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Vorrichtung zur. Emiführung des pulverförnug gen Brennstaubes in die
Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine .
Die Erfindung bezieht sich auf
eine VorrichtLuig zum Einführen des pulverförmigen Brennstäubes. in die Arbeitszylinder
einer Brennkraftmaschine durch Verbrennungsgase.
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Es ist bekannt, flüssige Brennstoffe durch Verbrennungsgase, welche
bei der Verbrennung aus dem Maschinenzylinder abgezweigt und in einen Speicherraum
übergeführt wurden, in den Brennra-Lun einzuführen. Dabei konnte dieser Spdcherra-um
auch mit dem Brennstoffbehälter verbunden sein und den flüssigen Brennstoff zunächst
überhaupt erst einmal zur Maschine bzw. in eine mit de-in Einspritzventil durch
enge K-anäle verbundene ülkammer drücken. Bei einer anderen AusführunIgsforn-1 wurde
der Brennstoff in eine ülmulde eingelagert, welche durch die aus dem Speicherraum
in den Brennraum zurückgeführten Verbrennungsgase in den Brennra-um ausgeblasen
wurde.
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Diese Einrichtungen sind für pulverförmige Brennstofte nicht geeignet,
obgleich gerade die Einführung ., pulverförmiger Brennstoffe durch Verbrennungsgase.
aus f olgendem Grunde sich als sehr vorteilhaft enviesen hat. Flüssig ge
Brennstoffe lassen sich in einfacher Weise unter hohen Pumpendruck setzen und durch
Ausspritzen in äußerst feine Nebeltröpfchen zerteilen, so daß sie in diesem fein
verteilten Zustand der Verdichtungshitze eine sehr große Angriffsfläche bieten,
also schnell e.rhitz't und verdampft werden und verbrennen. Eine schIche feine Zerstäubung
könnte bei Brennpulver nur dadurch erreicht werden, daß das Brennpulver vorher ebenso
fein gemahlen wird. Da& könnte nur in teurer Weise unter großem Zeit- und Arheitsaufwand
in mehreren Mahlgängen geschehen. Um diese teure Mahlarbeit zu sparen, muß d"is
B.rennpulver gröber gelassen werden. Die Brennpulverki-irner sind also erheblich
-rößer als die ölneb,eltröpfchen und haben z.B. bei Braunkohle von 5000 Calorien
Heizwert je Kilo--ramm etwa Mveimal so viel Gewicht als Gasii,cl).eltröpfcll,cn
von ioooo Calorien Heizivert je i kg. - Die Brennpulverkörner brauchen
also
mehr als GasöL Diebe wird den Breimpulverkörnern #mä der E-1findung schon beim Einfül:ixen
durch die heißen Verbrennungsga#c zugeführt, C g g
welche die Brennpulverkörner
an dem geiiiineten Spalt des Brennstaubpulverventils nicht nur ansaugen und mit
sich führen', sondern alich erwärmen, dabei üinen Teil der K örnerfeuchtilgkeit
verdampfen und die Pulverkörner trocknen. Dieser außerordentliche Vorteil ,'
e
#II icht zum Teil den Nachteil wieder aus, daß sich- Brennpulver gegenüber
öl mir in weniger feinem Grade zerstäuben und verteilen läßt.
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Die Erfindung besteht also darin, daß die während des Ausdehnungshubes
aus dem Brennraum der Maschine abgezweigten und in einen mit dein Brennraum in gesteuerter
oder ungesteuerter Verbindung stehenden Speicherraum geführten und dort heiß erhaltenen
Verbrennungsgase über eine düsenförmige, in den
Brennraum führende Mündung
den in einen diese Mündung zweckmäßig konzentrisch iiiiigebenden Vorratsraum liegenden
Brennstaub injektorartig bei öffnung eines BrünnstaubzUlaßventils in den Brennraum
mitreißen.
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Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Abb. i, #velche ein Maschinendiagramm
zeigt, und die Abb. 2 bis 5, -welche Ausführungsheispiele der Erfindung darstellen.
