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Verfahren zum Betrieb von luftverdichtenden Brennkraftmaschinen für
staubförmige Brennstoffe Es ist bereits vorgeschlagen worden, schwer anbrennende
und langsam durchbrennende, pulverförmige Brennstoffe, wie fein gemahlene Kohle,
Anthrazit, Koks, Torf u. dgl., zur direkten Krafterzeugung in Verbrennungsmaschinen
dadurch geeignet zu machen, daß man sie bei ihrem Eintritt in den Verbrennungsraum
der Maschine mit der Flamme eines rascher an- und durchbrennenden Zündöls durchflammte
und so ihre Entflammungszeit auf einen für Maschinenbetrieb brauchbaren Betrag abkürzte.
Bei dem einen Verfahren dieser Art wird der flüssige Zündstoff im gleichen Maschinentakte
vor dem pulverförmigen Treibstoffe her zuerst in den Verbrennungsraum eingeführt
und darauf das Treibpulver der Zündöle nachgeblasen. Man muß also hierbei eine ganz
bestimmte Reihenfolge bei der Einführung von Zündöl und Treibpulver aufrechterhalten.
Dabei ist ferner darauf zu achten, daß das Zündöl und das Treibpulver vor ihrem
Eintritt in den Verbrennungsraum nicht miteinander in Berührung kommen, weil das
Pulver sonst von dem Öl angefeuchtet, also klebrig und schwer beweglich werden würde.
Man hat deshalb bisher vor dem Verbrennungsraum in der Einblasedüse zwei getrennte
Einlagerungsräume für Zündöl und Treibpulver vorgesehen.
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Es ist ferner bekannt, in den Arbeitszylinder mit dem durch Preßlufteingeblasenen
Brennpulver einen feinen Flüssigkeitsstrahl zerstäubt einzuspritzen. Dabei erfolgt
die Eröffnung der Einlaßventileerst bei Kompressionsende im Augenblicke der Zündung,
so daß die abgeteilten Brennstoffmengen sofort in den Arbeitszylinder eintreten
und unmittelbar nach ihrer Abteilung aus dem Vorrate schon zünden müssen. Jeder
Brennstoff benötigt aber zur Entzündung eine ,gewisse Zeit, innerhalb der er auf
die Zündtemperatur gebracht und durch Erhitzung, Verdampfung und Aufspaltung zur
Zündung vorbereitet werden muß. Insbesondere brennen pulverförmige Brennstoffe verhältnismäßig
recht langsam an und bedürfen einer längeren. Vorbereitungszeit zur Zündung, so
daß dieses bekannte Verfahren verspätete Zündungen und Nachverbrennungen im Arbeitszylinder
ergibt. Es könnten bei diesem Verfahren sowohl für den flüssigen Zündstoff als auch
für den pulverförmigen Treibstoff höchstens ganz schnell anbrennende und rasch durchbrennende
Sorten benutzt werden. Gasarme, schlecht anbrennende Kohlenarten, wie Koks, gewisse
Steinkohlen usw., sind aber trotz Beifügung eines flüssigen Zündstoffes überhaupt
nicht verwendbar.
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Bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung lassen sich dagegen
auch ganz langsam anbrennende Pulversorten anstandslos verarbeiten und auch als
Zündstoff die billigeren, schwerer anbrennenden Öle benutzen, weil die Brennstoffe
vor ihrer Zündung
längere Zeit durch Erhitzung besonders zur Zündung
vorbereitet werden. Eine solche Vorerhitzung des Brennstoffes durch die Verdichtungsluft
ist bereits bekannt bei Maschinen, die nur jeweils eine Brennstoffart verarbeiten,
nicht aber deren zwei, wie z. B. flüssige und pulverförmige Brennstoffe. Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von luftverdichtenden Brennkraftmaschinen
für staubförmige Brennstoffe, bei welchen eine mit dem Hauptverbrennungsr raun in
Verbindung stehende Beikammer vorgesehen ist, in welche der staubförmige Brennstoff
geraume Zeit vor der gegen Ende des Verdichtungshubes erfolgendenAusblasung eingebracht
wird, und besteht darin, daß außer dem Brennstoffstaub flüssiger Brennstoff fein
zerstäubt vor dem Ende des Verdichtungsr hubes in die Beikammer eingeführt wird,.
