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Gasführung bei Brennkraftmaschinen mit äußerer Verbrennung Diese Neuerung
bezieht sich auf die Einrichtungen der Gasführung an Brennkraftmaschinen, bei denen
in die zwischen einem Verdichter und einem Expansionsteil strömende Luft Kraftstoff
eingebrannt wird. Bei solchen Maschinen, insbesondere bei Kolbenmaschinen, ist die
Luftförderung in erster Linie von der Drehzahl der Maschine abhängig, während der
Brennstoffverbrauch sich mit der Leistung ändert. Das Brennstoff-Luftverhöltnis
ändert sich zwischen Leerlauf und Vollast deshalb in weiten Grenzen, was bei der
Ausbildung des Brenners erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Bei Talfahrt einer
in ein Kraftfahrzeug eingebauten Maschine ist beispielsweise die Luftmenge im Verhältnis
zum Brennstoff sehr groß. Der Brenner arbeitet deshalb mit einem sehr großen Lufttiberschuß,
was bei schlechter Verbrennung durch Unterkühlung des Brennraumes zu erheblichen
Schwierigkeiten und ungenügendem Ausbrand führen kann. Das optimale Verhältnis von
tatsächlicher zu theoretischer Luftmenge (Luftzahl) liegt zwischen 1 und 5 während
sie ion dem obigen Beispiel bei 20 liegt.
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Die Erfindung versucht nun für den Brenner bessere Arbeitsbedingungen
zu schaffen und die Luftzahlen in engeren Grenzen zu halten, in dem sie ihn durch
eine Luftleitung mit regelbarem Widerstand umgeht. Damit kann ein Teil der Verbrennungsluft,
die im Brenner zu sehr hohen Lùftzahlen führen würde, durch die Umgehungsleitung
strömen und den Brenner von überschüssiger Luft entlasten, so daß der Brenner unter
allen Last- und Drehzahlbedingungen etwa mit dem gleichen Verhältnis zwischen Kraftstoff
und Luft arbeiten kann.
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Gemäß der Erfindung wird dann auch vorgeschlagen, daß die durch die
Umgehungsleitung durch den Brenner strömende, geregelte Luftmenge sich ihrerseits
den Kraftstoff selbst zumißt, was zum Beispiel in einem Vergaser geschehen, oder
bei Betrieb mit schwereren KraFtstoffen, durch Einwirken des Kraftstoffdruckes vor
den Einspritzdüsen des Brenners auf ein Steuerorgan erfolgen kann.
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Da die geförderte Luftmenge bei dieser KraFtmaschinenart ähnlich wie
beim Diesel motor in erster Linie von der Drehzahl abhöngt, ist es nicht möglich,
die Leistung wie beim Ottomotor über die Drosselung der Luftmenge zu erzielen. Der
Betrieb ähnelt in dieser Hinsicht eher dem des Dieselmotors, bei dem die Leistungsregelung
über die Brennstoffzufuhr erfolgt.
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Auch-noch der erfindungsgemöß vorgesehnen Steuerung wird die Leistungsregelung
der Maschine durch Änderung der Brennstoffmenge bewirkt, die ihrerseits nun durch
Steuerung der Lufimenge in der erfindungsgemöß vorgeschenen Umgehungsleitung für
günstige Arbeits bedingungen im Brenner sorgt. Bei Betrieb mit Vergoserkroftstoffen
kann dazu dem Brenner ein Vergoser-öhnlich orbeitendes Geröt vorgeschaltet werden,
so daß die Verbrennung im Brenner Im wesentlichen immer mit der gleichen Luftzahl
erfolgen kann. Bei Betrieb mit schwereren Kraftstoffen wird zur Leistungsönderung
die Kraftstoffmenge verändert, die ihrerseits nun auf die Verteilung der Luft auf
Brenner und Umgehungsleitung durch geeignete Steuerorgane einwirkt.
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Um den großen Leistungsbereich des Brenners zu verringern, ist vorgeschlagen
worden, in Reihe oder porallel zu ihm (dem Houptbrenner) einen Hilfsbrenner anzuordene,
der als Hilfsorgon (z. B. zur Aufrochterhaltung der Betriebsbereitschaft oder Vorwörmung)
dient oder fur den Leerlaufbetrieb besonders ausgebildeten Hilfsbrenner zu verwenden.Auch
die Hilfsbrenner können durch die vorgeschlagene Leitung umgongen werden. Zur Regelung
der Luftverteilung auf Brennerdurchgang und Umgehungsleitung kann eine Drossel in
der Umgehungsleitung dienen. Ihr Schließen verringert die Menge der dem Brenner
umgebenden Luftmenge und führt dem Brenner mehr Luft zu.
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Mittels dieses Drosselorgons kann die Leistung der Brennkraftmaschine
gesteuert werden, d mit ihm die den Brenner durchstrtk-nde Luft eingestellt werden
kann, die gemaß der Erfindung mittels eines Brennstoffzuteilers eine der Luftmenge
proportionale Brennstoffmenge dem Brenner zuleitet. Bei leichteren Kraftstoffen
ist zum Beispiel ein dem Vergaser der Ottomotoren öhnlicher Zuteiler ongebracht.