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Das Schaubild (Abb. i) stellt den Druckverlauf im Arbeitszylinder
einer Zweitaktinascbine dar, wobei der Zünddruck Z den VerdichtungsenddruckC in
bekannter Weise bis 25 Atmosphären -übersteigt. Diese Druckgase werden zum
Teil ans dem Brennraum der Maschine abgezw- g und in einen mit dem Brenn-ratim in
gesteuerter oder ungesteuerter Verbindung stehenden Speicherraum geführt, was bei
Maschinen ohne eine dem Arbeitsn-linder vorges g schaltete Beikammer in der Hauptsache
während des Ausdehnungshubes während der Zeitspanne a.-b des KurbelkreisdiagrimiTis
(Abb. i) erfolgen kann. Zur Zeit der nächsten Brennpulverbeschickung des C, Arbeitszylinders
werden die abgezapften, im Speicberraum heiß erhaltenen Verbrennungs-,gase aus diesem
über eine düsenförmige Mündung# welche konzentrisch von dem im V.-)rratsraum liegenden
Brennstaub umgeben ist, in den Arbeitszylinder zurückgeführt. Infolge der die Höhe
des Verdichtungsenddruckes übersteig-enden Spannung der Verbrennungsgase vermögen
diese den Verdichtungsenddruck zu überwinden und noch bei öffnung des, Brennstaubzulaßventils
das Brennpulver in den Arbeitszylinder injektorartig initzunehmen.
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Es ist auch möglich, Zünd- oder Verbrennungsgase Z, g. zu einem
beliebigen Zeitpunkt während der Zeitspanne b-c in den Speicherraum abzuzapfen.
Infolge ihrer den V,:,rdiclitungssenddruck unterschreitenden Spannung können diese
abgezapften Gase aber nur in der Hauptsache -während der Frischluftladung zum Betriebe
des Injektors aus dem Speicherraum abgelassen und zum Einbringen der neuen Brennpulverladung
direkt in den Arbeitszylin#d,er benutzt werden. Dzu dabei I3xennpul#r,crkörner gleich
beim Einbringen in kaltem Zustande an die geölten Zylinderwände fliegen und sich
dadurch der Verbrennung entziehen, verwendet man in diesem Falle besser eine dem
Arbeitszylinder vorgeschaltete Beikaminer; denn diese nimmt die neue Brennpulverladung
bis zu ihrer Ausblasung in den Arbeitszylinder auf.
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Wünn der Injektor nicht direkt in den Arbeitszylinder arbeitet, sondern
in eine diesem vorgescbaltete Vor- oder Beikammer., ist für den Betrieb des Injektors
ein geringerer Druck als vorerwähnt ausreichend, weit die Vor- oder Beikammer vorteilhaft
bereits vor dem Verdichtungsende mit dem Brennpulver beschickt wird, wenn sie also
noch niedrigen Druck besitzt. In diesem Falle würden die Verbrennungsgase für den
Injektor zweckmäßig erst während der Verbrennung, vorteilbaft vor Beginn des Auspufiens
in den Speicherraum abgezapft werden. Die Zeit, während welcher die Abzapfung der
Druckgase bei Beikammermaschinen erfolgen kann, ist in dem Kurbelkreisdiagramm (Abb.
i) mit a-c bezeichnet.
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Bei der Anordnung nach Abb. 2 ist ein Ringraum 2 über einen Kanal
4 mit dein Vorratsbehälter i einerseits und über eine Offnung 5 mit der Beikammer
3 anderseits verbunden. Die öffnung 5 wirddurch ein Brennptilver7u]aßvüntil
7 im'Maschinentakt gesteuert. Im Innern dieses Ventils 7 ist eine
Kammer o angeordnet, deren Ein- und Ausgang ro mit der Verbindungsöffnung
5 einen Injektor für die Beikammer 3 bildet. Die Beikammer der Maschine
besteht also eigentlich aus zwei Kammern , - und 9, zwischen denen ein Injektor
angeordnet ist. In dem Kanal 4 kann Z,
noch. ein Drosselkörper i i angeordnet
sein, durch den die vom Vorratsbehälter i nach dem Ringraum 2 eintretende, Brennpulvermenge
geregelt werden kann, und zwar von Hand o der vom Maschinenregler, Außerdem kann
der Speicherrauni 9 noch mit einer Preßluftztileitung 12 versehen werden.
