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Brennkraftmaschine für staubförmige Brennstoffe Die Erfindung bezieht
sich auf eine Brennkraftmaschine für staubförmige Brennstoffe mit je einem gesteuerten.
Luftverdichter-. zylinder für einen Arbeitszylinider zum Einblasen des Brennstoffes
in den Arbeitszylinr der oder in eine Vorkammer und mit Anordnun- eines gesteuerten.
Ventiles in' der Verbindungsleitung zwischen Verdichterhubraum undArbeitszylinder
bzw. Vorkammer. Brenn-, kraftmaschinen dieser Art sind bereits be-. kannst; bei
ihnen kommt der Hilfsverdichterhubraum während jedes Spieles des Arbeitskolbens
nur einmal mit dem Arbeitsraum des Motorzylinders in Verbindung, 'und zwar um den
Brennstoff einzublasen. Bei einer bekannten Ausführung saugt der Hilfsverdichter
auch noch den Brennstaub vorher aus einem Vorratsraum an. In jedem Falle dient aber
der Hilfsverdichter ausschließlich der Einführung des Brennstoffes in den Arbeitszylinder
bzw. die Vorkammer.
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Die Erfindung liegt in der Erkenntnis, daß der zur Ladung der Vorkammer
bzw. des Arbeitszylinders vorgesehene Hilfsverdichter noch anderen Zwecken -.dienen
kann als nur der Brennstofförderung und sich infolgedessen besser ausnutzen läßt
mit dem Ziele einer Leistungssteigerung der Brennkraftmäschine. Erfindungsgemäß
dient die verdichtete Ladung eines bzw. mehrerer weiterer Arbeitshübe des. mit der
mehrfachen, .z. B. dreifachen Drehzahl des Motors laufen-.den Verdichters jeweils
nach Öffnung des Ventils zwischen Verdichterhubraum und, Arbeitszylinder sowie bei
abgeschlossener Brenn-° stoffzufuhr zur Spülung oder Nachladung des
Arbeitszylinders
bzw. der Vorkammer mit Luft bzw. jeweils zur Spülung und Nachladung.
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Die Erfindung ist sowohl bei Viertakt- als auch bei Zw eitaktmaschinen
anwendbar.
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Bei mit zweifacher Drehzahl des Motors laufendem Verdichter dient
der eine Verdichterd.ruckhub zum Einblasen des Brennstoffes während des Verdichtungshubes
der Bremskraftmaschine und der zweite Verdichterdruckhub zum Nacheinblasen von Verbrenn,ungsluft
und zur Ausspülung der Vorkammer von Brennstoffrückständen während des Arbeitshubes.
Beim Viertaktmotor fällt darüber hinaus ein weiterer Druckhub in den Motorensaughub
und hilft beim Aufladen des Arbeitszylinders mit Luft, während ein vierter Verdichterdruckhub
in den Auspuffhub des Motorkolbens fällt und die Ausspülung der Verbrennungsrückstände
verbessert.
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Bei mit dreifacher Drehzahl laufendem Verdichter und bei einem Zweitaktmotor
erfolgt einer der Verdichterdruckhübe während des Verdichtungshubes des Motors und
bläst nach Öffnung einer in die Verbindungsleitung mündenden Brennstoffzuleitung
den Brennstoff in die Vorkammer oder in den Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine
ein. Ein zweiter Verdichterdruckhub erfolgt bei geschlossener Brennstoffzuleitung
während des Arbeitshubes des Motorkolbens (Nachlieferung von Verbrennungsluft) und
ein dritter gegen Ende des Arbeitshubyes oder zu Beginn des nächsten Hubes bei geöffnetem
Arbeitszylinderauslaßventil bzw. offenen Spülschlitzen (Ausspülung) des Motors.
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Aber auch. ein mit der vierfachen Drehzahl des Motors laufender Verdichter
bliebe durchaus im Rahmen der Erfindung und hätte einen Sinn. In diesem Falle würde
z. B. ein Verdichterdruckhub in die erste Hälfte des Arbeitshubes der Kraftmaschine
fallen und etwaige Brennstoffreste aus der Vorkammer ausblasen. Ein zweiter Verdichterdruckhub
würde in der zweiten Hälfte des Motorarbeitshubes erfolgen zum Nacheinblasen von
> Verbrennungsluft. Ein dritter Verdichterdruckhub ,in der ersten Hälfte des Verdichtungshubes
könnte zur Erhöhung der Verdichtung im Arbeitszylinder dienen und der vierte Druckhub
zum Einblasen .des Brennstoffes.
