DE3921079A1 - Anordnung zur zerstaeubung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten nach der Gattung des Hauptanspruches. Die Erfindung liegt also auf dem Gebiet der Zerstäubung von Flüssigkeiten mittels fremderzeugter Druckluft oder Nutzung des Unterdruckes im Saugrohr von Brennkraftmaschinen. Als Flüssigkeiten kommen insbesondere Kraftstoffe, die zu Brenngemischen für Brennkraftmaschinen mit äußerer Gemischbildung aufbereitet werden sollen, in Verwendung. Bisher hat man zur Zerstäubung von Kraftstoffen Druckluft bzw. Un­ terdruck im Saugrohr so angewendet, daß die an einem Ringspalt ex­ pandierende Luft mit hoher Geschwindigkeit den aus der Mündung des Einspritzventiles austretenden Kraftstoffstrahl erfaßt. Die große Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Luft und Kraftstoff führt zur Zerstäubung.

Diese Art der Zerstäubung ist jedoch nachteilig, indem die aus dem Zerstäubungsprozeß resultierenden feinen Tröpfchen im Luftstrom auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden, so daß sie teilweise nicht mehr in der Lage sind, einer Strömungsumlenkung der Ansaug­ luft zu folgen. Die Tröpfchen prallen gegen die Saugrohrwand und tragen zur Wandfilmbildung bei. Für die Exzentrizität der Kraft­ stoffeinbringung in den Strahl der Luft sind nur sehr geringe To­ leranzen zulässig. Zu große Fertigungstoleranzen in diesem Bereich führen zu einer seitlichen Ablenkung des zerstäubten Kraftstoff­ strahles, woraus in der Folge eine erhöhte Kraftstoffehlverteilung zwischen den einzelnen Zylindern einer Mehrzylindermaschine bei Zentraleinspritzung resultiert. Es ist auch bereits eine Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die Mündung eines Einspritzventiles in eine Hilfsluftdüse gerich­ tet ist, wobei in einer darin ausgebildeten Wirbelkammer der Kraft­ stoff und die Luft durch Verwirbelung aufbereitet werden. Die Luft­ zufuhr erfolgt hier tangential in den Innenraum der Hilfsluftdüse.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegen­ über den Vorteil, daß durch die niedrige Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeitströpfchen aus der Anordnung, diese in der Lage sind Strömungsumlenkungen der Ansaugluft zu folgen. Die Kraftstoffehl­ verteilung zwischen den einzelnen Zylindern einer Mehrzylinderbrenn kraftmaschine kann z. B. bei Zentraleinspritzung dadurch insbesonde­ re im Vollastbereich wirkungsvoll verringert werden. Die Menge an wandfilmförmiger Flüssigkeit wird ebenfalls verringert, wodurch be Brennkraftmaschinen das Instationärverhalten positiv beeinflußt wird. Der aus der Anordnung austretende, zerstäubte Flüssigkeits­ strahl weist eine sehr gute Strahlsymmetrie auf, so daß keine Fehl­ verteilung, insbesondere seitliche Ablenkung des Flüssigkeitsstrahl les, auftritt. Dies ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen von großer Bedeutung.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.

Es ist günstig, wenn die in verschiedenen, übereinanderliegenden Ebenen vorgesehenen Schlitze jeweils in einen Ringkanal münden und die Ringkanäle sich mit abnehmendem Radius verjüngen und in eine Zy­ linderöffnung münden. Es ist überdies günstig, wenn jedem Ringkanal mehrere, insbesondere zwei Schlitze zugeordnet sind. Durch die Aus­ wahlmöglichkeit der Anzahl der tangential einmündenden Schlitze pro Wirbelebene und die geometrische Lage der Schlitze der oberen bzw. unteren Wirbelebene zueinander kann die Geometrie des zerstäubten Flüssigkeitsstrahles und bei Verwendung von Kraftstoffen die Kon­ zentrationsverteilung der Kraftstofftröpfchen im Einspritzstrahl be­ einflußt werden. Dadurch erhält man ein weiteres Mittel durch die Zerstäubung des Kraftstoffes, die Kraftstoffehlverteilung zwischen den einzelnen Zylindern zu verringern.