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Die Maschine wirkt wie folgt: Während der Zündun-, Teilverbrennung
und Ausblasung der Beikammer3 in den Arbeitszylinder 6 strömt ein Teil, der
Gase durch die Offnung 5 und den Kanal io in den Speicherraum 9 ein-,
während der Hauptteil in den Arbeitszylinder6 ausbläst und den Arbeitskelben abwärts
treibt. Dabei muß das Zulaßv,
ciitil 7 von der Feder 13 oder
durch eine "-üei-nete Steuervorrichtung fest geschlossen gehalten werden, damit
keine Gase nach dem Ring gra-Lun 2 in das Brennpulver gelangen können, Durch die
aus dem oberen Speicherraum 9 in den Arbeitsraum der Maschine zurückkebrenden
abströmenden Abgase wird sodann der zwischen den beiden Kammern 3
und
9 angeordnete Injektor betätigt und dadurch die nette Brennpulverladung aus
dem Ringraum 2 in die Untere Kammer 3 eingeführt. Dann beginnt der Arbeitskolben
_seinen Verdi,chtungshub". so daß die durch den Ausblasekanal 14 in die Beikammex
3 eingeführte Verdichtungsluft dem Injektürstrahl entgegenbläst und ein Austreten
des Brennpulvers in den Arbeitszylinder verhindert. Bei Aufhören der Injektorströmung
wird das Brennpulverzulaßventil 7 wieder geschlossen, und mit der Zündung
und Teilverbrennung in der Beikammer 3 und 9 wiederholt sich dasselbe
Spiel.
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Mit Hilfe von Preßluft durch die Leitung 12 kann der Injektor beim
ersten Anlassen in Be-
trieb gesetzt und seine Wirkung im Betriebe erforderlichenfalls
erhöht werden.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt e C
sich auch bei -,Maschinen
ohne Beikarnmer anwenden. Dabei ist es erforderlich, den Arbeitszylinder
6 von dem Injektor noch durch ein besonderes Abschlußventil 8 zu trennen.
Abb. 3 zeigt eine solche Anordnung, welche im wesentlichen dieselbe ist wie
vorher beschrieben. Doch befindet sich an der öffnung 5 außer dem nach dem
Brennpulvervo,rr.Lt i zu angeordneten Zulaßventil 7 noch das Abschlußventil
8 nach dem Arbeitszylinder 6 zu, das ebenfalls im Maschinentakt gesteuert
wird, wobei es -während einer Maschinentundrehung einmal zum Abzapfen von Zünd-
bzw. Verbrennungsgasen aus dem überdruck des Arbeitszylhiders in den Speicherratim
9 und zum zweiten Male beim Zurückströmen der Injektorgase in die Beikammer
3
bzw. clen Arbeitszylinder 6 geöffnet wird. Außerdem ist an dem Speiclierraum
9 noch ein Sicherheitsventil 15 vorgesehen.