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Beim Viertaktmotor würden bei .dreifacher und vierfacher Drehzahl
des Verdichters gegenüber dem Motor die in -den Saug- und Auspuffhub -des Motorkolbens
fallenden Verdichterdruckhübe zum Aufladen mit Verbrennungsluft und zum Spülen dienen
Bei Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Spülpumpe ist es bekannt, die Spülpumpe mit
einer größeren Geschwindigkeit anzutreiben als den Motor. Diese Vorschrift soll
aber nur besagen, daß die Spülluftpumpe nach Maßgabe der Zahl der verwendeten Arbeitszylinder
mit größerer Geschwindigkeit läuft, z. B. bei einer Dreizylindermaschinedreimal
so schnell als der Motor. Während eines Arbeitsspieles jedes Motorzylinders kommt
die Spülluftpumpe nur einmal mit ihm in Verbindung, und zwar zum Spülen. Ferner
sind Brennkraftmaschinen bekannt mit einem Arbeitskolben und einem zweiten Kolben,
der die Ein- und Auslaßöffnungen des Arbeitszylin-,ders steuert und nur halb so
viele Hübe ausführt als .der Arbeitskolben. Die beiden von den Kolben abgeschlossenen
Räume sind in ständiger Verbindung und arbeiten schon allein aus diesem Grunde in
ganz anderer Weise zusammen als derArbeitszylinder bzw. ,die Vorkammer mit dem durch
ein gesteuertes Ventil von ihnen zeitweise abgeschlossenen Hilfsverdichterhubnaum
beim Erfindungsgegenstand.
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Erfindungsgemäß kann die Ansaugluft des Hilfsverdichters durch einen
die Vorkammerwandungen umgebenden Mantel hindurchgeführt werden. Die Vorkammer wird
also gegen allzu große Erhitzung ihrer Wandungen geschützt und außerdem die zum
Einblasen des Brennstoffes und zur Nacheinblasung von 'Verbrennungsluft dienende
Luft vorgewärmt.
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Der Zylinderraum des Motors kann mit dem Zylinderraum des Verdichters
durch einen offenen, von den beiden Kolben des Motors bzw. .des Verdichters gesteuerten
Kanal verbunden sein. Der Verdichter übernimmt dann während des Verdichtungshubes
des Motorkolbens einen Teil der bereits verdichteten Verbrennungsluft und bringt
sie bis zum Ende seines Verdichtungshubes auf einen sehr hohen Druck zum Einblasen
des Brenmstoffes in; den Arbeitszylinder bzw. in die Vorkammer.
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Inder Zeichnung ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen
schematisch dargestellt.
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Abb. i bis 3 zeigen Längsschnitte durch je ein Ausführungsbeispiel.
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In der Zeichnung ist fl der Motorzylinder, der von einem Kühlmantel
B umgeben ist. P ist der Motorkolben. Neben dem Motorzylinder ist -der Zylinder
O des Luftverdichters angeordnet mit dem Verdichterkolben K. Zwischen den Zylindern
A und O ist ein offener Kanal G angeordnet, dessen Öffnungen H und I von den Kolben
P und K gesteuert werden. Oberhalb des Motorzylinders ist z. B. eine Vorkammer D
vorgesehen, die mit dem Arbeitsraum des Motorzylinders durch einen Kanal M verbunden
ist. Die Vorkammer -D ist von einem Raum U umgeben, der durch
eine
Öffnung C mit der Außenluft in Verbindung steht und durch das Saugventil T gegen
den Verdichter abgeschlossen ist. - Der Verdichter steht über einen Kanal mit der
Vorkammer D in Verbindung, der durch eine Düsennadel F -abgeschlossen ist. Bei.
E mündet in diesen Kanal eine von der Wirbelkammer R kommende Bohrung, die gegen
-die Wirbelkammer -durch ' .das Ventil S abgeschlossen ist. Die Ventile S iln@d
F sind gesteuert.
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Es sei angenommen, .daß bei -dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i die
Kurbelwelle L des Verdichters dreimal so schnell umläuft wie die Kurbelwelle Q des
Motors.
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Wenn der Motorkolben P im oberen Totpunkt beim Verdichtungshub steht,
steht gleichzeitig auch der Kolben K des Hilfsverdichters im oberen Verdichtungstotpunkt.
