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Verfahren zum Betrieb von Staubmotoren, insbesondere Kohlenstaubmotoren.
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betrieb von Staubmotoren, insbesondere Kohlenstaubmotoren, bei denen der Brennstoff in eine dem Zylinder vorgelagerte, gegen diesen zeitweise abschliessbare Vorkammer eingeführt wird. Bei bekannten Konstruktionen wurde in der Vorkammer ein Teil des Brennstoffes zur Verbrennung gebracht und durch die in der Vorkammer erzeugte Drucksteigerung der übrige Brennstaub in den Hauptbrennraum eingeblasen und vollständig verbrannt. Die Vorkammer war während der Einführung des Brennstoffes abgeschlossen oder durch einen Drosselkörper zur Regelung des Zündzeitpunktes abgedrosselt, während des Verdichtungshubes jedoch mit dem Zylinder in Verbindung.
Dagegen soll gemäss der Erfindung der Abschluss der Vorkammer während eines Teiles des Verbrennungs-bzw. Vergasungsvorganges des eingeführten Brennstoffes erfolgen. Der schon vorgeschlagen Drosselkörper soll die Zündung verzögern, während es im Sinne der Erfindung liegt, dass die Zündung möglichst früh erfolgt, so dass eine möglichst lange Zeit zur Vorverbrennung bei abgeschlossener Vorkammer zur Verfügung steht.
Die bekannten Staubmotoren besitzen den grossen Nachteil, dass zufolge der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit stets nur eine unvollständige Verbrennung bzw. ein starkes Nachbrennen des Brennstaubes eintritt und eine äusserst feine Aufbereitung des Staubes erforderlich ist, denn bei den bekannten Staubmotoren gelangt mit dem Brennstoff naturgemäss auch Asche in den Zylinder, die in diesem zu starkem Verschleiss, insbesondere von Zylinderbüchse und Kolben, führt. Den bisherigen Staubmotoren haften daher die grossen Nachteile an, dass ihr Gesamtwirkungsgrad noch ein sehr ungünstiger und ihr Verschleiss trotz aller Massnahmen noch ein sehr hoher ist, und dies selbst bei Verwendung besonders aschearmen Brenn-bzw. Kohlenstaubes, unter welcher Voraussetzung bisher ein wirtschaftlicher Betrieb dieser Motoren überhaupt erst durchführbar war.
Alle vorgenannten Nachteile werden durch vorliegende Erfindung zur Gänze beseitigt. Die nach dem neuen Verfahren arbeitenden Staubmotoren weisen einen sehr günstigen Wirkungsgrad auf, und es ist die Verarbeitung jeglichen Brennstaubes, auch unabhängig von dessen Aschegehalt, unter geringstem Verschleiss ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Vorkammer während des Verdichtunghubes des Kolbens, nachdem die Verdichtungsluft die zur Verbrennung bzw. Vergasung des Staubes erforderliche Temperatur erreicht hat, vom Zylinder abgeschlossen und erst gegen Ende des Ver- dichtungshubes oder zu Beginn des Arbeitshubes wieder mit dem Zylinder in Verbindung gesetzt wird, so dass die Zündung des Brennstaubes und im wesentlichen auch seine Vergasung und Verbrennung in der abgeschlossenen Vorkammer erfolgt.
Bei zwei oder mehreren Vorkammern für jeden Arbeitszylinder arbeiten die Vorkammern wechselweise bzw. nacheinander mit dem Arbeitszylinder derart zusammen, dass die eine Vorkammer nach Erreichung der Zündtemperatur abgeschlossen wird und den in ihr gezündeten Brennstaub unter Überspringen eines bzw. mehrerer Verdiehtungs-und Arbeitshübe beibehält, während gegen Ende der übersprungenen Verdichtungshübe oder zu Beginn der übersprungenen Arbeitshübe die zweite bzw. dritte usw. Vorkammer mit dem Arbeitsraum des Zylinders in Verbindung gebracht wird.
