DE4408392A1 - Vorrichtung zur Bildung einer Öl-Wasser-Emulsion - Google Patents
Vorrichtung zur Bildung einer Öl-Wasser-EmulsionInfo
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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- B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
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- B01F25/44—Mixers in which the components are pressed through slits
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- B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
- B01F23/41—Emulsifying
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung einer
Öl-Wasser-Emulsion für den Betrieb einer Einspritzpumpe mit den
im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Merkmalen.
Derartige Emulgiereinrichtungen mischen das Öl und das Wasser zu
einer Emulsion, in welcher kleinste Wassertröpfchen im Dieselöl
suspendiert sind. Spritzt man solche Öl-Wasser-Emulsionen in den
Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ein, kann dadurch die
Verbrennungstemperatur und daraus resultierend der Ruß- und
Stickoxidanteil im Abgas verringert werden.
Aus der DE 39 12 344 A1 ist eine gattungsgemäße Einrichtung
bekannt, bei der das Öl über tangential zur Wirbelkammer
ausgerichtete Einlaufschlitze in die Wirbelkammer zugeführt
wird, während das Wasser mittels einer Einspritzdüse
elektronisch geregelt in das einströmende Öl axial eingespritzt
wird. Öl und Wasser werden durch die zwei aufeinandertreffende
Ströme miteinander vermischt, und die auf diese Weise erhaltene
Suspension wird dann durch einen sich verjüngenden axialen
Auslauf der Wirbelkammer beschleunigt und im turbulenten Zustand
auf ein elektrisch angetriebenes Radiallaufrad geleitet. Das mit
hoher Drehzahl angetriebene Laufrad erzeugt ein großes
Druckverhältnis zwischen Austritts- und Eintrittsdruck und
begünstigt dadurch die Emulsionsbildung. Obwohl bei der
bekannten Einrichtung eine sehr feine und homogene Emulsion
gebildet wird, ist diese Einrichtung dennoch mit Nachteilen
behaftet. Insbesondere die Verwendung eines separat
angetriebenen Radiallaufrads zur Herstellung einer homogenen
Emulsion erfordert großen konstruktiven Aufwand und stellt
beispielsweise an einem Dieselmotor, einen zusätzlichen
Energieverbraucher dar. Folglich ist die bekannte Einrichtung
kostspielig in der Herstellung und führt zu einer
Verschlechterung des mechanischen Gesamtwirkungsgrads des
Dieselmotors.
Der Erfindung liegt daher die technische Problemstellung
zugrunde, ausgehend von einer gattungsgemäßen
Emulgiervorrichtung, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die eine
feine homogene Emulsion mit rein strömungsmechanischen Mitteln
bildet, einfach aufgebaut und kostengünstig herzustellen ist.
Zur Lösung des Problems dienen die im Patentanspruch 1 gegebenen
Merkmale.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung der der
Wasser-Einspritzdüse in der Wirbelkammer koaxial
gegenüberliegenden Prallfläche liegt darin, daß der unter
Hochdruck mit großer Geschwindigkeit in die Wirbelkammer
eingespritzte Wasserstrahl axial auf die Prallfläche auftrifft
und dadurch der zugeführte Wassermassenstrom in der Wirbelkammer
in eine hochturbulente Strömung versetzt wird. Diese
erfindungsgemäß erzeugte Wirbelströmung durchmischt sich mit dem
in einer Ebene senkrecht zu der Richtung des
Wassereinspritzstrahls über den Umfang der Wirbelkammer verteilt
zugeführten Kraftstoff ohne zusätzliche Energiezufuhr von außen
zu einer feinen Emulsion.
Bedingt durch die vorgeschlagenen Einspritzrichtungen und die
hohe kinetische Energie des eingespritzten Wasserstrahls der
Kraftstoffzumischung, wird das turbulente Wasser-Öl-Gemisch im
Kollisionsraum der Wirbelkammer zusätzlich in Zirkulation
versetzt und mit dem einströmenden Öl, wie z. B. Kraftstoff,
verwirbelt. Durch diese Zumischung von Kraftstoff zu der
energiereichen und hochturbulenten Wasserströmung wird eine
gleichmäßig gute Durchmischung kleinster Wasser und
Kraftstoff/Öl-Tröpfchen erreicht.
