DE2610887C3 - Brennstoffdüse zum Einbringen von staubförmigen Brennstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffdüse zum Einbringen von staubförmigen Brennstoffen mittels Druckluft in den Brennraum einer Kolbenbrennkraftmaschine, die gesteuerte Brennstoffaustrittsöffnungen zum Brennraum hin aufweist, einen in einem Schiebergehäuse gleitend gelagerten Hohlschieber umfaßt, der eine Verbindung zwischen einer Druckluftquelle und einem Brennstoffvorlageraum während der Einblaseperiode herstellt, sowie einer Dosiereinrichtung, über die in den Brennstoffvorlageraum eine der Brennkraftmaschinenbelastung angepaßte Brennstoffmenge über eine Zulaufsteuereinrichtung eingeführt wird. Unter staubförmigem Brennstoff ist in erster Linie feinteilige Kohle zu verstehen.

Eine derartige Brennstoffdüse ist aus der DE-PS 38 042 bekannt. Bei dieser Düse wird in einem Wirbelraum eine Suspension aus Kohlenstaub und Luft gebildet und in zwei unter dem Wirbelraum befindliche Kanäle gesaugt, die von zwei koaxial angeordneter» Rohren begrenzt werden und einen Speicher für die Suspension bilden. Der äußere dieser beiden Kanäle ist also als Ringkanal ausgebildet und steht über schraubenlinienförmige Kanäle mit einem Raum in Verbindung, der sich oberhalb des beweglichen, die Brennstoffaustrittsöffnungen aufweisenden Kopfes der Brennstoffdüse befindet. Auf dem den Ringkanal außen begrenzenden Rohr ist der mit dem Kopf verschraubte Hohlschieber axial verschiebbar gelagert, der in seiner unteren Stellung die Verbindung des unteren Endes des inneren Kanals mit einem Blasluftzufuhrkanal herstellt. Zum Steuern der Blasluft ist im letztgenannten Kanal ein besonderes Ventil vorgesehen, Die Brennstoffdüse ragt dabei in eine den Brennraum enthaltende Vorkammer, die über Verbindungswege mit dem Arbeitsraum des Zylinders verbunden ist. Der pro Arbeitstakt in die Vorbrennkammer einzubringende Brennstoff wird also zunächst aus dem inneren Kanal in den Ringkanal transportiert und gelangt dann zusammen mit dem schon im Ringkanal befindlichen Brennstoff über die schraubenlinienförmigen Kanäle und den in geöffnete Stellung bewegten Kopf der Brennstoffdüse in die Vorkammer. Bei dieser Düse ist nachteilig, daß der Kohlenstaub zusammen mit der Suspensionsluft in den verschiedenen Kanälen gespeichert wird und beim Einblasen in die Vorkammer aus diesen relativ langen Kanälen herausgefördert werden muß. Dies bringt mit sich, daß wegen der Umlenkungen in den Kanälen ein Teil des in der gespeicherten Suspension enthaltenen Brennstoffs in den Kanälen hängen bleibt, so daß der Füllungsgrad der Vorkammer bei jedem Arbeitstakt und damit auch die Leistung des Zylinders pro Arbeitstakt verschieden sind. Weiter ist nachteilig, daß der konstruktive Aufwand bei der bekannten Vorrichtung wegen des seitlich angeordneten Ventils zum Steuern der Blasluft, des ebenfalls seitlich angeordneten Ventils zum Steuern des Ansaugens der Suspension sowie wegen der Vorkammer ziemlich groß ist. Ferner verschiebt sich wegen der Anordnung der Brennstoffaustrittsöffnungen im beweglichen Kopf der Düse die Flammenfront innerhalb der Vorkammer, was bei Brennstoffdüsen, die in den im Zylinder befindlichen Brennraum ragen, ungünstig ist, weil dann der Kolben thermisch zu stark beansprucht würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffdüse der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die pro Arbeitstakt abgegebene Leistung bei geringerem Kostenaufwand gleichmäßiger wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennstoffdüse mit ihren Brennstoffaustrittsöffnungen in den Brennraum ragend fest im Zylinderkopf angeordnet ist und der Anschluß der Brennstoffaustrittsöffnungen zum Brennstoffvorlageraum hin von dem gleichzeitig die Druckluftverbindung und den Zulauf aus der Dosiereinrichtung steuernden Hohlschieber hergestellt ist.

