DE2617047C3 - Einblaseventil für eine mit feinteiligem festem Brennstoff betriebene Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein jedem Zylinder einer Kolbenbrennkraftmaschine zugeordnetes Einblaseventil für feinteiligen, festen Brennstoff, der über eine Dosiereinrichtung in Suspension bereitgestellt ist, wobei zwischen einer Vorrichtung zum Bilden der Suspension und dem in der Nähe des Brennraums befindlichen Einblaseventil ein vertikaler, mindestens über einen Teil seiner Länge als Ringkanal ausgebildeter Brennstoffzufuhrkanal vorgesehen ist und wobei eine der jeweiligen Last entsprechende Brennstoffmenge zv/ischen der Vorrichtung zum Bilden der Suspension und dem Einblaseventil gespeichert und taktweise mittels eines

ίο durch ein Ventil gesteuerten Blasluftstromes in den Brennraum eingebracht wird. Unter feinteiligem, festem Brennstoff ist in erster Linie Kohlenstaub zu verstehen.

Ein solches Einblaseventil ist aus der DE-PS 7 29 697 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird die in einem

is Wirbelraum gebildete Suspension aus Kohlenstaub und Luft in iwei unter dem Wirbelraum befindliche Kanäle gesaugt, die von zwei koaxial angeordneten 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 Kopfes des Brennstoffeinlaßventils befindet Das Brennstoffventil ragt dabei in eine Vorbrennkammer, die über Verbindungswege mit dem Brennraum des Arbeitszylinders verbunden ist Das den Blasluftstrom steuernde Ventil ist seitlich der beiden Speicherkanäle im Zylinderdeckel angebracht und läßt die Blasluft jih unteren Ende des inneren Kanals eintreten. Der pro Arbeitstakt in die Vorbrennkammer einzubringende Brennstoff wird also zunächst aus dem inneren Kanal in den Ringkanal transportiert, wobei eine Umlenkung von 180° auftritt, und gelangt dann zusammen mit dem schon im Ringkanal befindlichen Brennstoff über die schraubenlinienförmigen Kanäle und das geöffnete Brennstoffeinlaßventil in die Vorbrennkammer. Bei dieser Vorrichtung ist nachteilig, daß der Kohlenstaub zusammen mit der Suspensionsluft in den beiden Kanälen gespeichert wird und beim Einblasen in die Vorbrennkammer aus diesen relativ langen Kanälen herausgefördert werden muß, wobei sowohl in diesen Kanälen als auch in den anschließenden schraubenlinienförmigen Kanälen Umlenkungen stattfinden. Dies bringt mit sich, daß in der Suspension Inhomogenitäten auftreten, und führt dazu, daß der Füllungsgrad des Zylinders bei jedem Arbeitstakt und damit auch die Leistung pro Arbeitstakt verschieden sind. Weiter ist nachteilig, daß der konstruktive Aufwand bei der bekannten Vorrichtung wegen des seitlich angeordneten Blasluftsteuerventils, des ebenfalls seitlich angeordneten Ventils zum Steuern des Ansaugens der Suspension sowie wegen der Vorkammer ziemlich groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einblaseventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die pro Arbeitstakt abgegebene Leistung gleichmäßiger und zugleich der konstruktive Aufwand beträchtlich verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoffzufuhrkanal zwischen der Vorrichtung zum Bilden der Suspension und dem Einblaseventil im wesentlichen nur geradlinig ausgebildet ist und in seinem mittleren und unteren Bereich die Ringkanalform aufweist, daß das Einblaseventil eine die jeweils zu speichernde Brennstoffmenge aufnehmende Einbringstelle aufweist, daß das den Blasluftstrom steuernde V mil oberhalb der Einbringstelle und koaxial am unleren Ende eines die Innenfläche des Ringkanals begrenzenden Rohres angeordnet ist und daß ein

Suspensionsluftabfuhrkanal vorgesehen ist, der als Ringkanal ausgebildet ist und vom Bereich der Linbringstelle ausgehend konzentrisch den Brennstoffzufuhrkanal umgebend nach oben führt, wobei der der Einbringstelle zugekehrte Abschnitt des Bre-instoffzufuhrkanals als axial gleitend gelagerter Hohlschieber ausgebildet ist, der vor dem öffnen des den Blasluftstrom steuernden Ventils den Brennstoffzufuhrkanal und den Ringkanal für die Suspensionsluftabfuhr gegen die Einbringstelle abschließt.

