DE826088C

DE826088C - Ultraschallvergaser fuer Kraftstoffgemische

Info

Publication number: DE826088C
Application number: DEP45111A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Frank Fruengel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-06-08
Filing date: 1949-06-08
Publication date: 1952-01-07

Description

Ultraschallvergaser für Kraftstoffgemische Es ist bekannt, daß man mit starkem Ultraschall feinste Flüssigkeitsnebel erzielen kann, sobald die Amplitude der Schwingeroberfläche so groß wird, daß der Wechseldruck Kavitationserscheinungen in der Flüssigkeit erzeugt. Bei leicht verdampfenden Flüssigkeiten, wie z. B. Autobenzin, tritt diese Kavitation bereits bei Ultraschalleistungen von etwa I W/cm2 auf. Bekannt ist ferner, daß die Tröpfchenverteilung bei üblichen Kraftstoffvergasern nicht voll befriedigt und, vor allem für Hochleistungsmotoren oder sparsamsten Betrieb, wesentlich feinere Flüssigkeitsnebel erwünscht waren.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, als Kraftstoffvergaser eine Vorrichtung gemäß Fig. I zu verwenden. Hierbei strömt der Kraftstoff durch das Rohr I über das Ventil2 tröpfchenweise entsprechend der gewünschten Kraftstoffzufuhr auf die mit Ultraschallfrequenz schwingende Oberfläche der Vergaserplatte 3, wird durch diese sofort zerstäubt und durch das Ansaugrohr 4, bei Luftzufuhr wie bisher üblich, dem Verbrennungsmotor zugeführt. Man kann aber auch die vergasende Wirkung der bisher verwendeten Düse gemäß Fig. 2 a ausnutzen und die Ultraschallwirkung zusätzlich zur Verfeinerung des Kraftstoffnebels benutzen. Hierbei wird der Düsenkörper 1 ganz oder teilweise aus magnetostriktivem Material hergestellt. Die Düse 2 schwingt hierbei mit der im Düsenkörper erregten Ultraschallfrequenz. Die Erregung geschieht durch die Spule3, die mittels des Hochfrequenzerzeugers 4 gespeist wird, die Vormagnetisierung, falls erforderlich, durch die Spule 5 und die Batterie 6. Die Ultraschalleinwirkung wird hierbei wesentlich auf die kleine Fläche der Düse 2 beschränkt. Um für die Ultraschall- einwirkung eine größere Abstrahlfläche bzw. Zerstäul>ungsfläche zu erzielen, kann man sich auch zweckmäßig einer Anordnung gemäß Fig. 2b bedienen. die bei dem Düsenkörper I hinter der Düse 2 eine trichterförmige Erweiterung 7 aufweist. Hierbei wird zusätzlich, infolge der wesentlich vergrößerten Oberfläche, in der durch Pfeile angedeuteten Strahlrichtung auch Ultraschall in das Kraftstoffgemisch 8 eingestrahlt. Man kann sich hierbei der bekannten akustischen Gesetze bedienen und dem Trichter, je nach dem gewünschten Strahlungsverlauf im Kraftstoffnebel, eine Exponentialform gelen oder die Offnung 7 etwa zylinderförmig ausgestalten in der Form, daß die Eigenresonanz des Gases im Zylindervolumen die gleiche Frequenz hat wie die von I abgestrahlte Ultraschallstrahlung.
Zur Vermeidung unnötiger Wirbelstromverluste in der Düse 1 kann man sich gemäß Fig. 2c in üblicher Weise einer Konstruktion bedienen, die den Düsenkörper ganz oder teilweise, etwa bei 9, schlitzt,'wobei der Spalt g mit einem isolierenden Material verkeilt ist. Als Düsenkörper wird man zweckmäßig die in der Magnetostriktionstechmk üblichen Materialien, wie Invar oder Nickel, verwenden. Man kann sich aber auch eines getrennten Schwingers üblicher industrieller Bauart bedienen und die Düse durch diesen anregen. Die aufgezeigte Konstruktion erlaubt auch, die Düse 2 grundsätzlich aus anderem Material wie den Düsenkörper I auszubilden, da bei hohen Beanspruchungen das magnetostriktive Material zu weich ist, um den starken Kavitationsbeanspruchungen gewachsen zu sein. Man könnte demnach als Material für die Düse 2 Widia oder andere Hartmetalle vorsehen.
Die Düse muß selbstverständlich mit dem Düsenkörper verlötet oder in anderer Weise mechanisch sehr fest verbunden sein, um einen verlustlosen Ultraschallübergang zu gewährleisten.
Fig. 3 zeigt schließlich einen dritten Weg der Ultraschalleinwirkung auf das Kraftstoffgemisch auf. Hierbei wird erfindungsgemäß zur Beschallung des Kraftstoffnebels ein Ultraschallgenerator in Form einer Galtonpfeife oder eines Hartmanngenerators oder anderer Bauart eingesetzt, der durch Preßluft oder durch den Druck der Auspuffgase betätigt wird. In der Zeichnung ist als Beispiel eine Vorrichtung bei Verwendung eines Hartmanngenerators aufgeführt. Die Auspuffgase 10 strömen hierbei durch die Düse ii mit hohem Druck gegen die Schneiden des Resonators I2 und regen den Resonanzraum I3 in üblicher Weise zu kräftigen Ultraschallschwingungen an. Die Ultraschallstrahlung in den Pfeilrichtungen gelangt zum großen Teil an den Spiegel 14 und wird von diesem zweckmäßig so gebündelt, daß sie vor der Düse 2 einen Brennpunkt ergibt, der das Gemisch 8 sehr kräftig in Ultraschallamplitude versetzt, während es die Düse verläßt. Um die Auspuffgase von dem Kraftstoffnebel abzuschirmen zwecks ungestörten Ablaufs des Druckverlaufs im Vergaserraum und zur Vermeidung von Entzündungen, ist es zweckmäßig, den Ultraschallerzeuger durch eine Trennwand 15 mit einem Durchlaßfenster I6 gehen zu lassen. Das Fenster 16 wird man zweckmäßig aus Glimmer oder Alumilliumfolie gestalten oder einem anderen Material möglichst kleiner hasse und hoher Festigkeit bei kleiner Schiclitdicke, um akustische \ verluste weitgehend zu vermeiclell. Es ist auch möglich, das Fenster 1 ( d01) elwaudig auszuführen und das Volumen zwischen leiden NNandungen mit einem anderen Gase zu füllen l)ei liiisenförmiger Gestaltung des Gasvolnmens dergestalt, daß die Ultraschallstrahlung durch diese Linse auf den gewünschten Brennpunkt bei 2 gebündelt wird.
Der Erfinder hat Versuche mit den vorerwähnten Konstruktionsformen durchgeführt und konnte experimentell bestätigen, daß die Tröpfchengröße der Kraftstoffgemische nach einer zusätzlichen Ultraschalleinwirkuiig wesentl ich kleiner war als bei Verwendung eines Vergasers üblicher Bauart.
Es ist auch möglich, die heschriebene Anordnung ganz oder teilweise in der Lackierungstechnik in Kombination mit Spritzpistolen zu verwenden zur Verfeinerung der Tröpfcllengröße des Lackes zwecks Erzielung einer gleichmäßigeren Lackschicht. Ebenso wird es vorteilhaft sein, das Verfahren überall dort in der Technik einzusetzen, wo es auf die Erzielung feinster Tröpfchenverteilungen ankommt.
Bei bestimmten Frequenzen ergibt eine Ultraschallbestrahlung eines Nebels eine Kondensation.
Es ist daher möglich, gemäß Fig. I und 2a bis 2c einen feinen Flüssigkeitsnebel zu erzeugen und diesen durch eine weitere Beschallung gemäß Fig. 3 zur schnellen Kondensation zu bringen. Bei Spritzverfahren wird die Anwendung dieses Verfahrens zweckmäßig sein derart, daß der Brennpunkt oder Strahlquerschnitt der Ultraschallquelle I0 bis 13 kurz vor der Materialstelle liegt, auf die der Lack oder die Flüssigkeit sich niederschlagen soll. Es ist auch möglich, bei Spritzpistolen üblicher Bauart zusätzlich einen Ultraschallgenerator gemäß Fig. 3 durch die Preßluft der Spritzpistole anzutreiben, der in unmittelbarer Nähe der Spritzdüse steht, dergestalt, daß sein Ultraschallstrahlungsfeld so gebündelt wird, daß auf der gewünschten Niederschlagsstelle die stärkste Kondensationswirkung des Flüssigkeitsnebels eintritt.
P A T E N T A N S P R tl C H E: I. Vergaser für Kraftstoffgemische oder andere Flüssigkeitsgemische, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zerstäubung des durch das Flüssigkeitszuführungsrohr (I) austretenden Flüssigkeitsvolumens ein Ultraschallschwinger (3) verwendet wird, dessen Schwingungsamplitude über der Kavitationsgrenze der Flüssigkeit liegt. Der Flüssigkeitsnebel wird durch das Absaugrohr (4) in üblicher Weise abgesaugt (Fig. 1).

