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Verfahren zum Betrieb einer Wärmvorrichtung von Brennkraftmaschinen
und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf die Erwärmung
von Brennkraftmaschinen während der Betriebspausen durch Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches
in einer vom Kühl- oder Schmiermittel der Brennkraftmaschine als Wärmeträger bespülten
Kammer.
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Bisher wurden zur Erwärmung von Brennkraftmaschinen während der Betriebspausen
auf besonderen Karren oder ortsfest eingebaute Heizvorrichtungen verwendet, die
aus Heizeinheiten, Motoren und Pumpen für das Kühl- oder Schmiermittel der Brennkraftmaschine
bestanden und an diese angeschlossen wurden. Wenn als Antriebsmotor für die Pumpe
oder Pumpen ebenfalls eine Brennkraftmaschine verwendet wurde, so wurde deren Abwärme
(Kühlwasser-, Abgaswärme) zur gänzlichen oder teilweisen Deckung. des Wärmeverbrauchs
für das Erwärmen der anzuwärmenden Brennkraftmaschine verwendet.
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Es wurden auch bereits ständig mit der Brennkraftmaschine verbundene
Einrichtungen vorgeschlagen, bei denen mittels einer Dochtflamme oder eines Katalvsators
Brennstoff= in einer vom Kühl- od°rJschmiermittel der anzuwärmenden Brennkraftmaschine
bespülten unter dem Druck der freien Atmo-@phäre stehenden Kammer verbrannt wird.
Diese bekannten Einrichtungen gewähren aber keine Sicherheit gegen ein Herausschlagen
der Flamme beim Lufteintritt oder Abgasaustritt, und insbesondere das Entzünden
einer Dochtflamme widerspricht vollständig den bestehenden feuerpolizeilichen Vorschriften
für Einstellräume von Kraftfahrzeugen, aller Art.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches
in einer Verbrennungskammer unter Überdruck, wobei die den Brennstoff und die Luft
in diese Kammer einführenden und die die Abgase aus der Verbrennungskammer ableitenden,
an sich bekannten Organe als Druckschleusen wirken und ein Herausschlagen der Flamme
nach jeder Seite mit Sicherheit verhindern.
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Besonders zweckmäßig ist, die aus dem Verbrennungsraum abströmenden
Abgase zum Antrieb eines Hilfsmotors zu verwenden, der Einrichtungen zur Förderung
des Brennstoffs und der Frischluft in den Verbrennungsraum betreibt.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise dargestellt. Fig. i zeigt die Heizvorrichtung mit den Hilfsmaschinen
in schematischer Darstellung. Fig. z zeigt den sich in der Heizvorrichtung abspielenden
Vorgang in einem p-v-Diagramm, und Fig. -3 zeigt die
Art des Einbaues
der Heizvorrichtung mit den Hilfsmaschinen.
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i ist .eine Kolbenluftpumpe, welche doppeltwirkend ausgebildet ist
und Frischluft durchdie Leitungen 2, 3 ansaugt und .durch die Kanäle q., 5 in einen
Windkessel 6 fördert und dort unter dem gewünschten Druck aufspeichert. Der Windkessel
6 steht über eine Leitung 7 mit einer doppeltwirkenden Handpumpe 8 in Verbindung.
Vom Windkessel 6 geht eine Leitung 9 in eine Verbrennungskammer io, an welche ein
z. B. schraubenförmig ausgebildetes Rohr i i anschließt. Die Kammer io und das Rohr
ii sind in einem Behälter 12 angeordnet, der von dem Wärmeträger (Kühl- oder Schmiermittel
der Brennkraftmaschine) durchflossen wird.
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Die Steuerung.des Hilfsmotors kann auf beliebige Weise, z. B. ähnlich
wie bei Dampfmaschinen, bewirkt werden. Die dargestellte Ausführungsform zeigt eine
einfache Schiebersteuerung, bei der der Schieber 16 über einen Hebel 17 von der
Kolbenstange 18 aus angetrieben wird. Besonders vorteilhaft ist eine gemeinsame
Kolbenstange 18 sowohl für den Kolben 1q. des Hilfsmotors als für den Kolben des
Luftverdichters i, so daß die beiden Maschinen im Aufbau dem der bekannten Tandemanordnung
ähneln.
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Die Kolbenstange i8 greift mit ihrem freien, den Zylinder der Luftpumpe
i durchsetzenden Ende i9 an einer Schubstange ?o an,. die auf eine Kurbelwelle 2i
wirkt, auf der ein Schwungrad 22 angeordnet ist. Von dieser Kurbelwelle 21 wird
eine kleine Brennstoffpumpe 23 über das Gestänge 24 angetrieben. Diese ist ebenfalls
doppeltwirkend äusgebildet und fördert den Brennstoff durch eine Leitung 25 in den
Verbrennungsraum io. In diesem ist eine Zündvorrichtung, vorzugsweise ein Glühfaden
26, angeordnet. 27 ist eine weitere Vorwärmschlange, »die von den aus dem Zylinder
1q. entweichenden Verbrennungsgasen gespeist wird. Gegebenenfalls kann der Verbrennungsraum
vom Kühlmittel, die Vorwärmschlange 27 vom Schmiermittel der Brennkraftmaschine
umspült werden. 32 ist eine Pumpe, die gegebenenfalls zur Aufrechterhaltung des
Kreislaufs des Wärmeträgers 4n dessen Leitung 33 eingeschaltet werden kann.