Zeichnung

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die Schnittdarstellung einer Zentraleinspritzeinheit mit der Anordnung der Erfindung, Fig. 2 ein Detail der Fig. 1 nämlich die eigentliche erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 2 und Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 2, die Fig. 5 und 6 sind axonometrische Dar­ stellungen der Luft- und Flüssigkeitsströmung durch die erfindungs­ gemäße Anordnung.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles

Die Erfindung wird anhand einer Zentraleinspritzeinheit dargelegt, ist jedoch nicht auf die Anwendung bei einer derartigen Zentralein­ spritzeinheit eingeschränkt. Die Erfindung ist auch nicht auf die Kraftstoffzerstäubung beschränkt, sondern es kann jede Flüssigkeit, die zerstäubt werden muß, bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Die Zentraleinspritzeinheit nach Fig. 1 besitzt ein Einspritzventil 1 und ist direkt auf dem Saugrohr montiert und versorgt den Motor mit fein aufbereitetem Kraftstoff. Sie besteht neben dem Einspritzventil 1 aus einem mit diesem über eine Leitung 7 verbundenen Druckregler 2 und einem Drosselklappengehäuse 9 mit einer Drosselklappe 10. Der Aufbau einer derartigen Zentraleinspritzeinheit ist bekannt und soll hier nicht weiter erläutert werden.

Zwischen dem Drosselklappengehäuse 9 und einem das Einspritzventil lagernden Obergehäuse 8 ist ein Zwischenring 6 vorgesehen, der eine erfindungsgemäße Anordnung 11 umschließt, zu der zwei Luftleitungen führen. Diese erfindungsgemäße Anordnung 11 ist in Fig. 2 näher dar­ gestellt.

Das Einspritzventil hat in bekannter Weise einen Ventilsitz, über den das Ventil geöffnet und geschlossen wird. Unterhalb der Ventil­ mündung 3, also hinter dem Ventilsitz ist ein Gehäuse 12 abgedichtet am Einspritzventil 1 mit einer Ringscheibe 13 angeordnet, wobei das Gehäuse 12 in verschiedenen Ebenen mit ringförmigen Luftzuführungen 4, 5 versehen ist, die durch einen Steg 21 voneinander getrennt sind. Diese Luftzuführungen 4, 5 erhalten Druckluft von den Luftleitungen 30, 31. Auf den Steg 21 ausgerichtet, ist in das Gehäuse 12 ein Trennring 22 eingesetzt, in den wenigstens ein mit der oberen Luft­ zuführung 4 verbundener, oberer Schlitz 15 und wenigstens ein mit der unteren Luftzuführung 5 verbundener unterer Schlitz 16 eingearbeitet sind. Wie auch die Fig. 3 und 4 zeigen, sind beim gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel zwei obere Schlitze 15 und zwei untere Schlitze 16 vor­ gesehen. Jeder obere Schlitz 15 der oberen Ebene mündet tangential in einen oberen Ringkanal 23 und jeder untere Schlitz 16 der unte­ ren Ebene mündet tangential in einen unteren Ringkanal 24. Mit ab­ nehmendem Radius verjüngen sich die Schlitze 15, 16 in Umfangsrich­ tung. Die Ringkanäle 23 und 24 verjüngen sich mit abnehmendem Radius in axialer Richtung bis zu einem oberen Spalt 25 bzw. bis zu einem unteren Spalt 26 und münden in eine mittige Zylinderöffnung 14, der auch der Kraftstoffstrahl zugeführt wird. Die Spalte 25 und 26 sind ebenfalls ringförmig ausgebildet. Der obere Schlitz 15, der obere Ringkanal 23 und der obere Spalt 25 werden nach oben durch die Ring­ scheibe 13 begrenzt. Die Ringscheibe 13 hat eine zur Ventilmündung 3 fluchtende Durchgangsöffnung 29, der in Strömungsrichtung der Spalt 25, die Zylinderöffnung 14 und der untere Spalt 26 folgen. Die Zylinderöffnung 14 erstreckt sich axial verlaufend über den Trennring 22 bis in das Gehäuse 12. Der Kraftstoffstrahl, der über die Ventilmündung 3 in die zu dieser fluchtende Zylinderöffnung 14 eintritt, wird von der aus dem oberen Spalt 25 austretenden Wirbel­ strömung (Luftwirbel) in der oberen Wirbelebene erfaßt und es er­ folgt hier der Impulsaustausch zwischen Luft und Kraftstoff. Die Luftströmungsrichtung über die unteren Schlitze 16 in der unteren Wirbelebene ist zu der Luftströmungsrichtung über die oberen Schlit­ ze 15 in der oberen Wirbelebene entgegengesetzt gerichtet, so daß in der unteren Wirbelebene eine zur oberen Wirbelebene entgegenge­ setzte Drehrichtung des Kraftstoffluftwirbels entsteht. Durch die­ se entgegengesetzten Drehrichtungen der Wirbelströmungen wird die Drehbewegung der Gesamtströmung stromabwärts des unteren Spaltes 26 aufgehoben, so daß ein Ausschleudern der Kraftstofftröpfchen aus dem über eine Austrittsöffnung 28 der Anordnung 11 austretenden Kraftstoff-Luft-Gemisch infolge Fliehkraftwirkung vermieden wird.