Durch diese Gestaltung der Brennstoffdüse wird zunächst eine genau dosierte Menge des feinteiligen, festen Brennstoffes — ohne daß eine Suspension gebildet und zum Brennraum transportiert wird — in dem Brennstoffvorlageraum der Düse nahe den Brennstoffaustrittsöffnungen deponiert und dann nach Verschieben des Hohlschiebers auf kürzestem Wege in den im Zylinder befindlichen Brennraum geblasen. Damit ist sichergestellt, daß pro Arbeitstakt stets die gleiche Brennstoffmenge dem Brennraum im Zylinder zugeführt wird, so daß nicht mehr so große Leistungsschwankungen auftreten wie bei der bekannten Maschine. Die neue Düse benötigt keine Einrichtung zum Bilden einer Suspension, so daß der Kostenaufwand im Vergleich zur bekannten Maschine geringer ist. Da der Brennstoff mit Hilfe der Blasluft direkt in den Verbrennungsraum des Zylinders gelangt, entfällt ein der Vorkammer der bekannten Maschine entsprechender Bauteil, was sich ebenfalls im Sinne einer Verringerung der Anlagekosten und der mit der

Vorkammer verbundenen thermischen Probleme des Zylinderdeckels auswirkt. Ein weiterer Vorteil der neuen Brennstoffdüse besteht darin, daß der Hohlschieber außer der Steuerung der Druckluftzufuhr zugleich den Zulauf des feinteiligen Brennstoffs von der Dosiereinrichtung her absperrt, so daß die Düse im Vergleich zur bekannten weniger bewegte Teile aufweist Dies wirkt sich nicht nur kostenmäßig, sondern auch für den Betrieb günstig aus, weil sie weniger anfällig für Störungen ist Durch die Anordnung der Brennstoftaustrittsöffnungen in der relativ zum Brennraum feststehenden Brennstoffdüse ergibt sich keine Verschiebung der Verbrennungszone im Brennraum, wodurch die thermische Beanspruchung der den Brennraum begrenzenden Flächen herabgesetzt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert, die einen Axialschnitt durch den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit der erfincWngsgemaBen Brennstoffdüse zeigt

In der Zeichnung ist mit 1 ein Zylinderkopf bezeichnet von dem nur der zentrale Teil zu sehen ist und der in bekannter Weise auf einem nicht dargestellten Zylinder befestigt ist. Der im Zylinder beweglich angeordnete Arbeitskolben ist mit 2 bezeichnet Im Zylinderkopf 1 ist koaxial zur Zylinderachse eine als Schiebergehäuse ausgebildete Düse 3 für den Kohlenstaub angeordnet, die mit ihrem unteren Ende in den Brennraum 9 zwischen Zylinderkopf 1 und Arbeitskolben 2 ragt. In ihrem oberen Bereich ist die <■ Brennstoffdüse 3 mit einem Flansch 4 versehen und mittels diesen Flansch durchsetzenden Bolzenschrauben 5 im Zylinderkopf 1 befestigt ist. Die Brennstoffdüse 3 weist in ihrem in den Brennraum 9 ragenden Bereich schräg nach unten gerichtete Brennstoffaustrittsöffnun- > gen 6 auf, durch die in weiter unten beschriebener Weise mittels Druckluft der Brennstoff in den Brennraum 9 geblasen wird. Das untere Stirnende der Düse 3 ist durch einen Deckel 7 verschlossen, der mittels Bolzenschrauben 8 an der Düse 3 befestigt ist und der ;. mit einem zentralen Fortsatz Tc bis in den Bereich der Brennstoffaustrittsöffnungen 6 ragt.

Die Brennstoffdüse 3 ist gekühlt, wozu im Zylinderkopf 1 ein Kühlmittelzufuhrkanal 10 und ein Kühlmittelabfuhrkanal 11 vorgesehen sind, die beide in je eine in der äußeren Umfangsfläche der Düse 3 angebrachte Ringnut 12 bzw. 13 münden. Von der Ringnut 12 gehen mehrere, über den Umfang der Brennstoffdüse verteilte Bohrungen 14 aus, die sich zunächst radial und dann konisch in Richtung auf das untere Ende der Düse 3 .ι erstrecken. In der Figur ist nur eine dieser Bohrungen 14 zu sehen. Das untere Ende jeder Bohrung 14 führt über eine Anstichbohrung 14a und einen radialen Kanal 15 zum Deckel 7, der über winklig angeordnete Kanäle 16 in die Kühlung einbezogen ist. Das linke Ende des Kanals 16 mündet in einen radialen Kanal 17, von dem aus eine Anstichbohrung 18a zu einer Bohrung 18 führt, die mit ihrem oberen Ende in die Ringnut 13 des Kühlmittelabfuhrkanals U mündet. Das Kühlmittel besteht vorzugsweise aus Dieselbrennstoff. ·;

