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Durchmischungsvorrichtung für staubförmige, flüssige und gasförmige
Brennstoffe Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchmischungsvorrichtung für staubförmige,
flüssige und gasförmige Brennstoffe zur Erzielung einer vollkommenen Verbrennung
dieser Brennstoffe durch ihre restlose Überführung in einen innigst mit Luft gemischten
gasförmigen Zustand, bei welcher die Mischluft und der Brennstoff durch einen kugelförmigen
@liscliraum geleitet «-erden.
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Bekanntlich ist die Verbrennung des Kraftstoffes in Brennkraftmaschinen
nur unvollkommen. Dies hat seine Ursache darin, daß die bekannten Vergaser oder
Durchmischmigsvorrichtungen keine ausreichende Vernebelung des Kraftstoffes sowie
keine innige Vermischung des Kraftstoffes mit der Luft bewirken, sondern nur die
Bildung von Kraftstofftropfen und Luftpolster zur Folge haben. Auch die Klopfneigung
des Brennstoffes hat mit hierin ihren Grund, da es sich bei den Brennstoffen nicht
um einen einheitlichen chemischen Stoff, sondern um regelrechte Kohlenwasserstoffgemenge
von leicht siedenden und höher siedenden Stoffen handelt und im Zylinder des Motors
zuerst die leicht siedenden und ungesättigten Kohlenwasserstoffe und dann nach und
nach die höher siedenden verbrennen, wobei sich infolge des hohen Luftüberschusses,
mit welchem bei den Vergasern gearbeitet wird, Peroxyde bilden können. Infolge der
hohen Drehzahlen der Motoren ist die Zeit für die
Verbrennung in
den Zylindern so kurz, daß der größte Teil der Brennstoffladung der Zylinder die
Zylinder unverbrannt verlägt.
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Die bekanntgewordenen Weiterentwicklungen der Vergaser für Brennkraftmotoren
zur Verbesserung der Verbrennungsverhältnisse haben zu derart verwickelten Vergasern
geführt, daß letztere kaum bedient werden 'können. So sind für die Vergaser außer
einer Hauptdüse, Ausgleichdüse, Startdüse, Leerlaufdüse, Spardüse und viele andere
Einrichtungen, wie Beschleunigungspumpe, Gemischregler, Zündzeitpunktregler, Ladedruckregler,
regelbare Lader, barometrische Dosen usw., vorgesehen worden.
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Auch Vergaser mit einer Kugel zum Hindurchleiten der Verbrennungsluft
und des Kraftstoffes sind bereits vorgeschlagen worden. Bei diesen Vergasern treten
jedoch der Kraftstoff und die Verbrennungsluft glatt und ohne Widerstand die Kugel
durchströmend in die Brennkraftmaschine ein, so daß weder eine Vernebelung noch
eine innige Vermischung des Brennstoffes mit der Luft stattfinden kann und sich
gleichfalls nur Kraftstofftropfen oder -schlieren und Luftpolster bilden, wodurch
bei der hohen Drehzahl des Motors nur ein geringer Hundertsatz des Kraftstoffes
zur Verbrennung gelangt.
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Nach der Erfindung sind in einem kopfförmigen Raum eine Vormischvorrichtung
und mehrere Teilkanäle, in denen die Luft und der Brennstoff gemischt werden, in
solcher Nebeneinanderordnung vorgesehen, daß das Gemisch in Teilströme zerlegt,
verwirbelt und umgelenkt wird. Hierdurch ist erreicht, daß das zunächst bewirkte
Luft-Brennstoff-Gemisch in Teilströme zerlegt und umgelenkt wird und die entstandenen
verwirbelten Teilströme sich zu einem in den Zylinder eintretenden Gemischstrom
wieder vereinigen, wobei die Aufteilung in Ströme, die Stromlenkung und Wiedervereinigung
der geteilten Ströme zu einer intensiven Vernebelung des Kraftstoffes sowie innigen
Durchwirbelung und Durchmischung des letzteren mit der Luft führen mit der Folge,
daß das Luft-Kraftstoff-Gemisch in einen Mischungszustand versetzt wird, der die
vollkommene Verbrennung in kürzester Zeit gewährleistet.
