Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- richtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit Hilfe von Gasströmen sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung.

Im Sand der Technik gibt es eine Vielzahl von Zer- stäubungsdüsen mit unterschiedlichsten Zuordnungen der Gas-, meistens Luftströmung zu den Flüssigkeiten, meistens runden Strahlen aber auch Hohlstrahlen oder Filmen. Beispielsweise wird ein Flüssigkeitsstrahl aus einer Austrittsöffnung in einen Zerstäubungsraum geführt, wobei durch Zuführen von seitlichen Gasströ- men der Strahl zerschlagen wird und Flüssigkeitspar- tikel unterschiedlicher Größe entstehen. Dabei ist die Verteilung der Partikelgröße relativ weit.

Eine Anwendung für die Zerstäubung von Flüssigkeiten sind Brennkraftmaschinen. In den heutigen Brennkraft- maschinen vom Typ Otto-Motor wird nur noch selten der flüssige Kraftstoff, vornehmlich Benzin, in Verga- sern, welche diese Aufgabe in Jahrzehnten zufrieden- stellend in vielgestaltiger Bauform vornahmen, zer- stäubt, sondern es wird der Kraftstoff über Düsen verschiedenster Bauform in das Saugrohr eingespritzt und mit der angesaugten Luft den Zylindern zugeführt oder er wird direkt in den Verbrennungsraum des Zy- linders eingespritzt. Dieses hat sowohl mit der bes- seren Nutzung des Kraftstoffs, der Anpassung an die abgeforderte Leistung als auch mit der Verringerung der Schadstoffe im Abgas zu tun.

Bei Dieselmotoren kommt nur die Direkteinspritzung in den oberen Zylinderteil, häufig in besonders geformte Brennkammern, in Frage. Die Anforderungen an die Ge- mischbildung aus Kraftstoff und Luft sind bei beiden Motortypen die gleichen, wenn dies auch in Einzelhei- ten unterschiedlich sein kann, nämlich den Kraftstoff in möglichst feine Tröpfchen zu zerstäuben, um so ei- ne große Oberfläche für die Verbrennung zu schaffen.

An die Form des durch die Einspritzung erzeugten Ge- mischvolumens werden besondere Anforderungen ge- stellt, auf den Idealfall hin, dass der gesamte Verbrennungsraum gleichmäßig vom Gemisch erfüllt ist, d. h. eine möglichst gleichmäßige Vermischung von Kraftstoff und Luft vorhanden ist, im Idealfall über- all in den stöchiometrisch angepassten jeweiligen Massen.

Eine gleichmäßige Zerstäubung ist neben den Brenn- kraftmaschinen, wie Otto-Motoren im Zweitakt oder Viertakt oder Dieselmotoren auch für andere Verbren- nungskraftmaschinen, wie Gasturbinen und sonstige

Kraft aus Verbrennungen erzeugende Apparate, wie Schubtriebwerke mit ihren Brennkammern und auch für Heizkessel und dergleichen wünschenswert. Die Kraft- stoffe sind dabei flüssige Kraftstoffe und bei den Gasen für die Verbrennung handelt es sich in der Re- gel um Luft, womit sie im Folgenden bezeichnet wer- den, auch wenn es sich nicht nur um Luft, sondern auch um deren Mischung mit die Verbrennung unterstüt- zenden Gasen handelt.

Bei reiner Druckzerstäubung entsprechend dem Stand der Technik, wird die erforderliche Energie durch Druck in die Flüssigkeit eingebracht, wobei der aus einer Öffnung, z. B. der Einspritzdüse, austretende Flüssigkeitsstrahl in der ihm gegenüber als etwa ru- hend anzusehenden Atmosphäre durch ungeordnete Schub- spannungswirkung aufreißt und Tröpfchen vermittels der Wirkung der Oberflächenspannung bildet. Dies ist ein wegen der grundsätzlich hohen Geschwindigkeiten in Laufrichtung zunehmend turbulenter Strömungsver- lauf. Die Folge sind größere Unterschiede in den Tröpfchengrößen und auch ein relativ hoher Energie- aufwand.