Die zur Bildung einer derart homogenen Emulsion erforderliche
Strömungs- bzw. Verwirbelungsenergie wird erfindungsgemäß allein
durch Nutzung des Energiepotentials der Einspritzstrahlen
aufgebracht, so daß auf eine bisher erforderliche zusätzliche
Energiezufuhr von außen, beispielsweise in Form eines
angetriebenen Radiallaufrads, verzichtet werden kann, ohne
dadurch die Qualität der herzustellenden Emulsion zu
beeinträchtigen.
Vorteilhaft für ein wirkungsvolles bzw. gleichmäßig feines
Verteilen von Kraftstoff und Wasser ist es, wenn die den
Ringkanal mit der Wirbelkammer verbindenden Einlauföffnungen
radial zur Wirbelkammer ausgerichtet sind. Durch diese
Ausrichtung wird der Kraftstoff über den ganzen Umfang der
Wirbelkammer verteilt in Richtung auf einen zentralen Punkt in
der Wirbelkammer zugeführt, welcher auf der Mittellängsachse der
Wirbelkammer und folglich in dem Wassereinspritzstrahl liegt.
Durch diesen am Umfang eingespeisten Kraftstoffstrom wird die
Zirkulation zur Verteilung des Kraftstoff-Wasser-Gemenges,
insbesondere in dem Kollisionsraum, zusätzlich unterstützt. Ist
ferner der axiale Abstand zwischen der Prallfläche zu der
Einspritzdüse größer als der Abstand der Einspritzdüse zu der
Ebene der Einlauföffnungen, dann kann die durch die
Kraftstoffzumengung unterstützte Zirkulationsströmung für eine
feine Verteilung beider Emulsionsstoffe ungehindert ausgebildet
werden.
Diese Verwirbelung kann zusätzlich intensiviert werden, wenn,
wie in einer bevorzugten Ausführungsform, eine gerade Anzahl an
Einspritzöffnungen vorgesehen ist, von welchen sich jeweils zwei
Einspritzöffnungen koaxial gegenüberliegen. Die damit jeweils
auf einer gemeinsamen Durchmesserlinie liegenden, in radialer
Richtung nach innen gerichteten Einspritzstrahlen treffen
zwangsläufig in dem zentralen Punkt frontal aufeinander und
optimieren so die Verwirbelung der Emulsionsflüssigkeiten in
feinste Tröpfchen miteinander.
Da in Abhängigkeit von dem Abstand der Prallfläche zu der
Einspritzdüse die Intensität der durch den Aufprall erzeugten
Turbulenz des eingespritzten Wassers beeinflußt werden kann,
kann es vorteilhaft sein, wenn der axiale Abstand zwischen der
Prallfläche und der Einspritzdüse einstellbar ist, um dadurch
die Emulgiervorrichtung auf die jeweils einsatzbedingt
vorhandenen Einspritzdruckverhältnisse sowie die gewünschte
Tröpfchengröße der herzustellenden Emulsion abzustimmen.
Einen weiteren Vorteil bietet hier die Ausgestaltung der
Erfindung nach Anspruch 6, bei der die konstruktive Ausbildung
zur Befestigung der Prallscheibe in Strömungsrichtung des
Emulgats gelegt ist. Damit wird eine Störung des
Emulgatdurchsatzes durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
vermieden. Gleichzeitig schafft diese Ausgestaltung zusätzlich
die Voraussetzung für eine Möglichkeit, den Abstand der
Prallfläche zur Einspritzdüse von außerhalb der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, also ohne aufwendige, teilweise
Demontage, einzustellen. Ein hierfür geeignetes
Ausführungsbeispiel ist Gegenstand des Anspruchs 7.
Ferner hat sich bei der zum Stand der Technik aus der
DE 39 12 344 A1 bekannten Einrichtung, die Rückführung der in
einer Rücklaufleitung von der Einspritzpumpe kommenden Emulsion
in die Emulsionskreisläufe als Ursache einer nicht
gleichbleibend homogenen Emulsionsbildung herausgestellt. Der
nicht verbrauchte Emulsionsanteil gelangt unmittelbar über die
Saugkammer des Radiallaufrads in den Kreislaufzurück und führt
so zu lokalen Konzentrationsveränderungen des durch den
verjüngten Austritt der Wirbelkammer in die Saugkammer
einströmenden Öl-Wasser-Vorgeschmischs. Darüberhinaus kann je
nach Menge des Rücklaufs ein rückleitungsbedingter Rückstau bis
in die Wirbelkammer hinein sowie eine damit verbundene
unzureichende Durchmischung von Wasser und Öl die Folge sein.