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Die Vormischvorrichtung kann hierbei erfindungsgemäß aus einem mit
Widerstandskörpern versehenen und als Schlitzdüse ausgebildeten Rohr bestehen, an
welchem als Auslaß ein den ganzen Kugelraum versorgender Ringauslaß vorgesehen ist,
dessen Verschlußkappe mit der Drosselklappe des Lufteinlasses gekuppelt ist. In
der so ausgebildeten Vormischvorrichtung tritt bereits eine Zerstäubung des Kraftstoffes
und eine Durchmischung des letzteren mit Luft ein, die nachfolgend bis zum homogen
mit Luft durchsetzten gasförmigen Zustand gesteigert wird.
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Soll die Durchmischvorrichtung als Brenner für Feuerungen verwandt
werden, dann ist erfindungsgemäß im Anschluß an die kugelförmigen Räume vor einem
konischen Brennraum ein kegelförmiger Ringraum geringer Weite vorgesehen, in welchem
das Gemisch vom Brennraum aus hoch erhitzt wird. Die eintretende hohe Erhitzung
in dem Ringraum gewährleistet für schwer oder bei Normaltemperatur überhaupt nicht
verdunstende Kraftstoffe, wie Steinkohlenteeröl, eine vollkommene Vergasung, wobei
durch die Erwärmung im Gemisch einer Verkokung vorgebeugt ist.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt die Bildung vollkommen verbrennungsfälliger
Gas-Luft-Gemische, insbesondere für den Betrieb von Brennkraftmaschinen, nicht nur
aus teuren Kraftstoffen und aus Flüssiggasen, wie Butan, Propan, Ruhrgasol, aus
Hochdruchgasen, wie Leuchtgas, liethan, Klärgas, und aus Holz-, Holzkohlen-, Torf-
und Schwelkoksgasen, sondern auch aus dem billigen Steinkohlenteeröl zu. Steinkohlenteeröl
hat einen höheren Heizwert als andere Kraftstoffe. Es besteht jedoch zu etwa go%
aus reinem Kohlenstoff, was bisher seine Verwendung für Brennkraftmaschinen verhinderte.
Da das Teeröl nur glühte, aber nicht verbrannte, wurde es hoch vorgewärmt. Eine
Vorwärmung von Steinkohlenteeröl ist aber deshalb ungünstig, weil Steinkohlenteeröl
bei der Vorwärmung infolge des hohen ungebundenen Gehaltes an Kohlenstoff gleich
verkokt. Wenn alle Kohlenstoffteilchen im kalten Zustand in Luft eingebettet werden,
wie es die Vorrichtung nach der Erfindung bewirkt, dann zündet das Steinkohlenteeröl-Gas-Luft-Gemisch
gleich und verbrennt vollkommen ohne Ruß- und Rauchentwicklung.
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Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Abb. i läßt einen Mittellängsschnitt durch eine als Vergaser für Brennkraftmaschinen
dienende Vorrichtung erkennen; Abb.2 gibt einen Schnitt nach der Linie 1-I in Abb.
i wieder; Abb. 3 ist ein Schnitt nach der Linie II-11 in Abb. i unter Abwandlung
der Vorrichtung als Brenner; Abb. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie III-III in
Abb. i ; Abb.5 verdeutlicht die Vorrichtung von unten gesehen.
