-
Oberflächenvergaser Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand einen
Oberflächenvergaser, bei dem ein flüchtiger Brennstoff vollständig vergast wird
und der vergaste Brennstoff mit der Luft in einem bestimmten Verhältnis gemischt
wird. Dieser Vergaser hat eine als Umdrehungskörper ausgebildete Mischkammer, die
mit einem tängentialen Lufteintritt an der Stelle ihres größten Durchmessers, einer
Brennstoffzuleitung und einer .durch einen ringförmigen Absatz verengten Austrittsöffnung
versehen ist.
-
Die Erfindung besteht darin, daß der Brennstoff in das Innere der
Mischkammer in einem dünnen Strahl am Umfang an der Stelle ihres größten Durchmessers
derart zugeführt wird, daß der Brennstoff bei seinem Eintritt in die Mischkammer
durch die auf ihn von der Luft ausgeübte Fliehkraft gegen die Wand der Mischkammer
geschleudert wird und hier eine dünne Flüssigkeitsschicht bildet, über deren Oberfläche
die Luft entlang strömt Es sind bereits Vergaser bekannt mit einer als Umdrehungskörper
ausgebildeten Mischkammer, die mit einem tangentialen Lufteintritt und an der Austrittsöffnung
mit einem einen ringförmigen Absatz aufweisenden, sich verengenden Teil versehen
sind. Bei diesen Vergasern wird jedoch der flüssige Brennstoff durch eine Düse längs
der Achse der Mischkammer, d. h. an einer Stelle, wo die tangentiale Geschwindigkeit
der Luft Null ist, eingeführt, so daß die Flüssigkeit keiner kreisenden Bewegung
unterworfen wird und sie nicht gegen die Wand der Mischkammer geworfen wird, wie
es bei dem Vergaser gemäß der Erfindung der Fall ist. Diese Vergaser sind Zerstäubungsvergaser,
die den Nachteil haben, daß eine vollständige Verdampfung des Brennstoffes nicht
erreicht wird und nicht vergaste Brennstofftröpfchen in den Motor gelangen.
-
Es sind auch Vergaser bekannt mit einer einen konstanten Flüssigkeitsstand
besitzenden Kammer und mit über der Flüssigkeitsoberfläche mündenden tangentialen
Luftzufuhrleitungen. Bei einem derartigen Vergaser wird die im Innern der Kammer
enthaltene Flüssigkeit in Drehbewegung versetzt. Jedoch hat diese Bewegung, die
einer großen Flüssigkeitsmenge mitgeteilt wird, nur die Wirkung, daß die schweren
Brennstoffteilchen, die die Neigung haben, sich auf dem Boden der Kammer abzusetzen,
mit den leichteren Teilen gemischt werden und so .eine gleichmäßige Mischung erhalten
wird.
Die Drehbewegung der Flüssigkeit kann jedoch nicht -bewirken,
daß wie beim Vergaser gemäß der Erfindung eine sich über die ganze Wand der Mischkammer
verteilende dünne Flüssigkeitsschicht gebildet wird und das Vorhandensein von Flüssigkeit
längs der Achse der Kammer ausgeschlossen wird. Nun hat die Bildung einer dünnen
Flüssigkeitsschicht auf einer sehr großen Oberfläche bei einem verhältnismäßig geringen
Rauminhalt der Mischkammer, wie es bei dem Vergaser gemäß der Erfindung der Fall
ist, den Vorteil, daß zwischen der Flüssigkeit und der Luft eine vergrößerte Berührung
stattfindet und infolgedessen die Vergasung der Flüssigkeit begünstigt wird und
zur selben Zeit die Möglichkeit, daß Brennstofftröpfchen zum Innern des Motors gelangen,
ausgeschlossen wird.
-
Ferner hat das Vorhandensein einer dünnen Flüssigkeitsschicht auf
der Wand der Mischkammer des Vergasers gemäß der Erfindung den Vorteil, daß der
Vergaser in irgendeiner Lage angeordnet sein kann und ferner eine Erwärmung des
Brennstoffes auf einfache Weise möglich ist. Eine derartige Erwärmung ist bei Vergasern,
die eine verhältnismäßig große Flüssigkeitsmenge enthalten, gefährlich und außerdem
unwirksam, da die Zuführung der Wärme nur sehr weit von der Vergasungsöberfläche
entfernt geschehen kann, so daß die Erwärmung des Brennstoffes durch das Sieden
desselben begrenzt ist.
