlüftungsöffnung 40 aufweist, mit der während eines Zeitintervalls Druck aus der Nebenkammer 37 ins Freie abgeführt werden kann.

Gemäß Fig_o 1 ist eine Anlaßluftpumpe 39 vorgesehen, die einer Entlastungsöffnung in Gestalt eines Rückschlagventils 41 zugeordnet ist und über eine Luftleitung 42 während der Anlaßperiode der Verbrennungseinrichtung einen Brennstofftank 43 .unter Druck setzt. An den Brennstofftank 43 ist eine Brennstoff-Förderleitung 44 angeschlossen, über die Brennstoff der Saugseite einer im Vergaser 26 angeordneten Membran-Brennstoff pumpe zugeleitet wird, welche nachstehend anhand Fig. 2 näher beschrieben wird.

Insektizid wird aus einem Behälter 46 über eine Leitung 47 abgegeben, die mit einem Insektizid-Schaltventil 48 gesteuert wird und eine Insektizid-Dosierdüse 49 enthält. Das Insektizid gelangt über die Leitung 47 zum Abgasrohr 10 und wird durch die heißen, pulsierenden Abgase verdampft und an der Mündung des Ausstoßrohres 13 zu Nebel mit Tröpfchengrößen im Mikronbereich rückkondensiert. Der Behälter 46 wird während des Zerstäubens bei laufender Verbrennungseinrichtung über eine Leitung 51 unter Druck gesetzt, welche mit der Verbrennungsvorkammer 19 über ein Rückschlagventil 52 verbunden ist, das eine Entlüftungsöffnung aufweist, um bei gestoppter Verbrennung ein Absinken des Behälterdruckes zu ermöglichen. Die bei der Verbrennung auftretenden raschen Verbrennungsdruckimpulse der Verbrennungseinrichtung dienen somit zum Unterdrucksetzen des Insektizidbehälters 46. Dies ist jedoch ein übliches Verfahren.

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Die Mittelbohrung 32 erhält Anlaßluft von der Anlaßluftpumpe 39 über eine Nebenleitung 53. Zwischen der Verbrennungsvorkammer 19 und dem Innenraum des Vergasers 26 erstreckt sich eine Leitung 54. Ein Öffnungs- und Schließ- bzw. Betätigungsglied 56 schaltet eine nur in Fig. 2 dargestellte Absperrklappe 57 in die Offen- oder die Schließstellung um. In der Schließstellung unterbricht die Absperrklappe 57 jegliche Durchströmung von Luft und zerstäubtem Brennstoff durch den verengten Kanal 27 des Vergasers 26. Die Absperrklappe 57 wird durch Federkraft in die Schließstellung vorgespannt und in einer arretierten Stellung des Betätigungsgliedes 56 von diesem offengehalten.

Der in Fig. 2 dargestellte Vergaser 26 hat eine Membranpumpe, die von einem flexiblen Pumporgan oder Membrane 58 gebildet ist. Letztere weist eine Öffnung 59 mit durch Durchbiegung bzw. Verformung gesteuerten Sperr- und Durchflußstellungen auf, die in Fig. 2 mit der Verformung dargestellt ist, welche ihrer Durchflußstellung entspricht, in der sie beim Saughub der Membrane 58 Brennstoff aus der Förderleitung 44 durchläßt. Der Brennstoff strömt in eine Kammer 61 und von dort beim Ausstoßhub der Membrane 58, deren Ausstoßstellung in Fig. 2 mit gestrichelten Linien gezeichnet ist, durch einen Auslaßkanal 62 und ein Filter 63 zur Pumpenauslaßseite 64. Aus dieser wird der Brennstoff zu einem kleinen Brennstoff-Zwischenbehälter 66 und von dort zu einem Kanal 67 geleitet. Die Leitung 54 überträgt Verbrennungsdruckimpulse aus der in Fig. 1 dargestellten Verbrennungsvorkammer 19 zu einer Kammer 68 an der abgedichteten entgegengesetzten Seite der Membrane 58. Die Membrane 58 erzeugt somit eine Brennstoffpumpwirkung durch die raschen Verbrennungsdruckimpulse (60 bis 80 Impulse je Sekunde) der Verbrennungseinrichtung.

