Anlage zur Zerstäubung von Flüssigkeiten, insbesondere Kraftstoffen Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Zerstäu- bung von Flüssigkeiten, insbesondere Kraftstoffen, mit einer stossweise fördernden Pumpe und einer flüssigkeitsgesteuerten Zerstäubungsdüse, die über einen druckausgleichenden Speicherraum an die Förderleitung der Pumpe angeschlossen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der genannten Art so auszubilden, dass es möglich wird, einerseits sehr kleine und andererseits je Zeiteinheit sehr stark unterschiedliche Mengen gut zu zerstäuben. Dies wird gemäss der Erfindung da durch erreicht, dass zwischen dem Speicherraum und der Zerstäubungsdüse ein Rückschlagventil ein gebaut ist, dessen bewegliches Ventilglied in seiner geschlossenen Lage eine Undichtheit aufweist.
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbei spiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 das erste Beispiel in schematischer Dar stellung.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Rückschlag ventil in grösserem Masstab als in Fig. 1.
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Sitzfläche des beweglichen Ventilgliedes des Rückschlagventils nach Fig. 2.
Fig. 4 das zweite Beispiel in schematischer Dar stellung, und Fig. 5 Schaubilder über das Arbeiten der Anlage. Eine stossweise fördernde Pumpe 1 mit An triebswelle 2 und Fördermengenverstellglied 3 ist über eine Förderleitung 4 an einen druckausglei chenden Speicherraum 5 angeschlossen. Von diesem führt eine Leitung 6 zum Gehäuse 7 eines Rück schlagventils.
In das Gehäuse 7 ist ein Anschluss stück 8 eingeschraubt, das über eine Dichtung 9 einen Ventilkörper 10 im Gehäuse 7 festspannt. Als bewegliches Ventilglied dient eine Scheibe 12, die durch eine im Anschlusstück 8 untergebrachte und an diesem sich abstützende Schraubenfeder 13 auf ihren Sitz am einen Stirnende des Ventilkörpers 10 gepresst wird. Die Feder 13 hat eine sehr hohe Steifigkeit von etwa 30 kg/mm. Die in Fig. 3 sicht bare Sitzfläche der Ventilscheibe 12 ist mit Riefen 14 versehen. Diese Riefen sind durch rauhes Schlei fen oder durch Feilstriche hergestellt.
Sie bewirken, dass das Rückschlagventil in geschlossener Lage eine derart bemessene Undichtheit aufweist, dass bei einem Druckunterschied vor und hinter dem Ventil von<B>100</B> kg/cm2 2-6 cm3/s einer Flüssigkeit mit einem spezifischen Gewicht von 0,82-0,87 g/cms und einer Viskosität von 6,0-6,5 cSt bei 200 C durch das Rückschlagventil zu fliessen vermag.
Die Feder 13 ist so stark vorgespannt, dass der Öffnungsdruck des Rückschlagventils gleich oder grösser ist als der weiter unten erwähnte öffnungs- druck der Zerstäubungsdüse. Der öffnungsdruck des Rückschlagventils ist jedoch mit umgedrehter Ventil scheibe ermittelt, d.h.,
wenn die Scheibe in der ge schlossenen Lage mit ihrer keine Riefen aufweisen den glatten Stirnfläche dicht auf dem Sitz ruht. Der Sitzdurchmesser ist so gross gewählt, dass der Hub der Ventilscheibe bei grösster Fördermenge der Pumpe nur wenige Hundertstel mm beträgt.
Vom Anschlusstück 8 führt eine Leitung 15 zu dem Gehäuse 16 einer Zerstäubungsdüse. In das Düsengehäuse ist ein Düsenkörper 17 eingeschraubt, in welchem eine Düsennadel 18 geführt ist. Zwi schen dem Düsenkörper 17 und dem Gehäuse 16 ist eine Platte 19 eingespannt, die den Hub der Dü sennadel 18 begrenzt. In, dem Gehäuse 16 ist eine Schraubenfeder 20- untergebracht, deren eines Ende sich über einen Federteller 22 an einer in das Gehäuse eingeschraubten Einstellschraube 23 ab stützt.
