DE571137C - Einrichtung und Verfahren zum Entfernen der festen Verbrennungsrueckstaende bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Einrichtung und Verfahren zum Entfernen der festen Verbrennungsrueckstaende bei Brennkraftmaschinen

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DE571137C
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DE
Germany
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piston
cylinder
residues
annular space
internal combustion
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Expired
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DEI33601D
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Albert Fischer
Dipl-Ing Richard Kuhlmann
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IG Farbenindustrie AG
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IG Farbenindustrie AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B45/00Engines characterised by operating on non-liquid fuels other than gas; Plants including such engines
    • F02B45/02Engines characterised by operating on non-liquid fuels other than gas; Plants including such engines operating on powdered fuel, e.g. powdered coal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

  • Einrichtung und Verfahren zum Entfernen der festen Verbrennungsrückstände, bei Brennkraftmaschinen Eine der Hauptschwierigkeiten beim Betriebe von Brennkraftmaschinen mit Brennstoffen, die bei der Verbrennung feste Rückstände hinterlassen, insbesondere mit pulverförmigen Brennstoffen, ist die Entfernung der festen Verbrennungsrückstände aus dem Zylinder. Es ist bereits vorgeschlagen worden, zu diesem Zweck Luft oder ein anderes Spülmittel entweder unmittelbar zwischen die Gleitflächen von Kolben und Zylinder oder in einen Ringraum zwischen der etwas abgesetzten Kolbenverlängerung und der glatt durchgeführten Zylinderwandung zu pressen.
  • Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe in anderer Weise, nämlich durch Anordnung eines abgesetzten Kolbens, der sich in einem gleichfalls abgesetzten Zylinder bewegt, und zwar so, daß die im Durchmesser größeren Teile von Kolben und Zylinder als Gleitflächen dienen, während die im Durchmesser kleineren Teile mit geringem Spiel ineinanderlaufen und den eigentlichen Verbrennungsraum begrenzen. Dabei ist der Ringraum zwischen dem im Durchmesser kleineren Teil des Kolbens und der eigentlichen Gleitfläche des Zylinders dauernd oder zeitweise unter höherem Druck zu halten als der Verbrennungsraum, so daß eine lebhafte Strömung durch den schmalen Ringspalt nach dem Verbrennungsraum hin erfolgt, die etwa angesetzte Verbrennungsrückstände von der Gleitfläche nach dem Verbrennungsraum schleudert, von wo sie während der Auslaß- oder Spülperiode, eventuell durch ein besonderes Auslaßorgan, mit den Abgasen aus der Maschine entfernt werden.
  • Es ist zwar schon eine Einrichtung bekannt geworden, bei der der Kolben einer Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines Luftkissens zwischen Kolbenabdichtung und Verbrennungsrauen abgesetzt ist. Dabei ist aber der nach dem Verbrennungsraum zu gelegene Teil des Kolbens, der keine Dichtungsorgane hat, im Durchmesser größer. Gegenüber einer solchen Einrichtung hat die im folgenden beschriebene Anordnung den .Vorteil, daß auch ohne Anwendung eines besonderen Druckspülmittels während der Kompressions- und Ausschubperiode eine lebhafte Strömung in Richtung nach dem Verbrennungsraum erzeugt wird, während bei der bekannten Anordnung, wo der Kolben an der dem Verbrennungsraum zugekehrten Seite einen größeren Durchmesser hat, während der Kompressions- und Ausschubperiode ohne Anwendung von Druckspülmittel eine Strömung in Richtung nach den Kolbenringen erzeugt wird, so daß die Zylindergleitflächen, gerade kurz bevor die Kolbenringe darübergleiten, verschmutzt werden können. Wenn bei der bekannten Anordnung diese Wirkung durch Druckgas wieder aufgehoben werden soll, ist so viel Energie zur Erzeugung dieses Druckgases erforderlich, daß die ganze Anlage unwirtschaftlich wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel für eine Zweitaktmaschine ist in Fig.I im Querschnitt dargestellt. Der Kolben läuft mit seinem stärkeren Teil i in der entsprechenden Zylindergleitbüchse 2 und steuert Spülschlitze 3, 3. Die abgesetzte Kolbenverlängerung 4 gibt im Spülpunkt die verhältnismäßig großen Öffnungen 5, 5 frei. Die Zylinderbüchse 6 umschließt die Kolbenverlängerung .I im Zündtotpunkt mit geringem Spiel. Der Ringraum zwischen .i und 6 macht nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Totraumes aus, so daß der Verbrennungsraum 7 hinreichend groß und für die Verbrennung günstig ausgebildet werden kann. Man wählt zweckmäßig das geometrische Kompressionsverhältnis im Ringraum. 8 höher als im Verbrennungsraum 7. Auslaß-, Brennstoff- und Anlaßventil sind mit 9, i o, ii bezeichnet.
