DE2509400A1

DE2509400A1 - Kraftstoffeinspritzmechanismus

Info

Publication number: DE2509400A1
Application number: DE19752509400
Authority: DE
Inventors: Jan Viktor Abom
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-04
Filing date: 1975-03-04
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE2509400C3; SE7402810L; US3981277A; CA1016021A; FR2263388B1; JPS50121609A; AU7869675A; SE386955B; IT1033268B; FR2263388A1; DE2509400B2; JPS584170B2

Description

Dip!, ing. Rudolf Üusselmaier
DipÜng. KoIr Chorrier

Patsnlanwölfe
S? Aug J bu rg, RühüngensiToßo 8

6825/02 Augsburg, 20. Februar 1975

Jan Viktor AbOm₇ Poppelgatan 12, 421 74 VÄSTRÄ FRÖLUNDA, Schweden.

Kraftstoffeinspritzmechanismus

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Einspritzen von pulverförmiger* Kraftstoff in den Brennraum von Verbrennungsmotoren, umfassend eine Vorkammer für das während eines Arbeitsspiels dem Brennraum zuzuführende Kraftstoffpulver, wobei die Vorkammer während eines Arbeitsspiels sukzessiv mit einer Vakuumguelle zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Vorkammer, mit einem Kraftstoffvorrat für die Zufuhr von Kraftstoffpulver zur Vorkammer durch die Wirkung des darin vorherrschenden Unterdrucks, und mit dem Brennraum zum Einspritzen des Kraftstoffs darin unter der Wirkung eines auf den Kraftstoff ausgeübten Drucks in Verbindung gebracht wird. Früher vorgeschlagene Mechanismen dieser Art besassen eine feste Vorkammer, die durch Zusammenwirkung mit Ventilen zukzessiv an die verschiedenen Einheiten angeschlossen wurde. Diese Mechanismen haben jedoch grosse technische Schwierigkeiten verursacht, vor allem aus dem Gesichtspunkt der Abdichtung.

Diese Schwierigkeiten sind nun durch die vorliegende Erfindung beseitigt worden, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kraftstoffeinspritzmechanismus einen beweglichen Teil umfasst, welcher durch Zusammenwirkung mit gegen den beweglichen Teil unter Druck anliegenden Abdichtgliedern dichtend mit festen Anschlüssen an die Vakuumquelle, den Kraftstoffvorrat und den Brennraum eingreift, wobei der bewegliche Teil mit der Vorkammer ausgerüstet ist, die während des Arbeitsspiels des beweglichen Teils sukzessiv an den Anschlüssen zur Vakuumquelle, zum Kraftstoffvorrat und zum Brennraum vorbeiläuft, um diese mit der Vorkammer zu verbinden.

Von besonderer Bedeutung ist, dass den Abdichtgliedern infolge ihrer Zusammenwirkung mit einem beweglichen Teil grosse Dichtflächen verliehen werden können·, WDdurch einehohe Dichtwirkung und gleichzeitig eine gute Schmierung erzielt wird, und dies bedeutet geringeren Verschleiss.

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Die Schmierung wird durch Pyrolyse des zwischen die Reibungsflächen eindringenden Kraftstoffpulvers zustandegebracht, welches in Gase und Flüssigkeiten, vorzugsweise Öle, umgewandelt wird. Diese Umwandlung, die von der erzeugten Reibungswärme abhängig ist, ist zur Reibungskraft und der relativen Geschwindigkeit zwischen den Reibangsflächen direkt proportional. Die meisten Kraftstoffe werden bei geringer Sauerstoffzufuhr bei Temperaturen von 300-1000°C pyrolisiert. Vor allem Stroh-, Torf- und Holzpulver gewähren eine gute Schmierung.

Gemäss einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist der Mechanismus nach dem Anschluss an den Brennraum mit einem Anschluss an die Umgebungsluft versehen, so dass der Druck in der Vorkammer reduziert wird, wenn diese an dem letztgenannten Anschluss vorbeiläuft. Hierdurch wird der Vakuumquelle optimale Leistung zugesichert, da sie nicht gegen einen Ueberdruck in der Vorkammer zu arbeiten braucht.

Gemäss einem weiteren und wesentlichen Merkmal des erfindungsgemässen Mechanismus ist der Unterdruck der Vakuumquelle zur stufenlosen Einregelung der Zufuhr von Kraftstoffpulver zur Vorkammer und somit zum Brennraum stufenlos einstellbar. Die Motorleistung kann also rasch geändert werden.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 den Mechanismus in schematischer Darstellung gemäss der ersten Ausführungsform,

Fig. 2 die dazugehörige Vakuumquelle,

Fig. 3-6 den Mechanismus in vier aufeinanderfolgenden Lagen nach der in Fig. 1 gezeigten Lage,

Fig. 7 einen Längsschnitt des Mechanismus gemäss der zweiten Ausführungsform, und

Fig. 8 einen schematischen Längsschnitt des Mechanismus gemäss der dritten Ausführungsform.