Bei Drehung der Kurbelwellen L und, Q geht der Verdichterkolben K abwärts und saugt
dabei ,durch das selbsttätige Saugventil T, durch die Lufteintrittsöffnung C und
den Vorkammerkühlraum U Luft aus der Außenluft an, wobei die Vorkammer zugleich
mit Luft gekühlt wird. Nach einer halben Umdrehung der Verdichterkurbelwelle L hat
sich die Kurbelwelle Q des Motorkolbens P um 6o ° gedreht. Diesem Kurbelweg von
6o° entspricht im vorliegenden Falle (es handelt eich um einen Zweitaktmotor) die
Zündperiode des Motorzylinders. Im weiteren Verlauf der Drehung der Kurbelwelle
L wird die vom Verdichter angesaugte Luft über die gesteuerte Düsennadel F bei geschlossenem
Staubventil S in die Vorkammer des Motorzylinders eingeblasen und wirkt dort als
heiß eingeblasene, hochverdichtete Luft durch die Nachlieferung von Sauerstoff außerordentlich
günstig auf den Fortgang der erst begonnenen Verbrennung ein. Die nachträgliche
Zuführung von Sauerstoff ist beim Staubmotor von besonderer Wichtigkeit.
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Während des Durchblasens der Ver:dichterladungdurch die Vorkammer
in den Motorzylinder hinein ist der Motorkolben P von 6o' auf i2o ° Kurbelweg weitergegangen.
Die Dehnungsperiode im Motorzylinder ist damit im wesentlichen beendet.
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Der Hilfsverdichter saugt nun von neuem eine Luftladung durch das
Saugventil T an; und der Motorkolben kommt bis zum unteren Totpunkt beim Entspannungsvorgang.
Darauf schiebt der Verdichterkolhen die angesaugte Luft durch die Vorkammer hindurch
durch die Spülschlitze des Motorzylinders oder durch ein am Vorkammerraum angebrachtes
Auslaßventil nach außen. Nach Beendigung des zweitem Arbeitsganges desVerdichterkolbens
K steht der Motorkolben P in einer Stellung, die einem Kurbelwinkel vorn 6o' über
dem unteren Totpunkt entspricht. Der Verdichterkolben saugt nun wieder durch das
Saugventil T eine Luftladurng an. Wenn die Kurbel des Motorkolbens P etwa 65 ° vor
dem oberen Totpunkt stehtf gibt der Verdichterkolben die Öffnung I des Durchtrittskanals
G frei, und ein Teil der verdichteten Verbrennuhgsluft des Motorzylinders strömt
in den Zylinder es Verdichters ein. Kurz danach wird die Öffnung H .des Kanals G
und dann :auch die Öffnuilg I durch die Kolben P und K abgeschlossen. Die mit etwa
35 Atm. in den Luftverdichter eingeströmte Verbrennungsluft wird weiterverdichtet
und kommt auf einen Druck, der größer ist als der Verdichtungsenddruck im Motorzylinder
bzw. in der Vorkammer D. Im Augenblick der höchsten. Verdichtung,des Luftverdichters
wird die Düsennadel F und unmittelbar darauf das Auslaßventil S der Wirbelkammer
geöffnet, so daß die- vom Verdichter zur Vorkammer unter sehr hohem Druck durchströmende
Lufteinen Teildes in- der Wirbelkammer :befindlichen Staub-Luft-Gelnisches in die
Vorkammer mitreißt. Die beiden Kolben sind nunmehr wieder im oberen Totpunkt angelangt.
Hiernach wiederholen sich die Arbeitsvorgänge in der beschriebenen Weise.
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Der Luftverdichter kann, wie die Abb.2 zeigt, auch so angeordnet werden,
daß seine Längsachse zu der Längsachse des Motorzylinders senkrecht steht, oder
er kann oberhalb des Motorzylinders angeordnet werden, wie Abb. 3 zeigt. In allen
Fällen ist die Anordnung so getroffen, daß dne Verbindungen ,zwischen Luftverdichter,
Vorkammer, Motorzylinider und, Wirbelkammer möglichst kurz bleiben.
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Es sind selbstverständlich baulich viele Änderungen -der Ausführungsbeispiele
im Rahmen der Erfindung möglich. Die Kurbelwelle L des Luftverdichters kann auch
die gleiche, zweifache oder vierfache Drehzahl der Motorkurbelwelle Q besitzen.