CH204593A

CH204593A - Verfahren zum Betrieb von Brenn-Staubmotoren, insbesondere Kohlenstaubmotoren.

Info

Publication number: CH204593A
Authority: CH
Inventors: Lefnaer Otto
Original assignee: Lefnaer Otto
Priority date: 1936-12-31
Filing date: 1937-12-17
Publication date: 1939-05-15

Description

Verfahren zum Betrieb von Brenn-Staubmotoren, insbesondere Kohlenstaubmotoren. Es ist bekannt, für den Betrieb von Mo toren mit Brennstaub, insbesondere Kohlen staub, diesen zunächst in eine mit dem Hauptbrennraum in Verbindung stehende, allenfalls zeitweilig gegen diesen abgeschlos sene Vorkammer einzuführen, in dieser einen Teil desselben zur Verbrennung zu bringen und vermittels der hierdurch in der Vorkam mer erzeugten Drucksteigerung den übrigen Brennstaub in den Hauptbrenuraum einzu blasen,

in dem .der Brennstaub zur vollstän digen Verbrennung gelangt.

Derartige Brennstaubmotoren besitzen den grossen Mangel, dass zufolge der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit stets nur eine un vollständige Verbrennung und ein starkes Nachbrennen des Brennstaubes eintritt und eine äusserst feine Aufbereitung des Staubes erforderlich ist und somit bisher nur eine sehr unvollständige Ausnützung des Brenn stoffes möglich war.

Ein weiterer grosser Nachteil .der bekann ten Brennstaubmotoren liegt darin, dass mit dem Brennstoff naturgemäss auch Asche in den Zylinder gelangt und in diesem zu star kem Verschleiss insbesondere von Zylinder büchse und Kolben führt.

Den bisherigen Brenastaubmotoren haften daher die Nachteile an, dass ihr Gesamt wirkungsgrad noch ungünstig und ihr Ver schleiss hoch ist, selbst bei Verwendung be sonders aschearmen Brenn- bezw. Kohlen staubes.

Die Wirtschaftlichkeit dieser Motoren ist daher noch verhältnismässig gering und ebenso ihre wirtschaftliche Bedeutung zu folge der starken Einschränkung des in die sen Motoren praktisch verwertbaren Brenu- staubes.

Die Erfindung ermöglicht, .diese Nach teile zu vermeiden. Sie bezieht sich auf ein Verfahren zum Betriebe von Brennstaub- motoren, insbesondere Kohlenstaubmotoren, bei .dem der Brennstaub in wenigstens eine dem Zylinder vorgelagerte Vorkammer ein geführt wird. Die Erfindung besteht darin, dass die Vorkammer während der Zündung des in diese Kammer eingeführten Brenn- geschlossen wird.

Während die Vorkammer nach der Zün dung vom Arbeitsraum abgeschlossen ist, spielen sich in ihr folgende Vorgänge ab: Der eingeführte Brennstaub wird durch die teilweise Verbrennung in der Vorkammer so hoch erhitzt, dass die flüchtigen Bestandteile der einzelnen Staubkörnchen restlos vergast werden und nur solche festen Teile übrig bleiben, die unbrennbar sind und somit zweckmässig vom Zylinder des Motors mög lichst ferngehalten werden.

Bei der Einrichtung gemäss der Erfin dung fasst die Vorkammer so viel auf die Zündtemperatur des Brennstaubes verdichtete Luft, als zur Verbrennung bis zum Ausfall der Aachenbestandteile des Brennstaubes not wendig ist. Zwischen der Vorkammer und dem Arbeitsraum des Zylinders befinden sich zweckmässig Vorrichtungen zur Ausschei dung der bei der Vergasung des Brenn- staubes in der Vorkammer gebildeten Asche.

Um diese Asche zu beseitigen, strömt bei- spielsweisse der Abgasstrahl bei jedem Aus puff an der Ausmündung des Vorkammer kanals vorbei und saugt durch Injektorwir- knng die Asche ab, ohne ihn zu durch strömen.

Die beim Verdichtungshub in die Vor kammer einströmende Luft wird vorteilhaft in kräftige Wirbelbewegung versetzt, damit die Verbrennung bis zur Vergasung des Brennstaubes und die Ausscheidung der Asche in der Vorkammer beschleunigt wird. Die Wirbelbewegung kann zum Beispiel da durch hervorgerufen werden, dass die Luft während des Verdichtungshubes tangential in die Vorkammer eingeführt wird.

Durch die bei der Wirbelung in der Vorkammer erzeugte Fliehkraftwirkung wird die voll ständige Ausscheidung der Asche in der Vorkammer gefördert.

Zur Erhöhung der Verdichtungstempera tur kann die Ansaugluft des Motors aussen an der Vorkammer vorbeigeführt und unter Kühlung der Vorkammerwände vorgewärmt werden. zwei oder mehrere Vtifern vorgesehen sein, die wechselweise gegen Beendigung des Verdichtungshubes mit dem Arbeitszylinder in Verbindung gesetzt werden.

Bei Anord nung von zwei Vorkammern steht also zur Zündung, Teilverbrennung und Vergasung des Brennstauben in der Vorkammer jeweils mindestens ein ganzes Arbeitsspiel des Zy linders zur Verfügung,

bei welchem die andere Vorkammer den Zylinder mit Bren- uungsgasen beliefert. Hierdurch wird eine noch restlosere und durchgreifendere Ver gasung des Brennstaubes erzielt, und zwar auch der grössten im Brennstaub enthaltenen Teilchen.

In der Zeichnung ist als Ausführungs beispiel der Erfindung eine vertikale Brenn kraftmasehine mit einem Zylinder und zwei diesem Zylinder vorgeschalteten Vorkammern dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt nach der Linie A--B-C-D-E-F der Fig. 2, .

Fig.2 einen Querschnitt durch den Zy linder.

1 ist der Führungskanal für die Verbren nungsluft, der mit dem vom Arbeitskolben 3 abgeschlossenen Zylinderraum durch ein ge- steuertes Ventil 2 zeitweise in Verbindung gesetzt werden kann.

In dem Zuführungs kanal 1 liegen die beiden Vorkammern 4, an deren aussen vorgesehenen Kühlrippen sich die durch den Kanal 1 strömende Verbren- nungsluft erwärmt. Die Leitwände 17 (Fig. 2) im Ansaugkanal 1 lenken die Ver brennungsluft so zu den Vorkammerwänden, dass diese kräftig mit Luft umspült sind.

In die Vorkammern 4 mündet je eine Brennstaub- bezw. Brennataub-Luftgeminch- Zuführungsleitung, die durch ein gesteuertes Ventil 5 gegen die Vorkammer zeitweise ab geschlossen ist.

Fernerhin büsitzt jede Vor kammer 4 ein gesteuertes Ventil $, das die Vorkammer zeitweise gegen den Arbeitsraum des Zylinders absperrt. Unterhalb des Sitzes 7 des Ventils ö sind Leitwände 8 an geordnet, die, was die Zeichnung nicht zeigt, sehraubenflächenfärmig sind,

so dass die Luft bezw. die Brenngase nach Öffnung des Ven tils beim Durchströmen eine drehende Wirbelbewegung erhalten. Mit 9 ist ein Vor wirbelraum im Vorkammerhals bezeichnet, aus dem am äussern Umfang, und zwar auf der Seite des Auspuffventils 13, tangential schräg nach abwärts gerichtete Bohrungen 10 in den Raum 12 unmittelbar über dem Aus puffventil 13 führen.

11 ist der Durchlass. für die zur Vorkam mer strömende Verdichtungsluft und für das von der Vorkammer zum Arbeitsraum strö mende Brenngas. 14 ist der Auspuffkanal und 15 ein mit Leitflächen versehener Kör per im Kanal 1, der die aus dem Arbeits raum des Zylinders kommende Verdichtungs luft bezw. die Auspuffgase zu .den beiden Vorkammern 4 leitet. 16 ist die Ventilschaft führung des Ventils 6.

Die Arbeitsweise des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels ist fol gende: Durch den Ansaugluftkanal 1 gelangt die Verbrennungsluft nach Öffnung des Ven tils 2 beim Ansaughub des Kolbens 3 in den Arbeitsraum des Zylinders. Am untern Tot punkt oder in seiner Nähe wird das Ventil 2 geschlossen und die Verbrennungsluft sodann durch den Kolben 3 verdichtet. Bereits zu Beginn oder während des Verdichtungshubes wird das Ventil 6 der einen Vorkammer 4 geöffnet.

Verdiehtungsluft strömt dann durch den Durchlass 11 und den Vorwirbel- raum 9 hindurch in die Vorkammer 4 ein, wobei sie durch die Leitwände 8 in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Wenn die Verbrennungsluft während des Verdich tungshubes des Kolbens 3 die Zündtempera- tur erreicht hat, wird das Ventil 6 geschlos sen. Die Zuführung des Brennstaubes erfolgt erst nach Schliessung des Ventils 6. Der in die Vorkammer 4 eingeführte Brennstaub entzündet sich in der Verdichtungsluft.

Da zu seiner vollkommenen Verbrennung nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist, ver brennt nur ein Teil des Staubes unter grosser Hitzeentwicklung. Durch diese grosse Hitze werden die andern Staubteilchen vergast, das heisst es werden aus ihnen alle brennbaren Bestandteile verflüchtigt und in Gasform ge bracht, während die Bestandteile, die nicht brennbar sind, in der Vorkammer 4 aus fallen. Diese Vorgänge haben sich bereits in der zweiten Vorkammer 4 abgespielt. Gegen Ende des Verdichtungshubes oder am Anfang des Arbeitshubes wird diese zweite Vorkammer 4 durch Öffnung des Ventils 6 mit dem Arbeitsraum in Verbindung gesetzt.

Während des nun folgenden Arbeitsspiels des Kolbens 3 bis gegen Ende des nächsten Verdichtungshubes bezw. bis zum nächsten Arbeitshub bleibt die zuerst betrachtete Vor kammer 4 vom Arbeitsraum des Zylinders abgeschlossen, so dass zur Vergasung des in ihr eingeschlossenen Brennstaubes eine ver hältnismässig grosse Zeitspanne zur Ver fügung steht.

Sobald die eine Vorkammer 4 durch Öff nung des Ventils 6 mit dem Arbeitsraum in Verbindung kommt, strömen die in der Vorkammer 4 eingeschlossenen und durch die Aufbereitung in ihr gebildeten brennbaren Gase in den Arbeitsraum hinüber, wo ihre vollständige Verbrennung stattfindet. Durch die Leitwände 8 werden etwa aus der Vor kammer nach Öffnung des Ventils 6 mit gerissenen Ascheteikhen wirbelnd in den Vorwirbelraum 9 geführt, wobei sie in Dre hung um die Achse des Ventils 6 geraten.

Unter der Wirkung der Fliehkraft werden die Ascheteilchen nach aussen geschleudert und können nicht durch den Verbindungs kanal 11 mit in den Zylinder gelangen. Dies ist vielmehr nur den gasförmigen Bestand teilen des Gemisches möglich. Die Asche teilohen werden, sobald sie bei ihrer Wirbe- lung 9 an die Öffnungen 10 gelangen, durch diese hindurch zu dem Raum 12 über dem Auspuffventil 13 befördert, wo sie keinerlei schädliche Wirkungen hervorrufen können.

Wie die Zeichnung angibt, ist das Aus puffventil 12 auf der dem Zylinder gegen überliegenden Seite der Vorkammer angeord net. Beim Ausschubhub legen die Abgase auf ihrem Weg zu dem Auspuffventil 13 einen Teil des Weges zurück, den die Brenn- gase vorher auf dem Wege von der Vorkam- mer 4 zum Zylinder 3 durchströmten. Die Abgase strömen aber in umgekehrter Rich tung,

so dass die aus dem Brenngemisch etwa abgesetzte Asche mitgerissen und durch die Auspuffleitung abgeführt wird.

Durch den Körper 15 wird die Strömung der Auspuff gue gegen die Vorkammern 4 abgelenkt. Hinter den Ventilschaftführungen 16 ent steht bei der Strömung eine Unterdruckzone, durch die etwa noch in der Vorkammer 4 oder in dem Vorwirbelraum 9 befindliche Ascheteilchen herausgesaugt und in den Aus puffkanal 14 befördert werden.

In ähnlicher Weise arbeiten Brennkraft- maschinen, deren Zylinder nur eine oder mehr als zwei Vorkammern besitzen. Die Erfindung ist bei Vier- und Zweitaktmoto- ren anwendbar.

Zur Beschleunigung der Verbrennung des Brennstaubes in der Vorkammer können an den Vorkammerwänden katalytisch wirkende Körper vorgesehen sein, z. B. Platin oder platinhaltige Legierungen, oder die Vorkam mer selbst kann aus einem solchen Stoff her gestellt werden, oder es kann beides vor gesehen sein.

An Stelle des Ventils 6 zur Vorkammer 4 kann auch ein Kolben vorgesehen sein, der in seiner Längsrichtung verschiebbar ist und die Verbindung zwischen der Vorkammer 4 und dem Zylinder 3 unterbricht oder wieder- herstellt wie das Ventil 6.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Betriebe von Brennstaub- motoren, insbesondere Kohlenstaubmoto- ren, bei dem der Brennstaub in minde stens eine dem Zylinder vorgelagerte Vorkammer eingeführt wird, dadurch ge kennzeichnet,

daB die Vorkammer wäh rend der Zündung des in diese Kammer eingeführten Brennstaubes vom Arbeite raum des Zylinders abgeschlossen wird. 1I. Einrichtung zur Ausführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet,

daB die Vorkammer so viel auf die Zündtemperatur des Brenn- staubes verdichtete' Luft faBt, als zur Verbrennung bis zum Ausfall der Asche- bestandteile des Brennstaubes notwendig ist.

UNTERANSP$MHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, das die Vorkam-;

mer nach Erreichung der zur Zündung erforderlichen Temperatur vom Zylinder abgeschlossen wird, bis durch die ein- geleitete Teilverbren,nnng das Ausfallen der Aschebestandteile des Brennstoffes eingetreten ist,

worauf die Verbindung mit dem Arbeitsraum des Zylinders gegen Ende des Verdichtungshubes wie der hergestellt wird. 2.

Verfahren, nach Patentanspruch I, da durch geennzeichnet, dass die bei der Vergasung des Brennstaubes sich bil dende Asche in der Vorkammer wäb- rend des Überströmens des Brenngases von der Vorkammer in den Zylinder durch Vorrichtungen zur Abscheidung von Staub aus einem bewegten

Gasstrom zur Ausscheidung gebracht wird. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass zur Abfuhr der anfallenden Asche Abgase beim ,Auspuff an der Aus mündung des Vorkammerkanals vorbei strömen und durch Injektorwirkung die Asche absaugen,

ohne jenen zu durch- strömen. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Luft wäh rend des Verdichtungshubes in der Vor kammer in kräftige Wirbelbewegung versetzt wird,

damit die Verbrennung bis zur Vergasung des Brennstaubes und die Ausscheidung der Asche in der Vor kammer beschleunigt wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass die Luft während des Verdich tungshubes durch tangentiale Einfüh rung in die Vorkammer in kräftige Wirbelbewegung versetzt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass eine vollständige Ausscheidung der Asche in der Vorkammer durch Fliehkraftwirkung bewirkt wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Vorkam mer mittels der Ansaugluft des Motors gekühlt wird. B. Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass für jeden Arbeitszylinder zwei Vorkammern vor gesehen sind und dass diese Vorkammern wechselweise jeweils gegen Beendigung des Verdichtungshubes mit .dem Arbeits zylinder in Verbindung gesetzt werden. 9.

Einrichtung nach Patentanspruch II"da- durch gekennzeichnet, dass für jeden Arbeitszylinder mehrere Vorkammern vorgesehen sind und dass diese Vorkam mern wechselweise jeweils gegen Beendi gung des Verdichtungshubes mit dem Arbeitszylinder in Verbindung gesetzt werden. 10. Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Vorkam mern jeweils bei Beendigung eines Ver dichtungshubes mit dem Arbeitszylinder wieder in Verbindung gesetzt werden. 11.

Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Vorkam mern jeweils bei Beendigung eines Ver- dichtun:gshubes mit .dem Arbeitszylinder wieder in Verbindung gesetzt werden. 12. Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet"dass zur Beschleu nigung der Verbrennung des Brenn- staubes in der Vorkammer an .den Vor kammerwänden katalytisch wirkende Körper vorgesehen sind. 13.

Einrichtung nach Patentanspruch II,,da- durch gekennzeichnet, .dass die Vorkam mer zur Beschleunigung -der Verbren nung des Brennstaubes darin aus einem katalytisch wirkenden Werkstoff her gestellt ist. 14. Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass zur Beschleu- nigung der Verbrennung des Brenn- staubes in der Vorkammer diese aus katalytisch wirkendem Werkstoff her gestellt ist und an den Vorkammerwän- den katalytisch wirkende Körper vor gesehen sind. 15.

Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass das Auspuff ventil auf der dem Zylinder entgegen gesetzten Seite der Vorkammer angeord net ist, so dass die Abgase wenigstens einen Teil des Weges, den sie als Brenn- gase von .der Vorkammer zum Zylinder durchströmten, während des Auspuffes in umgekehrter Richtung nochmals durchströmen, hierbei vorher abgesetzte Asche mitreissen und durch die Auspuff leitung abführen. 1-6.

Einrichtung nach Patentanspruch II, zur Ausführung des Verfahrens nach Patent anspruch I und Unteransprüchen 2 und 3,, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor richtungen zur Abscheidung der Asche vor Eintritt der Brenngase in den Zy linder eine Wirbelbildung bewirken, damit im Zylinder eine durchgreifende Mischung und Durchwirbelung der Brenngase mit der zu ihrer vollständigen Verbrennung dienenden Luft bewirkt wird. 17.

Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 16, dadurch gekennzeich net, dass zum Zwecke der Wirbelbildung Lenkwände in die Vorrichtungen zur Abscheidung der Asche vor dem Eintritt der Brenngase in den Zylinder eingebaut sind. 18. Einrichtung nach Patentanspruch II, da ,durch .gekennzeichnet, dass die Vorkam mer durch ein Ventil vom Arbeitsraum des Zylinders abgeschlossen wird. 19. Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Vorkam mer durch einen Kolben vom Arbeits raum des Zylinders abgeschlossen wird.