HU214727B

HU214727B - Keverő szerkezet gáz/folyadék elegy képzésére

Info

Publication number: HU214727B
Application number: HU9500977A
Authority: HU
Inventors: Alan Patrick Casey
Original assignee: Alan Patrick Casey
Priority date: 1992-10-13
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1998-05-28
Also published as: DE69328185T2; CA2147008A1; AU5145493A; CZ96695A3; NZ256646A; CA2147008C; EP0664734A1; PL173462B1; WO1994008724A1; AU669578B2; BR9307239A; RU2128087C1; NO951425D0; HU9500977D0; PL308351A1; DE69328185D1; JP3264930B2; KR100307470B1; FI951721A0; HUT72516A

Abstract

Keverő szerkezet (100) gáz/főlyadék elegy képzésére a főlyadéknak egygázárammal történő elpőrlasztása útján, amely egy főlyadéktartállyalösszeköttetésben lévő fúvókát (102), és egy közvetl nül a fúvóka (102)környezetében elhelyezkedő, a fúvókát (102) magába főglaló, egygázáramőt a fúvóka (102) felé és azőn túl terelő, illetve vezetőgázjáratőt (103) tartalmaz. A fúvóka (102) valamely főlyadékőtfőlyamatős, radiális főlyadék permetsík illetve, kúppalást alakúfőlyadékfüggöny főrmájában a gázjáratba (103) befecskendező módőn vankiképezve, és a gázjáratban (103) a gáz a fúvókából ( 02) kilépőfőlyadék permetsíknak, illetve főlyadékfüggönynek ütköző, az űtóbbibóla fúvóka (102) űtáni áramlási szakaszban pőrlasztőtt főlyadékcseppekettartalmazó hőmőgén permetködöt képező módőn va áramőltatva. Lényege,hőgy egy gázáram nyitó és záró gázszelepe, különösen egy szelepszárral(116) együttdőlgőzó első záróeleme (117) és ehhez zartőzó szelepüléke(120), valamint egy fúvóka (102) ny tó és záró főlyadékszelepe,különösen a fúvóka (102) egy záróeleme részét képező, előnyösenvezetőbőrdás (125) másődik szelepszára (123) van, ahől is a gázszelep,különösen a gázáramvezérlő első záró lem (117) a főlyadékszelep,különösen a fúvóka (102) nyitását megelőzően nyitó előretartással és afúvóka (102) zárását követően záró késleltetéssel vezérelt szerkezetiegységként van kialakítva. ŕ

Description

két tartalmazó homogén permetködöt képező módon van áramoltatva. Lényege, hogy egy gázáram nyitó és záró gázszelepe, különösen egy szelepszárral (116) együttdolgozó első záróeleme (117) és ehhez zartozó szelepüléke (120), valamint egy fuvóka (102) nyitó és záró folyadékszelepe, különösen a fuvóka (102) egy záróeleme részét képező, előnyösen vezetőbordás (125) második szelepszára (123) van, ahol is a gázszelep, különösen a gázáramvezérlő első záróelem (117) a folyadékszelep, különösen a fuvóka (102) nyitását megelőzően nyitó előretartással és a fuvóka (102) zárását követően záró késleltetéssel vezérelt szerkezeti egységként van kialakítva.

A találmány tárgya keverő szerkezet gáz/folyadék elegy képzésére a folyadéknak egy gázárammal történő elporlasztása útján, amely folyadékbevezető szerkezeti egységként egy folyadéktartállyal összeköttetésben lévő vezérelt fúvókét, valamint egy közvetlenül a füvóka környezetében elhelyezkedő, a fuvókát magába foglaló, egy gázáramot a fuvóka felé és azon túl terelő illetve vezető gázjáratot tartalmaz. A fúvóka valamely folyadékot, különösen üzemanyagot folyamatos, radiális folyadék permetsík vagy kúppalást alakú folyadékfüggöny formájában a gázjáratba befecskendező módon van kiképezve, és a gázjáratban a gáz a fűvókából kilépő folyadék permetsíknak illetve folyadékfuggönynek ütköző, az utóbbiból a füvóka utáni áramlási szakaszban porlasztóit folyadékcseppeket tartalmazó homogén permetködöt képző módon van áramoltatva.

A találmány szerinti keverő szerkezet elsősorban alkalmas belső égésű motoroknál szükséges üzemanyagbefecskendező rendszerekben való felhasználásra, de ugyanakkor más alkalmazási területeken is előnyösen hasznosítható.

A különböző gáz/folyadék keverő szerkezetekben, így például karburátorokban, üzemanyag-befecskendező fúvókákbán, gázsugaras égőkben úgy porlasztják szét az üzemanyagot, hogy a folyékony üzemanyagot egyszerűen bevezetik a mozgó gázáramba.

Kezdetben ezt a feladatot úgy oldották meg, hogy egyetlen folyadéksugarat irányítottak bele a gázáramba. Ezek a szerkezetek azonban nem bizonyultak eléggé hatékonynak, mert így nem jött létre homogén cseppeloszlás, és a cseppek sem voltak eléggé aprók.

E hiányosság kiküszöbölésére olyan próbálkozások történtek, hogy több sugárban és nagyobb nyomáson vezették be a folyékony üzemanyagot a gázáramba. Ez jelentősen megnövelte a befecskendező-rendszer árát, méretét, súlyát és/vagy mechanikai bonyolultságát, és így mindenképpen szerencsétlen megoldásnak számít az autómotoroknál, Sőt, a cseppek még így is túlságosan nagyok maradtak tökéletesen homogén és hatásos égés biztosításához, így e próbálkozások csak korlátozott sikerre vezettek.