Das andere Ende der Feder 20 drückt über einen Federteller 24 gegen die Düsennadel 18 und presst eine Kegelfläche 25 der Düsennadel in der gezeichneten Schliesstellung auf eine kegelige Sitz fläche im Düsenkörper 17. An die Kegelfläche 25 der Düsennadel schliesst sich ein Spritzzapfen 26 an, der in einer Austrittsöffnung im Düsenkörper 17 verläuft und mit dieser eine ringförmige Spritzöff nung bildet. Der Spritzzapfen 26 ist so geformt, dass er mit steigendem Nadelhub den Querschnitt der Spritzöffnung vergrössert.
Von der Einmündungsstelle der Leitung 15 in das Gehäuse 16 führt ein Kanal 27 innerhalb des Gehäuses, der Platte 19 und des Düsenkörpers 1 7 zu einem Ringraum 28, der einen im Durchmesser abgesetzten Teil 29 der Düsennadel 18 umgibt, an den sich die Kegelfläche 25 anschliesst.
Die Arbeitsweise der eben beschriebenen er- findungsgemässen Anlage wird nachfolgend im Vergleich zu der Arbeitsweise einer bekannten Anlage beschrieben, die mit der in Fig. 1 darge stellten nach Ausbau des Rückschlagventils 7-14 übereinstimmt.
Sobald bei der bekannten Anlage durch Förde rung der Pumpe 1 der Flüssigkeitsdruck im Spei cherraum 5 und damit auch in dem Ringraum 28 der Zerstäubungsdüse auf den Öffnungsdruck der Zer- stäubungsdüse angestiegen ist, öffnet die Ventil nadel 18, worauf der Entladungsvorgang des Spei cherraumes beginnt. Während des Entladungsvor ganges schnarrt die Düse, d.h. die Düsennadel öffnet und schliesst in sehr rascher Folge.
Der Entladungs vorgang dauert so lange, bis der Druck im Speicher raum auf den Schliessdruck der Zerstäubungsdüse, der niedriger als deren Öffnungsdruck ist, abge fallen ist. Bei Fördermengen, die in dem Bereich I, also links der Kennlinie A in Fig. 5a liegen, arbeitet die Anlage nach dem Schaubild Fig. 5b. Die Länge der Pausen t1 zwischen den einzelnen Entladungs vorgängen ist abhängig von dem Volumen des Spei cherraumes.
Je grösser der Speicherraum ist, desto grösser sind die Pausen. Bei sehr kleinem Speicher raum erfolgen die Entladungsvorgänge im Rhythmus der Pumpenförderhübe.
Bei konstantem Volumen des Speicherraums ändert sich die Länge der Pausen t1 mit der Förder menge der Pumpe. Mit steigender Fördermenge wer den die Pausen kürzer. Nähert sich die Fördermenge der Kennlinie A in Fig. 5a, so werden die Pausen immer kürzer bis sie bei Erreichen der Kennlinie A gleich Null werden und ein ununterbrochener Zer- stäubungsvorgang stattfindet, bei dem die Düse ebenso wie bei den oben beschriebenen einzelnen Entladungsvorgängen schnarrt.
Dieser Zerstäubungsvorgang spielt sich im ge samten Fördermengenbereich II (Fig. 5a) ab. Mit steigender Fördermenge der Pumpe wird jedoch der Hub der Düsennadel bei den einzelnen sehr rasch aufeinanderfolgenden Öffnungsvorgängen grösser. Erreicht die Fördermenge die Kennlinie B, also den Bereich III, so schnarrt die Düse nicht mehr, son- dern bleibt, aber bei geringerem Nadelhub, ständig offen.
Wird die Fördermenge noch mehr gesteigert, so wird der Nadelhub grösser und erreicht bei För dermengen nach der Kennlinie C seinen Höchstwert, bei dem die Düsennadel an der Platte 19 anliegt.
Wegen der grossen Pausen im Fördermengen bereich 1 können die bekannten Anlagen in diesem Bereich sehr oft nicht ausgenutzt werden, wie bei spielsweise zur Kraftstoffzufuhr zu einem Brenn- raum, da während der Pausen t1 die Flamme erlö schen würde. In diesen Fällen wird eine möglichst ununterbrochene Zufuhr von Kraftstoff gefordert. Dieser Mangel der bekannten Anlagen ist insbeson dere dann sehr unerwünscht, wenn ein grosser Men genbereich, also je Zeiteinheit sehr stark unter schiedliche Flüssigkeitsmengen zerstäubt werden sollen, wie beispielsweise bei Strahltriebwerken, bei denen ein beherrschbares Mengenverhältnis von 1 : 100 gefordert wird.
