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Vorrichtung zum Zuführen staubförmigen festen Brennstoffes in die
Vorkammer einer Brennkraftmaschine, Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Zuführen staubförinigen festen Brennstoffes vor bzw. beim Beginn der Verdichtung
in eine mit dem Arbeitszylinderraum einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine in
offener Verbindung stehende Vorkammer durch Erzeugung eines Unterdruckes in der
Vorkammer gegenüber der Brennstaubzuführung.
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Es ist bekannt, die Vorkammer durch den in ihr zeitweise herrschenden.
Unterdruck aufzuladen. Dieser Unterdruck wird während des Saughubes vom Arbeitskolben
erzeugt, da die Vorkammer mit dem Zylinderraum in offener Verbindung steht. Um das
vorzeitige Durchfallen von Brennstaub in den Arbeitszylinder möglichst einzudämmen,
hat man die Vorkammer durch Drosselöffnungen mit dem Zylinderraum verbunden. Diese
Drosselöffnungen allein können aber den vorzeitigen Einfall von Staub in den Zylinder
nicht verhindern, dä sie nicht zu kleinen Durchmesser erhalten dürfen wegen der
sonst beim Ausblasen auftretenden zu großen Drosselwirkung. Da die Vorkammer während
des Rufladens mit Staub mit der freien Atmosphäre in Verbindung kommt, gleicht sich
der Unterdruck in der Vorkammer sehr schnell aus, so daß dann eine Strömung von
der Vorkammer zum Zylinder einsetzt,' die den Staub unverbrannt und vorzeitig -in
den Zylinderraum bringt, wo er sich an den geschmierten Wänden absetzt und den Betrieb
des Motors stört.
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Besonders bei großem Zylinderdurchmesser
tritt beim
Auffüllen der Vorkammer in dieser ein höherer Druck ein als im Zylinder, da der
Durchströmquerschnitt des Lufteinlaßventils zum Zylinder nur eine begrenzte Größe
erhalten kann und somit beim Saughub ein hoher Unterdfuck im Zylinder auftritt,
insbesondere bei hohen Drehzahlen. Infolgedessen werden die Staubteilchen unweigerlich
schon während des Saughubes aus der Vorkammer in den* Zy linder hineingesaugt.
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Ein Laden der Vorkammer mit Staub durch den vom Arbeitskolben erzeugten
Unterdruck ist daher nur am Ende des Ansaughubes und zu Beginn der Verdichtung möglich,
wenn der Druck in der Vorkairimer unter Umständen dem Druck im Arbeitszylinder etwas
nacheilt. Aber auch hierbei läßt sich das vorzeitige Eintreten von Staub in den
Zylinder nicht vermeiden, da der Zeitpunkt für das Öffnen des Staubeinlaßventils
sich nicht genau genug bestimmen läßt. Die Druckverhältnisse in der Vorkammer und
im Arbeitszylinder ändern sich je nach der Kolbengeschwindigkeit und dein Öffnungszustand
des Lufteinlaßventils im Zylinder infolge der Drosselung durch die Verbindungsöffnungen
zwischen Vorkammer und Arbeitszylinder. Aus diesen Gründen ist es auch unmöglich,
bei wechselnder Drehzahl die Vorkammer mit der erforderlichen bestimmten Menge Staub
zu laden.
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Diese unsicheren und den Betrieb außerordentlich erschwerenden Umstände
werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der Unterdruck in der Vorkammer durch
eine besondere Saugpumpe erzeugt wird. Das Hubvolumen der Pumpe wird hierbei zweckmäßig
gleich oder wenigstens annähernd gleich dem Vorkammervolumen gemacht, so daß die
bei den bekannten Maschinen durch das ungleiche Volumenverhältnis zwischen Vorkammer
und Arbeitsraum entstehenden Schwierigkeiten bei der Vorkammerfüllung vermieden
sind. Durch Steuerung des Lufteinlaßventils für die Pumpe kann eine beliebige Unterdruckhöhe
und damit ein beliebiger Füllungsgrad der Vorkammer erzielt werden. Das Lufteiniaßventil
der Pumpe kann z. B. mit dem Maschinenregler verbunden sein und in seinem Hub vom
Regler eingestellt werden, so daß durch die Unterdruckregelung in der Vorkammer
der Brennstaubzutritt zur Vorkammer selbsttätig entsprechend der Maschinenbelastung
geregelt wird.
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Durch die Erzeugung des Unterdruckes mittels der besonderen Pumpe
wird beim Aufladen der Vorkammer stets ein größerer Unterdruck in der Vorkammer
aufrechterhalten als im Zylinder und dadurch eine Luftströmung von dem Zylinderraum
zur Vorkammer durch die Drosselöffnungen hindurch erzielt, wodurch der vorzeitige
Ausfall von Staub in den Zylinder mit absoluter Sicherheit vermieden wird.- Das
ist für den Betrieb eines Staubmotors von ausschlaggebender Bedeutung.
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Das Ventil zum Abschluß des Pumpenzylinders gegen die Vorkammer öffnet
zweckmäßig in bezug zum Pumpenzylinderrauin nach außen, so daß es von dein Verbrennungsdruck
in der Vorkammer auf jeden Fall geschlossen gehalten wird; (las Schließen kann selbsttätig
erfolgen. Die Ladepumpe bleibt somit vom Arbeitsdruck frei, und es kann kein Staub
in sie hineingeblasen werden.
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Den Brennstoff mittels einer Pumpenvorrichtung in eine besondere Kammer
einzusaugen, die dein Arbeitszylinder vorgelagert ist, ist bei Brennkraftmaschinen
für staubförmige Brennstoffe bekannt. Bei den bekannten Brennkraftmaschinen ist
diese besondere Kammer jedoch der Vorkammer vorgelagert und gegen sie durch ein
gesteuertes Ventil abgeschlossen, außerdem wird der Staub mittels der Pumpenvorrichtung
aus dieser Kammer in die Vorkammer gedrückt.