Der Mechanismus dient zum Einspritzen von pulverförmigen Kraftstoffen in den Brennraum von Verbrennungsmotoren verschiedener Art. Er kann also für Ottomotoren'und Dieselmotoren sowie zum Speisen von Lurgi-Generatoren, Dampfkesseln u.a. benutzt

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werden.

Damit ein fester Kraftstoff während des Arbeitshubes in einem Verbrennungsmotor hinreichend rasch verbrannt werden kann, muss er derart feinverteilt sein, dass die Berührungsfläche zwisehen der verdichteten Luft und dem Kraftstoff derart gross wird, dass die Verbrennung nur während, etwa 30% des Weges des Kolbens vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt erfolgen kann. Ausserdem muss das Kraftstoffpulver vollkommen im Brennraum verteilt sein, damit es während der kurzen Zeit, wo sich der Kolben (der Drehkolben bei Wankelmotoren) während der Verbrennung bewegt, vollständig verbrannt werden kann. Als Kraftstoff wird vorzugsweise Pulver aus Holz, Torf, Kohle, Koks und Stroh einer Komgrösse von 0-0,2 mm benutzt.

In der in Fig. Ir6 gezeigten Ausführungsform sind der feste Anschluss an die Vakuumquelle mit 1, der feste Anschluss an den Kraftstoffvorrat mit 2, der feste Anschluss an den Brennraum mit 3, und der feste Anschluss an die Umgebungsluft mit 4 bezeichnet. Diese Anschlüsse 1-4 münden in einen Raum, in dem ein Schieber 5 beweglich angebracht ist und dichtend mit den Anschlüssen 1-4 eingreift. Der Schieber 5 ist jedoch mit der Vorkammer 6 versehen, die während des Arbeitsspiels des Schiebers den Anschluss 1 an die Vakuumquelle, den Anschluss 2 an "den:. Kräftstoff vorrat, den Anschluss 3 an den Brennraum und den Anschluss 4 an die Umgebungsluft der Reihe nach passiert.

Damit dem Brennraum 7 über den Anschluss 3 die richtige Menge Kraftstoff zugeführt wird, muss die Kraftstoff menge stufenlos geregelt werden können. Zu diesem Zweck wird der Vorkammer 6 ein veränderlicher Unterdruck verliehen, der dann über den Anschluss 2 mit einem konischen Behälter 8 in Verbindung gesetzt wird. Der das Kraftstoffpulver enthaltende Behälter 8 besitzt einen Rührer 9, welcher verhindert, dass Luftblasen im Pulver zurückbleiben. Der untere Teil des Behälters 8 ist mit einem die Reibung reduzierenden Material, wie Teflon, ausgekleidet, damit der Kraftstoff leicht in die Vorkammer 6 hineingelangt. Wenn die Kammer 6 teilweise mit Kraftstoffpulver gefüllt ist, wird sie in Bewegung gesetzt, so dass sie teils mit dem Anschluss 3 zum Brennraum 7 und teils mit einer Pulverbeschleunigungsvorrichtung 10,

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die den Kraftstoff in den Brennraum 7 hineinschleudert, in Verbindung gesetzt wird.

Die Beschleunigungsvorrichtung 10 muss dem Pulver eine derart hohe Geschwindigkeit verleihen, dass es im Brennraum 7 feinverteilt wird. Die Beschleunigung des Kraftstoffpulvers kann mit Hilfe von verdichteter Luft, Sauerstoffgas oder einem brennbaren Gas, wie Methan, Wasserstoff, Gasol und Stadtgas, erfolgen. Auch eine rein mechanische Eingabe des Kraftstoffpulvers ist möglich, und in diesem Falle benutzt man einen Kolben, der von einer starken Feder in Bewegung gesetzt wird.