Az A 2129492 számon közzétett GB szabadalmi leírás egy olyan üzemanyag befecskendezőt ismertet, amely az üzemanyagot egy befecskendező nyíláson át permetköd alakjában porlasztja be. A permetködöt nagy sebességgel áramló légáram veszi körül. A befecskendezés ilyen végzése azt célozza, hogy az üzemanyag már a befecskendező nyílásban, tehát még a körülvevő nagy sebességű légáramba bekerülése előtt aprószemcsés, atomizált állapotba kerüljön. Emellett az említett ismert kialakítás esetében a légbetápláló légjárat vége légáramlási irányban nézve a befecskendező fúvókanyílás előtt van, így a íúvóka az üzemanyagot nem a légjáratba porlasztja be. A találmány alapját képező felismerés szerint az A 2129492 számon közzétett, fentebb méltatott GB szabadalmi leírás szerinti megoldással ellentétben az üzemanyagot a fúvókával a gázjáratba, tehát a gázáramlásba kell befecskendezni. Ily módon ugyanis egy folyadék permetsíkot vagy kúppalást alakú folyadékfuggönyt létesítünk a gázáramban, amelyet az áramló gáz nyíró hatása fog kellően apró cseppekre bontani.

A fentiek miatt a találmány célja egy, a fentebb körvonalazott ismert megoldások és próbálkozások említett hiányosságait kiküszöbölő tökéletesített keverő szerkezet kialakítása gáz/folyadék keverékek képzésére.

A kitűzött célt olyan új keverő szerkezet kialakításával és alkalmazásával érjük el, amely egy folyadéktartállyal összeköttetésben lévő fúvókát és egy közvetlenül a füvóka környezetében elhelyezkedő, a fuvókát magába foglaló, egy gázáramot a füvóka felé és azon túl terelő, illetve vezető gázjáratot tartalmaz. A füvóka valamely folyadékot, különösen üzemanyagot folyamatos, radiális folyadék permetsík vagy kúppalást alakú folyadékfüggöny formájában a gázjáratba befecskendező módon van kiképezve, és a gázjáratban a gáz a fúvókából kilépő folyadék permetsíknak illetve folyadékfüggönynek ütköző, az utóbbiból a fúvóka utáni áramlási szakaszban porlasztott folyadékcseppeket tartalmazó homogén permetködöt képző módon van áramoltatva. A találmány lényeges és meghatározó jellemzője szerint a keverő szerkezetnek egy gázáram nyitó és záró gázszelepe, valamint egy fúvóka nyitó és záró folyadékszelepe, különösen a fúvóka egy záróeleme részét képező szelepszára van, ahol is a gázszelep a folyadékszelep, különösen a fúvóka nyitását megelőzően nyitó előretartással, és a fúvóka zárását követően záró késleltetéssel vezérelt szerkezeti egységként van kialakítva.

A gázjárat célszerűen körbeveszi a fuvókát, és a füvóka úgy van kialakítva, hogy a folyadékot egy lényegében folyamatos, radiálisán kifelé irányuló permetsík vagy kúppalást alakú folyadékfuggöny alakjában juttatja be a fuvóka körült terelt gázáramba.

A gázjárat célszerűen gyűrű alakú, és lényegében koaxiális a központi fúvókéval. A radiális folyadék permetsíkot, illetve kúppalást alakú folyadékfüggönyt célszerűen egy olyan kerületi csatorna hozza létre a fúvókán, melynek nyílásai a fúvóka kerülete mentén, egy2

HU 214 727 Β mással szemben helyezkednek el, és radiális irányúak a gázjárat szimmetriatengelyéhez képest. A folyadékfüggönyt a folyadékbevezető szerkezeti egység határolófelületeinek kialakításával célszerűen a gázjárat szimmetriatengelyéhez képest 5° és 175° közötti szögben, még célszerűbben 20° és 160° között, legcélszerűbben pedig 30° és 150° közötti szögben vezetjük be a gázáramba.

A járat keresztmetszete célszerűen leszűkül a füvóka kilépő keresztmetszete körül, így egy Venturi-füvóka-szerű tartomány van kialakítva, amely megnöveli a gáz sebességét a füvóka körül, és ezáltal jobb porlasztást eredményez.

A Venturi-szakasz célszerűen elég hosszú ahhoz, hogy csak minimális turbulencia alakuljon ki a gázáramban a füvóka közelében.

A találmány szerinti keverő szerkezet egyik célszerű és előnyös kiviteli alakja egy, a fúvókéval egybeépített olyan folyadékszelepet tartalmaz, amely szabályozza a légáramba bevezetett folyadék mennyiségét.

Egy másik előnyös kiviteli alak esetében a szerkezet a légáramba bekerülő folyadék mennyiségének szabályozására alkalmas, a fúvókéval egybeépített folyadékszelepe mellett egy olyan gázszelepet tartalmaz, amely szabályozza a járaton átáramló gáz mennyiségét is. A folyadékszelep és a gázszelep működése a találmány szerint úgy van koordináltan vezérelve, hogy a gázszelep előretartással már mindig nyitva van, amikor kinyit a folyadékszelep, és csak az utóbbi zárását követően, ahhoz képest késleltetve zár.

A találmány szerinti keverő szerkezet egyik kiemelt alkalmazási területét a belső égésű robbanómotorok képezik, amikor is a folyadék valamely szénhidrogén üzemanyag, például benzin, a gáz pedig főként az égést tápláló levegő. A gépjárműmotorokhoz használt kivitelek a füvókához áramló üzemanyag mennyiségét célszerűen a hagyományos üzemanyag-befecskendezéses technikával adagolják, a légáramot pedig a belső égésű motor szívólökete által létrehozott vákuum szívja át a járaton. Amennyiben szükséges, gáz a füvóka előtt nyomás alá is helyezhető egy turbófeltöltő segítségével.