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Es ist weiterhin nicht mehr neu, die enge Verbindungsöffnung zwischen
Vorkammer und Arbeitszylinderraum. während des Einladens von Brennstoff bis zum
Verdichtungsbeginn mittels eines gegebenenfalls gesteuerten Drosselkörpers zu verengen
oder ganz zu verschließen. Diese Maßnahme setzt natürlich voraus, daß die Verbindungsöffnung
auch für einen Drosselkörper zugänglich ist; sie ist also nur für bestimmte Bauarten
anwendbar. Wenn mehrere schmale Verbindungsöffnungen vorhanden sind, dürften sich
Schwierigkeiten ergeben. Bei einer solchen Drosselung oder Absperrung der Verbindung
zwischen Vorkammer und Arbeitszylinderrarim kann selbstverständlich der Unterdruck
in der Vorkammer nicht mehr vorn Arbeitskolben her erzeugt werden. Der bekannte
Vorschlag sieht deshalb eine besondere Absaugeleitung an der Vorkammer vor, die
an den Spül- oder Aufladeverdichter angeschlossen ist, so daß dessen Unterdruck
beim Saughub gleichzeitig auch auf die Vorkammer einwirkt. Entgegen der Erfindung
steht also bei dieser bekannten Brennkraftmaschine die Vorkammer mit dem Arbeitszylinderraum
nicht in offener Verbindung, sondern die Verbindung erfolgt über ein gesteuertes
Ventil. Bei der bekannten Maschine erfolgt die Sperre gegen ein vorzeitiges Ausfallen
des Staubes .aus der Vorkammer während des Saughubes des Motorkolbens durch ein
gesteuertes Ventil, beim Gegenstand der Erfindung dagegen durch Erzeugung einer
Strömung vorn Arbeitszylinder in die Vorkammer. Durch die Erfindung wird ein besonderes
Ventil im Verbindungskanal
überflüssig gemacht, also an einer Stelle,
die den heißen Verbrennungsgasen besonders stark ausgesetzt ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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i ist der Arbeitskolben und 2 der Arbeitszylinder, der ein Lufteinlaßventil3
Ad ein Auspuffventil q. besitzt. 5 ist die Vorkammer, die mit dem Zylinder 2 durch
kleine Öffnungen 6 verbunden ist. Der Kanal 7 dient zum Zuführen des Staubes zu
'der Vorkammer. Der Zutritt ist-durch ein gesteuertes Ventil 8 abgeschlossen.
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Die Vorkammer 5 ist erfindungsgemäß mit einem Pumpenzylinder 9 z.
B. über eine Leitung io verbunden. i i ist das Lufteinlaßventil für den Pumpenzylinder
9 und 12 ein Ventil, das die Verbindung zwischen der Pumpe und der Vorkammer- 5
steuert und nach außen öffnet. Die Steuerung des Ventils 12 erfolgt z. B. über ein
Gestänge 13 im Takt des Motors. Das Ventil i i kann mit dem Maschinenregler verbunden
sein, von dem aus es in seinem Hub verstellt wird.
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Während des Saughubes des Kolbens i saugt auch der Pumpenkolben 1d..
Das Einlaßventil ii ist jedoch in Abhängigkeit von dem Maschinenregler so eingestellt,
daß ein mehr oder weniger großer Unterdruck in dem Zylinder 9 entsteht. Schon während
des Saughubes oder am Ende des Saughubes oder auch zu Beginn des Verdichtungshubes
des Kolbens i wird das Ventil 12 geöffnet und der in der Pumpe 9 erzeugte Unterdruck
(der Kolben 1q. kann noch saugen oder die äußere Totpunktlage bereits erreicht haben)
pflanzt sich durch die Leitung i i in die Vorkammer 5 fort und erzeugt in der Vorkammer
5 einen Unterdruck, der größer -ist als der Unterdruck im Zylinderraum 2. In diesem
Augenblick wird das Staubeinlaßventil8 geöffnet und der Staub durch den Unterdruck
der Vorkammer 5 angesaugt. Da der Unterdruck in der Vorkammer 5 größer ist als im
Zylinder 2, kann der Staub aus der Vorkammer nicht vorzeitig ausfallen.
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Die Pumpe 9 kann während des Verdichtungshubes, der mit dem Verdichtungshub
des Arbeitskolbens zusammenfällt oder annähernd zusammenfällt, mit der Vorkammer
in Verbindung gebracht werden und hierdurch Wirbelungsluft sowie zusätzliche Verbrennungsluft
in das an sich sehr luftarme Gemisch der Vorkammer hineingepumpt werden.
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Das Ventil i i kann gegebenenfalls, wenn eine sehr Hohe Auffüllung
der Vorkammer mit Brennstoff erforderlich ist, ganz ge-" schlossen bleiben. Jedenfalls
ist durch die Verbindung des Lufteinlaßventils i i mit dem Maschinenregler eine
sehr einfache Regelung der Maschinendrehzahl in Abhängigkeit von der Belastung möglich.
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Es ist selbstverständlich, daß sich die Erfindung nicht nur in der
beschriebenen Weise verwirklichen läßt, sondern viele Abänderungen rrtöglich sind,
vor allen Dingen hinsichtlich der Steuerung der einzelnen Ventile. Die Steuerung
der einzelnen Ventile, insbesondere des Lufteinlaßventils 3 und des Ventils 12,
wird so aufeinander abgestimmt, daß auch tatsächlich jederzeit während des Ladezeitabschnittes
in der Vorkammer ein größerer Unterdruck herrscht als im Zylinderraum.