Bei der Druckzerstäubung von Brennstoffen, wie Heizöl in Flammenräumen von Heizkesseln oder Brennkammern von Gasturbinen, ebenso beim Farbspritzen geschieht das Gleiche, wie zuvor beschrieben, weswegen hier häufig zur besseren Verteilung der erzeugten Tröpf- chen und zur Erzielung höherer Feinheiten, in be- grenztem Umfang auch zu der engeren Verteilung deren Teilchengrößen zu Zweistoffdüsen flüssig-gasförmig gegriffen wird. Wie oben erwähnt, geschieht auch hier die Zerstäubung weitgehend im turbulenten Strömungs- feld.

Andere Anwendungen für eine Zerstäubung in feine Flüssigkeitspartikel sind die Anwendungen bei Farben, Avivagen, Befeuchtungen und dergleichen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit Hilfe von Gasströmen zu schaffen, mit denen die Flüssigkeit in möglichst feine Tröpf- chen in enger und/oder gesteuerter Verteilung erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs und den Nebenanspruchs gelöst.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Zerstäubung wird ein aus einer Öffnung austretender Flüssigkeitsstrahl von vorzugsweise rundem Querschnitt durch eine vor- zugsweise konzentrisch angreifende Gasströmung zu ge- ringerem Durchmesser mittels Schubkräften beschleu- nigt bis er zerplatzt. Dieses besondere, inzwischen auch als Nanoval-Verfahren bezeichnete Prinzip, hat sich bei der Zerstäubung von Metallschmelzen als vor- teilhaft erwiesen (DE 33 11 343), indem feine Teil- chen in enger Verteilung entstehen und sich in guter sphärischer Form als Pulver ergeben. Die erfindungs- gemäße Zerstäubung wird von den Massenströmen der beiden Medien Gas und Flüssigkeit und der Oberflä- chenspannung und Viskosität der Flüssigkeit im We- sentlichen bestimmt. Dabei handelt es sich um Gas- strömungen im Bereich der Schallgeschwindigkeit bis in den Überschall hinein, bei Luftströmungen also um und über gut 300 m/s. Die Gasströmung um den Flüssig- keitsstrahl ist laminar und wird stetig beschleunigt.

Dazu dient eine um die Einspritzdüse, eher etwas un- ter ihr angeordnete Lavaldüse von konvergent-

divergentem Querschnitt. Durch die Verringerung des Strahldurchmessers steigt in seinem Inneren der Druck gegen die außen wirkende Oberflächenspannung an. Da das Gas beschleunigt wird, nimmt der Druck in ihm ab und es kommt zu einem Aufplatzen des Flüssigkeits- strahls, wenn die Oberflächenkräfte den Strahl nicht mehr zusammenhalten können. Dies geschieht als Kenn- zeichen des Verfahrens schlagartig und etwa im Be- reich des engsten Querschnitts der Lavaldüse oder in Laufrichtung danach. Die flüssigen Tröpfchen breiten sich nach der Seite aus, denn das schlagartige Zer- platzen als Folge des überwiegenden Innendrucks über- lagert sich dem Vorwärtsimpuls des Flüssigkeits- strahls.

Je nach Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich verschiedene Vorteile. In Verbrennungskraftmaschinen wird die Gemischbildung verbessert, bei der Zerstäu- bung von Heizölen in Brennern der Wirkungsgrad erhöht und die Schädlichkeit der Abgase verringert, in Zer- stäubungsdüsen für Farben, Avivagen, Befeuchtungen- hier durch die laminare Art der Zerstäubung Geräusch- armut-und ebenfalls der Vorteil feinerer Teilchen in enger Verteilung genutzt. Bei Brennkraftmaschinen ergibt sich eine bessere Nutzung des Kraftstoffs, ei- ne Anpassung an die abgeforderte Leistung und auch eine Verringerung der Schadstoffe im Abgas. Die Ver- teilung der Tröpfchengröße variiert nicht so stark, insbesondere werden keine zu großen Tröpfchen er- zeugt, wenn es nicht, wie bei Dieselmotoren manchmal zu unterschiedlichen Reichweiten bei der Füllung des Verbrennungsraums gewünscht ist, und der gesamte Verbrennungsraum wird gleichmäßig vom Gemisch ge- füllt.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah- men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse- rungen möglich.