Beide Brennstoffarten werden hier gleichzeitig durch die Wärmeausstrahlung der heißen
Beikammerwände bzw. durch die in die Beikammer eindringende heiße Verdichtungsluft
und gegebenenfalls durch die in der Beikammer von der vorhergehenden Zündung her
befindlichen heißen Restgase verhältnismäßig lange Zeit erwärmt, teilweise verdampft
und chemisch schon aufgespalten, so daß sie im gewünschten Zeitpunkte dann sofort
zünden und rasch und völlig verbrennen. Das Einbringen der Brennstoffarten in die
Beikammer kann schon von Beginn des Ansaugens der frischen Luftladung in den Arbeitszylinder
an erfolgen, so daß z. B. bei Viertaktmaschinen der Brennstoff während des Ansaug-
und Kompressionshubes, also zwei ganze Takte lang in der Bei,-kammer sich aufhält
und zur Zündung vorbereitet wird. Je nach der schwereren oder leichteren Entzündlichkeit
der verwendeten flüssigen oder pulverförmigen Brennstoffe kann. man die beiden Brennstoffarten
früher oder später vor dem gewünschten Zündzeitpunkt in den Arbeitszylindervorraum
einlagern. Auch die Reihenfolge des Einbringens der beiden Brennstoffe in die Beikammer
ist beliebig. So kann man z. B. die langsam anbrennenden festen Treibstoffe schon
beim Beginn des Ansaugehubes in die Beikammer einbringen. Ein leicht anbrennendes
Zündöl, z. B. Gasöl, wird man erst kurz vor Kompressionsende der schon in der Beikammer
befindlichen Treibstoffbescbickung fein zerstäubt hinzufügen. Verwendet man dagegen
als Zündstoff ein schwerer anbrennendes Öl, z. B. Teeröl, so wird man dieses früher,
also etwa schon beim Ansaugehub, in die Beikammer einstäuben. Wesentlich ist nur,
daß beide Brennstoffarten so frühzeitig vor Verdichtungsende, in die Beikammereingebracht
werden, d'aß, die Zeitdauer bis zum gewünschten Zündungsbeginn je nach der leichteren
oder schwereren Entzündlichkeit genügend.' groß ist, um eine ausreichende Vorbereitung
beider Brennstoffarten zu ermöglichen, damit die Zündung und Durchflammung im gewünschten
Zeitpunkte auch wirklich rechtzeitig eintritt.
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Man hat noch darauf zu achten, daß das Zündöl nicht tropfbar flüssig,
sondern nur fein zerstäubt und vernebelt mit der Brennpulverwolke zusammengebracht
wird, weil das Pulver sonst von dem Öl angefeuchtet, also klebrig und schwer beweglich
werden würde. Der flüssige Brennstoff darf bei seiner'Einführung in den Arbeitszylindervorraum
auch im allgemeinen nicht gegen dessen Wände geschleudert werden. Diese würden sonst
von dem sich hier zu Tropfen niederschlagenden Öle genäßt und aus der Brennpulverwolke
mit einem Staubbelag beschlagen werden.
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In der Zeichnung sind drei beispielsweise Ausführungsformen einer
Arbeitszylindervorkammer zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in Abb.
z, 3 und 5 im senkrechten Längsschnitt und in Abb. 2 und ¢ im Querschnitt dargestellt.
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Der pulverförmige Brennstoff wird in allen gezeichneten Ausführungsbeispielen
durch ein in Richtung der Beikammerlängsachse an dem der Beikammermündung a entgegengesetzten
Ende liegendes Pulverfü1lventil gesteuert zugeführt. Das Pulverfüllventil ist als
Doppelventil b, c ausgebildet. Beim Einbringen des Brennstoffpulvers in die Beikammer
wird zuerst das innere Ventil b geöffnet, so daß ein etwa in der Beikammer vorhandener
Überdruck durch den Zwischenraum d zwischen den Ventilen b und c nach außen entweichen
kann. Erst dann öffnet sich auch das äußere Ventil c und gibt dem Brennstoffpulver
den Weg in die überdruckfreie Beikammer frei. Das Brennstoffpulver wird bei Eröffnung
der Ventile b, c durch Schleuderschnecken e aus dem Schneckengehäuse t in die Beikammer
eingeschleudert.
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Diese zentrale Einführung des Brennpulvers in die Beikammer in Richtung
deren Längsachse schafft aber Schwierigkeiten hinsichtlich der Zündölzuführung,
weil die Beikammerwände dünn gehalten werden müssen, um den verhältnismäßig großen
Beikammerraum unterzubringen. Insbesondere ist kein Platz für Anbringung eines der
üblichen Zerstäuberventile an der öleinspritzstelle vorhanden.. Gemäß Abb. r und
2 wird deshalb der flüssige Brennstoff durch ein seitlich an der gekühlten Beikammerinnenwand
anliegendes, die Einführungsstelle für den flüssigen. Brennstoff abdeckendes federndes
Ringventil i eingeführt. Dieses öffnet sich unter dem Druck der eine bestimmte Ölmenge
einpressenden Brennstoffpumpe und läßt dann diese bestimmte Menge Zündöl aus der
Leitung h austreten.
Beim Eintritt in die Beikammer wird das Zündöl
durch das Ringfederventil i, das sich nur ganz wenig öffnet, fein zerstäubt und
gleichzeitig in der Richtung der eingezeichneten Pfeile nach oben und unten nahezu
in die Richtung der Beikammerlängsachse abgelenkt, so daß es nicht an die gegenüberliegende
Beikammerwandung fliegen kann, sondern bis zur Überführung in den Arbeitszylinder
als feiner Nebel schwebend in der Beikammerluft verbleibt.