Wenn das Kraftstoffpulver die Vorkammer 6 in der in Fig. gezeigten Lage verlassen hat, wird der Schieber 5 mit der Kammer 6 in die in Fig. 4 gezeigte Lage verschoben. Die Vorkammer 6 wird dabei mit der Umgebungsluft in Verbindung gesetzt, so dass der Druck in der Kammer 6 auf annähernd atmosphärischen Druck sinkt. Der Schieber 5 wird dann um 90 gedreht, wie dies aus Fig. '5 hervorgeht. Nach dieser Drehung wird der Schieber 5 verschoben, so dass die Vorkammer 6 mit dem Anschluss 1 an die Vakuumquelle in Verbindung gelangt. Gemäss Fig. 2 besteht die Vakuumquelle aus einem Raum 11 regelbaren Volumens, welcher an einen festen, grossen Raum 12 angeschlossen ist, in dem der Druck von 0,001 bar auf etwa 1 bar geändert werden kann, so dass ein veränderlicher Unterdruck in der verschieb- und drehbaren Kammer 6 und somit ein variabler Füllgrad der Vorkammer 6 erhalten wird.

Die Vorkammer 6 wird dann wieder verschoben und um 90° zurückgedreht, wobei sie erneut mit dem Anschluss 2 an den konischen Kraftstoffbehälter 8 in Verbindung gelangt, um ein neues Arbeitsspiel einzuleiten.

Die beschriebene Schieberdrehung soll verhindern, dass die Vorkammer 6 wieder mit heissem Gas vom Motor gefüllt wird, wenn sie vom Anschluss 4 zum Anschluss 1 bewegt wird. In diesem Zusammenhang sei auch erwähnt, dass der Anschluss 3 derart lang ist, dass der Schieber 5 gegen Ueberhitzung vom Brennraum 7 geschützt wird. Der Anschluss 3 sollte also mindestens etwa 200 mm lang sein.

Die Beschleunigungsvorrichtung 10 umfasst einen Regel- und Dämpfkolben, welcher Eigenschwingungen in der Vorrichtung

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infolge der darin stattfindenden Volumenänderungen verhindert.

Gemäss Fig. 2 besteht der feste, grosse Raum 12 aus einem Vakuumtank, der über eine Leitung 13 an eine Vakuumpumpe 14 angeschlossen ist. Der Tank 12 ist ausserdem durch die Leitung 15 an den Raum 11 angeschlossen, der eine Vakuumdämpfkammer veränderlichen Volumens ist. Diese Kammer 11 ist mit dem Anschluss 1 verbunden. Der Druck im Vakuumtank 12 wird mittels des Ventils 16 eingeregelt, durch welches der Tank 12 somit mit Luft versorgt wird. Die Kraftstoffzufuhr zum Motor wird also vom Regelventil bestimmt.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzmechanismus arbeitet grundsätzlich in derselben Weise wie der oben beschriebene und in Fig. 1-6 gezeigte Mechanismus. Sie besitzt also den festen Anschluss 21 an die Vakuumquelle, den festen Anschluss 22 an den Kraftstoffvorrat, den festen Anschluss 23 an den Brennraum und den festen Anschluss 24 an die Umgebungsluft. Der bewegliche Teil könnte ein Schieber sein, ist aber in diesem Falle eine drehbare Scheibe 25 mit planparallelen Seiten, und diese Scheibe ist zwischen einem ortsfesten Oberteil 27 und einem ebenfalls ortsfesten Unterteil 28 vorgesehen. Die Anschlüsse 21 und 22 sind im Oberteil 27 angebracht, während der Anschluss 23 im Unterteil 28 vorgesehen ist. Gegenüber dem Anschluss 23 im Unterteil 28 ist der Oberteil 27 mit dem Beschleunigungskanal 29 versehen. Der Anschluss 24 an die Umgebungsluft ist sowohl im Oberteil 27 als auch im Unterteil 28 angebracht. Die drehbare Scheibe 25 hat ein durchgehendes Loch 26, das die Vorkammer für das Kraftstoff pulver darstellt. Diese Vorkammer 26 passiert während eines Arbeitsspiels die Anschlüsse 21-24 in derselben Reihenfolge wie die Vorkammer 6 die Anschlüsse 1-4 passiert.

Für die Anschlüsse 21 und 22 ist ein Abdichtglied 30 vorgesehen, das mit einem O-Ring mit dem Oberteil 27 zusammenwirkt. Das Abdichtglied 30 wird von der Feder 31 gegen die Scheibe 25 gedrückt. Das Abdichtglied 30 besitzt an seiner der Scheibe 25 zugewandten Seite Verschleissglieder 32 und 33 aus Hartmetall, Teflon, Teflon mit Glaspulver, Bronze od.dgl.

Die festen Anschlüsse 21 und 22 sind über elastische Schläuche 34 und 35 an Rohrstutzen angeschlossen, die ihrerseits

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an die Vakuumquelle und den Kraftstoffvorrat angeschlossen sind.