Innerhalb der Brennstoffdüse 3 ist ein Hohlschieber 20 axial verschiebbar angeordnet, der in der gezeigten Stellung die Brennstoffaustrittsöffnungen 6 verschließt. Der Hohlschieber 20 weist in seinem mittleren Bereich außen einen Kolben 21 in Form einer flanschartigen Verdickung auf, auf dessen oberer Stirnfläche eine Druckfeder 22 abgestützt ist. Das andere Ende der Druckfeder 22 ist an einem ringförmigen Einsatz 50 abgestützt der in nicht naher dargestellter Weise am oberen Ende der Brennstoffdüse 3 befestigt ist und zur Zufuhr von Kohlenstaub und Zündöl dient Die untere Stirnfläche des Kolbens 21 ruht in der untersten Stellung des Hohlschiebers 20 auf einer Ringschulter 23 der Brennstoffdüse 3. Diese Ringschulter 23 ist außen von einer Eindrehung umgeben, wodurch eine Ringkammer

19 gebildet wird, die über einen oder mehrere radiale Kanäle 24 mit einer in der äußeren Mantelfläche der

■ Düse 3 eingearbeiteten Ringnut 25 in Verbindung steht In der Ringnut 25 mündet ein im Zylinderkopf 1 angebrachter Kanal 26, der ein hydraulisches Druckmittel führt, das zum Betätigen des Hohlschiebers 20 dient Zur Zufuhr weiteren Druckmittels oder zum Abführen des Druckmittels ist im Zylinderkopf 1 ein Kanal 27 vorgesehen, der mit einer äußeren Ringnut 28 der Brennstoffdüse 3 in Verbindung steht. Die Ringnut 28 ist über einen oder mehrere Kanäle 29 mit einer etwas oberhalb der Ringkammer 19 vorgesehenen inneren Ringnut 30 verbunden. Durch diese Anordnung der Ringnut 30 in Bezug auf die Ringkammer 19 wird in Verbindung mit einem im Kanal 26 angeordneten Rückschlagventil 31 eine Dämpfung des Hohlschiebers

20 bei dessen Abwärtsbewegung erzielt, indem das Druckmittel aus der Ringkammer 19 nur noch stark gedrosselt über die Kanäle 29 und 27 abfließen kann, wenn die untere äußere Kante 32 des Kolbens 21 die Ringnut 30 passiert hat.

Im Zylinderkopf 1 ist schließlich ein Kanal 33 für die . Zufuhr von Druckluft vorgesehen, der in eine äußere Ringnut 34 der Brennstoffdüse 3 mündet, die über einen oder mehrere Kanäle 35 mit einer inneren Ringnut 36 in Verbindung steht. Der Hohlschieber 20 weist mehrere radiale öffnungen 37 auf, die in der strichpunktiert angedeuteten oberen Stellung des Hohlschiebers mit der inneren Ringnut 36 verbunden sind und dann über die Kanäle 35 und 33 den Zutritt von Druckluft in den Hohlschieber 20 zulassen. Der Hohlschieber weist außerdem mehrere radiale öffnungen 38 auf, die in der oberen oder Arbeitsstellung des Hohlschiebers 20 mit den Brennstoffaustrittsöffnungen 6 in der Brennstoffdüse 3 in Verbindung stehen.

Der ringförmige Einsatz 50 am oberen Ende der Brennstoffdüse 3 weist einen zentralen, gegen oben stromlinienförmig ausgebildeten Körper 51 auf, der über radiale Arme 52 mit dem Einsatz verbunden ist. Der unterhalb der Arme 52 befindliche Abschnitt des Körpers 51 ist in seinem Druchmesser dem Innendurchmesser des Hohlschiebers 20 angepaßt und so • angeordnet, daß der Hohlschieber 20 in seiner oberen Stellung mit seinem oberen Ende den Körper 51 umschließt. Auf diese Weise ist eine Abdichtung des Hohlschiebers 20 in dessen oberer Stellung gegenüber einer oberhalb des Einsatzes 50 angeordneten, nicht dargestellten Kohlenstaubdosiereinrichtung mit ebenfalls nicht dargestellter Zulaufsteuereinrichtung erreicht. Im Zentrum des Körpers 51 ist eine gegen unten offene Bohrung 53 vorgesehen, die an ihrem oberen Ende in eine nach außen gerichtete Bohrung 54 übergeht, die sich durch einen der Arme 52 erstreckt und an die eine Leitung für die Zufuhr von Zündöl angeschlossen ist.

