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Brennkraftmaschine, insbesondere für staubförmige Brennstoffe Die
bekanntgewordenen Kolbenbrennkraftmaschinen für feste, staubförmige Brennstoffe
haben infolge der bei der Verbrennung sich bildenden harten Verbrennungsrückstände
einen sehr großen Verschleiß, insbesondere an Kolben und Zylinder bzw. an den diese
Teile ersetzenden Stücken. Zur Verminderung des Verschleißes ist vorgeschlagen worden,
die Verbrennungsrückstände durch eine Flüssigkeit oder ein Gas von den Reibflächen
des Kolbens und des Zylinders fernzuhalten. Diese Vorschläge konnten jedoch noch
keine befriedigenden Erfolge bringen.
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In den Fällen, wo über dem Kolben eine geschlossene Flüssigkeitssäule
lagert, so daß die Verbrennungsgase zuerst auf diese und über diese erst auf den
Kolben wirken, bestehen die Nachteile, daß einerseits die Verbrennungsrückstände
teils durch die Flüssigkeit hindurch doch noch zu Kolben und Zylinder gelangen und
daß andererseits die vom Kolben auf und ab bewegte 'Oberfläche der Flüssigkeitssäule
im Verbrennungsraum spritzt und den Betrieb stört, sobald die Flüssigkeitssäule
rasch bewegt wird und sie ihre Bewegungsrichtung rasch ändern rriuß bzw. sobald
höhere Drehzahlen erreicht werden sollen.
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Bei Ausführungsformen, die das Aufundabpendeln einer Flüssigkeitssäule
vermeiden wollen dadurch, daß sie bei einem stehenden Zylinder nur den - unteren
Zylinderteil dichtend am Kolben anliegen lassen und über dieser Dichtungsstelle
zwischen Kolben und Zylinderwand mit einer Spülflüssigkeit den Kolben ringsum soweit
aufwärts spülen, daß der Kolbenboden, in seiner unteren Totpunktlage angelangt,
noch nicht überspült wird, ist nachteilig, daß ein schmaler, ringförmig um den oberen
Kolbenteil herumliegender und darum für die Verbrennung sehr ungünstiger Verdichtungsraum
entsteht und daß überdies das Flüssigkeitsspritzen doch nicht zufriedenstellend
vermieden wird, weil der Kolben immer noch Teile der nur unter Erdbeschleunigung
stehenden Flüssigkeit in den Verbrennungsraum mitreißt.
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Bei anderen-Ausführungsformen, die ebenfalls ohne Flüssigkeitssäule
über dem bewegten Kolben arbeiten und bei denen auch der obere Kolbenteil dichtend
an der Zylinderwand anliegt und wo zwischen Kolben und Zylindergleitbahn absatzweise
eine Spülflüssigkeit oder ein Spülgas unter, hohem Druck eingeführt wird, bestehen
folgende Nachteile: Diese Maschinen werden verwickelt und teuer im Bau, weil sie
zur Niedrighaltung des Verschleißes nach dem Dieselprinzip arbeiten müssen bzw.
bei ihnen verhütet werden muß, daß .Brennstaub schon während des Ansaughubes und
des Verdichtungshubes in den Brennraum gelangt, wo er an den hier ölbenetzten Gleitflächen
festkleben, d. h. eine Schmirgelpaste bilden und Kolben und Zylinder rasch abnützen
würde. Weiter bauen sich diese Maschinen umständlich und teuer wegen der benötigten,
verwickelten Spülvorrichtungen für Kolben und Zylinder. Im Betriebe
sind
diese :Maschinen empfindlich und störungsreich, z. B. kann das Undichtwerden von
Ventilen in den Spülleitungen oder das Festsetzen von Kolbenringen verhängnisvoll
werden. Der Eigenkraftverbrauch der Maschinen ist groß, insbesondere bei Verwendun,
von Spülgasen. Gleichfalls groß ist der Schmierölverbrauch. Trotz der Spülvorrichtungen
treten noch erhebliche Abnützungen an Kolben und Zylinder auf.
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Die vorliegende Erfindung besteht nun hauptsächlich in der Anordnung
von Spülflüssigkeit. Verbrennungsraum und Kolben so zueinander, daß das Herumspritzen
von Flüssigkeit im Verbrennungsraum auch bei höheren Drehzahlen, ebenso das Zustandekommen
eines ungünstigen Verbrennungsraumes, vermieden wird und doch die Dichtungsflächen
zwischen Verbrennungsraum und Kolben völlig frei gehalten werden von Verbrennungsrückständen
und auch von Brennstaub, wenn solcher schon während des Ansaugetaktes in den Brennraum
gelangt (z. B. bei Anwendung des Verpuffungsverfahrens).