-
In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen des Oberflächenvergasers
gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es -neigen: Abb. i die Draufsicht
auf einen Oberflächenvergaser gemäß der Erfindung .im Schnitt, Abb.2 eine Seitenansicht
des Vergasers nach Abb. i im Schnitt längs der senkrechten Mittellinie, Abb.3 bis
5 andere Ausführungsformen des Vergasers gemäß der Erfindung.
-
Der Vergaser nach den Abb. i und 2 besteht aus einer als Umdrehungskörper
ausgebildeten Mischkammer i, von der sich ein in der Mittellinie 2-3 liegendes Rohr
4 erstreckt. Die Mischkammer ist an der Stelle ihres größten Durchmessers mit einem
tangentialen Lufteintritt versehen. Der den größten Durchmesser aufweisende Teil
8 der Mischkammer geht in einen sich verengenden Teil 9 über, der mit dem Rohr 4
über einen ringförmigen Absatz io verbunden ist. Der Teil 8 ist an der dem. Rohr
4 gegenüberliegenden. Seite - durch eine Wand i i abgeschlossen, die mehr oder weniger
in die Form eines Zylinders oder eines Kegels übergeht. Ein drittes Rohr r2 mündet
in den Teil 8 der Kammer i.
-
Das Rohr 5 leitet die Luft in die Kam= mer i, wo es in kreisende Bewegung
gerät, während das Rohr 12 den zu vergasenden Brennstoff in die Kammer einführt.
Durch das Rohr 4 wird das hergestellte Brenngemisch aus der Kammer i abgeführt.
-
Besteht zwischen dem Rohr 4 und den Rohren 5 und 12, eine Druckdifferenz,
die das Zuführen der Luft und der Flüssigkeit in die Kammer i durch die Rohre 5
und 1,2 ermöglicht, so breitet sich bei geeigneter Formgebung und geeigneten Abmessungen
der Kammer i die von der kreisenden Luft mitgerissene Flüssigkeit in Form eines
Schleiers oder einer dünnen Schicht längs der Wand der Kammer aus und haftet an
dieser infolge der Schleuderkraft, unabhängig von der Lage der Mittellinie 2-3.
zur Senkrechten.
-
Die an der Wand der Kammer i befindliche Flüssigkeit kann infolge
der Schleuderkraft niemals durch das Saugrohr 4 entweichen, da ihre Dichtigkeit
viel größer als die der Luft ist. Sie kann infolgedessen den ringförmigen Absatz
io nicht überschreiten. Der von der Luft mit linear konstanter Geschwindigkeit längs
des kreisenden Luftstromes mitgerissene Brennstoff nimmt eine immer größere Winkelgeschwindigkeit
an, wenn der Durchmesser der Kammer i in Richtung zum Rohre 4 sich verringert. Daraus
folgt, daß die Schleuderkraft, die die Flüssigkeit gegen die Wandung drückt, wächst,
wenn der Durchmesser der Kammer i abnimmt. Die Abmessungen des ringförmigen Absatzes
io können derart gewählt werden, daß die Schleuderwirkung genügt, die Bewegung der
Flüssigkeit aus der Kammer in das Rohr 4 zu' verhindern.
-
Die Schleuderwirkung ist außerdem derart, daß die Luft Flüssigkeitströpfchen
von der Flüssigkeitsschicht mitreißen kann. Etwa mitgerissene Tröpfchen würden eine
Erhöhung der Geschwindigkeit der Luft gegenüber der Flüssigkeit bewirken und dadurch
ein Anwachsen der Schleuderkraft hervorrufen, die die Flüssigkeitströpfchen zu der
Flüssigkeitsschicht zurückwerfen würde. Daher löst sich von der Flüssigkeitsschicht
13 an der Wand der Kammer i kein Tröpfchen.