A találmány szerinti keverő szerkezet lényegét és további jellemzőit az alábbiakban célszerű példaképpeni kiviteli alakok bemutatásával a csatolt rajz ábráira hivatkozva ismertetjük részletesebben is. A rajzon az

1. ábra egy első példaképpeni találmány szerinti keverő szerkezet hosszmetszete, a

2. ábra egy második példaképpeni találmány szerinti keverő szerkezet hosszmetszete, a

3. ábra a 2. ábra szerinti keverő szerkezet részletesebb hosszmetszeti vázlata, a

4. ábra a 2. ábrán látható szerkezet egy szelepszárának hosszmetszete, az

5. ábra a 4. ábra szerinti A-A metszetet mutatja be, a

6. ábra a 4. ábra szerinti B-B metszetet ábrázolja, a

7. ábra a 3. ábra szerinti szerkezet kilépőnyílását kiemelt részletként hosszmetszetben bemutató vázlat, a

8. ábra a 3. ábra szerinti szerkezet folyadékbevezetőjét hosszmetszetben ugyancsak hosszmetszetben feltüntető vázlat, a

9. ábra a 8. ábrán bemutatott folyadékbevezető homloknézete, a

10. ábra a 8. ábrán bemutatott folyadékbevezető oldalnézete, a

11. ábra a 3. ábra szerinti szerkezet szelepszárának oldalnézete, a

12. ábra a 3. ábrán látható szerkezet hátsó házfedelének hosszmetszete, a

13. ábra a 3. ábrán látható szerkezet hátsó végi lökethatárolóját bemutató vázlat, míg a

14. ábra a 2. ábrán látható szerkezet készülékházának metszete.

A csatolt rajz 1. ábráján egy találmány szerinti 1 keverő szerkezet egy első, csupán példaképpeni kiviteli alakjának metszete látható. A szerkezet tartalmaz egy folyadékforrással összeköttetésben lévő 2 íüvókát, valamint egy, azt körülvevő, vele koaxiális, gyűrű alakú gázjáratot, amely úgy van kiképezve, hogy benne gázáram, különösen levegőáram a 2 füvóka körül áramlik.

A 2 füvókához egy szelep van hozzárendelve, amely tartalmaz egy axiális irányban 7 szelepvezetékben csúszó módon megvezetett 6 szelepszáron kialakított záróelemet. A 6 szelepszárban van egy központi axiális 10 furat, amelyre radiális 11 kilépőnyílások csatlakoznak. A 10 túrát és a 11 kilépőnyílások a szerkezetbe nyomás alatt bevezetett folyadékot egy gyűrű alakú tárolótérbe terelik, amelyet egyrészt a 6 szelepszár, másrészt pedig az azt körülvevő 7 szelepvezeték megnövelt belső átmérőjű tartományának fala határol. Egy

O-gyűrű megakadályozza, hogy a 15 tárolótérből a folyadék, különösen üzemanyag elszivároghasson a szelepszár és a 7 szelepvezeték közötti illesztőrésen át.

Zárt szelepállásban az 5 záróelem körbenfutó 20 zárófelülete felfekszik a szelep 21 szelepülékének megfelelő kialakítású részére, amely a 7 szelepvezeték végén található, és lezárja a 15 tárolóteret. Nyitott szelepállásban a szelep 5 záróeleme (a rajz szerint nézve) lefelé mozdul el a 7 szelepvezetékhez képest, és létrejön az 5 záróelem 20 zárófelülete és a 21 szelepülék között egy 22 átömlőkeresztmetszet, amelyen át a folyadék ki tud áramolni a 15 tárolótérből.

Az 1. ábrán feltüntetett példaképpeni találmány szerinti szerkezet úgy működik, hogy a 3 gázjáratban a 2 füvóka körül általában axiális irányban 4 gázáram, különösen levegőáram áramlik. A légáramot létrehozó nyomásgradienst szolgáltathatja egy belső égésű motor szívólökete, turbófeltöltő, kompresszor vagy más egyéb alkalmas szerkezet. Az áramlás az adott mindenkori alkalmazási területtől függően folyamatos vagy szakaszos lehet.

A szelep nyitó értelmű működtetésekor az 5 záróelem lefelé mozdul el. Ezáltal szabaddá válik a 20 zárófelület és a 21 szelepülék közötti 22 átömlőkeresztmetszet. A 15 tárolótérben nyomás alatt álló folyadék ezen át homogén és folyamatos radiális 23 permetsík alakjában lép be a 2 füvóka körül haladó 4 gázáramba. A 4 gázáram nekiütközik a 23 permetsíknak, és azt diszkrét cseppekké nyírja szét. Ezáltal lényegében homogén, finomra porlasztott 24 permetköd jön létre a

HU 214 727 Β füvóka utáni tartományban. A 3 gázjárat keresztmetszete egy 25 Venturi-tartományt képező módon beszűkül a 2 füvóka közelében azért, hogy az ebben felgyorsuló 4 gázáram könnyebben és hatásosabban legyen képes elporlasztani a kilépő folyadék 23 permetsíkját.

Az 1. ábrán látható kialakításnál a 4 gázáram, különösen légáram 90°-os szögben éri el a 23 permetsíkot. Az utóbbi iránya azonban úgy is megválasztható, hogy a szerkezet szimmetriatengelyével más, előnyösen 5° és 175° közötti szöget zárjon be. Erre számos tényező, például a folyadék viszkozitása, egy adott égési környezethez szükséges optimális cseppméret, a gázáram Reynolds-száma stb. miatt lehet szükség.

Egy, a csatolt rajz 2. ábráján látható második példaképpeni találmány szerinti 100 keverő szerkezetnek egy hosszú, gyűrű alakú 103 gázjárattal ellátott hosszúkás 101 készülékháza van. A 103 gázjárat összeköttetésben van egy 108 gázbelépő-nyílással, amely egy (a rajzon nem feltüntetett) gázforráshoz van csatlakoztatva. A szerkezet egy 102 fuvókája ezzel szemben egy folyékony üzemanyagforrásra csatlakozik. A 100 keverő szerkezet működése közben egy kifelé bővülő kúppalást alakú folyadékfuggöny lép ki a 102 fúvóka 109 fuvókanyílásából a környező 103 gázjáratba. A folyadékfuggönyt elporlasztja a 103 gázjáratban áramló gázáram, amely a folyadékfuggöny alakjában kiléptetett folyadékot, különösen üzemanyagot igen finom apró cseppekké nyílja szét. Az így képzett folyadék/gáz elegy, általában cseppfolyós üzemanyag/égéstápláló levegő elegye, tovább keveredik egy, a 102 füvóka 109 fuvókanyílása alatt található 114 örvénykamrában, majd egy 112 kilépőnyíláson keresztül kilép a 100 keverő szerkezetből.

