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Einrichtung zur Entfernung der festen Verbrennungsrückstände bei Brennkraft. maschinen für pulverförmige Brennstoffe und Verfahren zum Betriebe solcher Maschinen.
Eine der Hauptschwierigkeiten beim Betrieb von Brennkraftmaschinen mit pulverförmigen Brennstoffen, die bei der Verbrennung feste Rückstände hinterlassen, bildet die Entfernung dieser Rüekstände aus dem Zylinder. Es ist bereits vorgeschlagen worden, zu diesem Zweck Luft oder ein anderes Spülmittel entweder unmittelbar zwischen die Gleitflächen von Kolben und Zylinder oder in einen Ringraum zwischen der etwas abgesetzten Kolbenverlängerung und der glatt durchgeführten Zylinderwandung zu pressen.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe in anderer Weise, nämlich durch Anordnung eines gegebenenfalls mehrfach abgesetzten Kolbens, der sich in einem gleichfalls entsprechend abgesetzten Zylinder bewegt, u. zw. so, dass z. B. die im Durchmesser grösseren Teile von Kolben und Zylinder als Gleitflächen dienen, während die im Durchmesser kleineren Teile mit geringem Spiel ineinanderlaufen und den eigentlichen Verbrennungsraum begrenzen.
Dabei ist der Ringraum zwischen dem im Durchmesser kleineren Teil des Kolbens und der eigentlichen Gleitfläche des Zylinders dauernd oder zeitweise unter höherem Druck zu halten als der Verbrennungsraum, so dass eine lebhafte Strömung durch den schmalen Ringspalt nach dem Verbrennungsraum hin erfolgt, die etwa angesetzte Verbrennungsrüek- stände von der Gleitfläche nach dem Verbrennungsraum schleudert, von wo sie während der Auslass-oder Spülperiode, gegebenenfalls durch ein besonderes Auslassorgan, mit den Abgasen aus der Maschine entfernt werden.
Ein Ausführungsbeispiel für eine Zweitaktmaschine ist in Fig. 1 im Schnitt dargestellt. Der Kolben
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frei. Die Zylinderbuchse 6 umschliesst die Kolbenverlängerung 4 im Zündtotpunkt mit geringem Spiel.
Der Ringraum zwischen 4 und 6 macht nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Totraumes aus, so dass der Verbrennungsraum 7 hinreichend gross und für die Verbrennung günstig ausgebildet werden kann. Man wählt zweckmässig das geometrische Verdichtungsverhältnis im Ringraum 8 höher als im Verbrennungsraum 7. Auslass-, Brennstoff-und Anlassventil sind mit 9, 10, 11 bezeichnet.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist dabei folgende : Sobald der Kolben in der Nähe des Totpunktes, bei dem die Spülung erfolgt, die Schlitze 3 freigibt, strömt Pressluft oder ein anderes Spülmittel, gegebenenfalls von geringem Überdruck, tangential in den Ringraum 8, bläst etwaige Verbrennungs- rückstände von der Gleitfläche 2 ab und führt sie durch die verhältnismässig grosse Spaltöffnung 5 an dem geeignet geformten Kolben vorbei in den Verbrennungsraum 7, von wo sie zusammen mit den Auspuffgasen und den im Verbrennungsraum abgelagerten festen Rückständen durch das grosse Auslassventil 9 entfernt werden.
Um unbespülte Flächen zu vermeiden, kann man am Kolbenboden noch ein besonderes Spülventil oder ein Ventil 15 an der kleinen Zylinderbüchse anordnen oder den Kolbenboden so ausbilden, dass eine gute Durchspülung des ganzen Arbeitsraumes erfolgt. Beim Rückgang des Kolbens werden zunächst die Öffnungen 5 bei geöffnetem Auspuffventil 9 überdeckt ; die Schlitze 3 und das Auspuffventil schliessen sich zweckmässig erst später, so dass im Ringraum 8 ein höherer Anfangsdruck herrscht als vor dem Kolbenboden ; dadurch und durch das höhere Verdichtungsverhältnis in
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diesem Ringraum gegenüber dem eigentlichen Arbeit-und Verbrennungsraum wird während der ganzen
Verdichtungsperiode ein Druckgefälle von 8 nach 7 erzielt.
Kurz vor oder gleichzeitig mit dem Einbringen des Brennstoffes wird nun der kleine schädliche Raum des Ringraumes 8 durch ein besonders gesteuertes
Ventil 12 aus der Leitung 13 mit Druckluft (bzw. einem andern Spülmittel) auf einen den Verbrennung- höchstdruck übersteigenden Druck gebracht. Dadurch wird erreicht, dass auch während des ganzen
Arbeitshubes das Druckgefälle von 8 nach 7 erhalten bleibt. Die für die Verdichtung der aus Leitung 13 entnommenen Luft nötige Verdichtlmgsarbeit wird dabei zum grossen Teil durch Arbeitsleistung während der Ausdehnung wieder zurückgewonnen. Nach Überschleifen der Schlitze 3 beginnt das Arbeitsspiel von neuem. Fig. 2 zeigt den Druckverlauf PI im Ringkanal 8 und P2 im Arbeitsraum 7 schematisch.