Dieser Nachteil ist bei der erläuterten erfindungs gemässen Anlage durch den Einbau des Rückschlag ventils vermieden. Das Rückschlagventil bewirkt, dass im Fördermengenbereich 1 (Fig. 5a) die durch die Pumpe 1 in den Speicher 5 geförderte Flüssig keitsmenge sich aus diesem in kurzen Zeitabständen und in kleine Mengen aufgeteilt über die Düse entlädt. Diese Arbeitsweise der Anlage ist in Fig. 5c dargestellt. Beim einzelnen Entladungsvorgang öffnet die Düse nur einmal und zwar sehr kurze Zeit. Dadurch wird auch im Fördermengenbereich 1 eine brauchbare Arbeitsweise erzielt, so dass auch dieser Bereich ausgenutzt werden kann.
Die Zeitabstände t2 (Fig. 5c) werden auch hier kleiner mit steigender Fördermenge. Erreicht die Fördermenge die Kenn linie A, so geht das Arbeiten der Düsennadel in ein ununterbrochenes Schnarren über. In den Bereichen 1I und III arbeitet die beschriebene erfindungsge- mässe Anlage ebenso wie die bekannten Anlagen.
Die Zeitabstände t, (Fig. <B>5e)</B> sind jedoch we sentlich kürzer als die Pausen t1 (Fig. 5b). Bei einer erprobten Anlage, deren Speicherraum ein Volumen von 1500 cm3 hatte, war bei einer Fördermenge der Pumpe von 6 mm3 je Förderstoss bei 1000 Umdre hungen je Minute ohne Rückschlagventil die Pause t1=1,76 sec und mit Rückschlagventil der Zeitab stand t2=0,073 sec.
Der Öffnungsdruck des Zer- stäuberventils war dabei 100 kg/cm2 und der öff- nungsdruck des Rückschlagventils 120 kg/cm2.
Der Fördermengenbereich III wird wesentlich durch die Form des Düsenzapfens 26 beeinflusst. Dieser ist, wie oben ausgeführt, so gestaltet, dass er bei steigendem Nadelhub einen grösseren Quer schnitt der Spritzöffnung freigibt. Je grösser dieser Querschnitt am Ende des Nadelhubes, also in der Stellung der Düsennadel ist, in der diese an der Platte 19 anschlägt, deste grösser ist die Durchfluss- menge, welche bei noch zulässigem Druck aus der Düsennadel ausströmen kann.
Die aus der Zerstäubungsdüse in der Zeiteinheit ausströmende Flüssigkeitsmenge kann durch Ver- stellen des Fördermengenverstellgliedes 3 der Pumpe 1 geändert werden. Der Öffnungsdruck der Zer- stäuberdüse kann durch die Einstellschraube 23 verstellt werden.
Mit der oben beschriebenen erprobten Aus führung der erfindungsgemässen Anlage konnte ein Fördermengenverhältnis von 1:1000 beherrscht werden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unter scheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 lediglich dadurch, dass die Einstellschraube 23 in Abhängigkeit von den Bewegungen des Förder- mengenverstellgliedes 3 verstellt werden kann, und zwar derart, dass mit abnehmender Fördermenge der Öffnungsdruck der Zerstäubungsdüse sich ver mindert. Zu diesem Zweck hat die Einstellschraube an ihrem Kopf ein Zahnrad 30, das in eine Zahn stange 31 eingreift, die über einen Zwischenhebel 34 mit dem Fördermengenverstellglied 3 gekuppelt ist.
Durch diese Kupplung der Einstellschraube 23 mit dem Fördermengenverstellglied 3 der Pumpe wird erreicht, dass die Abstände t., bei kleinen Mengen nicht unzulässig lang werden. Mit fallendem öff- nungsdruck werden nämlich die Abstände t, kürzer.