Wird das Verhältnis der Drücke vor und hinter der La- valdüse gesteigert, so wird im engsten Querschnitt der Lavaldüse beim kritischen Druckverhältnis, wel- ches bei Luft 1,89 beträgt, Schallgeschwindigkeit und bei weiterer Steigerung Überschallgeschwindigkeit da- nach im Gas erzeugt.

Ist der Druck hinter der Lavaldüse höher oder tiefer als es dem Strömungsverlauf nach ihrer Kontur ent- spricht, also nicht angepasst, so kommt es bei Über- schallgeschwindigkeit zu einem Verdichtungsstoß hin- ter der Lavaldüse oder zu einer weiteren Expansion.

Dieses kann sich wiederholen, so dass Stoßfronten auf Expansionsfächer folgen bis der Druck auf den des an- schließenden Raumes, z. B. einer Gemischbildungskam- mer, einem Saugrohr oder direkt einem Verbrennungs- raum abgebaut ist.

Entsprechend der Erfindung kann die Aufweitung des aus Luft und Flüssigkeit gebildeten Gemischs durch Expansion an einer Ecke, der sogenannten Prandtl- Meyer-Strömung, genutzt werden, nach der eine Über- schallströmung an einer Ecke in den darauffolgenden Raum expandiert, und zwar in starker Aufweitung bis über 90° zur ursprünglichen Strömungsrichtung hinaus.

Voraussetzung ist eine Überschallströmung zuvor und eine weitere Expansionsmöglichkeit durch einen nach der Ecke folgenden tieferen Druck. Die Erfindung macht sich die Möglichkeit der schlagartigen Aufwei- tung eines Überschallstrahls zunutze. Durch die Ver- dünnungs-und Stoßwellen kann die Vermischung von Flüssigkeit, z. B. Kraftstoff und Luft verbessert wer-

den.

Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung, insbesondere für die Anwendung im Kraftfahrzeugbereich, ist die Gemischherstellung durch eine begleitende Luftströmung, die einen Teil, aber auch die gesamte Verbrennungsluft darstellt. Da- bei kann zuerst eine reine Luftströmung in den Zylin- der eingeblasen werden, der gleichzeitig zur Spülung des Brennraums verwendet wird, und der Kraftstoff- strahl dann in die existierende Luftströmung einge- leitet werden, Luft und Kraftstoff können jedoch auch gleichzeitig strömen. Die parallele Strömung zwischen Gas und Flüssigkeit hält den Flüssigkeitsstrahl bis zum Aufplatzpunkt zusammen, und zwar länger als die- ses bei anderen Zerstäubungsverfahren geschieht. Der Energieaufwand ist geringer als beim Stand der Tech- nik der Druckzerstäubung.

Die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung sind so gestaltet, dass bis zum Zerplatzen in beiden Medien, Gas und Flüssigkeit, laminare Strömung vor- liegt. Dazu dient grundsätzlich die erfindungsgemäße beschleunigte Gasströmung, während eine verzögerte Strömung wie beim Einspritzen in ruhende Luft einer Destabilisierung unterliegen und Turbulenz angefacht wird. Bei der Erfindung kommt es erst nach dem Zer- platzen in oder nach dem Schalldurchgang zu Stoßwel- len und Verdünnungswellen und dann auch zu Turbulen- zen. Da sind aber die Tröpfchen bereits gebildet.

Beides, Stoßwellen im Überschallbereich und Turbu- lenz, fördert die Vermischung der im Laminaren gebil- deten Tröpfchen mit der Luft, im Falle der Brenn- kraftmaschinen der Kraftstofftröpfchen mit der Verbrennungsluft.