  • Die Wirkungsweise der Anordnung ist dabei folgende: Sobald der Kolben in der Nähe des Spültotpunktes die Schlitze 3 freigibt, strömt Preßluft oder ein anderes Spülmittel, gegebenenfalls von geringem Überdruck, tangential in den Ringraum 8, bläst etwaige Verbrennungsrückstände von der Gleitfläche 2 ab und führt sie durch die verhältnismäßig große Spaltöffnung 5 an dem Kolben vorbei in den Verbrennungsraum 7, von wo sie zusammen mit den Auspuffgasen und den im Verbrennungsraum abgelagerten festen Rückständen durch das große Auslaßventil 9 entfernt werden. Um unbespülte Flächen zu vermeiden, kann man am Kolbenboden noch ein besonderes Spülventil 1.4 oder ein Ventil 15 an der kleinen Zylinderbüchse anordnen oder den Kolbenboden so ausbilden, daß eine gute Durchspülung des ganzen Arbeitsraumes erfolgt. Beim Rückgang des Kolbens werden zunächst die Üffnungen 5 bei geöffnetem Auspuffventil 9 überdeckt; die Schlitze 3 und das Auspuffventil schließen sich zweckmäßig erst später, so daß im Ringraum 8 ein höherer Anfangsdruck herrscht als vor dem Kolbenboden; dadurch und durch das höhere Kompressionsverhältnis in diesem Ringraum gegenüber dem eigentlichen Arbeits- und Verbrennungsraum wird während der ganzen Kompressionsperiode ein Druckgefälle von 8 nach 7 erzielt. Kurz vor oder gleichzeitig mit dem Einbringen des Brennstoffes wird nun der kleine schädliche Raum des Ringraumes 8 durch ein besonders gesteuertes Ventil i2 aus der Leitung 13 mit Druckluft (bzw. einem anderen Spülmittel) auf :einen den Verbrennungshöchstdruck übersteigenden Druck gebracht. Dadurch wird erreicht, daß auch während des ganzen Arbeitshubes das Druckgefälle von 8 nach 7 erhalten bleibt. Die für die Kompression der aus Leitung 13 entnommenen Luft nötige Kompressionsarbeit wird dabei zum großen Teil durch Arbeitsleistung während der Expansion wieder zurückgewonnen. Nach Überschleifen der Schlitze 3 beginnt das Arbeitsspiel von neuem. Fig.II zeigt den Druckverlauf p1 im Ringkanal 8 und p.: im Arbeitsraum 7 schematisch.
  • Man ordnet zweckmäßig den Übergang der Büchse 2 in die Büchse 6 so an, daß das Spülmittel dort jeden Ansatz von Rückständen sicher verhindert. Auch kann man z. B. die einander gegenüberliegenden Flächen der Büchse 6 und des Kolbenansatzes 5 polieren, damit eingedrungene Rückstände leicht abgeblasen werden. Endlich kann man dem bei 3 eingeblasenen Spülmittel noch ein Schmiermittel zusetzen, so daß auf besondere Schmierung verzichtet werden kann. Die Einblaseluftleitung 3 kann auch gesondert gesteuert werden und zwischen den ersten Kolbenringen endigen. Der Kolben kann noch ein zweites Mal abgestuft werden, so daß der- dadurch gebildete Ringraum zur Kompression der bei 13 benötigten Hochdruckluft. dient, wobei z. B. beim Saughub vorkomprimierte Luft aus der Leitung 3 entnommen wird.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung für Viertakttnaschinen zeigt Fig. III. Hier sind wieder mit i, 4 der Kolben samt Verlängerung, mit 2, 6 die entsprechenden Zylinderbüchsen, Auslaß-, Brennstoff- und Anlaßventil mit 9, 1o und 1i bezeichnet.