Um die unverbrauchte Emulsion ohne zusätzliches Rührwerk in den
Emulgierkreislauf und damit einer erneuten Durchmischung
zuzuführen, wird in Anspruch 8 in Weiterbildung der Erfindung
eine Ausgestaltung aufgezeigt, deren Vorteil darin begründet
liegt, daß die Rücklauf-Emulsion zunächst in einem Zuführkanal
gesammelt und auf den gesamten Umfang der Mischkammer verteilt
wird, bevor er durch einen Rückströmkanal dem Emulgierkreislauf
und damit dem frisch hergestellten Emulgat zugemischt wird. Auf
diese Weise wird das Rücklaufemulgat bis in den Bereich der
Verbindungsöffnung geführt, wo der von der Wirbelkammer kommende
Emulgatstrom aufgrund der Düsenwirkung an der Verbindungsöffnung
mit hoher Geschwindigkeit in die Mischkammer einströmt. Neben
den in diesem Bereich auftretenden Turbulenzen ist es
insbesondere die Sogwirkung der schnellen Strömung, welche
erfindungsgemäß die mengenmäßige Zumessung des Rücklaufs zu der
Emulgatströmung derart regelt, daß ein vollständiges Aufmischen
des Rücklaufs mit strömungsmechanischen Mitteln erreicht wird
und eine nachteilige Beeinflussung bzw. teilweise Beruhigung des
Frisch-Emulgatstroms in der Mischkammer vermieden werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich ferner durch ein
äußerst geringes Druckvolumen aus, da deren Kammersystem
hinsichtlich strömungsmechanischer Gesichtspunkte auf einen
kontinuierlichen Emulsionsvolumenstrom abgestimmt ist und keine
im Strömungsschatten liegende Teilvolumina aufweist.
Um die auf einen bestimmten Volumenstrom und einen bestimmten
maximal erreichbaren Wasseranteil der gebildeten Emulsion
ausgelegte erfindungsgemäße Vorrichtung auch an größere von
Verbrauchern benötigte Volumenströme anpassen zu können, ist in
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, mehrere erfindungsgemäße
Vorrichtungen mit einem gemeinsamen Sammelgehäuse zu verbinden,
aus dem wiederum die Einspritzpumpe mit dem jeweils
erforderlichen Volumenstrom gespeist werden kann.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den
übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 Einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen
Emulgiervorrichtung;
Fig. 2 Eine Querschnittsdarstellung auf Höhe des
Kollisionsraums der Wirbelkammer entlang des
Schnittverlaufs II-II in Fig. 1;
Fig. 3 Ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer
Sammelleitung im Längsschnitt.
Das in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zum besseren Verständnis
des Aufbaus und der Funktion bereits mit an den jeweiligen
Einlässen 3, 7 und dem Auslaß 6 angebrachten Anschlußflanschen
30, 32, 34 sowie damit verbundenen Leitungskupplungen 31, 33, 35
ausgestattet.
Die Vorrichtung selbst besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse
48, einem im Gehäuse 48 ausgebildeten Kammernsystem, den
Öl-, Wasser- und Rücklaufzuflußsystemen sowie einer
Prallstempelbaugruppe 13 mit Verstellmechanismus 14.
Das Gehäuse 48 ist aus vier bearbeiteten und hintereinander
koaxial aneinandergeschraubten rotationssymmetrischen
Gehäuseteilen 36, 37, 38, 39 zusammengesetzt und umschließt eine
rotationssymmetrische axiale Durchgangsöffnung. Die Unterteilung
des Gehäuses 48 ist so gewählt, daß durch die konstruktive
Gestaltung jedes der Gehäuseteiles 36, 37, 38, 39 jeweils die
einander zugewandten und ineinander verschraubten stirnseitigen
Enden zweier Gehäuseteile 36, 37, 38, 39 gemeinsam die
Durchgangsbohrung in drei Kammerabschnitte unterteilen.
In den ersten dieser Kammerabschnitte zwischen den Gehäuseteilen 36, 37
ist koaxial ein Düseneinsatz 26 paßgenau eingesetzt,
mittels welcher eine rotationssymmetrische Wirbelkammer 1
gegenüber den nachfolgenden Kammerabschnitten abgetrennt ist.