Die erfindungsgemäße Zweistoff-Zerstäubungsvorrich- tung kann auch zur Verringerung der Abgasschadstoffe, losgelöst von dem Verbrennungsprozess, also anschlie- ßend an ihn, genutzt werden, wie es bei Teillast mit Abgasrückführung oder bei gesonderter Aufbereitung des Gemisches, z. B. mit Harnstoff, geschieht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich- nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be- schreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. la eine Vorrichtung zur Zerstäubung von Kraft- stoff mit rotationssymmetrischem Kraftstoff- austritt im Zentrum und Luftströmung im um- gebenden Ringspalt in einer Schnittdarstel- lung, und Fig. 1b die Draufsicht entsprechend Fig. la, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des unteren Teils der Fig. la zur Veranschaulichung des strö- mungsmechanischen Geschehens der Zerstäubung, Fig. 3a bis 3d die schematische Darstellung eines Arbeits- zyklus eines Zweitaktmotors mit erfindungs- gemäßer Zerstäubung, Fig. 4 die Darstellung von Versuchsergebnissen der Zerstäubung mit Tröpfchengrößen abhängig vom Druck, und Fig. 5 die Abhängigkeit des Gasverbrauchs in Abhän- gigkeit von der benötigten Kompressionsener- gie für Zerstäubungsluft.

In Fig. la und 1b sind die wesentlichen Teile einer Vorrichtung zum Zerstäuben nach der Erfindung darge- stellt, wobei im vorliegenden Fall die Vorrichtung für die Anwendung im Kraftfahrzeugbereich als Ein- spritzvorrichtung beschrieben wird. Die Einspritz- oder Zerstäubungsvorrichtung weist ein Gehäuse 1 auf, das ein erstes Teil 2 mit einer den Flüssigkeits- oder Kraftstoffkanal 4 bildenden Durchgangsbohrung und einen Ringraum 10 umfasst. Der Flüssigkeits-oder Kraftstoffkanal 4 ist mit einer nicht dargestellten Flüssigkeits-oder Kraftstoffversorgung verbunden, während ein mit dem Ringraum 10 verbundenes Vertei- lerstück 9 an eine nicht dargestellte Gas-oder Luft- quelle angeschlossen ist. Weiterhin ist ein unteres Teil 3 des Gehäuses vorgesehen, bei dem zu einem Zer- stäubungsraum offen eine Lavaldüse 5 ausgebildet ist.

Das obere Teil 2 ist so in das untere Teil eingesetzt und zentriert, dass zwischen ihnen ein Ringspaltkanal 6 ausgebildet wird, der mit dem Ringraum 10 in Ver- bindung steht. Weiterhin mündet der Kraftstoffkanal 4 in eine Kapillare 14, die wiederum im Bereich des engsten Querschnittes 12 der Lavaldüse 5 gegebenen- falls auch etwas darunter endet.

Die Vorrichtung entsprechend Fig. la und 1b ist z. B. an einem Saugrohr des Motors oder direkt am Zylinder- kopf oder an der Brennkammer einer Gasturbine befes- tigt. Dabei handelt es sich grundsätzlich um kleine Dimensionen. So ist beispielsweise der Durchfluss- querschnitt des Flüssigkeitskanals 4 im oberen Teil nur im Millimeterbereich und der Austritt 15 der Ka- pillare 14, je nach Motorleistung bzw. Zylinder, für die das Gemisch hergestellt wird, im Zehntelmillime- terbereich, und entsprechend beträgt der Innendurch- messer für den Ringspaltkanal 6, der sich zum unteren Bereich 11 verjüngt, nur wenige Millimeter.

Der flüssige Brennstoff wird entsprechend dem Pfeil 7 in den Flüssigkeitskanal 4 eingeführt, während die Luft längs der Pfeile 8 in das Verteilerstück 9 ein- strömt und von dort sich im Ringraum 10 verteilt und in den Ringspaltkanal 6 einströmt. Im sich verjüngen- den unteren Bereich 11 nimmt die Luftgeschwindigkeit stetig zu, bis sie in den engsten Querschnitt 12 der Lavaldüse 5 gelangt. Wird das kritische Druckverhält- nis überschritten, so herrscht hier Schallgeschwin- digkeit, aber nie mehr. Wie schon ausgeführt, endet die Kapillare 14, im Regelfall etwas oberhalb des engsten Querschnitts der Lavaldüse 5.

Die Verdüsung wird anhand der Fig. 2 näher erläutert.