A 100 keverő szerkezet egy hosszúkás 101 készülékházban van kialakítva, amelynek egy központi, hosszirányban elhelyezkedő 111 furata van. Alii furat összeköttetésben van a 108 gázbelépő-nyílással. A 108 gázbelépő-nyílás után a 111 furat egy 113 toroktartománnyá szűkül össze, majd 114 örvénykamrává szélesedik. Alii furat a 112 kilépőnyílásnál ismét összeszűkül.

Alii furat első szakaszában a 112 kilépőnyílás közelében egy első 117 záróelemmel ellátott első 116 szelepszár van elhelyezve és megvezetve. A 117 záróelem valamely rugalmas, például a Vesconite néven az Accurra Engineering Pty Ltd. cégtől (címe: Short Street, Chatswood, New South Wales, Australia) beszerezhető műanyagból állhat.

A 2. ábrán jól látható, hogy az első 116 szelepszár külső átmérője kisebb a 111 furat belső átmérőjénél, és annak a 111 furat egy meghatározott tartományában való megvezetésére egymástól térközzel elhelyezett két 115 vezetőelem szolgál. A 115 vezetőelemet egyenlő kerületmenti osztásszöggel kialakított radiális 118 vezetőbordák alkotják, amelyek külső burkolópalástjának átmérője nagyjából megegyezik a 111 furat belső átmérőjével. A 118 vezetőbordák a 116 szelepszárat központosán vezetik meg a 111 furatban, ezáltal 103 gázjáratban áramló gyűrű alakú gázáram egy része a 111 furat belső felülete és a 116 szelepszár közötti térben áramlik.

Az első 117 záróelem a 111 furat hosszirányában elmozgatható egy nyitott szelepállás (3. ábra), amelynél a

117 záróelem a 111 furatban kialakított első 120 szelepünktől egy bizonyos meghatározott távolságban helyezkedik el, és ezáltal gáz áramolhat a 108 gázbelépő-nyílástól a 113 toroktartományba, valamint egy (az ábrán nem látható) zárt szelepállás között, amelyben a 117 záróelem tömítő módon felfekszik a 120 szelepülékre és lezárja a gyűrű alakú 103 gázjáratot.

Az első 116 szelepszárat egy első 121 tekercsrugó tartja meg a zárt szelepállásban. A 116 szelepszámak van egy középen, hosszirányban végigmenő 122 belső furata, amelyben egy második, 123 szelepszár van csúszó illesztéssel megvezetve. A második 123 szelepszár kinyúlik az első 116 szelepszár végén lévő első 117 záróelemből úgy, hogy központosán helyezkedik el a szűkülő 113 toroktartományban, és ezzel tovább megszabja a gyűrű alakú 103 gázjárat alakját. A második

130 záróelem a második 123 szelepszár végén helyezkedik el, és ugyancsak valamely rugalmas műanyagból, például Vesconite-ból van kiképezve. Az első 116 szelepszárban lévő 122 belső furatnak van egy megnövelt átmérőjű 124 tartománya. Ezen 124 tartományban helyezkednek el a második 123 szelepszár megfelelő 125 vezetőbordái. Az első 116 szelepszárban lévő belső 122 furat nagyobb átmérőjű 124 tartománya egy lökethatároló radiális 126 homlokfalban végződik, amely egyirányban behatárolja a második 123 szelepszár löketmozgását. Az első és második 116, 123 szelepszár ily módon teleszkópszerű kialakítású.

A 101 készülékház 111 furatának 114 örvénykamrájába egy 128 folyadék-bevezető van beszerelve. A 128 folyadék-bevezetőnek van egy második 129 szelepüléke, amellyel együtt a második 123 szelepszár második 130 záróeleme az üzemanyag-szállító 102 fúvókát alkotja.

A 128 folyadék-bevezetőnek van egy, a 114 örvénykamrába benyúló olyan palástrésze, amelybe több 143 spirálhorony van bemélyítve. A 128 folyadék-bevezető a 134 radiális furaton és a 135 axiális furaton keresztül csatlakoztatja a 101 készülékházban lévő

131 folyadék-bevezető furatot az üzemanyag-kiléptető 109 fúvókához.

A 109 fúvóka szájnyílása a 111 furat szűkülő 113 toroktartományában helyezkedik el, amelybe benyúlik a 128 folyadék-bevezető axiálisan kiálló

132 nyúlványa, melynek távolabbi vége alkotja a második 129 szelepüléket.

A második 129 szelepünknek csonkakúp alakú konkáv felülete van, amely koncentrikus a 111 furattal. A második 129 szelepülék együttműködik a kúp alakú második 130 záróelemmel. A 102 fúvóka nyitott pozíciójában a 129 szelepülék és a 130 záróelem szabja meg a füvóka 109 fúvókanyílását. A második 123 szelepszárat egy második 133 spirálrugó tartja zárt helyzetben.