Man ordnet zweckmässig den Übergang der Büchse 2 in die Büchse 6 so an, dass das Spülmittel dort jeden Ansatz von Rückständen sicher verhindert. Auch kann man z. B. die einander gegenüber- liegenden Flächen der Büchse 6 und des Kolbenansatzes 5 polieren, damit eingedrungene Rückstände leicht abgeblasen werden. Endlich kann man dem bei 3 eingeblasenen Spülmittel noch ein Schmier- mittel in geeigneter Form zusetzen, so dass auf besondere Schmierung verzichtet werden kann.
Die Ein- blaseluftleitung 3 kann auch gesondert gesteuert werden und zwischen den ersten Kolbenringen endigen.
Der Kolben kann noch ein zweites Mal abgestuft werden, so dass der dadurch gebildete Ringraum 17 zur Verdichtung der bei 13 benötigten Hochdruckluft dient, wobei z, B. während des Saughubes in dieser als Verdichter wirkenden Kolbenstufe vorverdichtete Luft aus der Leitung 3 entnommen wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung für Viertaktmaschinen zeigt Fig. 3. Hier sind wieder mit 1, 4 der Kolben samt Verlängerung, mit 2, 6 die entsprechenden Zylinderbüchsen, Auslass-, Brennstoff-und Anlassventil mit 9, 10 und 11 bezeichnet.
Die Wirkungsweise ist folgende : Beim Saughub tritt Luft durch eine oder mehrere grosse, beson- ders gesteuerte Öffnungen 20 in den Ringraum 8 ein und strömt dabei mit grosser Geschwindigkeit durch den Ringraum zwischen 4 und 6. Bei der darauf folgenden Verdichtungsperiode wird diese Strömung dadurch beibehalten, dass der Ringraum 8 ein höheres Verdichtungsverhältnis als der Hauptverbrennungsraum 7 aufweist oder dadurch, dass im äusseren Totpunkt der Ringraum über besonders gesteuerte Ventile aus den Öffnungen 3 auf einen höheren Anfangsdruck aufgeladen wird.
Kurz vor dem Einblasen des festen Brennstoffes in 7 wird nun in den Ringraum 8 durch besonders gesteuerte Ventile 21 ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff, der möglichst ohne feste RÜckstände verbrennt, eingeführt und durch die Verdichttmgswärme der Luft oder besondere Zündvorrichtungen entflammt. Durch Einführung einer geeigneten Menge Brennstoff im geeigneten Augenblick in den Ringraum 8 kann man erreichen, dass während des ganzen Arbeitshubes das Druckgefälle von 8 nach 7 erhalten bleibt. Während des Ausschub- hubes ist ohnedies der Druck in 8 grösser als vor dem Kolben, wobei in der Nähe des äusseren Totpunktes mittels des Ventils 3 noch besonders gespült werden kann.
Fig. 4 zeigt den Druckverlauf PI im Ringkanal 8 und den Druckverlauf P2 im Arbeitsraum ? schematisch.
Man kann natürlich auch bei Zweitaktmaschinen im inneren Totpunkt etwa durch das Ventil 12 an Stelle von hochgespannter Druckluft flüssige oder gasförmige Brennstoffe einführen, ebenso wie man bei Viertaktmaschinen an Stelle der bei 21 eingeführten gasförmigen oder flüssigen Brennstoffe auch hochgespannte Luft einbringen kann. Unter Umständen genügt schon die Spülung mit niedergespannter Luft allein zum Reinhalten der Gleitflächen. Mit 22 ist ein Rückschlagventil bezeichnet.
Nach dieser Einrichtung erreicht man auch ohne weiteres eine wirksame Kühlung des vorderen Kolbenteiles infolge der hohen Geschwindigkeit, mit der das Spülmittel an diesem Teil des Kolbens vorbeiströmt. Man kann auch hier das Spülmittel ausserdem noch durch den Kolben zuleiten, wie in Fig. 1 bei 14 und Fig. 3 bei 22 dargestellt ist, wodurch eine noch stärkere Kühlung erreicht wird, so dass das Spiel der im Durchmesser kleineren Teile von Kolben und Zylinder sehr klein gehalten werden kann.
Unter Umständen empfiehlt es sich, den Kolben auf bekannte Art mit besonderer Kühlung zu versehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Entfernung der festen Verbrennungsrüekstände bei Brennkraftmaschinen für pulverförmige Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass Kolben und Zylinder gegebenenfalls mehrfach abgesetzt sind, wobei die im Durchmesser kleinsten Teile (4, 6) von Kolben und Zylinder nicht als Gleit- flächen dienen.