DE3713253A1 - Ultraschallzerstaeuberanlage - Google Patents
UltraschallzerstaeuberanlageInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Ultraschallzerstäuberanlage für
Flüssigkeiten nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind bereits
Ultraschallzerstäuberanlagen bekannt, die beispielsweise zur Einspritzung
von Kraftstoff bei Brennkraftmaschinen Verwendung finden
und bei denen Ultraschallschwingungen verwendet werden, um den aus
Ultraschallzerstäuberdüsen auftretenden Flüssigkeitsstrahl durch die
Schwingungen in kleine Tröpfchen aufzubrechen. Dabei ergibt sich jedoch
der Nachteil, daß die Durchmesser der durch die Ultraschallzerstäuberdüse
erzeugten Flüssigkeitströpfchen in einem sehr weiten Bereich
streuen, was in vielen Anwendungsbereichen als nachteilig anzusehen
ist. So ist bei einer Anwendung dieser bekannten Ultraschallzerstäuberdüse
zur Kraftstoffversorgung in Brennkraftmaschinen
nachteilig, daß sich aufgrund dieser unterschiedlichen Tröpfchenstrukturen
kein optimal aufbereitetes Kraftstoff-Luft-Gemisch ergibt
und eine ungleiche Gemischverteilung auf die einzelnen Zylinder der
Brennkraftmaschine erfolgt. Außerdem ist für jeden Zylinder der
Brennkraftmaschine eine Ultraschallzerstäuberdüse mit einem Ultraschallschwinger
erforderlich.
Die erfindungsgemäße Ultraschallzerstäuberanlage mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß auf einfache Art und Weise die Erzeugung auch großer Flüssigkeitsmengen
als Aerosol, insbesondere auch mit monodispersen Tröpfchen,
also Tröpfchen gleichen Durchmessers durch einen Ultraschallschwinger
an verschiedenen Einspritzstellen gewährleistet wird. Insbesondere
dient eine derartige Ultraschallzerstäuberanlage zur Erzeugung
eines homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisches in einer Gemischbildungseinheit
einer Brennkraftmaschine und zur gleichmäßigen
Kraftstoffverteilung auf die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Ultraschallzerstäuberanlage möglich.
In einer vorteilhaften Ausführung kann die Transportleitung aus elastischem
Material gefertigt werden und zur Übertragung der Schwingungen
vom Ultraschallschwinger zu jeder Düse dient je ein metallener
Verbindungsstrang.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2
Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Ultraschallzerstäuberanlage schematisch
dargestellt, die bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen
zur Zerstäubung von Kraftstoff zur Bildung eines
Kraftstoff-Luft-Gemisches für eine Brennkraftmaschine dient. Hierfür
weist die Ultraschallzerstäuberanlage ein Zerstäubergehäuse 2 auf,
das einen Druckraum 3 umschließt und von dem mehrere Transportleitungen
4 abzweigen und zu je einem Luftansaugrohr 5 führen, insbesondere
vor die Einlaßventile der Brennkraftmaschine. Die Transportleitungen
4 münden dabei über Düsen 6 in die Luftansaugrohre 5, in
deren Stirnseiten 7 mehrere Spritzöffnungen 8 vorgesehen sind, die
alle einen gleichen Durchmesser d G haben. Die Spritzöffnungen 8
führen vom Innern der Düse 6 nach außen und sind beispielsweise
durch Laserstrahl-Bohren gefertigt. Die erforderliche Anzahl der
Spritzöffnungen 8 bestimmt sich aus der Flüssigkeitsmenge, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel der Kraftstoffmenge, die maximal abgespritzt
bzw. vernebelt werden soll. Zur Bildung des der nicht dargestellten
Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoff-Luft-Gemisches
ist die Düse 6 so an oder in jedem Luftansaugrohr 5 der Brennkraftmaschine
angeordnet, daß die strömende Ansaugluft sich intensiv mit
den aus den Düsen 6 austretenden Kraftstofftröpfchen 9 zur Bildung
eines homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisches vermischt. Die Versorgung
der Ultraschallzerstäuberanlage mit Kraftstoff erfolgt durch eine
Kraftstoffpumpe 10, die über eine Ansaugleitung 11 Kraftstoff aus
einem Kraftstoffbehälter 12 ansaugt und mit Druck in eine Kraftstoffversorgungsleitung
13 fördert, die zu dem Zerstäubergehäuse 2
führt. In der Kraftstoffversorgungsleitung 13 kann zwischen dem Zerstäubergehäuse
2 und der Kraftstoffpumpe 10 oder integriert in das
Zerstäubergehäuse 2 ein Kraftstoffzumeßelement 15 angeordnet sein,
das in bekannter Weise eine feste oder variable Drosselstelle enthält,
die elektromagnetisch oder mechanisch über ein Betätigungsglied
16 in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine
betätigbar ist. Das Betätigungsglied 16 des Kraftstoffzumeßelementes
15 kann dabei in bekannter Weise beispielsweise durch eine
im Luftansaugrohr 5 angeordnete Drosselklappe oder ein im Luftansaugrohr
5 angeordnetes Luftmeßorgan axial verschoben oder verdreht
werden. Bei einer elektromagnetischen Betätigung des Kraftstoffzumeßelementes
15 erfolgt die Ansteuerung durch ein elektronisches
Steuergerät 17, dem in elektrische Signale umgewandelte Betriebskenngrößen
der Brennkraftmaschine wie beispielsweise Last 18, Ansaugluftmenge
19, Temperatur 20 u. a. eingebbar sind.