Dadurch, daß die Ringkanäle 23, 24 sich mit abnehmendem Radius verjüngen, steigt die Geschwindigkeitskomponente der Luftströmung in radialer und tangentialer Richtung mit abnehmendem Radius der Ring­ kanäle 23, 24 und es läßt sich so eine gewünschte hohe Geschwindig­ keit der Luftwirbel erreichen.

Zur Verdeutlichung ist in Fig. 5 die obere Wirbelebene und in Fig. 6 die untere Wirbelebene dargestellt. Man sieht in Fig. 5, daß ein Luftstrom 17 im Uhrzeigersinn über die oberen Schlitze 15 in den Ringkanal 23 eingebracht wird, über den oberen Spalt 25 den Kraft­ stoffstrahl 19 umwirbelt und die obere Wirbelebene dann durch die Zylinderöffnung 14 verläßt. In der unteren Wirbelebene gemäß Fig. 6 erfolgt die Luftzufuhr über die unteren Schlitze 16 und die Luft­ strömung 18 wirbelt nun um den Kraftstoffstrahl 19 in dem Uhrzei­ gersinn entgegengesetzter Richtung und verläßt die untere Wirbelebe­ ne ebenfalls über die Zylinderöffnung 14. Sind die Wirbelströmungen der Luftströme 17 und 18 gleich groß, so wird die Drehung des Ge­ samtstromes stromabwärts des unteren Spaltes 26 aufgehoben und es wird dem Saugrohr ein gut durchgemischtes Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeleitet.

Wählt man das Verhältnis aus Querschnittsfläche der vertikalen Zy­ linderöffnung 14 zur jeweiligen Summe der Flächen der Schlitze 15, 16 entsprechend groß, so ist gewährleistet, daß die Geschwindig­ keitskomponente in Richtung der Ventillängsachse gering bleibt. Damit ist auch sichergestellt, daß die Austrittsgeschwindigkeit der Kraftstofftröpfchen aus der Austrittsöffnung 28 klein ist.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß es selbstverständlich auch möglich ist, eine Abgasrückführung vorzusehen, und daß man den Luftstrom 17, 18 durch einen Abgasstrom ersetzen kann.

Claims (7)

1. Anordnung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten, insbesondere von durch ein Einspritzventil abgespritztem Kraftstoff für eine Brenn­ kraftmaschine, wobei auf die Flüssigkeit in einem Raum eine durch Druckluft oder Abgas erzeugte Wirbelströmung einwirkt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Raum durch eine Zylinderöffnung (14) gebildet wird, in die in zwei übereinanderliegenden Ebenen zwei getrennte Wirbelströmungen (17, 18) mit einander entgegengerichteten Strö­ mungsrichtungen einmünden und auf die Flüssigkeit einwirken.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Ebene mindestens ein oberer Schlitz (15), der tangential in einen oberen Ringkanal (23) mündet, und in der unteren Ebene min­ destens ein unterer Schlitz (16) vorgesehen sind, der tangential so in einen unteren Ringkanal (24) mündet, daß sich im unteren Ringka­ nal (24) eine Wirbelströmung (18) ergibt, deren Strömungsrichtung der Wirbelströmung (17) im oberen Ringkanal (23) entgegengerichtet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlit­ ze (15, 16) sich mit abnehmendem Radius verjüngen.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkanäle (23, 24) sich mit abnehmendem Radius in axialer Richtung verjüngen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Ringkanal (23) über einen oberen Spalt (25) und der untere Ringkanal (24) über einen unteren Spalt (26) in die die eingespritzte Flüssig­ keit aufnehmende Zylinderöffnung (14) münden.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ hältnis der Querschnittsfläche der Zylinderöffnung (14) zur Summe der jeweiligen Querschnitte der Schlitze (15, 16) groß ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den Wirbelströmungen (17, 18) gleich groß sind.