Ezáltal az első és második 116, 123 szelepszár oly módon van egymással összekapcsolva, hogy amikor az első és második 117, 130 záróelemek zárt pozíciójukban vannak, az első 116 szelepszáron belüli lökethatároló 126 homlokfal előre megszabott távolságra van a második 123 szelepszár 125 vezetőbordás részének végétől. így a 103 gázjárat az első 117 záróelem felemelé4

HU 214 727 Β sével az első 120 szelepülékről kinyitható anélkül, hogy azonnal kinyílnék a 102 fúvóka is. Amint az első 116 szelepszár megteszi az előre megszabott távolságot, a második 130 szelepszár 125 vezetőbordás megvastagított részének vége felütközik a 126 homlokfalra, aminek hatására az első 116 szelepszár további elmozdulása során a második 123 szelepszár is vele elmozdul a 121, 133 spirálrugók kifejtette erők ellenében. Ezen elmozdulás hatására a második, 123 záróelem felemelkedik a második 129 szelepülékről, és ezzel kinyit az üzemanyag-szállító 109 fúvókanyílás is. Az üzemanyag-szállító 109 fúvókanyílás nyitásának mértékét a 101 készülékházban lévő 111 furatban található 137 lökethatároló határolja be, amely megakadályozza az első 116 szelepszár további elmozdulását. Tekintettel arra, hogy az első 116 szelepszár mozgatja a második 130 szelepszárat, felütközése megállítja a második 130 szelepszár elmozdulását is. A második 123 szelepszár lökete (axiális elmozdulása) lényegesen kisebb, mint az első 116 szelepszáré. (A második 123 szelepszár lökete például körülbelül 0,05 mm lehet, szemben az első 116 szelepszár körülbelül 0,5 mm-es elmozdulásával.)

Nyitott szelepállásban a második 130 záróelem és a második 129 szelepülék közötti szabad áramlókeresztmetszet egy gyűrű alakú járat vagy csatorna. A csatornát a második 130 záróelem és a második 129 szelepülék csonkakúp alakú felülete határolja, és így az a 103 gázjárat A hossztengelye mentén radiális és axiális irányban helyezkedik el. A csatorna tehát α szöget zár be az A hossztengellyel. Ezáltal a nyitott üzemanyagszállító 109 fúvókanyílásból kilépő folyadékfüggöny kúppalástja is a szöget zár be az axiális iránnyal. A 2. ábrán az α szög körülbelül 35°. Ezért az üzemanyag-kilépés kifelé és a gázáram áramlási irányával szembe irányul. Az α szög azonban az axiális irányhoz (azaz a 100 keverő szerkezet A szimmetriatengelyéhez) képest 5° és 175° közötti szögtartományban bármely értéket felvehet.

Megállapítottuk, hogy a legjobb porlasztáshoz szükséges nyíróhatás az a szög körülbelül 90°-os értékénél érhető el. Minél kisebb az a szög értéke, annál közvetlenebb az ütközés a kiáramló folyadék és a járatban haladó gázáram között. Ez csökkenti a permetsík „szétnyírásának” hatásfokát. Ha viszont az a szög nagy (azaz, ha a megközelíti a 180°-ot), a permetsíkban kilépő folyadék együtt halad a gázárammal, és ezáltal szintén csökken a nyíró hatás. Azt tapasztaltuk, hogy a 100 keverő szerkezet az újszerű „nyíró” hatást az α szög 5° és 175° közötti tartományában fejti ki a folyadékfüggönyre. Az α szög értékét előnyösen 20° és 160° között, még előnyösebben 30° és 150° között célszerű megválasztani.

Az első 116 szelepszár elengedésekor a 121, 133 spirálrugók hatására együtt fog elmozdulni az első és második 116, 130 szelepszár mindaddig, amíg a második 130 záróelem el nem éri a második 129 szelepüléket, és le nem záija a 102 füvókát. Ekkor a 103 gázjáraton keresztül a gáz még tovább áramlik. A hosszabb löketű első 116 szelepszár tovább mozog a 111 furatban mindaddig, amíg az első 117 záróelem el nem éri az első 120 szelepüléket, és el nem zárja a gázáramlás útját. A fenti szerkezeti kialakítás és működésmód azt eredményezi, hogy a 109 fuvókanyíláson keresztül először mindig a gáz kezd áramolni, és csak utána az üzemanyag, és a gázáram csak akkor záródik el, miután már lezárt a 109 fúvókanyílás.

A 114 örvénykamrában elhelyezkedő 128 folyadékbevezetőnek négy 139 spirálhomya van, amelyek spirális alakú, forgó áramlást hoznak létre. így a szűkülő 113 toroktartományból kilépő gáz/üzemanyag keverék a 139 spirálhomyokon keresztül áramolva örvényleni kezd és fokozottan összekeveredik. A gáz/üzemanyag keverék a 112 kilépőnyíláson keresztül hagyja el a 100 keverő szerkezetet.

A 2. ábrán látható 100 keverő szerkezet tartalmaz egy „visszavezető” üzemanyag-ellátó áramlási kört is, amelynek részeit alkotja egy 139 bevezetőfürat és egy 140 kilépőfürat. Az üzemanyagot folyamatosan, nyomás alatt szállítja egy szivattyú egy, az 1, 100 keverő szerkezetben található 141 tárolótérbe, ahonnét a fölös mennyiségben szállított üzemanyag egy (a rajzon nem látható) nyomáscsökkentő szelepen keresztül visszakerül az üzemanyagtartályba. Ez az elrendezés állandó üzemanyagnyomást tart fenn a 102 fúvókénál függetlenül attól, hogy a 102 fúvóka nyitva vagy zárva van-e. A keringetett üzemanyagáram egyben hűti az első 116 szelepszárat működtető 142 mágnestekercset, amely a 100 keverő szerkezet hátsó részében helyezkedik el, és megakadályozza a tartályban és a tartály körül lévő üzemanyag elpárolgását.

Korábban is említettük már, hogy a második 130 záróelemet célszerű rugalmas műanyagból készíteni. Hangsúlyozzuk ugyanakkor, hogy ezen alkatrész fémből vagy bármely egyéb alkalmas anyagból is készíthető. Fém anyagú 130 záróelem és fém anyagú 129 szelepülék esetében a 102 fúvóka zárt pozíciójában minél jobb tömítés elérése érdekében az α szöget célszerűen körülbelül 45°-osra (vagy 135°-ra) kell megválasztani. Ugyanis 45°-os szögnél hatékony ékhatás jön létre a kúp alakú 130 záróelem és a konkáv csonkakúp alakú 129 szelepülék között, ha ezek az alkatrészek fémből készülnek. Ha a 130 záróelemet rugalmas műanyagból, például Vesconite-ből készítjük, a 129 szelepüléket pedig fémből, akkor az optimális tömítőhatás az α szög 15° és 75° közötti, illetve a 105° és 165° közötti tartományában érhető el.