Plant for atomizing liquids, especially fuels The invention relates to a plant for atomizing liquids, especially fuels, with an intermittently delivering pump and a liquid-controlled atomizing nozzle which is connected to the delivery line of the pump via a pressure-equalizing storage space.
The invention is based on the object of designing a system of the type mentioned in such a way that it is possible, on the one hand, to atomize very small quantities and, on the other hand, very different quantities per unit of time. This is achieved according to the invention in that a check valve is built between the storage space and the atomizing nozzle, the movable valve member of which has a leak in its closed position.
In the drawing, two Ausführungsbei games of the subject matter of the invention are shown, namely Fig. 1 shows the first example in a schematic Dar position.
FIG. 2 shows a longitudinal section through the check valve on a larger scale than in FIG. 1.
3 shows a plan view of the seat surface of the movable valve member of the check valve according to FIG. 2.
Fig. 4 the second example in a schematic Dar position, and Fig. 5 diagrams about the operation of the system. An intermittently pumping pump 1 with drive shaft 2 and flow rate adjustment member 3 is connected via a feed line 4 to a pressure compensating storage space 5. From this a line 6 leads to the housing 7 of a non-return valve.
A connection piece 8 is screwed into the housing 7 and clamps a valve body 10 in the housing 7 via a seal 9. A disk 12 serves as the movable valve member and is pressed onto its seat on one end of the valve body 10 by a helical spring 13 accommodated in the connection piece 8 and supported on it. The spring 13 has a very high rigidity of about 30 kg / mm. The seat surface of the valve disc 12 visible in FIG. 3 is provided with grooves 14. These grooves are made by rough grinding or by file strokes.
They cause the non-return valve in the closed position to have such a degree of leakage that with a pressure difference in front of and behind the valve of <B> 100 </B> kg / cm2 2-6 cm3 / s of a liquid with a specific weight of 0 , 82-0.87 g / cms and a viscosity of 6.0-6.5 cSt at 200 C is able to flow through the check valve.
The spring 13 is so strongly pretensioned that the opening pressure of the check valve is equal to or greater than the opening pressure of the atomizing nozzle mentioned below. However, the opening pressure of the check valve is determined with the valve disc turned upside down, i.e.
when the disc in the closed position with its no grooves have the smooth face rests tightly on the seat. The seat diameter has been chosen so that the stroke of the valve disc is only a few hundredths of a mm with the largest delivery rate of the pump.
A line 15 leads from the connection piece 8 to the housing 16 of an atomizing nozzle. A nozzle body 17, in which a nozzle needle 18 is guided, is screwed into the nozzle housing. Between tween the nozzle body 17 and the housing 16, a plate 19 is clamped which limits the stroke of the nozzle 18 Dü. In the housing 16, a coil spring 20 is housed, one end of which is supported via a spring plate 22 on an adjusting screw 23 screwed into the housing.
The other end of the spring 20 presses against the nozzle needle 18 via a spring plate 24 and presses a conical surface 25 of the nozzle needle in the closed position shown on a conical seat surface in the nozzle body 17. A spray pin 26 connects to the conical surface 25 of the nozzle needle runs an outlet opening in the nozzle body 17 and forms with this an annular Spritzöff voltage. The injection spigot 26 is shaped in such a way that it enlarges the cross section of the injection opening as the needle stroke increases.
From the junction of the line 15 into the housing 16, a channel 27 leads inside the housing, the plate 19 and the nozzle body 17 to an annular space 28 which surrounds a part 29 of the nozzle needle 18 with a reduced diameter, to which the conical surface 25 adjoins .
The mode of operation of the system according to the invention just described is described below in comparison with the mode of operation of a known system which corresponds to that shown in FIG. 1 after the non-return valve 7-14 has been removed.
As soon as the liquid pressure in the storage space 5 and thus also in the annular space 28 of the atomizing nozzle has risen to the opening pressure of the atomizing nozzle in the known system by conveying the pump 1, the valve needle 18 opens, whereupon the discharge process of the storage space begins. During the discharge process the nozzle purrs, i.e. the nozzle needle opens and closes very quickly.