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Der als Ausführungsbeispiel gezeigte Vergaser weist einen 'Mantel
2 mit einem Anschlußstutzen i und einem Verbindungsflansch 3 auf. In dem vom Mantel
2 umschlossenen Raum ist ein Gemischaufbereiter 4 aus mehreren, z. B. fünf kugelförmigen
Mischräumen vorgesehen. Das Ansaugerohr 5 enthält eine Drosselklappe 6, von der
ein Gestänge 7 zu einem Düsenschieber 8 in Form einer Kappe führt. Letztere steuert
eine Schlitzdüse io des Zerstäubers i i. Der Eintrittskanal zum Zerstäuber oberhalb
des Injektors 14 enthält eine Kugel 13, die über ein Drahtseil mit der Nadel i2
verbunden ist. Die Nadel 12 steuert den Austrittskanal des Kraftstoffvorratsbehälters
15, an dem das Kraftstoffzuleitungsrohr 16 angeschlossen ist. In dem Zuleitungsrohr
16 ist ein Hahn 17 mit einem Steuergestänge 18 vorgesehen. Der Betätigung der Drosselklappe
6 dient die Welle i9, die an dem einen Ende von einer Druckfeder 2o umgeben ist.
Art
dem anderen Ende 24 der Welle i9 greift auf einer Wellenbüchse <las Hebelgestänge
23 an, welches gegen eine Spannfeder 25 als Rückstellkraft beim Bewirken einer Verstellbewegung
der Drosselklappe und des Düsenschiebers wirkt. -Auf dem Wellenende 24 ist außerdem
ein Kupplungsglied 21 vorgesehen, alt (lern der Verstellhebel22 angreift. Die Feder
20 bewirkt durch ihren Zug auf die Welle i9 die Verbindung des Kupplungsgliedes
21 mit dem Gestänge 23, welches seinerseits mit der die Drosselklappe tragenden
Büchse auf der Welle i9 auf Mitnahme verbunden ist. Das Gestänge 7 überträgt die
Be@vegung der Drosselklappe auf den Düsenschieber B. Zwischen dein Austrittsstutzen
i und dein Geinischaufbereiter 4 ist ein Propeller 9 vorgesehen.
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Beim Anlassen der Brennkraftmaschine wird die Drosselklappe 6 über
den Hebel 23, der z. B. über ein Gestänge mit dem Gaspedal verbunden ist, nur so
weit geschwenkt und geöffnet, daß der Hahn 17, dessen Bewegung über das Gestänge
18 mit der Bewegung der Welle i9 gekuppelt ist, geringfügig geöffnet wird. Gleichzeitig
wird über das Gestänge 7 der Düsenschieber 8 verschoben und die Schlitzdüse io freigegeben.
Durch die Saugwirkung der Kolben wird durch die Öffnungen 26 und 27 Luft angesaugt.
Die angesaugte Luft strömt durch den Injektor 14 und drückt die Kugel
13 zurück. Mit dem Zurückdrehen der Kugel wird Tiber den Seilzug die Nadel
12 von ihrem Sitz gehoben, so daß Kraftstoff mitgerissen wird. Das sich bildende
Luft-Kraftstoff-Gemisch strömt durch den Zerstäuber i i und tritt durch die Schlitzdüse
io in den Kugelraum 28. Es wird in diesem Kugelraum mit der durch die geöffnete
Drosselklappe neu hinzutretenden Luft durchwirbelt und tritt aus dem Kugelraum durch
die Kanäle 29 aus, uni in die Kugelspitzen 30 zu prallen. Unter weiterer N@'irbelung
gelangt es in die Kugelräume 31, aus denen es durch die Öffnungen 32 in den Zwischenraum
zwischen den Kugelkörpern und dem Mantel 2 gelangt. Die durch die Öffnungen 32 austretenden
Gemischströme treffen in Richtung der Pfeile sich durchschneidend aufeinander und
gegen die Innenwand des Mantels 2 (vgl. Abb. 4), uni ihren Weg nach dem Propeller
9 fortzusetzen. Letzterer wird von dem Gemischstrom in Drehung versetzt. Unter Vorbeistreichen
an den Hindernissen der Rosette 33 gelangt der Gemischstrom in den kegeligen Spaltraum
34 und von diesem durch die Mündung 35 in den Anschlußstutzen i. aus welchem er
in den Zylinder tritt.