Am Zerstäubergehäuse 2 ist ein Ultraschallschwinger 22 angeordnet,
der beispielsweise als piezokeramischer Schwinger ausgebildet mit
einem Schwingteller 23 in den Druckraum 3 ragt und durch das elektronische
Steuergerät 17 in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine ansteuerbar ist. Der Ultraschallschwinger 22 kann
natürlich auch in das Zerstäubergehäuse 2 integriert sein. Der unter
Druck in dem Druckraum 3 des Zerstäubergehäuses 2 sich befindliche
Kraftstoff strömt über die Schwingungen übertragenden Transportleitungen
4 zu den Düsen 6 und tritt aus diesen über die Spritzöffnungen
8 als feiner Kraftstoffstrahl aus, wobei er durch den Ultraschallschwinger
22 zu einem Zerfall in Tröpfchen angeregt wird, und
zwar zu einem Zerfall von Tröpfchen mit gleichen Durchmessern d T .
Es treten also monodisperse Tröpfchen in das Luftansaugrohr 5 der
Brennkraftmaschine ein und vermischen sich mit der angesaugten Luft
zu einem homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisch. Dabei erfolgt die Ansteuerung
des Ultraschallschwingers 22 durch das elektronische
Steuergerät 17 in Abhängigkeit von den Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine
mit Wellenlängen λ, die zu einem Zerfall der aus den
Spritzöffnungen 8 austretenden Flüssigkeitsstrahlen unter Bildung
von Tröpfchen mit gleichen Durchmessern führen. Dabei liegt der zulässige
Bereich der Wellenlängen λ der Schwingungen des Ultraschallschwingers
22 zur Erzeugung von Tröpfchen mit gleichen Durchmessern
zwischen einer minimalen Wellenlänge λ min und einer maximalen
Wellenlänge λ max . Die minimale Wellenlänge λ min bestimmt
sich aus dem Produkt aus dem Durchmesser d G der Spritzöffnungen
8 mit Pi ( Π ). Die maximale Wellenlänge λ max zur Bildung
von Tröpfchen mit gleichen Durchmessern beträgt das sechsfache Produkt
aus dem Durchmesser d G der Spritzöffnungen 8 mit Pi ( Π ),
also dem sechsfachen Betrag der minimalen Wellenlänge λ min . Dabei
ergibt sich für die minimale Wellenlänge λ min des Ultraschallschwingers
22 der kleinste Durchmesser d T der monodispersen
Tröpfchen.
Das durch eine Spritzöffnung 8 durchgesetzte Kraftstoffvolumen pro
Zeiteinheit beträgt:
= Π/4 · d G ² · v G
mit v G als mittlere Geschwindigkeit des Kraftstoffes in der
Spritzöffnung 8. Dabei hängt die mittlere Geschwindigkeit v G des
Kraftstoffes in der Spritzöffnung 8 von dem Druckgefälle zwischen
dem Druckraum 3 und dem Luftansaugrohr 5 ab.
Die Wellenlänge λ der auf den aus der Spritzöffnung 8 austretenden
Kraftstoffstrahl aufgebrachten Schwingung beträgt:
λ = v G /f G
mit f G als Anregungsfrequenz des Ultraschallschwingers 22.