A 100 keverő szerkezet használata közben a 109 füvókanyílást elhagyó üzemanyagnak csak egy része fog folyadék permetsíkot alkotni. Az üzemanyag másik része megtapad a 109 fuvókanyíláson, és lefolyik a 102 fuvóka külsején. Ez különösen a 102 fuvóka nyitásának vagy zárásának pillanatában fordul elő. Ennek megakadályozására a levegőszelepnek ki kell nyílnia a 102 füvóka kinyitása előtt, és csak akkor szabad lezárnia, ha már zárva van a 102 fuvóka. E járulékos gázáram letörli vagy elpárologtatja a 102 fuvóka külső felületén lecsurgó, nem porlasztódott üzemanyagot.

A találmány szerinti keverő szerkezet fontos jellemzője, hogy a 102 fuvóka egy lényegében folyamatos, radiális irányban kilépő folyadék permetsíkot vagy kúp5

HU 214 727 Β palást alakú folyadékfüggönyt képes előállítani. A találmány előnyeként értékelhető, hogy a „radiális irányban kilépő folyadék permetsík” definíció a találmány vonatkozásában egy olyan folyadékfuggönyt jelent, amelynek jelentős radiális komponense van az 1. illetve 2. ábrán látható 3 illetve 103 gázjárat hosszanti szimmetriatengelyéhez képest.

Ez a definíció nem jelenti szükségképpen azt, hogy kifelé irányul a folyadékfüggöny, mivel kialakítható olyan formájú (az ábrán nem látható) füvóka is, amely a „radiálisán kilépő folyadék permetsíkot” befelé, egy középen haladó, középen vezetett gázáramba irányítja. A füvóka tehát kialakítható a gázjárat külső fala körül, azt körülvevő módon is, és a folyadékfuggönyt irányíthatjuk radiálisán befelé. A folyadékfüggöny a 103 gázjárat hossztengelyéhez képest bármely α szögben beállítható a hossztengelyhez viszonyított 5° és 175° közötti tartományban.

Egy ilyen alternatív kialakítás ugyancsak hasznosítaná a találmány lényegét, azaz a folyadékcseppeknek egy kiáramló permetsíkból vagy folyadékfüggönyből történő lenyírását. Feltételezhető azonban, hogy ezen utóbb taglalt alternatív kialakítás kevésbé hatékony, mint a rajz 1. illetve 2. ábráján konkrét példákként bemutatott találmány szerinti keverő szerkezetek, mert a nyíróhatás a porlasztóit folyadékcseppeket a járat konkáv külső felülete felé terelné el, ezzel szemben a rajzokon látható 1, 100 keverő szerkezeteknél a porlasztótt cseppek a 102 füvóka viszonylag kisebb, konvex külső felülete felé terelődnek el. A nagyobb konkáv felület jobban felfogná a porlasztóit folyadékcseppeket, amelyek ott összegyűlnének és lefolynának a gázjárat külső felületén. A fuvóka viszonylag nagyobb kerületén továbbá több folyadék tapadna meg, és csak kevesebb képezne kilépő permetsíkot illetve folyadékfuggönyt. Végül pedig amíg a bemutatott és fentebb részletesen ismertetett kiviteli alakok esetében a füvóka nyitása előtt és annak zárása után is fenntartott járulékos gázáram még képes elpárologtatni a gázjárat külső felületén lefolyó üzemanyag nagy részét, addig az alternatív kialakításnál valószínűleg ez nem lenne megoldható.

A 2. ábrán példaképpen bemutatott találmány szerinti 100 keverő szerkezet kifejezetten belső égésű motorokhoz készült, amelyeknél a motor munkaciklusának megfelelően a 100 keverő szerkezetnek szakaszosan kell homogén, apróra porlasztott folyadékcseppekből álló levegő/üzemanyag keveréket szállítania. A szakaszos üzemmódnak megfelelő nyitások és zárások vezérelhetők akár egy mágnestekerccsel (lásd a 2. ábrát), akár pedig (az ábrán nem látható) mechanikus megszakítással.

A találmány szerinti keverő szerkezet előnyös tulajdonsága, hogy a porlasztott folyadékcseppecskékből álló homogén permetködöt a 2, 102 füvóka egy lényegében folyamatos, radiális permetsíknak vagy kúppalást alakban kifelé áramló folyadékfüggönynek egy gyűrű alakú 3, 103 gázjáratba való bejuttatásával állítja elő, amelyben a permetsík vagy folyadékfüggöny szétporlad az áramló gázzal bekövetkező ütközések hatására.

A 2, 102 füvóka által előállított folyadékfuggöny alapvetően szükséges az 1, 100 keverő szerkezet megfelelő működéséhez. Ugyanis a 2, 102 füvóka által előállított folyadékfuggöny kihasználja a folyadék felületi feszültségét, amely mindaddig együtt tartja a folyadékrészecskéket a folyadékfüggönyben, amíg azt a 3, 103 gázjáratban áramló gáz szét nem nyílja.

Ezen nyíró hatás levágja a folyadékcseppeket a vékony folyadékfüggönyről, és egy lényegében homogén, apró cseppméretű porlasztott permetködöt hoz létre a 2,

102 füvóka után. A folyadékfüggönyre gyakorolt nyírás sokkal előnyösebb porlasztást eredményez, mint a technika állását képező ismert szerkezetek működési elve, amelyek cseppekre szakítják szét a folyadékot a gázzal való összekeverés előtt.

Az ismert keverő szerkezeteknél fontos szerepet játszik a keverő szerkezet előtt mérhető folyadéknyomás. Ennek az a hátránya, hogy a gyakorlatban a folyadéknyomás növelésével nem csökkenthető a porlasztott cseppek átlagos mérete, és akár egészen nagy nyomásnál is csak bizonyos cseppméretig porlasztódik szét a folyadék.