Der Kanal 67 ist so ausgebildet, daß er zusammen mit einem beweglichen Bauteil 71 ein in der Offenstellung dargestelltes

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Brennstoff-Dosier- und -Einlaßnadelventil 72 bildet. Das Bauteil 71 wird von einem schwenkbar gelagerten Hebelarm 73 getragen, der in einer Kammer 74 angeordnet ist und von einer Druckfeder 76 elastisch gegen die dosierende Membrane 38 vorgespannt wird. Die Druckfeder 76 spannt dadurch das Bauteil 71 in die Ventilschließstellung vor. Die Membrane 38 wirkt als die gemeinsame, bewegliche Wand zwischen der Primäroder Hauptkammer 74 und der Nebenkammer 37. Mit dem Kanal 27 des Vergasers 26 und der Hauptkammer 74 steht ein Ansaugkanal 77 über ein von Hand verstellbares Nadelventil 78 in Verbindung, das zur anfänglichen Einstellung der Brennstoffzufuhr zur Verbrennungseinrichtung benutzt werden kann, wobei der Brennstoff verdampft und aus dem Ansaugkanal 77 durch Saugwirkung herausgesaugt wird, welche durch die Luftströmung durch den Kanal 27 erzeugt wird.

Beim Anlassen, und unter der Annahme, daß der Betätigungsschaft 34 die normale oder Offenstellung einnimmt, wird die Anlaßluftpumpe 39 mehrmals betätigt. Dadurch wird im Brennstofftank 43 Druck erzeugt, der ausreicht, um anfänglich Brennstoff über die Förderleitung 44 zum Vergaser 26 und von dort zum Brennstoffzwischenbehälter 66 im Vergaser 26 zu drücken. Die Anlaßluftpumpe 39 fördert über den Kanal 36 Luft auch zur entgegengesetzten Seite der dosierenden Membrane 38, also zur Nebenkammer 37. Die Bewegung der Membrane 38 öffnet etwas das Dosier- und Einlaßnadelventil 72, wodurch eine kleine Brennstoffmenge aus dem Brennstoffzwischenbehälter 66 in den Hohlraum des Einlaßventils einströmen kann. Ein weiterer von der Anlaßluftpumpe 39 erzeugter Luftstrom fließt über den Kanal 31a im Bauteil 31 (s. Fig. 1) in den Vergaserkanal 27 ein, wobei er durch den Ansaugkanal 77 hindurch verdampften Brennstoff ansaugt.

Das Gemisch aus Luft und verdampftem Brennstoff dringt durch die Löcher 22 in die Verbrennungsvorkammer 19 und in

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die Verbrennungskammer 11 ein, in der es durch die Funkenzündvorrichtung 24 entzündet wird. Die sich aus der Brennstoffentzündung ergebende Verpuffung findet in der Verbrennungskammer 11 statt und treibt die Gase durch das Abgasrohr 10 aus der Verbrennungseinrichtung hinaus. Der durch das Abgasrohr 10 ausströmende Gasstrom erzeugt in der Verbrennungsvorkammer 19 einen Unterdruck, der eine Verformung des Bauteils 21 des Kl ppenruckschlagventils hervorruft, wodurch die Löcher 22 freigelegt werden und mehr Luft durch den als Venturirohr wirkenden Kanal 27 des Vergasers 26 eingesaugt wird. Die den Vergaser 26 durchströmende Luft saugt aus dem Ansaugkanal 77 Brennstoff an, um ein brennbares Gemisch zu erzeugen. Diese nachfolgende Brennstoff-Luft-Ladung wird entzündet, und der Zyklus wiederholt sich verhältnismäßig rasch mit etwa 60 bis 80 Zyklen je Sekunde. Nach der Erstzündung werden die nachfolgenden Wiederholungszyklen von der Heizglühwendel 12 in Gang gehalten - die Funkenzündvorrichtung 24 wird nur während der Anlaßperiode eingeschaltet und die Verbrennungsluft wird durch die Primärluft-Einlaßlöcher 29 zugeführt.