Für den Hohlschieber 20 ergibt sich folgender Bewegungsablauf: Im unteren Totpunkt des Arbeitskolbens 2 der im 2-Taktverfahren arbeitenden Maschine befindet sich der Hohlschieber 20 in der dargestellten unteren Stellung, in der die Druckluftzufuhr über die Kanäle 33,35 abgesperrt ist. Der von der Dosiereinrich-

tung und der Zulaufsteuereinrichtung kommende Kohlenstaub fällt in den vom Hohlschieber umschlossenen Brennstoffvorlageraum und sammelt sich dabei auf einer Schicht Zündöl, das zuvor über die Bohrung 53 eingeführt wurde und sich auf der Stirnfläche des in den Hohlschieber ragenden Fortsatzes 7c des Deckels 7 ausgebreitet hat. Etwa nach einer Viertel-Drehung der Kurbelweile strömt hydraulisches Druckmittel über das Rückschlagventil 31, die Leitung 26 und die Kanäle 24 in die Ringkammer 19, so daß der Hohlschieber 20 sich aufwärts bewegt und sich dessen oberes Ende über den tropfenförmigen Körper 51 schiebt, so daß der Brennstoffvorlageraum gegen die Dosiereinrichtung hin abgeschlossen ist. Dabei überschreiten die oberen Luftdurchlaßöffnungen 37 des Hohlschiebers 20 die untere Begrenzung der inneren Ringnut 36 der Druckluftzufuhrkanäle 35, so daß die Druckluft in den Brennstoffvorlageraum eintritt. Danach gelangen die unteren Luftdurchtrittsöffnungen 38 des Hohlschiebers 20 in den Bereich der Brennstoffaustrittsöffnungen 6 der Düse 3, so daß das Einblasen des im Vorlageraun befindlichen Brennstoffes, d. h. des Zündöls und de: darüberliegenden Kohlenstaubes, stattfindet. Im oberer Totpunkt des Arbeitskolbens 2 beginnt die Abwärtsbe wegung des Hohlschiebers 20. Es kommen zuerst di< unteren Luftdurchtrittsöffnungen 38 aus dem Bereici der Brennstoffaustrittsöffnungen 6 heraus, womit dei Einblasevorgang beendet ist. Später verlassen dk oberen Luftdurchtrittsöffnungen 37 den Bereich dei Ringnut 36, so daß die Druckluftzufuhr wiedei unterbrochen ist. Danach stellt das obere Ende de; Hohlschiebers 20 die Verbindung zur Dosiereinrichtuni wieder her. Nach Erreichen der unteren Stellung de: Hohlschiebers erfolgt zunächst die Zufuhr von Zündö und später über die Zulaufsteuereinrichtung die erneut« Zufuhr von Kohlenstaub in den Vorlageraum.

Anstelle der beschriebenen Zündung mit Hilfe vor Zündöl ist es auch möglich, das Zünden des Kohlenstaubes mittels einer Glühkerze zu bewerkstelligen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brennstoffdüse zum Einbringen von staubförmigen Brennstoffen mittels Druckluft in den Brennraum einer Kolbenbrennkraftmaschine, die gesteuerte Brennstoffaustrittsöffnungen zum Brennraum hin aufweist einen in einem Schiebergehäuse gleitend gelagerten Hohlschieber umfaßt, der eine Verbindung zwischen einer Druckluftquelle und einem Brennstoffvorlageraum während der Einblaseperiode herstellt, sowie einer Dosiereinrichtung, über die in den Brennstoffvorlageraum eine der Brennkraftmaschinenbelastung angepaßte Brennstoffmenge über eine Zulaufsteuereinrichtung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse (3) mit ihren Brennstoffaustrittsöffnungen (6) in den Brennraum (9) ragend fest im Zylinderkopf (1) angeordnet ist und der Anschluß der Brennstoffaustrittsöffnungen (6) zum Brennstoffvorlageraum hin von dem gleichzeitig die Druckluftverbindung und den Zulauf aus der Dosiereinrichtung steuernden Hohlschieber (20) hergestellt ist.

2. Brennstoffdüse nach Patentanspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zum Brennstoffvorlageraum im Bereich der Zulaufsteuereinrichtung für den staubförmigen Brennstoff eine Zündölzuführeinrichtung (53) angeordnet ist, über die zeitlich vor dem Einbringen des staubförmigen Brennstoffes Zündöl in den Brennstoffvorlageraum eingeführt wird.

3. Brennstoffdüse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebergehäuse von von einem Kühlmittel durchströmten Bohrungen (14,18) durchsetzt ist.