Ezzel szemben a találmány szerinti keverő szerkezetekben a porlasztás nem a folyadék nyomásának, hanem a gázjáraton átáramló gáz kinetikus energiájának kihasználásával történik. A találmány szerinti szerkezeteknél az üzemanyag nyomására vonatkozó egyetlen követelmény csak az, hogy annak nagyobbnak kell lennie a gáznak a 2, 102 füvóka környezetében uralkodó nyomásánál ahhoz, hogy létrejöjjön a 2, 102 füvókából kilépő permetsík, illetve folyadékfuggöny. Amint a folyadékfuggöny bejut a 3, 103 gázjáratba, a gáz nekiütközik a folyadékfüggönynek, és cseppeket nyír le a folyadékfuggönyről. E nyíróhatás a füvóka füvókanyílása és a 3, 103 gázjárat külső fala között jön létre. A nyírás tényleges helye számos tényezőtől, így a járatban áramló gáz sebességétől, a folyadék nyomásától, a folyadék viszkozitásától, a folyadékfuggöny vastagságától, a környező gázáram Reynolds-számától stb. függ. A tapasztalat azt mutatja, hogy a nyírási hely közelebb van a 2, 102 füvóka 9, 109 fúvókanyílásához, és hogy a 3,

103 gázjáraton átáramló gáznak az a része, amely a járat külső oldalán áramlik, nem játszik szerepet a folyadék nyírásában vagy ütközéssel történő porlasztásában. A találmány szerinti 100 keverő szerkezet 2-14. ábrákon bemutatott második példaképpeni kiviteli alakjánál a 103 gázjáraton átáramló gáz ezen külső része mindazonáltal fontos szerepet játszik a 102 füvóka után elhelyezkedő 114 örvénykamrában.

A folyékony üzemanyag porlasztását megkönnyíti a gyűrű alakú 3, 103 gázjárat keresztmetszetének csökkentése a 2, 102 füvóka környezetében, aminek hatására megnő a gáz sebessége. Lényeges továbbá az is, hogy a gázáram már megindul a gyűrű alakú 103 gázjáratban a 102 füvóka kinyílása előtt, hogy spirál alakú 143 spirálhomyokon keresztül áramlik át a keverék az „ütközéses” keverést követően a 128 folyadékbevezetőn keresztül, valamint hogy a 113 toroktartománynak szűkülő keresztmetszete van.

Egy lényegében folyamatos, teljes 360°-os szögre kiterjedő radiális irányú permetsíkot vagy kúppalást alakú folyadékfüggönyt célszerű előállítani a 12, 102 füvókával, hogy legjobban lehessen hasznosítani a

HU 214 727 Β porlasztáshoz a gázáram kinetikus energiáját. Ily módon homogénebb porlasztás és kisebb átlagos cseppméret érhető el. A homogénebb porlasztásnak köszönhetően nagyobb üzemanyag-koncentráció és nagyobb térfogatáram valósítható meg. E tényezők együttesen minimalizálják az elégetlen üzemanyagból származó emissziós veszteséget, és optimalizálják az égési hatásfokot. Ezért a találmány szerinti keverő szerkezet lényeges javulást eredményez a technika állásához tartozó ismert szerkezetekhez viszonyítva.

A találmány szerinti keverő szerkezet üzemanyagbefecskendezéses rendszerekben használatos befecskendező fuvókaként is használható. A belső égésű motorok egy igen előnyös típusánál az üzemanyagot elporlasztják még az égéstérbe való beinjektálása előtt. Ebben az esetben a fuvókát a hagyományos bevezető légcsatoma és a szelepegység elé helyezik el. A henger szívószelepe ekkor összeköthető a 2, 102 fuvóka szelepegységével oly módon, hogy a füvókaszelep nyisson ki közvetlenül a szívószelep kinyitása előtt, és ezáltal porlasztóit üzemanyagköd jöjjön létre a szívó légcsatomában. Ezt a levegő/üzemanyag keveréket aztán a motor az égéstérbe hagyományos módon szívja be. Az előzetes vizsgálatok azt mutatták, hogy ez lényegesen növeli az égés hatásfokát az olyan rendszerekhez képest, amelyeknél az üzemanyagot közvetlenül az égéstérbe fecskendezik be.

Fontos megjegyezni végül, hogy nem kell az égéshez szükséges egész légáramnak a 2,102 fuvókát körülvevő gyűrű alakú 3,103 gázjáraton átáramolnia. Kiegészítő légszállító légcsatomák vagy szelepek az adott kívánalmaknak megfelelően elhelyezhetők hagyományos módon az 1,100 keverő szerkezettől távol is. Gépjárműmotorokban való alkalmazásnál elégségesnek bizonyult, ha az 1, 100 keverő szerkezeten áthaladó légáram az égéshez szükséges teljes levegőáramnak a motor fordulatszámától függően csupán 30...8%-a, vagy szélső esetben akár csak 5%-a.