Aus der Austrittsöffnung 15 des Flüssigkeitskanals 4 bzw. der Kapillare 14 tritt der Flüssigstrahl 16 des Kraftstoffs aus. Seitwärts trifft auf ihn die aus dem Ringspaltraum 6 kommende beschleunigte Luftströmung, die durch die Pfeile angedeutet ist. Diese hat durch entsprechende Druckeinstellung eine höhere Geschwin- digkeit als der Flüssigstrahl 16 und verzieht ihn durch Schubspannungen zu geringeren Durchmessern. Da- bei beschleunigt sich die Luftströmung in der Laval- düse 5 durch den in Strömungsrichtung abnehmenden Querschnitt und es kommt im engsten Querschnitt 12 zur Schallgeschwindigkeit, wenn das kritische Druck- verhältnis durch den Ausgangsdruck der Gasströmung und den Gegendruck im Zerstäubungsraum erreicht bzw. überschritten wird. Die sich an den engsten Quer- schnitt 12 der Lavaldüse 5 anschließende Erweiterung führt zu Überschall, wenn noch genügend Druck vorhan- den ist. Dabei verzehrt die Beschleunigung des Flüs- sigstrahls Energie, die aus der Luftströmung kommt.

Während der Druck in der Luftströmung abnimmt, nimmt derjenige im Flüssigstrahl 16 durch Wirkung der Ober-

flächenspannung im abnehmenden Durchmesser zu und es kommt zum Zerplatzen des Flüssigstrahls zu Tröpfchen 17, wenn der Innendruck den Außendruck überwiegt. Die gebildete Mischung aus Luft und Kraftstoff bewegt sich in einem auseinanderstrebenden Volumen einer "Fahne"fort.

Die beschriebene starke Expansion an einer Ecke kann sich an einer Erweiterung der Lavaldüse 5 nach dem engsten Querschnitt, auch durch Rücknahme der Kontur anschließen, so dass eine Ecke oder gar ein Rück- sprung gebildet wird, der eine schlagartige Ausbrei- tung des flüssig-gasförmigen Mediums gestattet. Vor- aussetzung ist eine Überschallströmung zuvor. Auf kurzem Wege lässt sich dadurch eine starke Ausbrei- tung des Gemisches, wie allgemein gewünscht, erzie- len. Die Ablenkung ist umso stärker, je größer die Überschallgeschwindigkeit im erweiterten Teil der La- valdüse 5 ist, d. h. je höher die Machzahl, die das Verhältnis der Geschwindigkeit am Austritt der Laval- düse zur Schallgeschwindigkeit im engsten Querschnitt der Lavaldüse darstellt.

Bei der Zerstäubung des flüssigen Mediums Kraftstoff gelingt es, sehr kleine Partikel im Bereich 2 bis 10 um, bei höheren Gasgeschwindigkeiten noch etwas dar- unter, bis an oder in den Nanobereich herzustellen.

Da zuvor ein Monofil von deutlich kleinerem Durchmes- ser als der des die Kapillare 14 verlassenden ur- sprünglichen Flüssigstrahls verzogen wurde, scheiden grobe Tröpfchen von vornherein aus und allgemein weist die Zerstäubung deutlich geringere Streuung in den Partikelgrößen als im Stand der Technik auf. So beträgt das Streumaß d84/d_go = 1, 5 bis 1,9, während es bei üblichen Zerstäubungsverfahren zwischen 2,3 und 3 in den besseren Fällen liegt. Wird von Sonderfällen

abgesehen, bei denen ein heterogenes Gemisch herge- stellt werden soll, so ist die Erzeugung von feinen Kraftstofftröpfchen in nicht stark abweichenden Teil- chengrößen für eine Verbrennung von Vorteil.

Bei dieser Zerstäubung durch Aufplatzen, also nicht etwa durch Zerwellen, Zerschlagen oder Abstrippen ei- nes Flüssigstrahls, entsteht eine sehr gute Vermi- schung mit der umgebenden Luft, weil durch das Zer- platzen die gebildeten Tröpfchen, die sich durch Wir- kung der Oberflächenspannung zu kugelähnlichen Gebil- den verformen, auseinanderstreben und damit vorteil- hafterweise den Mischraum gleich zu Anfang ihrer Ent- stehung vergrößern.