Die Gestalt dieser Wirbelkammer 1 wird durch einen im
Gehäuseteil 36 ausgebildeten zylinderförmigen Kollisionsraum 27
und das in Strömungsrichtung 25 über eine Verjüngung 42 daran
anschließende durchmesserkleinere Innenvolumen des
Düseneinsatzes 26 begrenzt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, münden in den Kollisionsraum 27 in
gleichmäßigen Winkelabständen über den Umfang verteilt sechs
radial ausgerichtete Einlauföffnungen 9, welche in einer Ebene
senkrecht zur Wirbelkammerlängsachse 28 im Gehäuseteil 36
ausgebildet sind. Die Einlauföffnung 9 müssen nicht zwingend in
gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet sein; vielmehr können
diese Einlauföffnungen auch unregelmäßig über den Umfang
verteilt vorgesehen sein, um dadurch eine zusätzliche
Strömungsbeeinflussung zu erreichen. Die Einlauföffnungen 9
verbinden die Wirbelkammer 1 mit einem diese an der
Gehäuseaußenwand koaxial umgebend angeordneten Ringkanal 8.
Dieser Ringkanal 8 wird durch ein bevorzugt mit der
Gehäuseaußenwand verschweißtes oder ein auf diese
aufgeschraubtes Ringgehäuse 29 begrenzt und dient als
Ausgleichsvolumen der Öl- bzw. Kraftstoffzufuhr zu der
erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Volumen des Ringkanals 8 und
der Öffnungsgesamtquerschnitt der Einlauföffnungen 9 sind in
einer Weise aufeinander abgestimmt, die ausgehend von der
vorgesehenen Förderleistung einer Kraftstoffzuführpumpe sicher
stellt, daß jeweils sämtliche Einlauföffnungen 9 mit einer
ausreichenden Kraftstoffmenge versorgt werden, ohne daß dadurch
der zur Versorgung der Einspritzpumpe erforderliche
Kraftstoffdurchsatz in irgendeiner Weise beschränkt wird.
An dem Ringgehäuse 29 sind radial ein oder mehrere
Anschlußflansche 30, 30′ vorgesehen, die jeweils über einen
Dieseleinlaß 3 eine oder mehrere mittels Leitungskupplungen 31
daran angeschlossene Kraftstoffniederdruckleitungen (nicht
dargestellt) mit dem Ringkanal 8 verbinden. Sind, wie in dem
dargestellen Ausführungsbeispiel gezeigt, mehrere
Anschlußflansche 30, 30′ ausgebildet, dann kann auch nur der
unter den jeweils vorherrschenden Einbaubedingungen günstig
liegende Anschlußflansch mit der Kraftstoffzuführleitung
verbunden werden, während die übrigen Leitungsflansche 30′
mittels Gewindestopfen 40 verschlossen werden können.
Die dem Gehäuseteil 26 zugewandte Stirnseite der Wirbelkammer 1
wird von einem Wasser-Einspritzventil 4 definiert, welches in
das stirnseitige Ende der Gehäuse-Durchgangsöffnung
eingeschraubt ist und deren Einspritzdüse 5 in die Wirbelkammer
1 einmündet.
Als Wasser-Einspritzventil 4 ist ein elektromagnetisches Ventil
eingesetzt, gegen welches eine hier nicht dargestellte
Wasserförderpumpe Wasser fördert und einen gewählten Staudruck
aufbaut. Mittels entsprechenden elektrischen Steuerimpulsen
einer ebenfalls nicht dargestellten Steuereinheit wird das
Wasser-Einspritzventil 4 geöffnet und geschlossen, und Wasser
wird unter Druck durch die Einspritzdüse 5 in die Wirbelkammer 1
eingespritzt. Hierbei zeichnet sich das elektromagnetische
Einspritzventil 4 durch ein schnelles und exaktes Öffnungs- und
Schließverhalten aus, wodurch selbst hochfrequentes
intermittierendes Einspritzen exakt geregelt werden kann.
Die Einspritzdüse 5 des Wassereinspritzventils 4 mündet koaxial
in die Wirbelkammer 1 und leitet den Wasser-Einspritzstrahl im
wesentlichen ebenfalls koaxial in die Wirbelkammer 1. Dort
trifft der Einspritzstrahl frontal auf eine Prallfläche 10 einer
Prallscheibe 11, welche in einer Ebene senkrecht zur
Wasser-Einspritzrichtung in der Wirbelkammer 1 angeordnet ist.