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In Abb. 3 und q. wird der flüssige Brennstoff durch ein mit einer
Kappe m versehenes Ventil j mit mehreren seitlichen Spritzlöchern n eingeführt,
wobei der flüssige Brennstoff ebenfalls wieder nach beiden Seiten nahezu in Richtung
der Beikammerlängsachse abgelenkt und somit ein Auftreffen an die der Einführungsstelle
gegenüberliegende Beikammerwand vermieden wird. Am Kopfe besitzt das Ventil i ein
selbsttätiges Rückschlagventil 1, welches beim Einspritzen- unter dem Pumpendruck
sich öffnet.
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Eine besonders vorteilhafte Zündölzuführung in der Beikammer zeigt
Abb. 5. Hier liegt die ölbohrung o im Schafte des Pulverfüllventils b, dessen Kopf
noch ein selbsttätiges Rückschlagventil p und einen Zerstäubereinsatz g enthält.
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Die Einführung von flüssigem Brennstoff und Treibpulver in die Beikammer
kann zur beliebigen Zeit vor oder während der Zylinderluftverdichtung erfolgen.
Auch die Reihenfolge des Einbringers der beiden Brennstoffe ist beliebig. So kann
man z. B. die langsam anbrennenden festen Treibstoffe schon beim Beginn des Ansaugehubes
in die Beikammer einlagern. Sie werden dann hier bis zum Kompressionsende vorgewärmt
und mit Luft gemischt, also gut zur Zündung und schnellen vollständigen Verbrennung
vorbereitet. Ein leicht anbrennendes Zündöl, z. B. Gasöl, wird man erst kurz vor
Kompressionsende der schon in der Beikammer befindlichen Treibpulverbeschickung
fein zerstäubt hinzufügen. Verwendet man dagegen als Zündstoff einen schwerer anbrennbaren
flüssigen Brennstoff, z. B. Teeröl, so wird man dieses etwas früher in die Beikammer
einstäuben. Auch die gleichzeitige Einführung von flüssigem und pulverförmigem Treibstoff
in die Beikammer ist möglich. Der flüssige Brennstoff kann so in den Arbeitszylindervorraum
eingespritzt werden, daß sich der feine Ölnebel über dessen gesamten Luftraum verteilt.
Oder er wird an solcher Stelle oder in solcher Richtung oder mit solchem Druck in
die Beikammer gespritzt, daß der Ölnebel nur nahe der Aus: blasemündung zu liegen
kommt. Die Brennpulverwolke kann dann gegebenenfalls dahinter zu liegen kommen.
Der pulverförmige Treibstoff wird dann vorteilhaft zuerst in die Beikammer eingestäubt
und das Zündöl mit entsprechend großer Energie durch die Pulverwolke hindurch bis
an die Beikammeraustrittsöffnung gespritzt.
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Der Beikammerinhalt muß so groß bemessen werden, daß das in der Beikammer
befindliche Gemisch sich innerhalb derselben erwärmen und ausdehnen kann, ohne vorzeitig
in den Zylinder übergeschoben zu werden, weil sonst urgezündetes Pulver an die geschmierten
Zylinderwände gelangt und hier festbacken könnte.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an verschiedenen Selbsteinblasebeikammern
veranschaulicht, bei denen die Zündung durch die in die Beikammer während der Verdichtung
eindringende hocherhitzte Arbeitszylinderluft bereits innerhalb der Beikammer eingeleitet
wird. Sie läßt sich aber ohne weiteres auch bei Maschinen anwenden, die mit Drucklufteinblasung
arbeiten, wo also der Brennstoff in eine verhältnismäßig kalt bleibende offene oder
geschlossene Düse eingelagert und am Ende der Verdichtung mittels Preßluft in den
Zylinder überführt wird. Die Art der Zündung selbst ist gleichgültig. Sie kann bei
entsprechend hochgetriebener Verdichtung durch Selbstzündung des Zünd- oder Treibmittels
erfolgen oder aber auch künstlich eingeleitet werden, z. B. durch eine elektrische
Zündvorrichtung. Die Erfindung ist für alle Arten Verbrennungsmaschinen und Verbrennungskraftmaschinen
für pulverförmige Brennstoffe geeignet, und zwar sowohl für Kolbenmaschinen als
auch für Turbinen.
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Die Erfindung eignet sich auch für solche Maschinen, welche nicht
mit einem flüssigen Zündstoffe und einem pulverförmigen Treibstoffe, sondern umgekehrt
mit einem schwer anbrennenden Treiböle (z. B. Masut) und einem leichter anbrennenden
Zündpulver (z. B. Braunkohlenpulver) betrieben werden.