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend an zwei Atrsführungsforrnen
gezeigt.
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Ausführungsform I ist ini Schnitt in Abb. i schematisch dargestellt.
"Zwei einander gegenüberliegende ringförmige Gehäuse cr und b (hier Gehäusekolben
genannt) sind mittels der Auslegerarme c an der Rohrwelle d starr befestigt, und
-zwar jeder Gehäusekolben gleich weit von der Rohrwelled entfernt. Die Rohrwelle
d und die daran befestigten Gehäusekolben u und h sind in dein Maschinengestell
e 11111 die Rohrlängsachse A-A drehbar gelagert. In den Gehäusekolben
a ist der einseitig reit einem Boden geschlossene Zyiintler f und in den Gehäusekolben
h ein gleicher Zylinder b, mit der Außenwand im Gehäusekolben dichtend, eingesetzt.
Diese Zylinder f und g sind über die auf den Auslegerarmen c drehbar gelagerten
Winkelhebel lt bzw. i und .weiter über den Kreuzkopf le und die Pleuelstange 1 verbunden-
reit der ini 2vIaschinengestell gelagerten Kurbelwelle m und bewegen sich beim Drehen
der Kurbelwelle in den jeweiligen Gehäusekolben hin und her. Von der Kurbelwelle
in aus wird über die Riemenscheibe n, den Riemen o, zwei am Maschinengestell sitzende
Umlenkrollen p und die Rienienscheibe q auch der Läufer in Drehung versetzt, der
aus der Rohrachse d und den daran befestigten Teilen, wie Auslegerarmec, Winkelhebel
h. und i, Gehäusekolben a und b
und den darin gleitenden Zylindern
f und g, besteht. Gleichzeitig mit dem Heraus- und Hineinbewegen der Zylinder f
und g durch die Kurbelwelle werden also durch die gleiche Kurbelwelle auch die Gehäusekolben
und die Zylinder in Drehung um die Achse A-A versetzt, so daß eine in den ringförmigen
Hohlraum der Gehäusekolben gegebene Hilfsflüssigkeit r ihre Oberfläche etwa parallel
zum gegenüberliegenden Zylinderboden einstellt infolge der auftretenden Fliehkräfte.
Der Raum zwischen der Oberfläche der Hilfsflüssigkeit und dem jeweiligen Zylinderboden
ist der Arbeits- bzw. Verbrennungsraum. Wird als Arbeitsverfahren das Viertaktverpuffungsverfaliren
angewandt, so wird ein Brennstoffluftgemisch beim Nachinnengehen der Zylinder durch
in der Abbildung nicht dargestellte Einlal@ventile in die Verbrennungsräume gesaugt,
beire folgenden Nachaußengehen der Zylinder verdichtet und dann durch gleichfalls
nicht dargestellte Zündkerzen entzündet, worauf die entstehende Verpuffung die Zylinder
nach innen dringt und dabei die Kubelwelle und ebenso den als Schwungrad wirkenden
Läufer treibt. Beim folgenden Nachaußengehen der Zylinder werden dann die Verbrennungsgase
durch Auslaßventile s und t ausgepufft, die auf dem inneren Teil (dem Dom) der Gehäusekolben
sitzen können. =yndere Arbeitsverfahren für Brennkraftmaschinen, so das Dieselverfahren,
lassen sich sinngemäß anwenden.
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Ein Spritzen der Hilfsflüssigkeit in die Verbrennungsräume tritt auch
bei größeren Drehzahlen nicht auf, weil die Fliehkräfte dein entgegenwirken und
weil die Flüssigkeitssäulen bei dünner Zylinderwand kaum Bewegungen zur Drehachse
A-A hin ausführen. Baulich wäre es auch möglich, jede Bewegung der Flüssigkeitssäulen
zur Drehachse hin zu unterbinden.
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Verbrennungsrückstände und Brennstaub können nicht zu den Dichtungsflächen
zwischen Zylinder und Gehäusekolben gelangen. Soweit solche Teile leicht sind, verbleiben
sie schwimmend auf der Oberfläche der Hilfsflüssigkeit; soweit die Teile aber schwer
sind, bewegen sie sich in der Flüssigkeit nach außen zum Boden der Gehäusekolben
hin und verbleiben dort ohne zur Dichtungsfläche nach innen zu steigen. Die rasch
umlaufenden Gehäusekolben wirken dabei ähnlich einer Schmutzzentrifuge. Um zu verhüten,
daß die Hilfsflüssigkeit in den Gehäusekolben zu warm wird, kann fortlaufend warme
Flüssigkeit gegen kühlere ausgewechselt werden, und es können dabei gleichzeitig
die auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmenden Teile abgeführt werden. Dies läßt
sich notfalls ohne besondere Flüssigkeitspumpe z. B. in der Weise ermöglichen, daß
während des Saughubes nicht, wie oben beschrieben, nur Brennstoffluftgernisch angesaugt.