Die Prallfläche 10 ist mit einem Abstand zu der
Wasser-Einspritzdüse 5 positioniert, der es erlaubt, daß
einerseits die radial ausgerichteten Öl- bzw.
Kraftstoffeinspritzstrahlen aus den Einlauföffnungen 9
ungehindert im horizontalen Wirbelkammermittelpunkt
aufeinandertreffen können andererseits der
Wasser-Einspritzstrahl in senkrechter Richtung dazu durch diesen
Kammermittelpunkt und die dort radial aufeinandertreffenden
Kraftstoffmengen hindurch gegen die Prallfläche 10 gespritzt und
das von der Prallfläche 10 wieder abspritzende Wasser zumindest
teilweise entgegen der Wassereinspritzrichtung in den
Einlaufendabschnitt 27 zurückgeleitet wird. In diesem
Einlaufendabschnitt 27 prallen folglich die
Kraftstoffeinspritzstrahlen und sowohl der Wassereinspritzstrahl
als auch das von der Prallfläche 10 zurückspritzende, Wasser aus
unterschiedlichsten Richtungen aufeinander und durchmischen sich
so in der dadurch erzeugten hochturbulenten Strömung zu einer
homogenen Emulsion.
Die Prallscheibe 11 bildet das stirnseitige Ende eines
Prallstempels 12, der mit einem Verstellmechanismus 14 verbunden
ist und von der Stirnseite des Gehäuseteils 39 aus koaxial durch
das Kammersystem, welches nachfolgend näher beschrieben wird,
bis in die Wirbelkammer 1 hineinragt. Bei dieser Einbaulage ist
das Ende des Prallstempels 13 durch eine Düsenöffnung 22
geführt, welche mit entsprechendem Durchmesser zentrisch im
Boden des Düseneinsatzes 26 ausgebildet ist.
Die Erfindung ist allerdings nicht auf die bei diesem
Ausführungsbeispiel gezeigte Ausbildung der
Prallscheibenbefestigung beschränkt, sondern es kann, wie z. B.
bei der in Fig. 3 gezeigten Ausbildungen der Erfindung, ein
Prallstempel 13′ ohne Verstellmechanismus in seiner Position im
Gehäuseteil 39′ befestigt sein; denkbar ist ferner ein zur
Positionierung der Prallfläche 10 geeigneter Einsatzkörper,
welcher in den Düseneinsatz 26 eingesetzt ist, jedoch das
durchströmende Emulgat nicht behindert. Bei dem in Fig. 1
gezeigten Ausführungsbeispiel mit Verstellmechanismus 14 ist
dieser paßgenau in eine entsprechende Aufnahmebohrung 18 im
Gehäuseteil 39 eingesetzt und in seiner Lage mittels einer
Klemmutter 15 an dem Flansch 16 befestigt.
Der Verstellmechanismus 14 setzt sich aus einem Schiebestück 41
mit Innen-Feingewinde sowie einem in das Feingewinde
verschraubten Gewindebolzen zusammen. Der Gewindebolzen ist
fluchtend mit dem der Prallscheibe 11 abgewandten Ende des
Prallstempels 12 drehfest verbunden und weist an seinem aus dem
Gehäuseteil 19 herausragenden Ende ein Handhabungsteil 17 auf,
mit welchem der Prallstempel 12 zur Justierung des
Prallflächenabstands in axialer Richtung bewegt werden kann.
Selbstverständlich ist der Fachmann mit einer Vielzahl
unterschiedlicher Längenverstellmechanismen vertraut, welche
ebenfalls vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung erfaßt
sein sollen.
Damit durch ein Vergrößern des Prallflächenabstands zur
Einspritzdüse 5 die starke Turbulenz der Wirbelströmung im
Einlaufendabschnitt 27 nicht beeinträchtigt wird, ist an der
Büchseninnenkante, wie bereits oben erwähnt, eine Verjüngung 42
ausgebildet, deren Schräge so gewählt ist, daß radial über die
Prallscheibe 11 hinaus abgedrängte Wasser- bzw.