Die Arbeitsweise der nach der Erfindung gebauten Motoren ist folgende :
Bei Anordnung von nur einer Vorkammer für jeden Arbeitszylinder wird nach Verdichtung der Luft bis auf den zur Zündung erforderlichen Druck die Vorkammer durch ein gesteuertes Abschluss-
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organ vom Zylinder abgeschlossen und der Brennstaub in diese eingeführt. Auf Grund ihrer entsprechenden Bemessung, ihrer sehr hohen Wandtemperatur sowie der hohen Temperatur der Luft und der in derselben vorzugsweise hervorgerufenen Wirbelbewegung wird der Brennstaub in der kurzen bis zur Erreichung der inneren Kolbentotpunktlage zur Verfügung stehenden Zeit zur Zündung und
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bzw. der vollständigen Vergasung des Brennstaubes unter Abschluss der Vorkammer gelangt auch berets in dieser die gesamte oder nahezu gesamte Asche zur Ausscheidung.
Sehr wesentlich zum raschen und durchgreifenden Verlauf der Zündung sowie der Teilverbrennung bzw. der Vergasung, der insbesondere für höhere Drehzahlen von grösster Bedeutung ist, trägt hiebei der Abschluss der Vorkammer vom Zylinder während dieses Vorganges bei, da hiedurch ein viel rascherer Temperaturanstieg als bei sofortigem Ausblasen der zunächst gezündeten Brennstoffteilchen in den Hauptverbrennungsraum erzielt wird. Von weiterem Vorteil ist naturgemäss eine feine Aufbereitung und dementsprechend sehr grosse Verbrennungsangriffsfläehe des Brennstaubes, deren Wirkung durch kräftige Durchwirbelung der Luft mit dem Brennstaub in der Vorkammer sowie durch Vorhandensein geeigneter Katalysatoren in derselben noch weiter sehr beträchtlich gesteigert wird.
Nach der Vorverbrennung oder vollständigen Vergasung des Brennstaubes in der Vorkammer, vorzugsweise noch vor Erreichung oder während der inneren Kolbenumkehr, wird die Vorkammer durch Öffnen des gesteuerten AbcMiessorganes mit dem Zylinder in Verbindung gesetzt und hiedurch im Zylinder unter Arbeitsleistung die vollständige Verbrennung unter gleichzeitiger kräftiger Durch-
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herbeigeführt.
Zufolge des vorübergehenden Abschlusses der Vorkammer vom Zylinder während der Zündung des Brennstaubes und gegebenenfalls auch während der mehr oder minder grossen Vorverbrennung desselben in der Vorkammer wird eine ausserordentlich durchgreifende und hohe Aufwärmung der Staubteilchen bzw. der Vorverbrennungsprodukte erzielt, oder es wird der Brennstoff durch entsprechend Bemessung des Luftinhaltes, wie dies in manchen Fällen von Vorteil ist, direkt vergast, so dass nach Öffnen der Vorkammer eine rasche und restlose Hauptverbrennung herbeigeführt wird, wie diese in gleicher Vollkommenheit ohne eine in der abgeschlossenen Vorkammer der Hauptverbrennung vorangehende Teilverbrennung und daher ausserordentlich durchgreifende Erhitzung und Aufschliessung des Brennstoffes oder eine direkte Vergasung desselben nicht erzielt werden kann.
Infolge der mehr oder minder vollständigen Ausscheidung der Asche in der Vorkammer sowie durch bekannte Massnahmen zur Staubabscheidung, wie Fliehkraftwirkung, Filter, Prallwände usw., während des Übertrittes der Brenngase von der Vorkammer in den Zylinder noch vor Eintritt in denselben, wird der Eintritt von Ascheteilchen in den Zylinder vollständig verhindert, wodurch auch jeder zusätzliche Verschleiss von Zylinderbüchse und Kolben durch die Asche, unabhängig vom Aschegehalt des Brennstaubes, zur Gänze vermieden wird.
Nach vollendetem Arbeitstakt findet nun unter Voraussetzung eines Viertaktbetriebes-das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren ist auch für Zweitaktmotoren geeignet-das Aussehieben der Auspuffgase statt.
Um die in der Vorkammer und auch an anderen Stellen vor Eintritt des Gases in den Zylinder abgelagerte Asche nach jedem Arbeitshub zu entfernen, ist das Auspuffventil an einem vom Zylinder entfernt liegenden Teil des Vorkammerkanals bzw. der Vorkammer angeordnet, so dass durch das Ausschieben der Auspuffgase die von den Brenngasen aus der Vorkammer zum Zylinder durchströmten Wege in umgekehrter Richtung wieder durchströmt werden. Hiebei kann auch die Vorkammer zum Zwecke der Entfernung der in dieser zum Grossteil anfallenden Asche durchströmt werden oder es können die Auspuffgase vorzugsweise vor ihrem Austritt in den Auspuffkanal vor der geöffneten Vorkammer vorbeigeführt werden.
Hiedureh wird durch Saugwirkung, die vermittels geeigneter und bekannter Vorrichtungen noch wesentlich erhöht wird, ein Absaugen der Asche aus der Vorkammer und Abfuhr derselben mit den Auspuffgasen bewirkt.
Während des Ansaugens der Frischluft kann die Vorkammer mit dem Zylinder in Verbindung stehen. Während des Verdichtungshubes steht, wie bereits ausgeführt, die Vorkammer mit dem Zylinder so lange in Verbindung, bis eine für eine rasche Zündung des Staubes genügend hohe Verdichtung-
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und Einbau von starke Wirbelbewegungen der Luft erzeugenden Elementen zwecks Erhöhung des Wärmeaufnahmevermögens der Luft aus der heissen Vorkammerwand. Dadurch wird schon betracht- lich vor der höchsten Verdichtungsstellung des Kolbens die nötige Zündtemperatur erreicht. Nunmehr wird die Vorkammer vom Zylinder abgeschlossen und der Brennstoff in die Vorkammer eingeführt.
Nach Abschluss der Zündung bzw. der gewünschten Teilverbrennung, vorzugsweise noch vor Erreichen
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führt werden kann und in den Zylinder dann nur mehr das aus dem Brennstaub im Motor selbst gewonnene Brenngas zur Leistungsabgabe auf das Triebwerk eingeführt wird.
Statt staubförmigen festen Brennstoffes allein, kann naturgemäss auch ein Gemisch von solchem mit zerstäubtem bzw. verdampftem flüssigem Brennstoff oder ein mehr oder minder breiiges Gemisch aus Kohlenstaub und brennbaren Flüssigkeiten oder Ölen oder auch ein solches mit gasförmigem Brennstoff verwendet werden.
Die Verdichtungstemperatur des Motors kann zwecks weiterer Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades dadurch erhöht werden, dass man die dem Motor zugeführte Ansaugluft zur Kühlung der Vorkammer bzw. Vorkammern heranzieht und sie auf diese Weise vorwärmt. Dadurch werden gleichzeitig die Temperaturspitzen der Vorkammer, insbesondere soweit diese deren Festigkeit ungünstig beeinflussen, beseitigt, ohne dass die durch die Kühlung abgeführte Wärme dem Gesamtverbrennungsprozess verlorenginge.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb von Staubmotoren, insbesondere Kohlenstaubmotoren, bei denen der Brennstoff in eine dem Zylinder vorgelagerte, gegen diesen zeitweise abschliessbare Vorkammer eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer während des Verdichtungshubes des Kolbens, nachdem die Verdichtungsluft die zur Verbrennung bzw. Vergasung des Staubes erforderliche Temperatur erreicht hat, vom Zylinder abgeschlossen und erst gegen Ende des Verdichtungshubes oder zu Beginn des Arbeitshubes wieder mit dem Zylinder in Verbindung gesetzt wird, so dass die Zündung des Brennstaubes und im wesentlichen auch seine Vergasung und Verbrennung in der abgeschlossenen Vorkammer erfolgt.