EP0674941B1

EP0674941B1 - Vorrichtung zur Bildung einer Öl-Wasser-Emulsion

Info

Publication number: EP0674941B1
Application number: EP95103495A
Authority: EP
Inventors: Georg Donauer; Dieter Dipl.-Ing. Schönfeld; Tobias Dipl.-Ing. Männle
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1994-03-12
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1997-10-29
Anticipated expiration: 2015-03-10
Also published as: DE4408392A1; DE59500884D1; EP0674941A1

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 aufeinandertreffenden Ströme miteinander vermischt. 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-Geinenges, insbesondere in dein 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 dein 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 4, 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 5.
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 Kreislauf zurück 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 6 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 sie 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 dein wiederum die Einspritzpumpe mit dein 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:

Figur 1:: Einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Emulgiervorrichtung;
Figur 2:: Eine Querschnittsdarstellung auf Höhe des Kollisionsraums der Wirbelkammer entlang des Schnittverlaufs II-II in Figur 1;
Figur 3:: Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Sammelleitung im Längsschnitt.

Das in Figur 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, einein im Gehäuse 48 ausgebildeten Kammernsystem 1, 2, 19, den Öl-, Wasser- und Rücklaufzuflußsystemen sowie einer Prallstempelbaugruppe 13 mit Verstellmechanismus 14.
Das Gehäuse 48 ist aus vier bearbeiteten und hintereinander koaxial aneinandergeschraubten rotationssymetrischen Gehäuseteilen 36, 37, 38, 39 zusammengesetzt und umschließt eine rotationssymetrische 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 welchem eine rotationssymetrische 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 Figur 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 umgehend 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 dein 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 Kraftstoffzufuhrleitung verbunden werden, während die übrigen Leitungsflansche 30' mittels Gewindestopfen 40 verschlossen werden können.
Die dein Gehäusteil 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 einen 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 diesen 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 Figur 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 Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit Verstellmechanismus 14 ist dieser paßgenau in eine entsprechende Aufnahmebohrung 18 im Gehauseteil 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 einein in das Feingewinde verschraubten Gewindebolzen zusammen. Der Gewindebolzen ist fluchtend mit dein der Prallscheibe 11 abgewandten Ende des Prallstempels 12 drehfest verbunden und weist an seinein aus dem Gehäuseteil 19 herausragenden Ende ei 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 unigeleitet 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 ihrein, 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 dein 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 Zufuhrkanal 20 in das Gehäuseteil 38 geformt, welcher torusförmig ausgebildet ist und die Mischkammer 2 koaxial 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 dein 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 Figur 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht in weiten Teilen der Ausführungsform, welche in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Aus diesen Grund sind, sofern dies möglich ist, gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie in einen Flasch 50 einer Sammelleitung 49 eingeschraubt und mit dieser über eine Auslaßöffnung 51 leitend verbunden ist. Hierbei ist das Gehäuseteil 39' gegenüber der in den Figuren 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 einen Stempelsockel 53 ausgebildet, welcher zwischen dein 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 Figur 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

Claims

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. Dieselkraltstoff 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 Wassereinspritzdüse (5) koaxial gegenüberliegend angeordnete Prallfläche (10) vorgesehen ist, wobei der axiale Abstand der Prallfläche (10) zu der Einspritzdüse (5) größer ist, als der axiale Abstand der Einlauföffnungen (9) zur Einspritzdüse (5) und daß auf mindestens einer Mittellinie, die die Symmetrie-Achse der Wirbelkammer (1) schneidet, jeweils zwei Einlauföffnungen (9) einander gegenüberliegend angeordnet und koaxial zur Mittellinie ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche (10) in ihrem axialen Abstand zu der Einspritzdüse (5) einstellbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl an Einlauföffnungen (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 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.
Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallstempel (13) mit einem Verstellmechanismus (14) verbunden ist, mittels welchem er in axialer Richtung verschiebbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 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.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückflaufeinlaß (7) in einem in Strömungsrichtung (25) des Emulgats axialen Abstand zu der Verbindungsöffnung (22) ausgebildet ist, und daß der Zuführkanal (20) entgegen der Strömungsrichtung (25) über einen Rückströmkanal (24) mit der radialen Öffnung (23) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückströmkanal (24) in Form eines koaxial die Mischkammer (2) umgebenden Hohlzylinders ausgebildet ist, welcher über die radiale Öffnung (23) in den Übertrittsbereich zwischen der Wirbelkammer (1) in die Mischkammer (2) in radialer Richtung mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit einer Sammelkammer (19), an welcher stromabwärts der Auslaß (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer (19) axial zu der Mischkammer (2) angeordnet ist, und die Mischkammer (2) über einen divergenten Übergang (44) zur Sammelkammer (19) hin offen ausgebildet ist.
Einrichtung enthaltend eine oder mehrere Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ausgangsseitig mit einem Sammelrohr (49) leitend verbindbar ausgebildet sind.