-
Die durch das Rohr 5 in die Kammer eintretende Luft wird durch die
Fliehkraft gezwungen, an der an den Wänden der Kammer verteilten Flüssigkeitsschicht
unter Druck entlang . zu strömen, wodurch eine kräftige Vergasung der Brennstoffflüssigkeit
bewirkt wird, wobei sich das Gas mit der es mitreißenden Luft mischt. Werden daher
der Kammer i geeignete Abmessungen mit Bezug auf die Eintrittsöffnung 5 der Luft
gegeben, so kann das durch die Leitung 4 abgesaugte
Bren'ngernisch
bis' nahe- der 'Sättigungsgrenze mit =Brennstoff angereichert werden.
-
`Wird der Unterdruck zwischen- dem Saugrohr q. und den- Zuleitungsröhren
5 und i2 erhöht, so wächst damit gleichzeitig die Menge der durch `das Rohr 5- zugeführten
Luft und die Menge der- durch das Rohr r2. zugeleiteten Flüssigkeit. In- gleicher
Weise erhöht sich auch-die Reibungskraft. der Luft an der Flüssigkeitsschicht, während
die Berührungsdauer zwischen- Luft und Flüssigkeit abnimmt. Die Erhöhung des Unterdruckes.
im Innern der Kammer i und die Erhöhung der Reibung der Luft an der Flüssigkeit
bewirken ein Anwachsen des Brennstoffgehaltes des Gemisches, der andererseits infolge
der Verringerung der Berührungszeit zwischen Luft und Flüssigkeit durch das Anwachsen
der- Luftgeschwindigkeit abnimmt. Durch entsprechende Wahl der Form und der Abmessungen
der Kammer i mit Bezug auf die Öffnungen q. und 5 . kann eine selbsttätige Regelung
des Gemisches derart erreicht werden; daß es innerhalb bestimmter Mengenverhältnisse
einen. genau gleichbleibenden Gasgehalt beibehält. . .
-
Die durch das Rohr 1.2 in die Kammer i eintretende Flüssigkeit wird-
- durch den Unterdruck herangeführt und muß genau die vergaste Brennstoffmenge der
Flüssigkeitsschicht ausgleichen. Diese Bedingung wird selbsttätig. erfüllt, da das
Rohr 12 derart angeordnet ist, daß es in die Kammer i an einer unter der Flüssigkeitsschicht
liegenden Stelle Mündet. Die Flüssigkeit wird durch die Fliehkraft der -Luft mit
einer Geschwindigkeit mitgenommen, die der Luft proportional ist., 'Die im
Innern der Kammer i herrschenden Unterdruckänderungen bewirken daher nur eine Änderung
der Stärke der kreisenden Flüssigkeitsschicht. Die Menge des sich mit der Luft mischenden
Brennstoffes ist'lediglich von der Vergasung abhängig. Die Abmessungen dds ringförmigen
Absatzes iö sind derart gewählt, daß Änderungen in der Stärke der- Flüssigkeitsschicht
möglich sind, jedoch das Mitreißen derselben in das Saugrohr= q. stets verhindert
wird.
-
Die Zuführung von Flüssigkeit zur Flüssigkeitsschicht 13 kann von
einem in geeigneter Weise angeordneten Gefäß' mit konstantem Flüssigkeitsstand aus
geschehen. Zur Erleichterung schneller Steuerungsänderungen kann dieses Gefäß derart
- angeordnet sein, daß, wenn der Gasverbrauch sehr vermindert oder Null ist, noch
eine -bestimmte Flüssigkeitsmenge'in der mit dem einen konstanten Flüssigkeitsstand
aufweisenden Gefäß in- Verbindung stehenden Kammer i, verbleibt.
-
Bisher, wurde "der Fall betrachtet, bei dem Änderungen- in der zugeführten
Luftmenge nur Änderungen- der Stärke der Flüssigkeitsschicht ohne spürbare :Änderung
der Verdampfungsoberfläche der Flüssigkeitsschicht 13 (Abb. i und 2) zur
Folge hatten. In* gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, durch Mengenänderungen,
der durch das Rohr 5 zugeführten Luft eine Änderung der Vergasungsoberfläche der
an den Wänden der Kammer i- ausgebreiteten Flüssigkeit zu bewirken. - Dies kann
vorzugsweise dadurch erhalten werden, daß der Erzeugenden des sich verjüngenden
Teiles 9 der Kammer i eine geeignete, Krümmung gegeben wird, deren Wölbung beispielsweise
gegen die Mittellinie 2-3 gerichtet sein muß, wenn erreicht werden soll, daß die
Oberfläche der Flüssigkeitsschicht sich mit der Luftzuführung vergrößert. Das gleiche
Ergebnis kann ebenfalls dadurch erreicht werden, daß der Wand i i der Kammer i eine
geeignete Form gegeben wird.