Das Abdichtglied für den Beschleunigungskanal 29 ist mit· 36 bezeichnet und besitzt, wie das Glied 30, einen O-Ring, eine Druckfeder 37.und Verschleissglieder 38. Das Glied 36 wirkt ausserdem mit einem Fiihrungsstift 39 zusammen, der ein Drehen des Gliedes verhindert- Im Unterteil 28 sind gegenüber den Abdichtgliedern 30 und 36 zwei Abdichtglieder 40 und 41 angebracht, die mit O-Ringen, Druckfedern 42 bzw. 4 3 und Verschleissgliedern 44 bzw. 45 versehen sind.

Ein Deckel 46 dichtet mittels eines O-Ringes gegen das Abdichtglied 41 ab und besitzt einen Leitungsanschluss 47, durch den das Kraftstoffpulver dem Motor zugeführt wird.

Die Spalte 48 und 49 zwischen der drehbaren Scheibe 25 und dem Oberteil 27 bzw. dem Unterteil 26 müssen klein gewählt werden, kleiner als 0,05 mm, und sind mit Öl zu füllen.

Die oben beschriebenen Abdichtglieder sind für die einwandfreie Funktion des Mechanismus von allergrösster Bedeutung. Es muss nämlich zwischen dem Vakuumanschluss 21, dem Kraftstoffanschluss 22 und dem Beschleunigungskanal 29 eine wirksame Abdichtung vorliegen, denn wenn das Abdichtglied 36 für das Beschleunigungsgas und das Abdichtglied 33 für den Kraftstoffpulveranschluss 22 nicht gleichzeitig dicht halten, so strömt das Gas in den Kraftstoff auf füllanschluss 22 hinein und blockiert die Zufuhr von Kraftstoff, so dass der Motor stehenbleibt. Die oben beschriebene, durch Pyrolyse von Kraftstoffpulver zustandegebrachte Schmierung ist hier von grosser Bedeutung.

Gemäss einer Abänderung der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform sind sämtliche Anschlüsse auf der einen Seite der drehbaren Scheibe 25 angebracht. In diesem Falle brauchen an der anschlussfreien Seite der Scheibe 25 keine Abdichtglieder vorgesehen werden. Eintritt und Austritt der Vorkammer müssen dann auf derjenigen Seite der drehbaren Scheibe 25 liegen, die den Anschlüssen zugewandt ist. Die Vorkammer besteht deshalb vorzugsweise aus einem bogenförmigen Kanal in der Scheibe 25.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 8 unterscheidet sich von der in Fig. 7 gezeigten Ausführung vor allem dadurch, dass der bewegliche Teil 55 mit der Vorkammer 56 ein Zylinder ist, welcher

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in einem ortsfesten Teil 57 drehbar gelagert ist. Der Teil 57 ist mit einem festen Anschluss 51 an die Vakuumquelle, einem festen Anschluss 52 an den Kraftstoffvorrat und einem festen Anschluss an den Brennraum versehen. Diametral gegenüber dem Anschluss 53 ' hat der Teil 57 einen Beschleunigungskanal 59. Der Teil 57 kann selbstverständlich auch mit einem festen Anschluss zur Umgebungsluft versehen sein. Der drehbar gelagerte Zylinder 55 ist mit einem sich diametral durch ihn erstreckenden Kanal 56 versehen, welcher die Vorkammer für das Kraftstoffpulver darstellt.

In dieser Ausführungsform wirken die festen Anschlüsse 51/ 52, 53 und 59 mit Abdichtgliedern 60, 71 und 66 zusammen, die grundsätzlich derselben Ausführung wie die Abdichtglieder 30, 41 und 36 sind. Die Abdichtglieder sind in Fig. 8 jedoch nur schematisch angedeutet.

Auch in diesem Falle ist es von ausserordentlicher Bedeutung, dass der Spalt zwischen dem beweglichen Teil 55 und dem stillstehenden Teil 57 äusserst gering ist, vorzugsweise weniger als 0,05 mm. Der Spalt muss mit Öl gefüllt sein.

In den dargestellten Ausführungsformen hat die aus einem Kanal bestehende Vorkammer im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie die Anschlüsse, mit denen sie zusammenwirkt. Dies trägt in höchstem Grade dazu bei, dass die Vorkammer einwandfreier arbeiten kann.

Der bewegliche Teil mit seiner Vorkammer kann für die in einem Motor enthaltenen Brennräume gemeinsam sein.

Die festen Anschlüsse brauchen nicht unbedingt ortsfest sein, sondern können im Verhältnis zu dem beweglichen Teil beweglich sein, welcher also seinerseits stillstehen könnte.