wird, sondern durch die Saugleitung ra an dem Rückschlagventil
v
vorbei gleichzeitig auch so viel kühle Flüssigkeit angesaugt wird, daß etwas Flüssigkeit
über die Auslaßventile s und t tritt, wenn die Zylinder bei dem folgenden Verdichtungshube
in die äußere Totpunktlage kommen. Diese Flüssigkeit verbleibt während des dann
folgenden Verbrennungshubes über den Auslaßventilen, hilft abdichten und schützt
bei gelegentlichen kleinen Undichtigkeiten vor dem Ausbrennen; sie wird erst bei
dem folgenden Auspuffhube zusammen mit den Verbrennungsgasen durch die Auslaßventile
ausgestoßen, worauf bei dem folgenden Ansaughub wieder neue, kühle Flüssigkeit angesaugt
wird. Die auf den Böden der Gehäusekolben sich absetzenden schweren Teile können,
notfalls gleichfalls im Betriebe, durch zeitweise sich öffnende, in der Abbildung
nicht dargestellte Schlammventile oder durch enge, dauernd geöffnete Auslässe in
den Böden entfernt werden und dafür ent= sprechend mehr kühle Flüssigkeit in der
oben beschriebenen Weise angesaugt werden. Damit auch die evtl. in der Hilfsflüssigkeit
schwebend bleibenden Brennstaubteile bzw. Verbrennungsrückstände den Dichtungsflächen
zwischen.Zylinder und Gehäusekolben nicht schaden können, kann unter diese Dichtungsflächen
etwas spezifisch leichtere Flüssigkeit oder Dampf oder ein Gas und darunter, d.
h. weiter nach außen, erst die schwere Hauptflüssigkeit gelagert werden, so daß
auch die in der Hauptflüssigkeit etwa noch schwebenden Teile nicht zu den Dichtungsflächen
steigen können.
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Die Herstellung eines Brennstoffluftgemisches für den Betrieb der
Maschine kann in bekannter Weise erfolgen. Brennstaub, flüssige oder gasförmige
Brennstoffe können dazu verwandt werden. Zur Schonung der Einlaßventile bei Verbrennung
von Brennstaub nach dem Verpuffungsverfahren kann die Anordnung so gewählt werden,
daß zum Schluß jedes Ansaugehubes immer etwas brennstaubfreies Gas, z. B. reine
Luft oder trockenes Brenngas (gleichzeitig Zündgas), durch die Einlaßventile gesaugt
wird und diese dadurch gesäubert werden. Auch können die Einlaßventile ähnlich wie
die Auslaßventile so angeordnet werden, daß sie während des Verbrennungshubes von
etwas Hilfsflüssigkeit bedeckt sind.
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Die vorbeschriebeneAusführungsform kann in ihren Einzelheiten wesentliche
Abweichungen erhalten bzw. weiter durchgebildet sein. Diesbezügliche Lösungen sind
bekannt, sollen aber aus Platzgründen hier nicht erörtert werden, sondern nur einige
beispielsweise angedeutet werden.
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Ausbildung der Maschine so, daß sie ähnlich arbeitet wie die bekannten
umlaufenden Sternmotoren (Flugmotoren), d. h. daß im vorliegenden Falle die umlaufenden
Verbrennungsräume entsprechend den Kolben bei den umlaufenden Sternmotoren an einer
feststehenden Kurbel angelenkt sind.
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Ausbildung der Maschine so, daß die Hilfsflüssigkeit keine Schwierigkeiten
beim In-bzw. Außerbetriebsetzen der Maschine bietet.
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Benützung der Hilfsflüssigkeit, um auch beim Viertaktverfahren die
Verbrennungsgase ziemlich restlos aus den Verbrennungsräumen zu entfernen.
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Ausbildung der Ventile und Brennräume dahingehend, daß eine gute Verbrennung
entsteht.
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Ausbildung des Läufers für geringen Luftcviderstand.
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Ringförmiger Läufer durch Anordnung mehrerer Gehäusekolben um die
Drehachse und Arbeiten der zugehörigen Verbrennungsräume auf eine einzige Kurbel.