Wasser-Öl-Gemenge teilweise an der Schräge umgeleitet wird und
wieder in Richtung auf die Einspritzdüse 5 zu in den
Einlaufendabschnitt 27 zurückströmen kann. Damit wird einerseits
mittels der Verjüngung 42 eine in den Kollisionsraum 27 zurück
zirkulierende Strömung gebildet andererseits wirkt diese
Verjüngung 42 als Beschleunigungsringkanal für den aus der
Kollisionskammer 27 in den angrenzenden Teil der Wirbelkammer 1
strömenden Emulsionsstrom. Die beschleunigende Wirkung dieser
Verjüngung 42, wie auch der Düsenöffnung 22, unterstützt hierbei
die hydrodynamische Verteilung feinster Wasser- und
Kraftstoffteilchen untereinander.
Die Wirbelkammer 1 ist in Strömungsrichtung 25 über die
Düsenöffnung 22 mit dem nachfolgenden Kammersystem verbunden,
welches eine Mischkammer 2 und eine Sammelkammer 19 umfaßt.
Die Mischkammer 2 wird durch die Innenwandung einer in den durch
die Gehäuseteile 37 und 38 gebildeten Kammerabschnitt 45
eingesetzten Einsatzhülse 43 und dem im Gehäuseteil 38
durchmessergleichen Abschnitt der Durchgangsöffnung begrenzt und
mündet stromabwärts über einen divergenten Übergang 44 in die
durchmessergrößere Saugkammer 19.
An der Einsatzhülse 43 ist an ihrem, in Strömungsrichtung 25,
stromabwärts gerichteten Stirnende ein Bund 46 ausgebildet, mit
welchem sie sich axial gegen jeweils einen Innenabsatz des
Gehäuseteil 37 und 38 abstützt. Der Außendurchmesser der
Einsatzhülse 43 ist so bemessen, daß durch die Innenwandung des
Kammerabschnitts 46 und der Hülsenaußenwand ein Rückströmkanal
24 in Form eines Hohlzylinders begrenzt wird. Dabei ist die
axiale Länge der Einsatzhülse 43 kleiner bemessen als die Länge
des Kammerabschnitts 45, so daß der Rückströmkanal 24 über eine
über dem ganzen Hülsenumfang erstreckende radiale Öffnung 23 am
Emulsions-Übertrittsbereich zwischen Wirbelkammer 1 in die
Mischkammer 2 mit der Mischkammer 2 verbunden ist.
Am stromaufwärtigen Ende des Rückströmkanals 24 ist ferner ein
Zuführkanal 20 in das Gehäuseteil 38 geformt, welcher
torusförmig ausgebildet ist und die Mischkammer 2 axial umgibt.
In diesem Zuführkanal 20 mündet radial ein Rücklaufeinlaß 7, an
welchem mit einer seitlich an einem Ringstück 38a angeordneten
Leitungskupplung 33 eine von der Einspritzpumpe kommende
Rücklaufleitung (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Das
Ringstück 38a ist auf das Gehäuseteil 38 aufgeschraubt und
bildet in radialer Richtung 38a die Außenbegrenzung des
Zuführkanals 20.
Das in dieser Rücklaufleitung zu der Emulgiervorrichtung
rückgeführte Emulgat gelangt zuerst in den torusförmigen
Zuführkanal 20 und strömt dann entgegen der Strömungsrichtung 25
durch den Rückströmkanal 24 bis zu der radialen Öffnung 23 in
den Durchtrittsbereich der Düsenöffnung 22.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Rückströmwegs, den das
Rücklauf-Emulgat zu durchströmen hat bevor es dem Emulgatstrom
zugemischt wird, wird die Rücklaufströmung mehrfach
Strömungsrichtungswechseln unterzogen, wodurch jeweils
Strömungsturbulenzen erzeugt werden, welche eine Durchmischung
des Rücklauf-Emulgats bewirken.
Aufgrund der Düsenöffnung 22 wird der aus der Wirbelkammer 1
ausströmende Emulgatstrom beim Durchtritt beschleunigt und tritt
mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in die Mischkammer 2 ein.
Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Emulgats
wird in diesem Übertrittsbereich ein Unterdruck erzeugt. Dieser
Unterdruck bewirkt zunächst eine turbulente Verwirbelung des
durchgeströmten Emulgatstroms in der Mischkammer 2; er bewirkt
aber auch, daß durch die radiale Öffnung 23 über die
Rücklaufleitung eingespeistes Rücklauf-Emulgat angesaugt und von
dem Emulgatstrom mitgerissen wird. Durch diese auf der
Saugwirkung beruhende Zumischung des Rücklauf-Emulgats und durch
das turbulente Weiterströmen in dem Emulgatstrom wird eine
erneute Durchmischung des Rücklauf-Emulgats erreicht, so daß
schließlich ein feines, homogenes Emulgat in die Sammelkammer 19
einströmt.
Aus der Sammelkammer 19 wird das gebildete homogene Emulgat
durch den Auslaß 6 durch eine Vorlaufleitung (nicht dargestellt)
der Einspritzpumpe zugeleitet.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht in weiten Teilen der
Ausführungsform, welche in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.
Aus diesem Grund sind, sofern dies möglich ist, gleiche Teile
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 3 zeigt die
erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie in einen Flansch 50 einer
Sammelleitung 49 eingeschraubt und mit dieser über eine
Auslaßöffnung 51 leitend verbunden ist. Hierbei ist das
Gehäuseteil 39′ gegenüber der in den Fig. 1 und 2
dargestellten Ausführungsform modifiziert und in axialer
Richtung geöffnet. Im Bereich der in den Flansch 50
eingeschraubten Öffnungsseite des Gehäuseteils 39′ ist der
Prallstempel 13′ eingesetzt und festgelegt. Dazu ist der
Prallstempel 13′ mit einem Stempelsockel 53 ausgebildet, welcher
zwischen dem Anschlag 53 und dem Absatz 55 eingeklemmt ist. Der
Stempelsockel 53 weist mehrere in Strömungsrichtung 25
ausgerichtete Bohrungen 54 auf, durch welche hindurch die
gebildete Kraftstoff-Wasseremulsion durch die Auslaßöffnung 51
in die Sammelleitung 49 strömen kann.
Durch das in Fig. 3 dargestellte Adaptieren mehrerer
Emulgiervorrichtungen an ein Sammelgehäuse, wie z. B. der
Sammelleitung 49, kann der Volumenstrom an dem Bedarf
unterschiedlicher Verbraucher angepaßt werden.
Bezugszeichenliste
1 Wirbelkammer
2 Mischkammer
3 Dieseleinlaß
4 Wasser-Einspritzventil
5 Einspritzdüse
6 Auslaß
7 Rücklaufeintritt
8 Ringkanal
9 Einlauföffnungen
10 Prallfläche
11 Prallscheibe
12 Schaft
13, 13′ Prallstempel
14 Verstellmechanismus
15 Klemmutter
16 Flansch
17 Handhabungsteil
18 Aufnahmebohrung
19, 19′ Sammelkammer
20 Zuführkanal
21 Einströmbohrung
22 Düsenöffnung
23 radiale Öffnung
24 Rückstromkanal
25 Strömungsrichtung
26 Düseneinsatz
27 Kollisionsraum
28 Längsachse
29 Ringgehäuse
30, 30′ Anschlußflansch
31 Leitungskupplung
32 Anschlußflansch
33 Leitungskupplung
34 Anschlußflansch
35 Leitungskupplung
36 Gehäuseteil
37 Gehäuseteil
38, 38′ Gehäuseteil
39, 39′ Gehäuseteil
40 Gewindestopfen
41 Schiebstück
42 Verjüngung
43 Einsatzhülse
44 divergenter Übergang
45 Kammerabschnitt
46 Bund
47 Vorlaufleitung
48 Gehäuse
49 Sammelleitung
50 Flansch
51 Auslaßöffnung
52 Anschlag
53 Stempelsockel
54 Bohrung
55 Absatz
56 Gewindestutzen
2 Mischkammer
3 Dieseleinlaß
4 Wasser-Einspritzventil
5 Einspritzdüse
6 Auslaß
7 Rücklaufeintritt
8 Ringkanal
9 Einlauföffnungen
10 Prallfläche
11 Prallscheibe
12 Schaft
13, 13′ Prallstempel
14 Verstellmechanismus
15 Klemmutter
16 Flansch
17 Handhabungsteil
18 Aufnahmebohrung
19, 19′ Sammelkammer
20 Zuführkanal
21 Einströmbohrung
22 Düsenöffnung
23 radiale Öffnung
24 Rückstromkanal
25 Strömungsrichtung
26 Düseneinsatz
27 Kollisionsraum
28 Längsachse
29 Ringgehäuse
30, 30′ Anschlußflansch
31 Leitungskupplung
32 Anschlußflansch
33 Leitungskupplung
34 Anschlußflansch
35 Leitungskupplung
36 Gehäuseteil
37 Gehäuseteil
38, 38′ Gehäuseteil
39, 39′ Gehäuseteil
40 Gewindestopfen
41 Schiebstück
42 Verjüngung
43 Einsatzhülse