  • Die Wirkungsweise ist folgende: Beim Saughub tritt Luft durch eine oder mehrere große, besonders gesteuerte Öffnungen 2o in den Ringraum 8 ein und strömt dabei mit großer Geschwindigkeit durch den Ringraum zwischen 4 und 6. Bei der darauffolgenden Kompressionsperiode wird diese Strömung dadurch beibehalten, daß der Ringraum 8 ein höheres Verdichtungsverhältnis als der Hauptverbrennungsraum,7 aufweist, oder dadurch, daß im äußeren Totpunkt der Ringraum 8 über besonders gesteuerte Ventile aus den Schlitzen 3 auf einen höheren Anfangsdruck aufgeladen wird. Kurz vor dem Einblasen des festen Brennstoffes in 7 wird nun in den Totraum 8 durch besonders gesteuerte Ventile 2i ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff, der möglichst ohne feste Rückstände verbrennt, eingeführt und durch die Kompressionswärme der Luft oder besondere Zündvorrichtungen entflammt. Durch Einführung der richtigen Menge Brennstoff im richtigen Augenblick in den Ringraum 8 kann man erreichen, daß während des ganzen Arbeitshubes das Druckgefälle von 8 nach 7 erhalten bleibt. Während des Ausschubhubes ist ohnedies der Druck in 8 größer als vor dem Kolben, "wobei in der Nähe des äußeren Totpunktes mittels des Ventils 3 noch besonders gespült werden kann. Fig.IV zeigt .den Druckverlauf p1 im Ringkanal 8 und den Druckverlauf p= im Arbeitsraum 7 schematisch.
  • Man kann natürlich auch bei Zweitaktmaschinen im inneren Totpunkt etwa durch das Ventil 12 an Stelle von hochgespannter Druckluft flüssige oder gasförmige Brennstoffe einführen, ebenso wie man bei Viertaktmaschinen an Stelle der bei -i eingeführten gasförmigen oder flüssigen Brennstoffe auch hochgespannte Luft einbringen kann. Unter Umständen genügt schon die Spülung mit niedergespännter Luft allein zum Reinhalten der Gleitflächen.
  • Nach dieser Einrichtung erreicht man auch ohne weiteres eine wirksame Kühlung des vorderen Kolbenteiles infolge der hohen Geschwindigkeit, mit der das Spülmittel an diesem Teil des Kolbens v orbeiströmt. Man kann auch hier das Spülmittel außerdem noch durch den Kolben zuleiten, wie in Abb. I und II dargestellt ist, wodurch eine noch stärkere Kühlung erreicht wird, so daß das Spiel der im Durchmesser kleineren Teile von Kolben und Zylinder sehr klein gehalten werden. Unter Umständen empfiehlt es sich, den Kolben auf bekannte Art mit besonderer Kühlung zu versehen.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Einrichtung zum Entfernen der festen Verbrennungsrückstände bei Brennkraftmaschinen,gekennzeichnet durch einen derart abgesetzten und bemessenen Kolben und Zylinder, daß der verkleinerte Kolbenteil einen geringeren Durchmesser als der verkleinerte Zylinderteil besitzt und somit zwischen beiden ein schmaler, allseitig offener Ringspalt verbleibt, daß ferner der von dem weiteren, allein als Kolbengleitfläche dienenden Zylinderteil und dem verkleinerten Kolbenteil gebildete Ringraum (8) ein höheres geometrisches Kompressionsverhältnis besitzt als der Brennraum (j),- so daß mindestens beim Verdichtungs- und Ausschubhub infolge des Druckunterschiedes der beiden Räume eine Strömung entlang der Lauffläche, dann durch den Spalt hindurch in Richtung nach dem Zylinderkopf entsteht und angesetzte Rückstände entfernt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben und der Zylinder mehrmals abgesetzt sind, wobei einzelne Ringräume zur Kompression der Einblase- und Spülluft dienen.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden und der Übergang von der weiteren in die engere Zylinderbüchse zwecks Verteilung des Spülmittels abgeschrägt sind.
  4. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolbenbpden oder im Arbeitsraum des Zylinders Ventile (1q., 15) vorgesehen sind, durch die Hilfsspülströme eingeführt werden.
  5. 5. Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen nach Anspruch i bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringraurn (8) ein gas- oder diinpfförmiges Spülmittel, z. B. Verbrennungsluft, dem gegebenenfalls ein Schmiermittel zugesetzt ist, eingeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck in dem Ringraum (8) durch ein hochgespanntes Spülmittel oder durch Einführung eines Brennstoffes, der entzündet wird, erzeugt wird.
DEI33601D 1928-02-19 1928-02-19 Einrichtung und Verfahren zum Entfernen der festen Verbrennungsrueckstaende bei Brennkraftmaschinen Expired DE571137C (de)

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