Durch diese Gestaltung des Einblaseventils treten im Strömungsweg der Suspension praktisch keine Umlenkungen auf, so daß die Suspension vom Ort ihrer Bildung bis zur Einbringstelle ihre ursprüngliche Kohlenstaubverteilung beibehält Damit ist — auch wegen des Vorhandenseins des Suspensionsluftabfuhrkanals — sichergestellt, daß die für jeden Arbeitstakt zur Verfügung stehende Kohlenstaubmenge an der Einbringstelle gleichmäßig über den Umfang des Einblaseventils verteilt gespeichert wird. Da sich die Einbringstelle auf dem Einblaseventil und das die Blasluft steuernde Ventil koaxial am un-'.eren Ende des Brennstoffzufuhrkanals befinden, wird der gespeicherte Kohlenstaub auf kürzestem Wege in den Brennraum eingeblasen und dabei auch im Brennraum des Arbeitszylinders eine gleichmäßige Brennstoffverteilung erreicht. Da das Einblaseventil den Austritt des geradlinig verlaufenden Brennstoffzufuhrkanals vom Brennraum des Zylinders abschließt, fällt ein der Vorkammer der bekannten Maschine entsprechender Raum weg, wodurch sich der konstruktive Aufbau der Maschine beträchtlich vereinfacht. In diesem Sinne wirkt auch, daß das den Blasluftstrom steuernde Ventil oberhalb der Einbringstelle angeordnet und der untere Abschnitt des Brennstoffzufuhrkanals als Hohlschieber ausgebildet ist, der vor dem Einblasen des an der Einbringstelle gespeicherten Brennstoffs sowohl den Brennstoffzufuhrkanal als auch den Suspensionsluftabfuhrkanal gegen dit Einbringstelle absperrt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert, die einen Axialschnitt durch den Zylinderkopf mit einem Einblaseventil nach der Erfindung zeigt.

Mit 1 ist 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 ein rohrförmiger Einsatz 3 vorgesehen, der mit seinem unteren Bereich den Ventilkörper 5 eines Einblaseventils 4 zum Einbringen des Kohlenstaubes in den Brennraum des Zylinders führt. Der Ventilkörper 5 dieses Ventils 4 weist eine Sitzfläche 6 auf, die mit einer entsprechenden Sitzfläche im Einsatz 3 zusammenwirkt. Oberhalb der Sitzfläche 6 des Ventilkörpers 5 erstreckt sich im Einsatz 3 ein hohler Schaft 7, dessen oberer Bereich von einem mit ihm verschraubten buchsenartigen Teil 8 übergriffen wird, der seinerseits an seinem oberen Ende einen Flansch 9 bildet. Der Flansch 9 stützt sich mit seiner Unterseite auf einer Druckfeder 10 ab, deren unteres Ende in einer zylindrischen Ausdrehung des Einsatzes 3 aufgenommen ist. Die Druckfeder 10 hält also den Ventilkörper 5 in seiner Schließstellung. Zum öffnen des Einblaseventils 4 ist ein Kanal 46 vorgesehen, der mit einer nicht dargestellten Drtickmittelleitung verbunden ist.

Im unteren Bereich des Schaftes 7 des Ventilkörpers 5 ist ein ringförmiger Hohlraum 12 vorgesehen, der zur Kühlung des Ventilkörpers von einem Kühlmittel durchströmt ist Zu diesem Zweck ist der Hohlraum 12 über Öffnungen 13 und 13' mit mehreren, im Einsatz 3 vorgesehenen Kanälen 14 bzw. 14' verbunden, die an einem im Zylinderkopf 1 vorgesehenen Kühlmittelzufuhrkanal 15 bzw. an einen im Zylinderkopf vorgesehenen Kühlmittelabfuhrkanal IS' angeschlossen sind. Im Bereich dieser Kühlzone ist auch der Einsatz 3 mit einer Kühlung versehen, indem in ihm ein Hohlraum 18 vorgesehen ist der über radiale Kanäle 19 und 19' mit einem im Zylinderkopf 1 vorgesehenen Kühlmittelzufuhrkanal 20 bzw. mit einem im Zylinderkopf angeordneten Kühlmittelabfuhrkanal 20' verbunden ist.