Jóllehet a találmány lényegét a fentiekben konkrét alkalmazási példák kapcsán ismertettük, ezek alapján a szakember számára nyilvánvaló kell legyen, hogy találmány szerinti keverő szerkezetek számos egyéb formában is megvalósíthatók. Lényeges, hogy a találmány alkalmazási területe nem korlátozott csupán belső égésű motorokra, hanem az előnyösen használható minden olyan esetben, így például olajégőkhöz és hasonlókhoz, ahol folyadékot gázáramba kell beporlasztani. A találmány szerinti keverő szerkezeteknél nem szükséges minden esetben külön szelepet beépíteni a folyadék és/vagy a gáz számára. így például olajégőknél, ahol folyamatos áramlásra van szükség, a szelepkonstrukció lényegesen egyszerűsíthető, vagy akár teljesen el is hagyható. Üzemanyag-befecskendezéses alkalmazásoknál távadagoló rendszer is használható.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Keverő szerkezet gáz/folyadék elegy képzésére, amely folyadékbevezető szerkezeti egységként egy folyadéktartállyal összeköttetésben lévő fuvókát, valamint egy, az utóbbit magába foglaló, közvetlenül a íüvóka környezetében elhelyezkedő, egy gázáramot a fuvóka felé és azon túl terelő illetve vezető gázjáratot tartalmaz, a fuvóka valamely túlnyomás alatt álló folyadékot folyamatos, radiális folyadékpermetsík vagy kúppalást alakú folyadékfüggöny formájában a gázjáratba befecskendező módon van kiképezve, és a gázjáratban a gáz a fúvókéból kilépő folyadékpermetsíknak illetve folyadékfuggönynek ütköző, az utóbbiból a fúvóka utáni áramlási szakaszban porlasztott folyadékcseppeket tartalmazó homogén permetködöt képző módon van áramoltatva, azzal jellemezve, hogy egy gázáram nyitó és záró gázszelepe, valamint egy fuvóka (2, 102) nyitó és záró folyadékszelepe, különösen a fuvóka (2, 102) egy záróeleme (5) részét képező szelepszára (6, 123) van, és a gázszelep a folyadékszelep, különösen a fuvóka (2, 102) nyitását megelőzően nyitó előretartással és a fuvóka (2, 102) zárását követően záró késleltetéssel vezérelt szerkezeti egységként van kialakítva.

(Elsőbbsége: 1992. 10. 13.)
2. Az 1. igénypont szerinti szerkezet, azzaljellemezve, hogy a gázjárat (3, 103) a fuvókát (2, 102) körülvevő módon van kialakítva.

(Elsőbbsége: 1992. 10. 13.)
3. A 2. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a gázjárat (3, 103) a fúvókéval (2, 102) legalább közelítőleg egytengelyűén van kialakítva.

(Elsőbbsége: 1992. 10. 13.)
4. A 3. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a fuvókát (2, 102) körülfogóan kialakított, a gázjáratba (3) vagy annak egy toroktartományába (113) egy körkerület mentén a gázjáratba (3, 103) sugárirányban betorkollóan kialakított folyadékbevezető szerkezeti egysége van, amelynek a gázjárat (3, 103) szimmetriatengelyéhez képest 5° és 175° közötti szögben kiképzett, előnyösen a keverő szerkezet (1, 100) egymással együttdolgozó szelepelemeinek megfelelő felületei által alkotott határolófelületei vannak.

(Elsőbbsége: 1993. 10. 07.)
5. A 4. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a folyadékbevezető szerkezeti egység határolófelületeinek a gázjárat (3, 103) szimmetriatengelyével bezárt szöge 20° és 160° között van.

(Elsőbbsége: 1993. 10. 07.)
6. Az 5. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a folyadékbevezető szerkezeti egység határoló-felületeinek a gázjárat (3, 103) szimmetriatengelyével bezárt szöge 30° és 150° között van.

(Elsőbbsége: 1993. 10. 07.)
7. A 3. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a fuvóka (2, 102) közelében lecsökkentett keresztmetszetű gázáramlási sebességnövelő Venturi-tartománnyal (25) kialakított gázjárata (3, 103) van.

(Elsőbbsége: 1992. 10. 13.)
8. A 7. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy meghatározott távolsággal a fuvóka (2, 102) előtt kezdődő Venturi-tartománnyal (25) kialakított gázjárata (3, 103) van.

(Elsőbbsége: 1992. 10. 13.)

HU 214 727 Β
9. A 4. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a folyadékbevezető szerkezeti egység határoló-felületei egy zárófelülettel (20) és egy szelepünkkel (21) határolt átömlőkeresztmetszetet (22), vagy egy szelepülékkel (129) és egy záróelemmel (130) határolt füvókanyílást (109) alkotó módon vannak kialakítva.

(Elsőbbsége: 1992. 10. 13.)
10. A 9. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a folyadékbevezető szerkezeti egység füvóka (2, 102) gázjáratba (3, 103) bevezető legalább egy nyílásának vagy csatornájának határoló-felületeit meghatározó szelepelemek egyike, különösen zárófelületként (20) vagy záróelemként (130) egy helytálló szelepelemhez, különösen egy szelepülékhez (21, 129) hozzárendelt, a helytálló szelepelemhez képest annak szimmetriatengelyében löketmozgás végzésére alkalmasan megvezetett vezérelt szelepszáron van (6,123) kiképezve, vagy ahhoz van csatlakoztatva.

(Elsőbbsége: 1992. 10. 13.)
11. A 10. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a gázjárat (3, 103) füvóka (2, 102) előtti szakaszába egy vezérelt kétállású nyitó-záró gázszelep van beiktatva.

(Elsőbbsége: 1993. 10. 07.)
12. A 11. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a íüvókát (2, 102) alkotó mozgó szelepelemét és a gázszelep mozgó szelepelemét zárt szelepállásban tartó egy-egy előfeszített terhelő eleme, különösen spirálrugója (121, 133), valamint az utóbbiak ellenében a mozgó szelepelemeket zárt szelepállásukból nyitott szelepállásba menesztő legalább egy villamos vagy mechanikus működtető egysége is van.

(Elsőbbsége: 1993. 10. 07.)
13. A 12. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a működtető egység egy, a gázszelep szelepszárához (116) hozzárendelt, a szelepet az előfeszített spirálrugó (121) ellenében nyitott szelepállásába átvezérlő mágnestekercset (142), vagy egy mechanikus kioldó szerkezetet tartalmaz (Elsőbbsége: 1993. 10. 07.)
14. A 13. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a füvóka (2, 102) folyadékszelepének szelepszára (123) teleszkóposán van a gázszelep szelepszárában (116) elhelyezve és megvezetve, és a füvóka (2, 102) folyadékszelep szelepszámak (123) van egy, a gázszelep szelepszárában (116) kiképzett lökethatároló homlokfallal (126) együttdolgozó megvastagított része.