The discharge process lasts until the pressure in the storage space has fallen to the closing pressure of the atomizing nozzle, which is lower than its opening pressure. In the case of delivery quantities which are in the area I, that is to say to the left of the characteristic curve A in FIG. 5a, the system operates according to the diagram in FIG. The length of the pauses t1 between the individual discharge processes depends on the volume of the storage space.
The larger the storage space, the larger the pauses. If the storage space is very small, the discharge processes take place in the rhythm of the pump delivery strokes.
If the volume of the storage space remains constant, the length of the pauses t1 changes with the delivery rate of the pump. The breaks become shorter as the delivery rate increases. If the delivery rate approaches characteristic curve A in FIG. 5a, the pauses become shorter and shorter until they are equal to zero when characteristic curve A is reached and an uninterrupted atomization process takes place during which the nozzle puffs as well as in the individual discharge processes described above.
This atomization process takes place in the entire flow rate range II (Fig. 5a). However, as the delivery rate of the pump increases, the stroke of the nozzle needle increases in the individual opening processes that follow one another very quickly. If the delivery rate reaches characteristic curve B, ie area III, the nozzle no longer purrs, but remains open all the time, but with a lower needle stroke.
If the delivery rate is increased even more, the needle stroke becomes larger and, in the case of delivery quantities according to the characteristic curve C, reaches its maximum value at which the nozzle needle rests against the plate 19.
Because of the large pauses in flow rate range 1, the known systems in this area very often cannot be used, for example for supplying fuel to a combustion chamber, since the flame would go out during pauses t1. In these cases the most uninterrupted supply of fuel is required. This deficiency of the known systems is particularly undesirable when a large Men gene range, so per unit of time very different amounts of liquid are to be atomized, such as in jet engines, where a manageable ratio of 1: 100 is required.
This disadvantage is avoided in the explained fiction, according to the system by installing the check valve. The check valve has the effect that in the delivery volume range 1 (FIG. 5a) the liquid delivered by the pump 1 into the reservoir 5 is discharged through the nozzle at short time intervals and in small quantities. This mode of operation of the system is shown in FIG. 5c. During a single discharge process, the nozzle opens only once and for a very short time. As a result, a useful mode of operation is also achieved in the delivery volume range 1, so that this range can also be used.
The time intervals t2 (FIG. 5c) also become smaller here as the delivery rate increases. If the delivery rate reaches characteristic curve A, the working of the nozzle needle changes into an uninterrupted buzzing. In areas 1I and III, the described system according to the invention works just like the known systems.
The time intervals t 1 (FIG. 5e) are, however, much shorter than the pauses t1 (FIG. 5b). In a tried and tested system, the storage space of which had a volume of 1500 cm3, with a delivery rate of the pump of 6 mm3 per delivery pulse at 1000 revolutions per minute without a check valve, the pause was t1 = 1.76 sec and with a check valve the time interval was t2 = 0.073 sec.
The opening pressure of the atomizer valve was 100 kg / cm2 and the opening pressure of the check valve was 120 kg / cm2.
The delivery volume range III is significantly influenced by the shape of the nozzle pin 26. As stated above, this is designed so that it releases a larger cross-section of the injection opening as the needle stroke increases. The larger this cross-section is at the end of the needle stroke, that is, in the position of the nozzle needle in which it strikes the plate 19, the greater is the flow rate which can flow out of the nozzle needle when the pressure is still permissible.
The amount of liquid flowing out of the atomizing nozzle in the unit of time can be changed by adjusting the delivery rate adjusting member 3 of the pump 1. The opening pressure of the atomizer nozzle can be adjusted using the adjusting screw 23.
With the tried and tested design of the system according to the invention described above, a delivery rate ratio of 1: 1000 could be managed.
The exemplary embodiment according to FIG. 4 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 only in that the adjusting screw 23 can be adjusted as a function of the movements of the delivery quantity adjusting member 3, specifically in such a way that the opening pressure of the atomizing nozzle changes as the delivery quantity decreases diminishes. For this purpose, the adjusting screw has a gear 30 on its head which engages in a toothed rod 31 which is coupled to the delivery rate adjusting member 3 via an intermediate lever 34.
This coupling of the adjusting screw 23 with the delivery rate adjustment member 3 of the pump ensures that the distances t., In the case of small quantities, do not become impermissibly long. As the opening pressure falls, the distances t i become shorter.