Statt der rotationssymmetrischen Strömung von Flüs- sigkeit und Gas kann auch aus einem Schlitz verdüst werden, wobei die Lavaldüse dann auch als Schlitz ausgebildet ist. Auch können mehrere mit Abstand zu- einander angeordnete runde Flüssigkeitsaustrittsdüsen einer schlitzartigen Lavaldüse zugeordnet werden. Die schlitzartige Ausbildung der Ausströmöffnung gestat- tet größere Durchsätze, allerdings streut die Vertei- lung der Tröpfchengrößen breiter, weil sich an den Rändern dickere Tropfen bilden. Dies mag, wie be- schrieben, in manchen Fällen gewünscht sein.

Die Erzeugung eines Gemisches aus Kraftstoff und Luft nach der Erfindung bedarf einer Luftströmung und er- höhtem Druck, beim Einspritzen direkt in den kompri- mierten Verbrennungsraum oberhalb eines Zylinders so- gar erheblicher Drücke. Ein zusätzlicher Verdichter für den Teilstrom der Luft zur Verdüsung stellt einen weiteren Aufwand dar, sowohl maschinentechnisch als auch eine weitere Anfälligkeit der Kraftmaschine so- wie zusätzlichen Raumbedarf. Bei der Verwendung des

erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung wä- re also dieser Mehraufwand mit der verbesserten Verbrennungswirkung durch die bessere Zerstäubung ab- zuwägen. Es sind aber in einem Verbrennungsmotor Zu- stände erhöhten Drucks in zeitlicher Folge bei Hub- kolbenmotoren vorhanden und bei Gasturbinen in den zugehörigen, meist auf einer Welle laufenden Verdich- tern. Diese können für den erhöhten Druckbedarf der Zerstäubungsluft genutzt werden, sei es, dass es sich um eine stetige Zerstäubung des Kraftstoffs handelt, wie beispielsweise bei Gasturbinen oder intermittie- rend, wie in den meisten Fällen bei Otto-und Diesel- motoren. Dazu können für die Gemischbildung in einem Zylinder die zuvor erzielten höheren Drücke eines an- deren genutzt werden und es können in Speicherbehäl- tern komprimierte Luft aus Zylindern über öffnende und schließende Ventile eingespeist werden. Derartige Verfahren sind bekannt und werden z. B. in der US 2 134 786 oder DE 37 32 259 angegeben.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, wobei es sich hier um das Arbeitsspiel eines Zweitaktmotors handelt.

Dieses ist eine Maßnahme, bei der mit der Zerstäubung mittels umhüllender Verbrennungsluftstrahlen hoher Geschwindigkeiten die Motorleistung bei gegebenem Aufwand erhöht werden kann. Bei diesem Ausführungs- beispiel wird eine taktmäßig gesteuerte Einspritzdüse 20 entsprechend der Vorrichtung nach der Erfindung verwendet, die in einen Zylinderraum 22 mündet. Der Zylinder weist darüber hinaus ein Auslassventil 21 auf. Entsprechend Fig. 3a wird durch Einspritzdüse 20 zunächst nur Luft in den Zylinderraum eingeströmt, die die Räumung des Zylinderraums 22 von Brenngasen unterstützt. Die Abgase und Zusatzluft aus der Düse 20 verlassen beim Aufwärtsschub des Kolbens 23 über

das Ventil 21 den Zylinderraum 22. In dem Arbeitstakt nach Fig. 3b wird das Auslassventil 21 geschlossen und über das Einspritzventil nach der Erfindung 20 wird im Aufwärtsschub des Kolbens 23 Kraftstoff, be- gleitet von der fortdauernden Lufteinströmung zuge- führt, wobei der Kraftstoffstrahl zerplatzt und das Gemisch 25 bildet. Dieses Gemisch wird entsprechend Fig. 3c durch eine Zündkerze 24 gezündet und es folgt bei Fig. 3d der Expansionshub und das Arbeitsspiel beginnt von Neuem.

Auch ohne Ventil wäre ein solcher Zweitaktmotor zu verwirklichen, wenn der Auslaß des Abgases über Schlitze seitlich am Zylinder in bekannter Weise durchgeführt wird. Die Zerstäubungsdüse kann auch von schräg unten nach oben einblasen und die Räumung von Abgas besser verrichten.