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Auf dein Wege von dein Injektor 14 über den Zerstäuber i i und dein
Gemischaufbereiter 3 zur Mündung 35 findet eine derart feine und intensive Zerteilung
des Kraftstoffes sowie eine innige Mischung des zerteilten Kraftstoffes mit Luft
statt, daß von einem wirklichen homogenen Gas-Luft-Gemisch gesprochen Zverden kann,
gleichgültig um welchen Brennstoff es sich handelt. Jedes kleinste Kraftstoffteilchen
ist vollkommen in Luft eingebettet. Wenn eine Rosette 33 mit Labyrinthwegen vorgesehen
ist, dann bewirkt die Reibung in den Labyrinthwegen eine gute unschädliche Vorwärmutig
des Gas-Luft-Gemisches, was die Zündung im Klotor und die kurzfristige Verbrennung
der Brennstoffladung begünstigt.
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Die Bedienung der Vorrichtung erfolgt über den Hebel 23. Durch
die Betätigung des Hebels wird der Of"inungsgrad der Drosselklappe 6 sowie über
das Gestänge 18 die Offnungsstellung des Hahnes 17 und über das Gestänge
7 und den Düsenschieber 9 das Maß der Öffnung der Schlitzdüse io geregelt. Die Regelung
der Menge der Injektorluft wird über die Regulierschraube 36 vorgenommen.
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Eine erhöhte Drehgeschwindigkeit des das Gemisch verfeinernden Propellers
9 läßt sich durch einseitiges Schließen der Öffnungen 32 erzielen. In diesem Falle
entsteht durch den Saugzug der Kolben ein starker Drall, der dein Propeller 9 auch
beim Leerlauf des Motors eine große Geschwindigkeit verleiht.
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Die Vorrichtung läßt sich mit senkrecht und mit waagerecht liegender
:Mittellängsachse anordnen. Die Einstellung der für die verschiedenen Kraftstoffe
notwendigen Luftmenge wird über den Düsenschieber 8 vorgenommen. Zu diesem Zweck
wird die Kupplung der Welle i9, an welcher das Gestänge 7 des Düsenschiebers 8 angreift,
mit der auf der Welle vorgesehenen Büchse, welche die Drosselklappe 6 trägt, über
das Kupplungsglied 21 gelöst, indem der Gestängehebel 22 in Richtung r geschwenkt
wird, wodurch das Kupplungsglied 24 mit der Welle i9 entgegen der Wirkung der Feder
20 in Richtung l verschoben und die Verbindung des Kupplungsgliedes mit dein Gestänge
23 aufgehoben wird, so daß eine Verstellung des Düsenschiebers 8 in seiner Mitnahme
durch die Bewegung der Drosselklappe über das Gestänge 7 möglich ist. Bei dieser
Verstellung wird die Lage des Düsenschiebers gegenüber der Schlitzdüse io verändert.
Nach der Verstellung wird der Hebel 22 losgelassen und durch die Feder 20 eine erneute
Verbindung des Kupplungsgliedes mit dem Gestänge 23 bewirkt.
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Es ist auch möglich, zur Vereinfachung der Ausführung die Rosette
33 und die durch sie bedingte Mündung wegzulassen.
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Die in Abb.3 gezeigte Ausführungsform ohne Anschlußstutzen i ist für
Industrieofenfeuerungen, Kesselfeuerungen, Zentralheizung usw. bestimmt und aus
diesem Grunde mit einer hochfeuerfesten Schutzhaube versehen. Das Gemisch erfährt
in dem Kopf der Vorrichtung eine Vorwärmung, die sich in der Weise abspielt, daß
das in vollkommene Gasform überführte Gemisch durch den kegelförmigen Spalt 34 zur
Austrittsöffnung 35 gelangt. wo es elektrisch entzündet wird. Auf dein Wege durch
den kegeligen Spalt 34 erfährt das Gemisch eine Zusammenpressung, welche die Zündung
begünstigt. Die bei der Zündung entstehende Flamme dehnt sich kegelförmig aus und
erhitzt hierdurch den Kopf der Vorrichtung, was zu einer Erwärmung des den Kopf
durchströmciiden Gemisches führt. Eine Verkokung des Breimstoffes tritt infolge
seiner intensiven Aufbereitung mit Luft und