44 divergenter Übergang
45 Kammerabschnitt
46 Bund
47 Vorlaufleitung
48 Gehäuse
49 Sammelleitung
50 Flansch
51 Auslaßöffnung
52 Anschlag
53 Stempelsockel
54 Bohrung
55 Absatz
56 Gewindestutzen
Claims (15)
1. Vorrichtung zur Bildung einer Öl-Wasser-Emulsion für den
Betrieb einer Einspritzpumpe, insbesondere einer Einspritzpumpe
eines Dieselmotors, mit
- - einer rotationssymmetrischen Wirbelkammer (1), in die über
- - einen die Wirbelkammer (1) koaxial umgebenden und mit dieser durch Einlauföffnungen (9) verbundenen Ringkanal (8) Öl bzw. Dieselkraftstoff in einer Ebene zugeführt wird,
- - einer in den Bereich der Einlauföffnungen (9) der Wirbelkammer (1) koaxial einmündenden Wasser-Einspritzdüse (5),
- - einer koaxialen Verbindungsöffnung (22), welche die Wirbelkammer (1) mit einem Auslaß (6) verbindet,
- - an den eine zur Einspritzpumpe führende Vorlaufleitung (47) angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirbelkammer (1) eine der
Einspritzdüse (5) koaxial gegenüberliegend angeordnete
Prallfläche (10) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
axiale Abstand der Prallfläche (10) zu der Einspritzdüse (5)
größer ist, als der axiale Abstand der Einlauföffnungen (9) zur
Einspritzdüse (5).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Prallfläche (10) in ihrem axialen Abstand zu der Einspritzdüse
(5) einstellbar ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einlauföffnungen (9) in einer
gemeinsamen Ebene in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander
radial zur Wirbelkammer (1) ausgerichtet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine
gerade Anzahl an Einlauföffnungen (9) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Prallfläche (10) an der Stirnseite eines
Prallstempels (13) ausgebildet ist, welcher koaxial durch die
Verbindungsöffnung (22) in die Wirbelkammer (1) hineinragend
vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Prallstempel (13) mit einem Verstellmechanismus (14)
verbunden ist, mittels welchem er in axialer Richtung
verschiebbar ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7
mit einer koaxial zur Wirbelkammer (1) angeordneten und mit
dieser über eine Verbindungsöffnung (22) verbundenen
rotationssymmetrischen Mischkammer (2), in die ein Rücklaufeinlaß
(7) einmündet, an welchem eine von der Einspritzpumpe kommende
Rücklaufleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rücklaufeinlaß (7) in einem Zuführkanal (20) mündet, welcher
die Mischkammer (2) koaxial umgibt und welcher über eine radiale
Öffnung (23) in die Mischkammer (2) mündet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rückführkanal (24) in einem in Strömungsrichtung (25) des
Emulgats axialen Abstand zu der Verbindungsöffnung (22)
ausgebildet ist, und daß zwischen dem Zuführkanal (20) und der
radialen Öffnung (23) entgegen der Strömungsrichtung (25) ein
Rückströmkanal (24) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
radiale Öffnung (23) in den übertrittsbereich zwischen der
Wirbelkammer (1) in die Mischkammer (2) in radialer Richtung
mündet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rückströmkanal (24) in Form eines koaxial die
Mischkammer (2) umgebenden Hohlzylinders ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, mit einer
Sammelkammer (19), an welcher stromabwärts der Auslaß (6)
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer
(19) koaxial zu der Mischkammer (2) angeordnet ist, wobei die
Mischkammer (2) zur Sammelkammer (19) hin offen ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mischkammer (2) über einen divergenten Übergang (44) zur
Sammelkammer (19) hin geöffnet vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Vorrichtungen
ausgangsseitig mit einem Sammelrohr (49) leitend verbindbar
ausgebildet sind.
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