Beim Dieselmotor sind die Drücke dabei bekanntlich sehr viel höher als beim Otto-Motor und sollte eine Einspritzdüse gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden, so muss sie für diese Drücke ausge- legt sein, um die Forderung nach Selbstzündung zu er- füllen oder es muss eine Zusatzzündung beispielsweise mittels Zündkerze erfolgen.

In den Fign. 4 und 5 sind Ergebnisse bei der Zerstäu- bung von Wasser mit Luft mittels der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung dargestellt. Als Maß für die Tröpf- chengröße dient der Sauter-Durchmesser d3, wobei die Tröpfchen in Kugelform-was sie in sehr guter Nähe- rung bei nicht zu hoher Zähigkeit der Flüssigkeit und der im Allgemeinen hohen Oberflächenspannung auch sind-angenommen werden. Der Sauter-Durchmesser wird gebildet aus dem Verhältnis des Volumens der Kugel VK zu ihrer Oberfläche AK und er ist d3, 2 = 6 VK/AK.

Bei dem Versuch entsprechend Fig. 4 hatte die gesamte Düse als Baumaße einen äußeren Durchmesser von 18 mm, eine Gesamthöhe von 80 mm, wobei der Luftzufuhrkanal 6 nach Fig. 1 koaxial zu dem Flüssigkeitskanal 4 ei- nen Ringspalt vom mittleren Durchmesser 8 mm und eine Spannweite von 2 mm hatte und sich dann am unteren Bereich 11 in Fig. 1 auf den engsten Lavaldüsendurch- messer zwischen 0,7 und 1,2 mm verengte, konzentrisch zu dem Flüssigkeitsaustritt durch die Kapillare 14.

Der Durchmesser des Austritts 15 lag zwischen 0,6 und 1 mm.

Der Sauter-Durchmesser d3, 2 wurde durch ein Gerät der Firma Malvern gemessen, die Flüssigkeit war Wasser und als Zerstäubungsgas wurde Luft benutzt.

Aus Fig. 4 ist zu erkennen, dass sich der Teilchen- durchmesser d3, 2 mit zunehmendem Überdruck po der Luft gegen Atmosphäre vor Eintritt in die Düse verringert.

Dabei lag er im Mittel der durch verschiedene Zeichen wiedergegebenen Messreihen im Bereich zwischen den Kurven A und B. Es wurde der Abstand vom Austritt 15 aus der Flüssigkeitskapillare 14 bis zum engsten Querschnitt 12 der Lavaldüse 5 verändert. Dabei be- deuten T sehr großer Abstand + großer Abstand kleiner Abstand ou sehr kleiner Abstand Die Ergebnisse zeigen, dass die Größe der Teilchen durch die Strömungsverhältnisse im Bereich zwischen Flüssigkeitsaustritt und engstem Querschnitt der La- valdüse, ihrer Kehle, gesteuert werden kann.

In Fig. 4 ist rechts an der Ordinate der Sauter- Durchmesser für n-Heptan angegeben, welches die Mo- dellflüssigkeit für Zerstäubungsdüsen im Gebiet der Verbrennungsmotoren ist. Dieser kann aus dem für Was- ser abgeschätzt werden.

Fig. 5 zeigt den Gasverbrauch VG in Normkubikmetern Luft pro kg Wasser in Abhängigkeit von der benötigten Kompressionsenergie PG in Watt für die Zerstäubungs- luft. Die einzelnen Zeichen des Diagramms geben die gemessenen Werte für den Sauter-Durchmesser bei Was- ser wieder. Bei der Erzielung kleinerer Tröpfchen- durchmesser, gegeben durch die Quadrate im Diagramm, schwanken die Werte mehr, was daran liegt, dass geo- metrische Veränderungen in der Flüssigkeitsdüse und der Lavaldüse sowie ihrer Zuordnung zueinander ge- macht wurden. Das Diagramm soll der Darstellung der Grundverhältnisse dieser Art der Zerstäubung und etwa erzielbarer Werte dienen. Für die gemessenen Werte des Sauter-Durchmessers bei Wasser können die sich für n-Heptan ergebenden Werte abgeschätzt werden, et- wa wie folgt : Wasser n-Heptan N <31 um <20 um 31... 39 um 20... 25 um A >39 um >25 um