Nachdem die sich selbstunterhaltende Verbrennung eingesetzt hat, wird die Betätigung der Anlaßluftpumpe 39 gestoppt; in der Brennstoff-Förderleitung 44 und in der Nebenkammer 37 herrschender Überdruck entweicht durch das eine Entlüftungsöffnung bildende Rückschlagventil 41 bzw. durch die Entlüftungsöffnung 40 und das Nadelventil 33,34 wird in die Schließstellung bewegt.

Druckimpulse aus der Verbrennungskammer 11 werden dem Vergaser 26 über die Leitung 54 zugeführt und betätigen die von der Membrane 58 gebildete Pumpe. Diese Pumpe fördert zusätzlichen Brennstoff aus dem Brennstofftank 43 in die Hauptkammer 74 des Vergasers 26, wobei der Brennstoffstrom mittels der Stellung der Membrane 38 dosiert wird. Sobald die Brenn-

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stoffpumpe gleichmäßig arbeitet, wird die Betätigung der Anlaßluftpumpe 39 gestoppt. Der im Brennstofftank 43 herrschende Druck entweicht, wie schon erwähnt, durch eine Entlüftungsöffnung im Rückschlagventil 41, und danach wird der Brennstoff dem Vergaser 26 bei drucklosem Brennstofftank 43 zugepumpt.

Beim Anlassen ist das die Insektizidförderleitung 47 steuernde Schaltventil 48 geschlossen und bleibt so, bis die Verbrennungseinrichtung gleichmäßig arbeitet. Wenn das Schaltventil 48 von Hand geöffnet wird, wird das Insektizid aus dem Behälter 46 gedrückt und durch die Leitung 47 zum Abgasrohr 10 gefördert, um von den das Abgasrohr 10 durchströmenden Abgasen mitgerissen zu werden. Während des Betriebes der Verbrennungseinrichtung wird der Insektizidbehälter 46 durch Verbrennungsdruckimpulse, welche von der Verbrennungsvorkammer 19 her über die Leitung 51 übertragen werden, kontinuierlich unter Druck gesetzt. Die Entlüftungsöffnung im in die Leitung 51 eingebauten Rückschlagventil 52 ermöglicht beim Abschalten der Verbrennungseinrichtung die Aufhebung des im Behälter 46 herrschenden Druckes. Die Verbrennung läßt sich durch Betätigen des Betätigungsgliedes 56 stoppen, wobei die Absperrklappe 57 im Kanal 27 des Vergasers 26 verstellt und dadurch der Brennstoff- und Luftzustrom zur Verbrennungsvorkammer 19 unterbrochen wird. Die linke Seite des in Fig. 2 dargestellten Vergasers 26 kann insgesamt als eine Brennstoffsteuervorrichtung betrachtet werden, wobei die Nebenkammer 27 und der Kanal 36 eine Anlaßvorrichtung bilden.

Aus der verhältnismäßig niedrigen Massenträgheit der die Brennstoffsteuervorrichtung bildenden Bauteile ergibt sich ein rasches Ansprechen der Brennstoff-Fördergeschwindigkeit auf eine Änderung des Luftstromes durch den Kanal 27 des Vergasers 26. Ein Unterdrucksetzen des Brennstofftanks 43 im Betrieb des Zerstäubers ist nicht notwendig, und der Vergaser 26 wird mit Brennstoff gleichmäßig versorgt.