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Die Inbetriebsetzung' der Heizvorrichtung erfolgt auf folgende Weise:
mit Hilfe der beispielsweise vom Wagenführer bedienbaren Handpumpe 8 wird zuerst
der erforderliche Überdruck hergestellt und hierauf durch Einschalten des Glühfadens
26 im Verbrennungsraum io die Zündung des Gemisches bewirkt. Das einmal entzündete
Gemisch brennt im gleichförmigen Gasstrom von selbst weiter, so daß der Glühfaden
nach erfolgter Zündung wieder abgeschaltet werden kann. Die ausströmenden Gase gelangen
durch die Rohrleitung i i in den Hilfsmotorzylinder 1q., bewegen dort den Kolben
15 und gelangen schließlich durch die Leitung 13 und die Rohrschlange 27
ins Freie.
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Da die Verbrennungskammer io, die Rohrleitung ii und die Schlange
27 vom Wärmeträger umspült sind, wird dieser wirksam erwärmt. Der Hilfsmotorkolben
1q. treibt die Frischluftpumpe i und die Bremistoftpumpe 23 an, so daß dauernd ein
Brennstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer vorhanden ist und demgemäß der
Betrieb der Heizvorrichtung so lange andauert, bis die Gaszufuhr abgesperrt wird.
Die Heizung schaltet sich selbsttätig ab, sobald ein Gebrechen an der Leitung zwischen
Pumpe i und Hilfsmotorzylinder 1q. eintritt, da dann infolge der vorhandenen Steuerorgane
(Ventile) weder Luft noch Brennstoff gefördert wird. Hierdurch ist die Gefahrlosigkeit
der Einrichtung gewährleistet.
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Fig. 2 zeigt das Diagramm der sich in der Heizvorrichtung abspielenden
Vorgänge unter der Voraussetzung, daß der Hilfsmotor als Expansionsmaschine arbeitet.
AB ist die Kompressions-Adiabate, FC entspricht der im Verbrennungsraum stattfindenden
isobaren Erwärmung. - Beim Durchströmen des Verbrennungsraumes findet durch Wärmeabgabe
an den umgebenden Wärmeträger eine Abkühlung CD statt, dlie, abgesehen von den klei
-nen zur Aufrechterhaltung der Strömung erforderlichenDruckverlusten, nahezu isobar
ist. Das Kurvenstück DE stellt die im Hilfsinotorzylinder erfolgende Expansion
dar, an welche die in der Wärmeschlange 27 erfolgende nahezu isobare Abkühlung EF
anschließt. Die schraffierte Fläche unterhalb BA stellt die vom Kompressor
verbrauchte, die unterhalb DE schraffierte Fläche die, vom Hilfsmotor geleistete
Arbeit dar. Der Arbeitsüberschuß dient zur Bewegung der Brennstoffpumpe 23 und allenfalls
noch zum Betrieb der Pumpe zur Aufrechterhaltung des Kreislaufs des Wärmeträgers.
Die Unterteilung des Abkühlungsvorganges der Verbrennungsprodukte in eine vor dem
Hilfsmotorzylinder gelegene Stufe DC und eine dahinter gelegene Stufe EF erfolgt
unter dem Gesichtspunkt, daß die Temperatur des in den Hilfsmotorzylinder strömenden
Gases nicht so hoch sein darf, daß eine Gefährdung des Werkstoffes der Kolben, Zylinderwände
odei-Ventile eintritt, und andererseits nicht zu tief sein darf, weil sonst der
erforderliche Arbeitsüberschuß nicht mehr vorhanden ist.
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Um die Heizvorrichtung möglichst einfach und gedrängt zu bauen, so
daß man sie neben dein Fahrzeugmotor unter der Motorhaube
leicht
unterbringen kann, ist es zweckmäßig, sie in der in Fig. 3 dargestellten Weise anzuordnen.
Der Luftverdichter i, der Windkessel 6, die Verhrennungskammer io, der Hilfsmotor
14, die Wärmeschlange 27, das Schwungrad 2e, und die Brennstoffpumpe 23 sind auf
einer:. gemeinsamen Grundplatte 28 so aufgebaut, -daß die zur Heizung dienenden
Teile io, 14 und 27 sich auf der Unterseite, die übrigen sich auf der Oberseite
befinden. Die Platte 28 wird mittels eines Flansches als Deckel auf einen Behälter
29 aufgeschraubt, der mit Hilfe der Rohre 30 und 3 1 in den Kreislauf
des Wärmeträgers eingeschaltet ist. Durch Lösen der Schrauben kann die ganze Anlage
abgenommen und erforderlichenfalls gereinigt oder instandgesetzt werden. Der Wärmeaustauscher
27 ist in der vorliegenden Ausführungsform als Röhrenvorwärmer ausgebildet, um dem
Strom der Verbrennungsgase einen möglichst geringen Widerstand entgegenzusetzen.
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Die beschriebene, Einrichtung zeichnet sich durch einfachen Aufbau
und große Betriebssicherheit aus. Da der Hilfsmotor keine weitere mechanische Arbeit
als die Überwindung der Leerlaufreibung, den Antrieb der Fördereinrichtungen und
gegebenenfalls den einer kleinen Umlaufpumpe für den Wärmeträger zu leisten hat,
kommt es hier nicht auf einen besonders hohen Wirkungsgrad an. Der Hilfsmotor kann
daher lediglich nach dem Gesichtspunkt der Einfachheit, Billigkeit und Betriebssicherheit
gebaut werden.
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An Stelle der beschriebenen Heizeinrichtung, bei welcher die Wärme
zum Teil zum Antrieb der Fördereinrichtungen ausgenützt wird, kann man gemäß der
Erfindung auch eine Heizanlage anwenden, bei der beispielsweise die Luft für das
Brennstoff-Luft-Gemisch aus einer Druckflasche zugeführt wird und hierbei den Brennstoff
selbsttätig mitreißt, oder man kann auch den Brennstoff aus einem Falltank ohne
Zuhilfenahme von besonderen Pumpen dem Verbrennungsraum zuführen.