Im Bereich des Hohlraumes 12 weist der Ventilkörper 5 mehrere, über den Umfang verteilte, nach oben offene und nahe der Sitzfläche 6 ausmündende Kammern 16 auf, die durch radiale Rippen voneinander getrennt sind und in denen sich der Kohlenstaub sammelt bevor er in den Brennraum des Zylinders eingebracht wird. Der Kohlenstaub wird den Kammern 16, in Luft suspendiert von oben her zugeführt, und zwar über einen Ringkanal 25, der zwischen einem zentralen Rohr 26 und einem koaxial dazu angeordneten, axial verschiebbaren Hohlschieber 27 gebildet wird. In der gezeichneten unteren Stellung ist sowohl der Ringkanal 25 als auch ein weiterer Ringkanal 28 offen, der zwischen dem Schieber 27 und einer diesen umgebenden zylindrischen Wand 29 gebildet ist. Die zylindrische Wand 29 gehört zu einem Einsatz 30, der zusammen mit dem Einsatz 3 im Zylinderkopf 1 auf nicht dargestellte Weise befestigt ist. Die zylindrische Wand 29 führt mit ihrer Außenfläche den oberen Bereich des Schaftes 7 des Ventilkörpers 5 und ist gegen die innere Begrenzung des Flansches 9 abgedichtet. Der Ringkanal 28 mündet an seinem oberen Ende in einen im Einsatz 30 vorgesehenen Kanal 31, durch den die Suspensionsluft entweicht, nachdem sie von den von ihr getragenen Kohlenstaubteilchen durch Umlenkung um das untere Ende des Hohlschiebers 27 befreit worden istWesentlich ist, daß vom Ort der Suspensionsbildung bis zum Austritt aus dem Hohlschieber 27 die Suspension im wesentlichen nur geradlinig und ohne Querschnittsverengungen geführt wird. Der Ringkanal 25 ist deshalb über seine Länge mit demselbem lichten Querschnitt ausgestattet, und sein Übergang zur Suspensionsbildungsvorrichtung finde« allmählich statt, wobei die Rippen 39 und 39' zwischen dem Rohr 26 und dem Verbindungsstück 40 an beiden Enden schneidenförmig auslaufend ausgebildet sind.

Im Bereich des unteren Endes des Hohlschiebers 27 ist dieser verdickt ausgebildet und mit einer Dichtung versehen, die in der oberen Stellung des Schiebers 27 mit der Innenfläche der zylindrischen Wand 29 zusammenwirkt. In dieser oberen Stellung des Hohlschiebers 27 liegt gleichzeitig dessen unteres, nach innen eingezogenes Ende am unteren Ende des zentralen Rohres 26 an, so daß dann sowohl der Ringkanal 25 als auch der Ringkanal 28 verschlossen sind. Zum Verschieben des Hohlschiebers 27 ist dieser an seinem oberen Ende mit einem Kolben 27' versehen, der in einer Zylinderbohrung des Einsatzes 30 geführt ist. Unterhalb des Kolbens 27' mündet in den Zylinder ein im Einsatz 30 angeordneter Kanal 32, der mit einer nicht dargestellten Druckmittelleitung verbunden ist. Das auf die Unterseite des Kolbens 27' wirkende Druckmittel bewegt den Kolben gegen die Wirkung einer auf der anderen Kolbenseite angebrachten Druckfeder 45.

Das zentrale Rohr 26 ist an seinem unteren Ende mit einem koaxial angeordneten Ventil 35 versehen, das die

Zufuhr von Blasluft steuert, die dem Einblasen des in den Kammern 16 gelagerten Kohlenstaubes dient, wenn das Einblaseventil 4 in offene Stellung gebracht wird. Das Blasluftsteuerventil 35 ist über eine zentrale Stange 36 mit einem Servokolben 37 verbunden, der in einem im Rohr 26 ausgebildeten Zylinderraum axial verschiebbar ist. Unterhalb des Servokolbens 37 mündet in den Zylinder ein Druckmittelkanal 38, der sich radial durch das Rohr 26, eine Rippe 39 und das Verbindungsstück 40 erstreckt. Das Verbindungsstück 40 verbindet den Einsatz 30 mit einer nicht dargestellten Vorrichtung zum Bilden der Suspension. Oberhalb des Zylinderraumes des Servokolbens 37 ist ein dem Kanal 38 entsprechend angeordneter Kanal 41 zum Abführen von Leckagedruckmittel vorgesehen. Unterhalb des Zylinderraumes ist die Ventilstange 36 von einer Dichtungsanordnung 42 umgeben, die ebenfalls mit einem Kanal für Leckagedruckmittel verbunden ist. Das über den Kanal 38 zugeführte und auf den Servokolben 37 wirkende Druckmittel hält das Blasluftsteuerventil 35 geschlossen, wogegen das öffnen dieses Ventils durch die Blasluft selbst erfolgt, wenn der Druck des Druckmittels unter dem Servokolben 37 abgesenkt wird. Die Blasluft wird unterhalb der Dichtungsanordnung 42 über einen Kanal 43 zugeführt, der radial im Verbindungsstück 40, in der Rippe 39 und im Rohr 26 angebracht ist.

