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Brennkraftmaschine für staubförmige Brennstoffe mit einer Vorbrennkammer
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine für staubförmige Brennstoffe
mit einer Vorbrennkammer und seiner einerseits vom Zylinderdeckel, andererseits
vom Kolbenboden am Hubende gebildeten, mit der Vorbrennkammer durch einen in der
Zylinderachse liegenden Kanal verbundenen und diesen Kanal umgebenden Zwischenkammer.
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Es sind Brennkraftmaschinen für flüssige Brennstoffe mit einer Vorkammer
bekannt, die annähernd Kreisringform besitzt und deren Verbindungsöffnung zum Arbeitszylinderr,aum
,am oberen Totpunkt durch einen mittigen kegeligen Kalbenfortsatz verengt wird.
Das in der Vorkammer befindliche Gemisch wird durch den kegeligen Kolbenfortsatz
beim Überströmen in den Arbeitszylinderraum radial auf die ebene Kolbenbodenfiäche
abgelenkt, so daß @es unmittelbar gegen die Zylinderwandung strömt. Die etwa noch
nicht oder nur unvollkommen verbrannten Brennstoffteilchen bleiben hierbei leicht
an der Schmierälschicht der Zylinderwandung hängen. Dies ist besonders nachteilig
beim Betrieb mit staubförmigen Brennstoffen, da neben dem Brennstoffverlust und
der Schmierölverunrein bgung die in das Schmieröl gelangten festen Teilchen einen
hohen Verschleiß der Zylinderwand und des Kolbens verursachen.
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Bei anderen bekannten Brennkraftmaschinen hat man einen rings um die
Zylinderachse gelegten kleeblattförmigen Raum geschaffen, der ,aus einander gegenüberliegenden
ausgerundeten Vertiefungen im Kolbenboden und Zylinderdeckel am Hubende gebildet
wird. Der in radialer Richtung äußerste Rand dieses Raumes hat einen wenn auch verhältnismäßig
geringen Abstand von der Zylinderwandung, so daß der in den Raum eingespritzte Brennstoff
nicht unmittelbar an die Zylinderwandung gelangt, sondern in den
einzelnen
Zweigen des kleeblattförmigen Raumes umliergewirbelt wird. Beim Abwärtsgang des
Kolbens im Arbeitshub kann aber trotzdem das Gemisch ziemlich schnell an die Zylinderwand
gelangen, da die einzeln_n Zweige des kleeblattförniigen Raurens his dicht an die
Zylinderw .and stoßen. Zum Freihalten der Schinierölschicht der Zylinderwand von
Brennstoffteilchen ist diese bekannte Maschine nicht besonders gut geeignet. @V;lni
man dieses Ziel im Auge hat, wäre eine der Größe nach dem kleeblattförmigen Raum
entsprechende preisringförmige Kammer vortLilhafter, die mit ihrem in radialer Richtung
äul'eren Rand erheblich weniger nahe an die Zylinderwand herankäme.
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Schließlich sind noch bekannte Breimkr.aftmaschinen mit einer Vorkammer
zu erwähnen. deren in den eigentlichen Arbeitsraum der Maschine mündender Kanal
das Gemisch in eine Mulde des Kolbenbodens einströmen läfit, der zwar nicht unmittelbar
bis an die Zylinderrand heranreicht, aber durch zur Zylinderachse einseitige Lage
doch so nahe an der Zylinderwand liegt, daß im Arbeitshub schon nach einem geringen
Kolbenweg vom oberen Totpunkt aus ein großer Teil des in der Kolbenbodenmulde befindlichen
Gemisches an die Zylinderwand gelangen kann. Diese Wirkung wird noch durch die vom
Muldenboden in Richtung auf die Zylindertva.nd teilweise sanft ansteigenden Muldenwände
begünstigt. Wenn man also die Zylinderwand vor frühzeitiger Berührung mit dem Brenngemisch
schützen will, ist bei dieser bekannten Brennkraftmaschine kein gutes Ergebnis zu
erwarten.
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Mit der Erfindung sollen die den bekannten Brennkraftmaschinen vorstehend
nachgesagten Nachteile, die gerade bei Betrieb mit pulverförmigen Brennstoffen angesichts
der Verschleißgefahr eine besondere Rolle spielen, beseitigt werden. Die Erfindung
bedient sich hierbei mehrerer an sich bekannter Maßnahmen in gemeinsamer neuer Anwendung.