-
Wenn das Brenngemisch einen Brennstoffgehalt haben soll, der wesentlich
unterhalb der zur Sättigung nötigen liegt, kann in der Wand i i der Kammer i eine
zusätzliche Öffnung von geeignetem Querschnitt vorgesehen sein, die nicht in- Kreisbewegung
gebrachte Lüfte zuführt.
-
In der Abb.3 ist ein solcher Vergaser schematisch dargestellt. Die
Wand i i ist durchbrochen und trägt ein Rohr i g, das nach beiden Seiten sich erweitert
und längs der Mittellinie 2-3 in die Kammer i ragt. Wird" zwischen dem Rohr q. und
den Rohren 5 und i9 ein Unterdruck erzeugt,- dann tritt die Luft durch 5 und i 9
in die Kammer i ein und- durch das Rohr q. aus, nachdem es sich mit dem Gas der
Flüssigkeit gemischt - hat: Das durch- das Rohr 5,.-- eintretende -Gem.isch enthält,
wie vorher beschrieben, eine konstante Gasmenge. Die Mengenverhältnisse des Gemisches
befinden sich in` der Nähe der der Sättigung entsprechenden. Dieses Gemisch trifft
auf die durch das Rohr i9 eintretende Luft, mit der es ein zweites, an Gas ärmeres
Gemisch bildet, das. jedoch unabhängig von der Menge stets eine konstante Gasmenge
enthält.
-
Wenn die Mengenverhältnisse des Gas-Luft-Gemisches derart sind, daß.
das. Rohr 19
mit Bezug auf das Rohr 5 einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt
haben muß, so bildet sich zwischen dem' fast gesättigten Gemisch und der Luft ohne
Schwierigkeiten ein inniges Gemisch. Wenn dagegen die Mengenverhältnisse derart
sind, däß das Rohr i9 mit Bezug -auf- das Rohr 5 - einen großen Querschnitt haben
muß, so wird zweckmäßig zur Sicherung einer möglichst guten Mischung der beiden
Gasmengen am Mündungsende des Rohres 1g in der Kammer i ein Luftverteiler
angeordnet,
dessen Hauptzweck darin besteht, die durch das Rohr i9 ankommende Luft in dem sich
verjüngenden Teil der Kammer i zu verteilen.
-
In Abb. 4 ist ein- derartiger Vergaser schematisch dargestellt. Das
Rohr ig trägt vor seiner Verengung beispielsweise mittels eines oder mehrerer Arme
2o oder einer anderen geeigneten Vorrichtung eine Hülse 2i, in der sich in geradliniger
oder schraubenförmiger Bewegung längs der Mittellinie 2-3 die Stange 22 .des Luftverteilers
23 verschieben kann, der vor der innen befindlichen Mündung des Rohres i9 liegt
und der so gestaltet ist, daß er der Bewegung des Gemisches einen möglichst geringen
Widerstand entgegensetzt. Die durch das Rohr ig parallel zur Mittellinie 2-3 ankommende
Luft trifft auf die Vorderfläche des Luftverteilers 23, der das Gemisch gleichmäßig
auf die Wände der Kammer i verteilt, wo es unter einem großen Winkel auf das erste,
in kreisender Bewegung befindliche Gemisch trifft, mit dem es sich vor der Ableitung
durch das Rohr 4 mischt.