Beim Einblaseventil ergeben sich folgende Bewegungsabläufe: Im unteren Totpunkt LJTP des Arbeitskolbens 2 der im Zweitaktverfahren arbeitenden Brennkraftmaschine befindet sich das Einblaseventil 4 in geschlossener Stellung; ebenso das die Blasluft steuernde Ventil 35, während der Hohlschieber 27 sich in offener Stellung befindet. Über eine nicht gezeichnete Dosiervorrichtung erfolgt die Zufuhr von Kohlenstaub zum Einblaseventil 4, und nach Unterbrechung dieser Zufuhr bewegt sich der Hohlschieber 27 in seine Schließstellung, in der die Ringkanäle 25 und 28 abgesperrt sind. Dann beginnen synchron die Öffnungsbewegungen des Einblaseventils 4 und des die Blasluft steuernden Ventils 35 durch Beaufschlagung der Kolben 9 bzw. 37 mit einem hydraulischen Druckmittel, z. B. Dieselöl, womit auch das Einblasen des Kohlenstaubes beginnt. Das Brennstoffventil 4 und das Blasluftsleuerventil 35 bleiben etwas langer offen, als es der Einblasedauer entspricht, um ein sicheres Freiblasen der Sitzflächen des Einblaseventils zu erreichen. Beide Ventile 4 und 35 bewegen sich dann synchron in die Schließstellung, wonach der Hohlschieber 27 wieder in die Öffnungsstellung zurückgeht. Dabei expandiert das im rohrförmigen Schaft 7 des Einblaseventils zwischen dessen Sitzflächen 6 einerseits und den Dichtungsflächen des Hohlschiebers 27 mit dem Rohr 26 und der Zylinderwand 29 andererseits eingeschlossene Gas.

Die Mittel zum Zünden des in den Brennraum eingebrachten Kohlenstaubes sind nicht dargestellt und sind konventioneller Art, z. B. in Form einer Glühkerze durch Einspritzen einer kleinen Menge öl od. dgl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Jedem Zylinder einer Reihenbrennkraftmaschine zugeordnetes Einblaseventil für feinteiligen, festen Brennstoff, der über eine Dosiereinrichtung in Suspension bereitgestellt ist, wobei zwischen einer Vorrichtung zum Bilden der Suspension und dem in der Nähe des Brennraums befindlichen Einblaseventil ein vertikaler, mindestens über einen Teil seiner Länge als Ringkanal ausgebildeter Brennstoffzufuhrkanal vorgesehen ist und wobei eine der jeweiligen Last entsprechende Brennstoffmenge zwischen der Vorrichtung zum Bilden der Suspension und dem Einblaseventil gespeichert und taktweise mittels eines durch ein Ventil gesteuerten Blasluftstromes in den Brennraum eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffz'ifuhrkanal (25) zwischen der Vorrichtung zum Bilden der Suspension und dem Einblaseventil (4) im wesentlichen nur geradlinig ausgebildet ist und in seinem mittleren und unteren Bereich die Ringkanalform aufweist, daß das Einblaseventil (4) eine die jeweils zu speichernde Brennstoffmenge aufnehmende Einbringstelle (16) aufweist, daß das den Blasluftstrom steuernde Ventil (35) oberhalb der Einbringstelle (16) und koaxial am unteren Ende eines die Innenfläche des Ringkanals (25) begrenzenden Rohres (26) angeordnet ist und daß ein Suspensionsluttabfuhrkanal vorgesehen ist, der als Ringkanal (28) ausgebildet ist und vom Bereich der Einbringstelle (16) ausgehend konzentrisch den Brennstoffzufuhrkanal (25) umgebend nach oben führt, wobei der der Einbringstelle (16) zugekehrte Abschnitt des Brennstoffzufuhrkanals (25) als axial gleitend gelagerter Hohlschieber (27) ausgebildet ist, der vor dem öffnen des den Blasluftstrom steuernden Ventils (35) den Brennstoffzufuhrkanal (25) und den Ringkanal (28) für die Suspensionsluftabfuhr gegen die Einbringstelie (16) abschließt.

2. Einblaseventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringstelle (16) als auf der dem Brennraum abgewendeten Seite des Einblaseventils (4) angeordnete, nahe der Ventilsitzfläche ausmündende Kammern ausgebildet ist.

3. Einblaseventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblaseventil (4) oberhalb der Kammern (16) als rohrförmiger, das untere Ende des Hohlschiebers (27) und der beiden Ringkanäle (25 und 28) umgebender Schaft (7) ausgebildet ist.

4. Einblaseventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblaseventil (4), das Blasluftventil (35) und der Hohlschieber (27) je mit einem durch ein hydraulisches Druckmittel beaufschlagten Kolben (9,37 bzw. 27') versehen sind.

5. Einblaseventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben des Einblaseventils (4) und der Kolben des Blasluftventils (35) so angeordnet sind, daß die Beaufschlagung durch das hydraulische Druckmittel während der Öffnungsbewegung des Einblaseventils (4) und während der Schließbewegung des Blasluftventils erfolgt.