Erfindungsgemäß besitzt die den zur Vurbrennkammer führenden Kanal umgebende Zwischenkammer
Kreisringfo,rm und sind ferner in die Wände des vorerwähnten Kanals schraubenförmig
verlaufende, zum Hubraum hin zunehmend tiefer gehende Nuten vorgesehen, während
der Kolben mit einem am Ende des Verdichtungshubes den Kanal bis auf die Nuten absperrenden
oder nahezu absperrenden hegelig@i) Ansatz versehen ist.
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Schraubenförmige Kanäle zur Erzeugung einer scfiraui:enförmigen Wirhelli,ewegun-
in einer dein Arbeitszylinderraum vorgelagerten Kammer sind bei Brennkraftmaschinen
bekannt, aber nicht in Verbindung mit den übrigen 1Ierlcmalen der Erfindung. Bei
der Brennkraftmaschine nach der Erfindung wird das aus der Vorbretlnkammer brennend
ausströmende Gemisch zum größten Teil durch die schraubenförmigen Nuten hindurch
in die Zwischenkammer einströmen. Durch die Nuten erhalten die Gemischstrahlen eine
Drehung um die Zylinderachse; sie strömen zufolge der zum Hubraum hin sich vergrößernden
Tiefe der Nuten annähernd tangential in die kreisringförmige Zwischenkammer ein
und erhalten infolgedessen zusätzlich eine um den Mittelkreis der Zwischenkammer
sichdrehendeWirbelbewegung. Beide Wirbelbewegungen zusammen bewirken eine kräftige
und sehr nachhaltige Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft. Ferne wird
durch die zusammengesetzten Wirbelbewegungen dem Inhalt der Zwischenkammer gegenüber
Bew egungen zur Zylinderwand hin ein gewisses Beharrungsvermögen verliehen, so daß
das Gemisch beim Arbeitsgang des Kolbens nicht unmittelbar an die Zylinderwand heranschießt,
sondern sich verhältnismäßig langsam über dem Kolbenboden hinweg bewegt.
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Auch im Verdichtungshub werden mit einer Anordnung gemäß der Erfindung
güilsti@e Erfolge erzielt. Die am Ende des Verdichtun-shubes mit grof,er Geschwindigkeit
in die Zwischenkammer eindringende V erdichtungsluft wird in kräftige Wirbelbewegung
versetzt und der in die Vorbrennkammer durch den Verbindungskanal vom Arbeitszylinder
her einströmenden Luft eine sehr wirksame Wirbelbewegung erteilt, die lim so kräftiger
wird, je mehr sich der Kolben dürr, oberen Totpunkt nähert, weil der kegelige Ansatz
des Kolbens dann den mittleren Teil des Verbindungskanals mehr und mehr absperrt
und nur die schraubenförmigen Nuten frei läßt. Auch in der Vorbrennkarnmer wird
also eine innige Vermischung der Verbrennungsluft mit dem eingeführten Brennstoff
stattfinden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung gemä15
der Erfindung dargestellt, und zwar ein Schnitt durch den Zylinderkopf einer Breimkraftmaschine:
Die Vorbrennkammer i befindet sich im Zylinderkopf 2 und wird z. B. von oben durch
das gesteuerte Ventil 3 mit staubförmigem Brennstoff gegebenenfalls in Mischung
mit Luft beschickt. In dem Verbindungskanal.l sind schraubenförmig verlaufende.
v -)n unten nach oben gegen die Achse des Vrrbindtingskanals geneigte Nuten 5 eingearbeitet.
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In dem Zylinderdeckel- 2 ist eine ausg@rundete Kreisringnut 6 angeordnet,
die den Verbindungskanal 4. umgibt. Die Rin-nut 6 bildet zusammen mit einer entsprechend
,i Ringnut; des Kolbens 8 am Ende des Kolbeilhubes
eine Zwischenkammer
i i. Am Kolbenboden ist ein kegeliger Ansatz 9 vorgesehen, der am Ende des Kolbenhubes
den Verbindungskana1 q bis auf die INTuten 5 nahezu abschließt. Der kegelige Ansatz
kann auch, wie in der Zeichnung gestrichelt angedeutet wurde, einen zylindrischen
For tsatz i o besitzen. Die Mantelfläche des Kegelansatzes q läuft, wie die Zeichnung
erkennen läßt, tangential in die Kreisquerschnittslinie der Ringnut 7 über.