Der jeweils gleiche Durchmesser d T der Kraftstofftröpfchen ergibt
sich zu
Unter Berücksichtigung der beiden oben angeführten Formeln ergibt
sich daraus der Durchmesser der Kraftstofftröpfchen zu
Erfindungsgemäß wird, wie bei den Ausführungsbeispielen dargestellt,
für alle metallenen Düsen 6 zugleich die Schwingungsanregung zentral
in dem, insbesondere metallenen Zerstäubergehäuse 2 durch einen einzigen
Ultraschallschwinger 22 vorgenommen. Dabei können, wie bei der
in Fig. 1 links dargestellten Transportleitung 4, die Transportleitungen
4 aus einem die Schwingungen zu den Düsen 6 übertragenden Material
gefertigt sein, beispielsweise aus Metall, wie Stahl. Bei einer
anderen Ausbildung, wie bei der in Fig. 1 rechts dargestellten
Transportleitung 4, können die Transportleitungen 4 aus einem elastischen
Material gefertigt sein, und ein gestrichelt dargestellter
metallener Verbindungsstrang 24 erstreckt sich innen oder außen entlang
jeder Transportleitung, wobei jeder Verbindungsstrang 24 einerseits
mit dem Zerstäubergehäuse 2 und andererseits mit der jeweiligen
Düse 6 verbunden ist oder in dem Inneren der jeweiligen Düse 6
endet. Der metallene Verbindungsstrang 24 kann beispielsweise auch
als Stahldraht in eine aus Kunststoff gefertigte Transportleitung 4
eingelegt sein. In der Zeichnung verläuft der metallene Verbindungsstrang
24 entlang des Umfanges der Transportleitung 4. Jeder metallene
Verbindungsstrang 24 ist geeignet, die erzeugten Schwingungen
auf die Flüssigkeit in den einzelnen Düsen 6 zu übertragen.
Bei einer weiteren, in Fig. 2 rechts dargestellten Ausbildung sind
die Transportleitungen 4 aus einem elastischen Material gefertigt
und je ein metallener, Schwingungen übertragender Verbindungsstrang
24 a ist mit dem Ultraschallschwinger 22 und am anderen Ende mit je
einer Düse 6 verbunden. Es genügt auch, wenn das dem Ultraschallschwinger
abgewandte Ende des Verbindungsstranges 24 a nur in die
Flüssigkeit innerhalb jeder Düse 6 ragt.
Bei der in Fig. 2 links dargestellten Ausbildung ist die Transportleitung
4 ebenfalls aus elastischem Material gefertigt und ein metallener,
Schwingungen übertragender Verbindungsstrang 24 b ist einerseits
mit dem Schwingteller 23 des Ultraschallschwingers 22 und
andererseits mit einer Düse 6 verbunden. Die Verbindungsstränge 24 a
und 24 b sind vorzugsweise innerhalb der Transportleitungen 4 geführt.
Ausreichend ist es ebenfalls, wenn das dem Schwingteller 23
abgewandte Ende des Verbindungsstranges 24 b nur in die sich in jeder
Düse 6 befindliche Flüssigkeit ragt.
Claims (8)
1. Ultraschallzerstäuberanlage für Flüssigkeiten, insbesondere zur
Zerstäubung von in Brennkraftmaschinen einzuspritzendem Kraftstoff,
mit einem Flüssigkeit unter Druck aufnehmenden Zerstäubergehäuse und
einem auf die aus dem Zerstäubergehäuse austretende Flüssigkeit wirkenden
Ultraschallschwinger, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem
Zerstäubergehäuse (2) mehrere Transportleitungen (4) verbunden sind,
die Flüssigkeit vom Zerstäubergehäuse (2) zu je einer am anderen Ende
jeder Transportleitung (4) angeordneten Düse (6) mit mindestens
einer Spritzöffnung (8) leiten und daß die vom Ultraschallschwinger
(22) ausgehenden Schwingungen auch auf die Flüssigkeit innerhalb
jeder Düse (6) wirken.
2. Ultraschallzerstäuberanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Transportleitung (4) aus einem Schwingungen übertragenden
Material gefertigt ist.
3. Ultraschallzerstäuberanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Transportleitung (4) aus elastischem Material gefertigt
und mit dem Ultraschallschwinger (22, 23) ein metallener,
Schwingungen übertragender Verbindungsstrang (24 a, 24 b) verbunden
ist, der zu jeder Düse (6) führt.
4. Ultraschallzerstäuberanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verbindungsstrang (24 b) einerseits mit einem Schwingteller
(23) des Ultraschallschwingers (22) verbunden ist.
5. Ultraschallzerstäuberanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Verbindungsstrang (24 a, 24 b) innerhalb einer
Transportleitung (4) verläuft.
6. Ultraschallzerstäuberanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Transportleitung (4) aus elastischem Material gefertigt
ist und innerhalb oder außerhalb jeder Transportleitung (4) ein
metallener, Schwingungen übertragender Verbindungsstrang (24) verläuft,
der mit dem Zerstäubergehäuse (2) verbunden ist und der zu je
einer der Düsen (6) führt.
7. Ultraschallzerstäuberanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Düse (6) mehrere Spritzöffnungen (8) gleichen Durchmessers
(d G ) hat und die auf die aus den Spritzöffnungen (8) austretenden
Flüssigkeitsstrahlen wirkenden Schwingungen eine Wellenlänge
( λ ) haben, die zu einem Zerfall der austretenden Flüssigkeitsstrahlen
unter Bildung von Tröpfchen (9) mit gleichen Durchmessern
(d T ) führen.
8. Ultraschallzerstäuberanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse (6) in ein Luftansaugrohr
(5) vor jedem Einlaßventil einer Brennkraftmaschine mündet.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |