-
Brennkraftmaschine für feste Brennstoffe Bei der Dampfmaschine wird
die Wärmeenergie der Kohle über das Wasser, welches in Dampf verwandelt wird, in
mechanische Arbeit umgesetzt. Die Erfindung bezweckt, eine Wärmekraftmaschine zu
schaffen, in welcher der feste Brennstoff, lns@esondere Kohle, ohne einen Zwischenträger
direkt in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Flüssige und gasförmige Brennstoffe
werden im Otto- bzw. Dieselmotor in bekannter Weise direkt in Arbeit umgesetzt.
Nlit festen Brennstoffen wurden auch schon seit längerer Zeit Versuche in dieser
Richtung unternommen, z. B. beim Kohlenstaubmotor, in welchen der Kohlenstaub eingeblasen
wird, um im Zylinder explosionsartig zu verbrennen. Die Erfindung weicht insofern
dadurch vom Kohlenstaubmotor ab, daß erstens der feste Brennstoff (Kohle) unaufbereitet
durch eine mechanische Vorrichtung in den Verbrennungsraum eingeführt wird, zweitens
der Brennstoff nicht für jeden Arbeitshub besonders eingeführt, sondern für längere
Zeit im Brennraum aufgespeichert ist, wo er laufend ergänzt wird, drittens dadurch,
daß die Verbrennung nach dem Grade der Luftzuführung stetig erfolgt. Es entsteht
hierdurch kein Explosions-, sondern ein Verbrennungsmotor ohne stoßweise Beanspruchung
der Bauteile. Die Folge ist billigere Bauart und ruhiger, den Dampfmaschinen ähnlicher
Lauf.
-
In Fig. t der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
Der Aufbau des Motors ist ähnlich einem Zweitaktdieselmotor. In dem Kurbelgehäuse
r befindet sich die Kurbel Z, an welcher die Kurbelstange 3 angelenkt ist. Der Kolben
d läuft in der Zylinderbahn 5. Der Verbrennungsraum 7 ist mit dem Zylinderraum 5
durch einen Kanal 6 verbunden, ähnlich wie bei einem Dieselmotor die Vorkammer mit
dem Zylinderraum. Der Verbrennungsraum kann sich auch an
den Zylinder
mit demselben Durchmesser anschließen. Aus verschiedenen Gründen ist jedoch die
Trennung durch eine Einschnürung vorteilhafter.
-
Der Verbrennungsraum 7 ist in dem Beispiel kugelförmig ausgebildet.
Er wird nicht gekühlt. Um ein Verbrennen der Außenwand zu verhüten und um die Ausstrahlungsverluste
herabzusetzen, ist er mit feuerfester Schamotte ausgefüttert. Unter dem Rost 8 sammelt
sich die Asche an.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Durch den Kanal io des Brennraumes
7 wird Kohle eingeführt, bis der Brennraum ausgefüllt ist. Zum Anfachen des Feuers
werden durch den Schieber i i hindurch einige Holzkohlenstücke in den unteren Teil
des Brennraumes eingebracht. An dieser Stelle sitzt ein Zündstift, welcher beim
Einschalten des elektrischen Stromes die Holzkohle wie bei einer Bogenlampe entzündet.
Hierbei wird durch den Schieber i i Luft vermittels eines an den Stutzen 13 angeschlossenen
Ventilators gesaugt, bei oberer Totpunktlage des Kolbens. Nachdem das Feuer genügend
angefacht ist, kann der Motor in Gang gesetzt werden, vorher ist der Schieber ii
zu schließen.
-
Beim Aufwärtsgang des Kolbens werden zuerst in bekannter Weise die
AuslAschlitze geöffnet, so daß sich die Abgase entspannen und durch den Stutzen
13 austreten können. Nach dem Freiwerden der Überströmschlitze 14 strömt die im
Kurbelgehäuse zusammengedrückte Luft in den Zylinderraum 5 und spült die Abgase
aus demselben aus. @-@'ährend des Abwärtsganges des Kolbens wird der Luftinhalt
des Zylinders in den Brennraum 7 gedrückt. Durch diese Luftzuführung verbrennt ein
gewisser Teil der Kohle. Der Luft wird der Sauerstoff entzogen, die Abgase haben
der zugeführten Luft gegenüber eine höhere Temperatur, womit der Druck wächst.
-
Die Verbrennung findet während des ganzen Kompressionshubes statt.
Nachdem sich zu Beginn die ersten Sauerstoffteilchen an die Feuergase herangeschoben
haben, wächst der Druck der Abgase im Raum 7 und übt, da in den Räumen 5 und 7 nur
gleicher Druck herrschen kann, einen Rückdruck auf Raum 5 aus, so daß der jeweilige
Kompressionsdruck höher liegt als bei Verdichtung ohne Wärmezuführung.
-
Die Kompressionslinie ist eine Polytrope mit großem Exponenten. Sie
ist durch Rechnung ermittelt und in dem Diagramm der Fig.3 eingezeichnet. Die Expansionslinie
ist mit dem für Verbrennungsmotoren üblichen Exponenten gezeichnet. Aus dem Diagramm
ergibt sich ein mittlerer indizierter Druck pm i = 4,6 kg/cm2. Der Kompressionsraum
setzt sich zusammen aus dem zwischen Kolbenunterkante und Zylinderboden sich ergebenden
Spaltraum, dem Kanal 6, dem Brennraum 7 mit Kanal io abzüglich des in den beiden
letzteren Räumen sich befindlichen Kohlenvolumens. Damit der schädliche Raum sich
während des Betriebes nicht vergrößert und somit die Leistung sinkt, ist es wichtig,
daß die verbrannte Kohle rechtzeitig erneuert wird. Die Beschickung erfolgt automatisch.
Anfallende Asche kann während des Laufes durch den Schieber i i abgelassen werden.
Der Wirkungsgrad des Motors errechnet sich zu 17 = 20%, der Arbeitspreis pro PS-Stunde
bei einem Kohlenpreis von 0,024 D.l/kg zu o,94 Pfennig.
-
Bei der nach Fig. i beschriebenen Ausführung strömt die Verbrennungsluft
durch den Kanal 6 während der Kompressionsperiode in den Brennraum 7, bei der Expansion
die Abgase in umgekehrter Richtung heraus. Der Motor arbeitet im Gegenstrom.
-
Eine bessere Ausnutzung der Verbrennung ergibt sich im Gleichstromverfahren,
wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 dargestellt; außerdem ist Aufladung möglich.
Zur weiteren Leistungssteigerung ist bei dieser Ausführung statt des Kurbeltriebes
eine Kurvenscheibe verwendet und die Zuführung der Verbrennungsluft einem besonderen
Kolben übertragen.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Auf der Trieb-Welle 2 ist die Kurvenscheibe
3 angebracht, auf welcher die Laufrolle 17 abrollt und hierdurch den Stufenkolben
bewegt. Der Kolben 16 ist der Kompressions-, der Kolben 4 der Arbeitskolben. In
der gezeichneten Stellung befindet sich der Kolben im unteren Totpunkt am Ende der
Expansion bzw. am Beginn der Kompression. Beim Abwärtsgehen des Kompressionskolbens
wurde in den Zylinderraum über das Saugventil 14 Luft angesaugt. Beim Aufwärtsgehen
während des Kompressionshubes wird diese Luft über das Druckventil 12 in den Brennraum
7 gedrückt.
-
Am oberen Ende ist der Brennraum mit einem durch ein Steuerungsorgan
8 versehenen Kanal mit dem Arbeitszylinder verbunden. Während des Kompressionshubes
führt der Drehschieber 8 eine Schließbewegung aus, welche in dem Augenblick beendet
ist, nachdem die Oberkante des Arbeitskolbens 4 den Auslaßkanal 13 überdeckt hat.
Nach der Überdeckung werden die im Arbeitsraum 5 befindlichen restlichen Abgase
auf einen gewissen vom Inhalt des schädlichen Raumes abhängigen Druck komprimiert.
-
Sofern nicht das reine Gleichstromverfahren angewandt werden soll,
kann das Steuerorgan 8 fortgelassen und der Kolben 4 ebenfalls zum Ansaugen und
Komprimieren von Verbrennungsluft herangezogen werden, wie im Zusammenhang mit Fig.
i behandelt.
-
Solange die Laufrolle 17 auf dem Kreisbogen der Kurvenscheibe 3 abläuft,
hat die Verbrennungsluft Zeit, ihren Sauerstoff an den Inhalt des Brennraumes abzugeben,
ohne daß eine Rückwirkung auf das Triebwerk ausgeübt wird, wie bei einem normalen
Kurbelgetriebe. Die Folge ist, daß pro Kurbelumdrehung mehr Brennstoff verbrannt
werden kann als bei der Ausführung gemäß Fig. i ; d.li. es ergibt sich eine Druck-
bzw. Leistungssteigerung.
-
Zu Beginn der Expansion, nachdem die Laufrolle die gerade Strecke
der Kurvenscheibe berührt, öffnet sich der Drehschieber 8, so daß die gespannten
Abgase
durch den Kanal 6 in den Arbeitszylinder 5 strömen können. Die Luft bzw. die Gase
bewegen sich im Brennraum im Gleichstrom. Damit sich die Laufrolle infolge der Massenkräfte
des Kolbens nicht von ihrer Bahn abhebt, wird sie durch Federkraft auf die Laufbahn
gedrückt.
-
Die automatische Brennstoffbeschickung erfolgt aus dein Behälter iS
über den Drehschieber 9, welcher der Belastung der Maschine entsprechend umläuft.
Die Entaschung des Brennraumes kann elieiifalls automatisch oder von Hand vermittels
des Drehschiebers i i erfoleen.