-
Der Luftverteiler 23 kann mehr oder weniger weit von dem erweiterten
Ende des Rohres i9 durch Verschieben der Stange 22 eingestellt werden. Durch diese
Einstellung kann bis zu einem gewissen Grade der Eintrittsquerschnitt der Luft mit
Bezug auf die Brenngemischmenge geändert werden. Die Einstellung des Luftverteilers
kann einmalig erfolgen oder durch nicht dargestellte Steuerungsvorrichtungen bekannter
Ausführung geschehen, die die Änderung des Querschnittes während des Arbeitens der
Vorrichtung gestattet. Selbstverständlich ist die gewählte Anordnung des Luftverteilers
an einer in einer Hülse sich verschiebenden Stange nur eine beispielsweise. Lediglich
der die Verteilung des reinen Gases bewirkende Kopf 23, der mittels irgendeiner
beliebigen bekannten Vorrichtung von dem Ende des Rohres i g entfernt und diesem
genähert werden kann, bildet den wesentlichen Teil.
-
Wenn das Brenngemisch eine wesentlich unter der der Sättigung entsprechenden
Gasmenge enthalten soll, kann es, anstatt durch die zusätzliche Öffnung in der Wand
i i der Kammer i mit Zusatzluft vermischt zu werden, auch innerhalb des Rohres 4
mit Zusatzluft gemischt werden.
-
In Abb. 7 ist ein derartiger Vergaser schematisch dargestellt. Das
Rohr 4 trägt an seinem .der Kammer abgewendeten Ende in Richtung der Mittellinie
2-3 einen abgestumpften Kegel 24. Ein ebenfalls in der Mittellinie 2-3 und in der
Verlängerung des Rohres 4 liegendes Rohr 25 ist an dem dem Rohr 4 zugewendeten Ende
dem Kegel 24 entsprechend kegelig aufgeweitet. Zwischen dem abgestumpften Kegel
des Rohres 4 und der kegeligen Erweiterung 26 des Rohres 25 verbleibt ein kegeliger
Zwischenraum 27, durch den Luft eintreten kann. Wird zwischen dem Rohr 25 und den
Rohren 5, i2 und 27 eine Druckdifferenz erzeugt, so tritt die Brennstoffflüssigkeit
durch das Rohr i2 und die Luft durch das Rohr 5 in die Kammer i, wo sie sich mit
einer konstanten Menge verdunsteten Brennstoffes mischt. Sie entweicht von dort
durch das Rohr 4, um sich in bestimmten Mengenverhältnissen mit der bei 27 eintretenden
Luft zu mischen, worauf das fertige Gemisch durch das Rohr 25 entweicht.
-
Die Kegel 24 und 26 oder einer derselben allein können parallel zur
Mittellinie 2-3 beweglich sein, so daß der Eintrittsquerschnitt 27 für die Luft
ein für allemal oder während des Arbeitens des Vergasers geregelt werden kann, so
daß auf diese Weise ein durch eine an sich bekannte Vorrichtung gesteuerter Korrektor
gebildet wird.
-
Der in Abb. 7 schematisch dargestellte Vergaser besitzt die Eigenschaft,
unentzündbar zu wirken. Wenn die Eintrittsquerschnitte für die Luft, 5 und 27, passend
gewählt sind, kann tatsächlich das die Kammer i anfüllende und durch. das Rohr 4
entweichende Brenngemisch genügend reich an Brennstoff sein, um nicht mehr entzündbar
zu sein, und es erst nach seiner Mischung mit der bei 27 eintretenden Luft zu werden.
Unter diesen Bedingungen kann eine zurückschlagende Flamme des Motors den Brennstoff
nicht entzünden.
-
Bei allen Ausführungsformen des Vergasers gemäß der Erfindung bewirkt
die an den Wänden der Kammer i vor sich gehende Verdunstung der Brennstoffflüssigkeit
die Abkühlung der Wände auf eine dem Gleichgewichtszustand zwischen der durch die
Verdunstung aufgenommenen und der an die Umgebung abgegebenen Wärme entsprechende
Temperatur. Die Verdunstung ist proportional der von dem Vergaser erzeugten Gemischmenge.
Bei sich nicht ändernden äußeren Bedingungen wird die Abkühlung mit der Größe der
Gemischmenge stärker. Diese Wirkung kann verbunden mit dem vorher beschriebenen
Verfahren verwendet werden, um die Konstanz des Brenngemisches, unabhängig von der
Menge, zu sichern.