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Bei schweren Kraftstoffen sieht die Erfindung die Regelung Uber den
Druck vor der oder den Einspritzdüsen des Brenners vor, wobei dieser Druck nicht
nur die Brennstoffmenge be stimmt, sondern auch zum Beispiel Uber einen druckbetätigten
Mechismus dts Dr«selklappe der Umgehungsleitung verstellen kam.
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Die Erfindung sei noch anhond der Figuren 1 - 4 nöher erlöutert.
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In Figur 1 stellt 1 einen Verdichter dar, der Luft unter höherem Druck
fördert, in welche mittels eines Brenners 3 Brennstoff eingebrannt wird. Das entstandene
heiße Abgas wird einer Expansionsmaschine 2 zugeleitet. Dabei können 1 und 2 sowohl
Kolbenverdichter als auch Turboverdichter sein. Der Brenner wird durch eine Leitung
13 umgangen, in die ein regelbarer Widerstand 15 eingebaut ist, mit dem es möglich
ist, die in der Leitung 13 strömende Luftmenge zu drosseln. Da die Summe aus der
in beiden Leitungen zufließenden Luftmengen durch die Verdichterleitung bestimmt
und mit der Maschinenleistung nicht veränderlich ist, verringert sich durch stärkeres
Drosseln die Luftmenge in Leitung 13 und erhöht sich andererseits die Luftmenge,
die den Hauptbrenner 3 durchströmt. Eine Drosselung von 15 bedeutet daher eine Vergrößerung
der Luftzufuhr zum Brenner 3, so daß dort mehr Brennstoff verbrannt werden kann.
Dem Hauptbrenner 3 ist hier noch ein Hilfsbrenner 20 zugeordnet, der parallel zum
Hauptbrenner arbeitet und in erster Linie den Leerlaufbedarf der Maschine decken
soll. Der Hauptbrenner kann daher einen wesentlich kleineren Leistungsbereich haben
und andererseits kann der Hilfsbrenner mit Luft und Brennstoff so versorgt werden,
daß er etwa stöchiometrisch arbeitet, was im Leerlauf und insbesondere im Winterbetrieb,
zum Beispiel für sein Zünden, sehr wichtig ist. Der Hauptbrenner würde mit großem
Luftüberschuß bei tiefen Temperaturen überhaupt nicht zünden. In die Luftleitung
zum Hauptbrenner 3 ist ein die Brennstoffzufuhr zum Hauptbrenner zumessendes Gerät
26 angeordnet.
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In Figur 2 ist dieses Brennstoff zuteilende Element 26 etwa so ausgebildet
wie der Vergaser von Ottomotoren. Dadurch kann in einem verhältnismäßig großen Bereich
der Luftförderung der Verbrennungsluft jeweils soviel Brennstoff beigemischt werden,
daß ein etwa der stöchiometrischen Mischung entsprechendes Kraftstoff-Luftverhältnis
erreicht wird.
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In Figur 3 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt,
die für schwereren Kraftstoff, zum Beispiel Dieselöl, geeignet ist. In diesem Falle
wird der Kraftstoff unter Druck durch eine Zerstäuberdüse 27 in den Brenner eingeführt.
Der Düsenvordruck wird dazu benutzt, in einer bei 28 dargestellten Drosseleinrichtung
den Widerstand der Umgehungsleitung 13 zu ändern. Bei steigendem Druck schließt
sich die Drosselklappe 29. Die Maschinenleistung ändert sich mit dem Druck in der
Einspritzleitung und dieser mit der Ölmenge, die der Maschine zugeführt wird. Die
Leistüngsregelung entspricht der des Dieselmotors, dessen Leistung ebenfalls durch
die Menge des zugeführten Brennstoffs gesteuert wird. Als Brennstoffpumpe
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kann daher eine übliche Einspritzpumpe für Dieselmotoren, zum Beispiel mit drehbarem
Kolben verwendet werden. Der hier gezeigte Brenner ist ein Rückführbrenner bei dem
die Luft aus einer Anzahl von Rohren 31 austritt und injektorartig heißes Abgas
aus der Brennkammer 3 durch den Ringkanal 32 in die Nähe der Einspritzdüse zurückführt.
Ein solcher Brenner ergibt eine blaue Flamme, die nur eine sehr kleine Brennkammer
benötigt und ein umweltfreundlich günstiges Abgas ergibt.
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Figur 4 stellt das Zusammenwirken von Hilfs- und Hauptbrenner über
den ganzen Drehzahlbereich für eine Kolbenmaschine gemäß der Erfindung theoretisch
dar. Als Ordinate ist die Luftförderung aufgetragen, die wie Kurve a zeigt infolge
der Regelung von Leerlauf I bis Vollast II konstant bleibt, dagegen steigt die Luftmenge
im Hauptbrenner entsprechend der Verdichterlieferung nach Kurve b an, die sich aus
der Gesamtlieferung c abzüglich des Hilfsbrennersverbrauchs a ergibt.
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- Patentansprüche -