Die Energie, welche erforderlich ist, um die Vorkammer mit Kraftstoffpulver zu füllen, wird von den expandierenden Luftmolekülen erhalten, die zwischen den Kraftstoffpulverkörnern in der Leitung hinter dem Trichter vorhanden sind. Bei 50% Luft

2 im Kraftstoffpulver erhält man eine Beschleunigung von 2000 m/s bei einer Vorkammerlänge von 50 mm und einem Durchmesser von 10 mm. Dies bedeutet, dass auch die schnellsten Ottomotoren mit Vorteil mit Pulverkraftstoff gefahren werden können, vorausgesetzt, dass das Pulver hinreichend feingemahlen ist.

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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und auf der Zeichnung veranschaulichten Merkmale beschränkt, sondern kann im Rahmen des von den Patentansprüchen definierten Erfindungsgedankens abgeändert werden.

- 9 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

IJ Mechanismus zum Einspritzen von pulverförmiger! Kraftstoff in den Brennraum von Verbrennungsmotoren, umfassend eine Vorkammer für das während eines Arbeitsspiels dem Brennraum zuzuführende Kraftstoffpulver, wobei die Vorkammer während eines Arbeitsspiels sukzessiv mit einer Vakuumquelle zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Vorkammer, mit einem Kraftstoffvorrat für die Zufuhr von Kraftstoffpulver zur Vorkammer durch die Wirkung des darin vorherrschenden Unterdrucks, und mit dem Brennraum zum Einspritzen des Kraftstoffs darin unter der Wirkung eines auf den Kraftstoff ausgeübten Drucks in Verbindung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass er einen beweglichen Teil (5; 25; 55) umfasst, welcher durch Zusammenwirkurig mit gegen den beweglichen Teil (5; 25; 55) unter Druck anliegenden Abdichtgliedern (30, 41; 60; 71) dichtend mit festen Anschlüssen (1, 2, 3; 21, 22, 23; 51, 52, 53) an die Vakuumquelle (12), den Kraftstoffvorrat (8) und den Brennraum (7) eingreift, wobei der bewegliche Teil (5; 25; 55) mit der Vorkammer (6; 26; 56) ausgerüstet ist, die während des Arbeitsspiels des beweglichen Teils sukzessiv an den Anschlüssen zur Vakuumquelle (12), zum Kraftstoffvorrat (8) und zum Brennraum (7) vorbeiläuft, um diese mit der Vorkammer zu verbinden.
2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, dass er hinter dem Anschluss (3; 23) an den Brennraum (7) mit einem Anschluss (4; 24) an die Umgebungsluft versehen ist, so dass der Druck in der Vorkammer (6) gesenkt wird, wenn diese an dem letztgenannten Anschluss vorbeiläuft.
3. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (5) mit der Vorkammer (6) ein hin und her verschiebbarer sowie vorzugsweise auch drehbarer Schieber ist, wobei die Vorkammer (5) zweckdienlicherweise ein durchgehender, in Querrichtung des Schiebers (6) angeordneter Kanal ist.
4. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (55) mit der Vorkammer (56) ein drehbarer Zylinder ist, wobei die Vorkammer (56) zweckdien-

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licherv/eise ein sich diametral durch den Zylinder (55) erstreckender Kanal ist.
5. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (25) mit der Vorkammer (26) eine drehbare Scheibe ist.
6. Mechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (26) ein sich durch die drehbare Scheibe (25) erstreckender Kanal ist.
7. Mechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer ein sich bogenförmig erstreckender Kanal ist, dessen Eintritt und Austritt auf derselben Seite der drehbaren Scheibe liegen.
8. Mechanismus nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem Kanal bestehende Vorkammer (6; 26; 56) im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie die mit ihr zusammenwirkenden Anschlüsse hat.
9. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuum der Vakuumquelle (12) zwecks stufenloser Einregelung der Zufuhr von Kraftstoffpulver zur Vorkammer (6; 26; 56;) und somit zum Brennraum (7) stufenlos einregelbar ist.
10. Mechanimus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumquelle (12) ein verhaltnismässig grosser Vakuumtank mit einer daran angeschlossenen Vakuumpumpe (14) ist, wobei der Tank (12) zwecks stufenloser Einregelung des Vakuums mit einem an die ümgebungsluft angeschlossenen Regelventil (16) versehen ist.
11. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass er für mehrere im Motor enthaltene Brennräume (7) gemeinsam ist, wobei der bewegliche Teil (5; 25; 55) mit einer der Anzahl Brennräume (7) entsprechenden Anzahl Vorkammern (6; 26; 56) versehen ist.

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