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Das Abschlußventil 8 ermöglicht, die Zurückströmung der in
den Speicherraum 9 abge7apften Gase zu regeln und die Gase erst züi dem Zeitpunkt
zum Betriebe des Injektors in die Beikammer3 bzw. in den Arbeitszylinder
6 -abzulassen, in dem die Brennpulverbeschickung vor sich gehen soll. Die
Einrichtung eignet sich deshalb auch für Viertaktmaschinen, bei denen zwischen Verbrennung
und Verdichtung der ganze Auspuff- und auch der Ansatightib liegen, die abgezapften-Gase
alse zeitweise in dem Speicherratung zurückgehalten werden müssen. Im übrigen ist
die Arbeitsweise des Injektors einer solchen Viertaktmaschin-c mit Beikammer dieselbe
wie die der vorher beschriebenen Z-,v-eital,-tmas.r-hin-c mit Beikammer-Die mit
ge g stetterter Verbindung zwischen Speicher- und Brennraum, arbeitende Vorrich.-tung
nach Abb.3 und eine im Viertakt betriebene Maschine ohne Beikammer -würde -,vie
folgt wirk-en. Vor Beginn des Auspuffens wird zunächst ein Teil der Verbrennungsgase
durch das geöffnete Abschlußventil 8
#Abb- 3) in den Speicherraum
9 abgezapft und hierauf das Abschlußventil 8 wieder geschlossen. Bei
Öffnung des den Speicherraum 9
zugleich als Hohlköiper Lunschließenden Brennstaubzulaßventils
7 wird das Abschlußventil 8
sodann wieder - ,geöffnet, wodurch
der überdruck der in dem Speicherraum 9 befindlichen Gase zur Wirkung kommt.
Sie blasen durch den als Injektordüse ausgebildeten Kanal io in den Arbeitszylinder
6 zurück, saugen dabei vor der öffnung 5 bei gleichzeitiger öffnung
des Brennpulverzulaßventils 7 das Brennpulver aus dem Ringraum 2 an und führen
es mit sich in die verdichtete Luft des Arbeitszvli-aders- Die heißen Gase aus dem
Speiäerraum 9 erhitzen dabei vorteilhaft die angesaugte *nette Brennpulvermenge,
so daß die Pulverkörner beim Eintreten in den Arbeitszylinder auch "ohne Beikammer
sofort richtig zünden.
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Vorteilhaft ist es, das den Arbeitszylinder bzw. die Beikammer abschließende
Ventil 8
nach innen öffnen zu lassen, wie Abb. 4 zeigt, so daß es durch den
überdruck aus dem Arbeitszylinder auf den Sitz gedrückt wird. Abb. 5 zeigt
eine -_Nnordnung, bei der beide Ventile 7 und 8 nach innen geöffnet
werden.
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Außerdem ist an der Vorrichtung nach Abb- 5 noch beispielsweise
dargestellt, wie die ab < g ge7 apften Verbrennungsgase in dem Speicherratun
9 zweckmäßig heiß gehalten werden können. Die Wandung des zweckmäßig vom
Bretuipulvervorratsbehälter ringförmig umgebenen Speicherraumes bzw. des als Hohlkö#rper
ausgebildeten Brennpulverzulaßventils besitzt an ihrem Innenumfang einen die Wärme
schwer durchlassenden Einsatzmantel oder eine Schutzschicht aus Emaille.
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Damit aber anderseits die Pulverladung durch die Hitze des Speicherraumes
9 nicht vo..rzeitig schädlich erhitzt wird, zusammenbackt und dadurch ihre
Fähig .,keit verliert, sieh mit der Förder- und Verbrennungsluft ut zu vermischen,
besitzt die Wandung des Speicherraumes 9 an ihrem Außenumfang einen Mantel
aus die Wärme gut leitender Dichtungsmasse, der gegebenenfalls noch von einem Kühlwassermantel
umgeben ist. Zweckmäßig werden besondere Kühlrohre ig auch no,ch im Ringraum2 angeordnet.
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Die Regelung der vom Injektor angesaugten
Brennpulveyinenge
erfolgt vor offi#r während ihrer Einführung durch die Injektorströmung in die Maschine
durch den Drosselkörper i i in der Zuführung zum Injektor odcr durch die öffnungsweite
und -dauer des Brennpulverzulaßventils 7. Die Regelung kann aber auch dadurch
erfolgen, daß der Gasdruck im Speich,erraum geregelt wird z. B. durch ein am Speicherratim
9 angebrachtes Druckablaßventil ähnlich dem Sicherheitsventil 15 oder
durch Veränderung des Rauminhalts der Injektorkammer 9 mittels eines Kolbens
oder Stempels, deren Betätigung jeweils durch den Mascliinenregler erfolgen kann.
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