Claims

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PATENTANWÄLTE dr.-inc. franz tuesthopf

WUESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS dipl.-chem. dr. ε. Freiherr von pechmann

DR.-ING. DIETBK BEHRENS

DIPt.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

lA-55 237 D-8000 MÜNCHEN 90

SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 6620 ji telegramm: protectpatent Telex: 524070

Patentansprüche

Pulsierender Zerstäuber mit einer Verbrennungseinrichtung mit intermittierend bzw. pulsierend schwingender Verbrennung, die ein Brennstoff-Luft-Einlaßventil aufweist, in dem der Durchfluß von Luft und Brennstoff zu einer Verbrennungsvorkammer mit einem Klappenrückschlagventil gesteuert wird, und mit einem Vergaser zum Zuführen eines Brennstoff-Luft-Gemischs zum Einlaßventil, dadurch gekennzeichnet , daß der Vergaser (26) einen verengten Kanal (27) hat, der von Ansaugluft mit einer Geschwindigkeit durchströmt wird, die von der Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungseinrichtung abhängig ist, eine Brennstoffsteuervorrichtung, die den verengten Kanal (27) im Vergaser (26) mit unter Druck stehendem Brennstoff zum Einsaugen in den Ansaugluftstrom versorgt und einen in den Kanal (27) mündenden Ansaugkanal (77) und ein Brennstoff-Einlaßventil (72) hat, das den Brennstoffstrom durch den Ansaugkanal (77) steuert, eine auf Druck ansprechende Vorrichtung zum Verändern des Brennstoffstroms durch das Brennstoff-Einlaßventil (72) in direkter Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Ansaugluftstromes durch den Kanal (27) des Vergasers (26), und eine Anlaßvorrichtung zum Verändern des Ansprechverhaltens der auf Druck ansprechenden Vorrichtung während einer Anlaßperiode, um dadurch die Verbindungsstelle des Ansaugkanals (77) und des Kanals (27) des Vergasers (26) unabhängig von der dortigen Luftdurchströraung mit Brennstoff zu versorgen.

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2. Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die auf Druck ansprechende Vorrichtung Bauteile aufweist, die eine Hauptkammer (74) bilden, wobei das Brennstoff-Einlaßventil (72) einen Brennstoffeinlaß zur und der Ansaugkanal (77) einen Brennstoffauslaß aus der Hauptkammer (74) bilden, und eine Membrane (38), die eine Wand der Hauptkammer (74) bildet und mit dem Brennstoff-Einlaßventil (72) betriebsmäßig verbunden ist, um den Brennstoffstrom in die Hauptkammer (74) abhängig von dem in ihr herrschenden Druck zu steuern.
3. Zerstäuber nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Anlaßvorrichtung Bauteile aufweist, die an der der Hauptkammer (74) entgegengesetzten Seite der Membrane (38) eine Nebenkammer (37) bilden, und eine Luftzuführung (Kanal 36), welche die Nebenkammer (37) während einer kurzen Anlaßperiode mit Druckluft versorgt, um durch vorübergehendes Verstellen der Membrane (38) das Brennstoff-Einlaßventil (72) unabhängig vom Brennstoffdruck in der Hauptkammer (74) zu öffnen.
4. Zerstäuber nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Brennstoff-Einlaßventil (72) als Nadelventil ausgebildet ist, welches durch Federkraft in die Schließstellung vorgespannt wird, und daß ein schwenkbar gelagerter Hebelarm (73) das bewegliche Bauteil (71) des Nadelventils mit der Membrane (38) so verbindet, daß ein vorbestimmter Druckunterschied zwischen den Drücken in der Hauptkammer (74) und der Nebenkammer (37) das Brennstoff-Einlaßventil (72) gegen seine Federkraftbelastung öffnet.
5. Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zum Zuführen von unter Druck stehendem Brennstoff zum Brennstoff-Einlaßventil (72) eine Brennstoffpumpe vorgesehen ist, die an der Saugseite an einen Brennstofftank (43) und an der Druckseite an das Brennstoff-

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Einlaßventil (72) angeschlossen ist und eine Druckkammer (68) hat, ein flexibles Pumporgan (Membrane 58), das durch pneumatische Druckimpulse in der Druckkammer (68) betätigbar ist, und eine Leitung (54), welche die Druckkammer (68) mit der Verbrennungsvorkammer (19) verbindet, wodurch Verbrennungsdruckimpulse aus der Verbrennungsvorkammer (19) die Brennstoffpumpe betätigen.