Claims

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Ultraschallschwinger ein aus magnetostriktivem Material bestehender Düsenkörper (I) verwendet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Kavi- tationszerstörungen an den Düsenkörper eine Düse aus Hartmetall oder Widia oder ähnlichem Material angebracht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (gemäß Fig. 2b) mit einem Ansatz (7) versehen wird, der eine Abstrahlung des Ultraschalls auch in den Raum vor der Düse bewirkt. Zusätzlich kann der Ansatz (7) so ausgebildet werden, daß zur Verstärkung der Wirkung im Gasvolumen Resonanzen mit der Ultraschallfrequenz auftreten.

5. Vorrichtung nach Anspruch I bis , dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper oder die Düse durch einen Ultraschallschwinger üblicher Bauart in Ultraschallfrequenzen angeregt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschallung des Flüssigkeitsnebels eine Ultraschallquelle nach Art einer Galtonpfeife oder eines HartmanngeneratorsWmflenetwird, der durch den Druck der Auspuffgase direkt oder indirekt angetriehen werden kann und dessen Ultraschallstrahlung ungebündelt oder mittels eines Spiegels (14) oder einer Ultraschallinse(I6) gebündelt auf den Austrittsraum vor der Düsenöffnung (8) trifft. Statt der Linse (I6) kann auch ein gasundurchlässiges dünnes Blättchen verwendet werden (Fig. 3).

7. Vorrichtung nach Anspruch I bis 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Kavitationserscheinungen erzeugter oder verfeinerter Flüssigkeitsnebel durch eine weitere Beschallung gemäß Anspruch 6 verfeinert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Ultraschallquelle (I0 bis I3 nach Fig. 3) so gewählt wird, daß eine Kondensation des Flüssigkeitsnebels eintritt, wobei der Brennpunkt zweckmäßig an die Stelle gelegt wird, an der die Kondensation erfolgen soll.

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 487 032.