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Anordnung mehrerer Läufer über oder beiderseits einer gemeinsamen
Kurbelwelle. Verbesserung der Wärmeausnützung in folgender Weise: Teilverbrennung
im beschriebenen Verbrennungsraum (Zylinder), darauf, unter Zuhilfenahme der Hilfsflüssigkeit,
restloses Auspuffen der brennenden Gase in einen Nachbrennraum, z. B. in den entsprechend
ausgestalteten Mittelteil (Dom) der Gehäusekolben, hier völliges Verbrennen und
weitgehendes Ausnützen der Wärme zum Antrieb des Läufers und der Kurbelwelle in
beliebiger Form, etwa durch Rückstoßwirkung der aus den Nachbrennräumen ausströmenden
Gase und Dämpfe.
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Steigerung der Brenngeschwindigkeit bzw. Brennleistung, insbesondere
bei Verwendung von Brennstaub durch Teilverbrennung im absatzweise arbeitenden Verbrennungsraum
und Restverbrennung im fortlaufend arbeitenden Nachbrennrauin, bei Anwendung des
Verpuffungsverfahrens auch durch Mitansaugen und Mitverbrennen von trockenem Brenngas
als Zündgas.
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Ausführungsform II. Auch hier drehen sich die (Abb. a) Verbrennungsräume
f und g (im Schnitt dargestellt) wie bei Ausführungsform I um eine Achse
A-A und führen in der Drehebene, etwa senkrecht zur Drehrichtung, eine Hubbewegung
aus; auch erfolgt ihre Abdichtung nach außen unter Zwischenschalten einer unter
der Einwirkung von Fliehkräften stehenden, nur eine geringe oder gar keine Hubbewegung
ausführenden Hilfsflüssigkeit. Bei Ausführungsform II tauchen jedoch die Verbrennungsräume
f und g nicht wie bei Ausführungsform I in mitumlaufende Gehäusekolben, sondern
schieben sich auf mitumlaufende" Kolben a bzw. b hin und her. Diese Kolben sitzen
an den Auslegerarmen c
und sind so ausgebildet, daß nur der äußere,
von der Drehachse A-A entferntere Teil der Kolben und der äußere Teil der Verbrennungsräume
dichtend übereinandergleiten. Diesen Dichtungsflächen ist nach den Verbrennungsräumen
bzw. nach der Drehachse A-A hin eine mit Hilfsflüssigkeit arbeitende Spülvorrichtung
vorgelagert, die z. B. in folgender Weise wirken kann: Die Hilfsflüssigkeit fließt
in die Kolben a bzw. b ein, etwa durch die Leitungen u, umspült den der Drehachse
_A-A nächstgelegenen Kolbenteil und die dahin gelangenden Wände der Verbrennungsräume
und wird darauf in geeigneter Weise, etwa durch die Leitungen zu gedrosselt oder
sonstwie gesteuert, wieder abgeführt. Die Höhe der bespülten Kolbenfläche kann gleich
oder größer der Hubbewegung der Verbrennungsräume sein, so daß die mit Brennstaub
oder Verbrennungsrückständen in Berührung kommenden Flächen der Verbrennungsräume
die eigentlichen Dichtungsflächen nicht berühren. Die Zu- und Ableitung der Spülflüssigkeit
kann fortlaufend oder absatzweise erfolgen, im letzteren Falle auch ohne besondere
Pumpe, z. B. ähnlich wie bei Ausführungsform I. Für die Triebwerksteile und den
Ausbau der Ausführungsform 1I gilt sinngemäß das für Ausführungsform I Gesagte.
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Ein Spritzen der Hilfsflüssigkeit in die Verbrennungsräume tritt auch
bei Ausführungsform Il bei größeren Drehzahlen nicht auf. weil die Fliehkräfte dem
entgegen-vvirken und die Hilfsflüssigkeit je nach der Ausführungsforin keine oder
keine wesentlichen Hubbewegungen in den Verbrennungsräumen ausführt. Die vorgeschlagene
Anordnung der Spülung mittels der Hilfsflüssigkeit verhindert, daß Brennstaub oder
Verbrennungsrückstände zu der Dichtungsfläche zwischen Kolben und Verbrennungsraum
gelangen können; sie ermöglicht dies, ohne daß das Entstehen eines für die Verbrennung
ungünstigen ringförmigen Verbrennungsraumes in Kauf genommen werden müßte.
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Die Ausführungsformen I bzw. 1l können dort, wo langsamer Wechsel
der Hubbewegung der Verbrennungsräume möglich ist, auch so ausgeführt werden, daß
ein Gehäusekolben nach I bzw. ein Kolben nach 1I senkrecht feststehend, also nichtumlaufend,
angeordnet wird und dementsprechend der Verbrennungsrauin gleichfalls keine Drehbewegung,
sondern nur eine Hubbewegung senkrecht auf und ab ausführt.