-
Wenn andererseits die Temperatur der zugeführten Luft ziemlich niedrig
ist, so daß die Spannung des Gases bei diesen Verhältnissen nicht mehr ein Gemisch
mit den gewünschten Mengenverhältnissen zu erhalten gestattet, so kann diesem Übelstand
in sehr einfacher bekannter Weise dadurch abgeholfen werden, daß die Wände der Kammer
i erhitzt werden. Diese Erhitzung kann zweckmäßig durch einen an den Außenwänden
der
Kammer i angeordneten elektrischen Widerstand oder durch warmes
Wasser oder Gas, das innerhalb einer Doppelwand der Kammer i umläuft, erreicht werden.
-
Bei den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung wurde die kreisende Bewegung der Luft immer durch ein in tangentialer
Richtung in die Kammer mündendes Rohr erreicht. Selbstverständlich be,5tehen alle
Eigenschaften des Vergasers fort, wenn die Luft auf andere Weise, beispielsweise
durch tangentiale mehrteilige Düsen,. Ringrohre mit Leitschaufeln und andere bekannte
Mittel, zur Erzeugung einer kreisenden Bewegung eingeführt wird. Auch ist es klar,
daß man den verschiedenen Rohren die die beste Strömung der Luft und der Flüssigkeit
sichernden Formen geben wird.
-
In dem Falle, wo die kreisende Bewegung durch ein tangentiales Rohr
oder mehrere erreicht wird, können diese in das Innere der Kammer i um einen die
größte Stärke der Flüssigkeitsschicht überschreitenden Betrag hineinragen, um auf
diese Weise das unmittelbare Zusammentreffen der Luft und der Flüssigkeit zu verhindern.
Bei Verwendung von schwach flüchtigen Flüssigkeiten kann es umgekehrt zweckmäßig
sein, die tangentialen Rohre derart anzuordnen, daß die Flüssigkeitsschicht von
dem Luftstrom zerrissen wird, um eine lokale Zerstäubung zu erzeugen, ohne daß Tröpfchen
in das fertige Gemischmitgerissen werden. In diesen verschiedenen Fällen können
die tangentialen Rohre beliebigen Querschnitt haben und zweckmäßig parallel zu den
Wänden der Kammer i abgeflacht sein, um einen möglichst guten Kontakt zwischen der
Luft und der Flüssigkeit zu erreichen..
-
Bei den verschiedenen beschriebenen Ausführungen ist die Flüssigkeitszuführung
zur Kammer i so gedacht, daß die Flüssigkeitsmenge, die von einem Gefäß mit konstantem
Flüssigkeitsstand zur Mischkammer strömt, durch eingeschaltete kalibrierte Durchtrittsöffnungen
geregelt wird, wobei die selbsttätige Zuführung lediglich durch das Kreisen der
Flüssigkeit in der Kammer i erreicht wird. Für gewisse Fälle kann es vorteilhaft
sein, dieses Verfahren nicht allein anzuwenden, sondern die Kammer i vermittels
einer Kombination von in ihrer Verwendung für die Regelung von Spritzvergasern bekannten
kalibrierten Öffnungen zu beliefern. In diesem Falle ist es nicht unbedingt notwendig,
daß der Brennstoff in die Kammer i unterhalb der Flüssigkeitsschicht eintritt, sondern
dies kann .,auch an irgendeinem beliebigen anderen Punkt der Kammer oder der Gaszuführungsrohre
erfolgen, vorausgesetzt, daß dieser Punkt so gewählt ist, daß die ankommende Flüssigkeit
nicht aus der Kammer i durch das Rohr q. mitgerissen wird.
-
Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, können selbstverständlich
die verschiedenen Rohre und Eintrittsöffnungen für die Luft mit Klappen, Deckeln,
Filtern und änderem bei Vergasern bekannten Zubehör versehen sein. Außerdem können
die Rohre q. und ?5 mit einem Hahn, Ventil, Schieber oder einer anderen bekannten
geeigneten Vorrichtung zur Veränderung des Durchtrittsquerschnittes für das Brenngemisch
ausgerüstet sein.
-
Endlich kann an den Vergaser gemäß der Erfindung jede an sich, bekannte
Vorrichtung zur Drosselung oder zur veränderlichen Zuführung der Zusatzluft angebracht
sein.