DE2611147B2

DE2611147B2 - Einrichtung zum Einbringen von feinteiligem, festem Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2611147B2
Application number: DE2611147A
Authority: DE
Inventors: Anton Illnau Steiger (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1979-04-05
Also published as: DE2611147C3; DK77677A; US4052963A; CH611975A5; JPS52107415A; DE2611147A1; JPS5515624B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einbringen von feinteiligem, festem Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, die einen ersten, mit einem unter Druck stehenden Speicher für diesen Brennstoff verbundenen Kanal, ein am Ende dieses ersten Kanals angeordnetes und und mit diesem zusammenwirkendes Sperrorgan, einen zweiten, zum Brennraum führenden Kanal und einen den Brennstoff taktweise im Zyklus des jeweiligen Arbeitskolbens der Brennkraftmaschine aus dem zweiten Kanal in den Brennraum drückenden Kolben aufweist.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-PS 2 98 796 bekannt Bei dieser Einrichtung bildet das am Ende des ersten Kanals angeordnete Sperrorgan einen Kolben, der mit dem Absperren des ersten Kanals eine bestimmte Kohlenstaubmenge in Richtung des zweiten Kanals fördert Außerdem mündet der zweite, eine sägezahnförmige Wandfläche aufweisende Kanal offen in den Brennraum, der als Vorkammer ausgebildet ist und über eine Düse mit dem Arbeitsraum im Zylinder in Verbindung steht Insbesondere wegen der sägezahnförmigen Ausbildung des zweiten Kanals können in unkontrollierter Weise Brennstoffreste hängenbleiben. Bei dieser Gestaltung ist keine Gewähr dafür vorhanden, daß bei jedem Arbeitstakt eine gleich große Kohlenstaubmenge in die Vorkammer gelangt, so daß im Betrieb der Brennkraftmaschine pro Arbeitstakt der Zylinder eine andere Füllung und damit unterschiedliche Leistung aufweist Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Kohlenstaub dazu neigt, in zusammenhängenden Klumpen — aiso nicht fein verteilt — in die Vorkammer zu gelangen, wodurch die vollständige Verbrennung erschwert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die pro Arbeitstakt in den Brennraum des Zylinders eingebrachte Brennstoffmenge und damit die pro Arbeitstakt abgegebene Leistung gleichmäßiger werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung ein in dem im Zylinder befindlichen Brennraum angeordnetes, rotierendes Schleuderrad aufweist, das gegen eine ständig wirksame Schließkraft axial verschiebbar gelagert ist und in seiner oberen Stellung zugleich den Verschluß des brennraumseitigen Endes des zweiten Kanals bildet und das durch den auf den zu fördernden Brennstoff vom Kolben eingeleiteten Druck in eine den Brennstoffaustritt in den Brennraum ermöglichende Stellung bei Brennstofförderung bewegt ist, und daß das Sperrorgan, ausgebildet als Umschaltschieber, angepaßt an den Zyklus des jeweiligen Arbeitskolbens der Brennkraftmaschine zum einen auf Speisung des zweiten Kanals und zum anderen auf Sperrung der Verbindung vom ersten zum zweiten Kanal schaltet.

Durch diese Gestaltung der Einrichtung wird mittels des Kolbens der feinteilige, feste Brennstoff als einheitlicher Strom dem Schleuderrad zugeführt und von diesem in den im Zylinder vorgesehenen Brennraum eingebracht. Mit dem Schleuderrad wird eine gute Makro-Verteilung des feinteiligen Brennstoffs im Brennraum des Zylinders erzielt, wobei der Brennstoff wegen dieser gleichmäßigen Verteilung auch vollständig verbrennt. Damit ist sichergestellt, daß pro Arbeitstakt immer eine gleich große Brennstoffmenge dem Zylinder zugeführt wird, so daß nicht mehr so große Leistungsschwankungen auftreten können wie bei der bekannten Maschine. Da der feinteilige Brennstoff über das Schleuderrad direkt in den Verbrennungsraum im Zylinder gelangt, entfällt ein der Vorkammer der bekannten Einrichtung entsprechender Bauteil, was sich hinsichtlich des Kostenaufwandes wie auch der mit der Vorkammer verbundenen thermischen Probleme des Zylinderdeckels günstig auswirkt. Ein weiterer Vorteil der neuen Einrichtung besteht darin, daß das Absperrorgan als Umschaltschieber ausgebildet ist, der bei seinen Schaltbewegungen den feinteiligen Brennstoff nicht verdichtet, denn er übt keine Förderbewegung auf den Brennstoff aus.

Ein Aiisführungsbeispiel der Erfindung ist in der

folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher . erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit der erfindui.gsgemäßen Einrichtung zum Einbringen von Kohlenstaub,

F i g. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie H-II in Fig. 1 und

F i g. 3 einen Ausschnitt aus F i g. 2 bei einer anderen Stellung des Umschaltschiebers.

Gemäß Fig. 1 ist auf einem Zylinder 1, in dem ein ι ο Arbeitskolben 10 beweglich angeordnet ist, ein Zylinderkopf 2 in bekannter Weise befestigt, der zentrisch zur Achse des Zylinders 1 einen Einsatz 3 aufweist, in dem mittels eines Ringes 5' das untere Ende einer Welle 5 eines Schleuderrades 4 zum gleichmäßigen Verteilen is von Kohlenstaub drehbar gelagert ist Im Bereich des oberen Endes der Welle 5 ist diese mittels eines Ringes 5" in einem den Einsatz 3 umgebenden Aufsatz 6 gelagert, der mittels Bolzenschrauben 7 mit dem Einsatz 3 verbunden ist Das obere Ende der Welle 5 ist mit einem Zahnrad 8 versehen, das mit der Innenverzahnung 9' eines Zahnrades 9 kämmt, dessen Zähne der Innenverzahnung 9' breiter sind als die Zähne des Zahnrades 8. Das Zahnrad 8 ist mit der Welle 5 drehfest verbunden und über eine Druckfeder 16, die sich innerhalb des Zahnrades 9 befindet, in diesem abgestützt Hierdurch ist das Schleuderrad 4 mitsamt der Welle 5 und dem Zahnrad 8 unter Zusammendrükkung der Feder 16 axial verschiebbar, so daß es aus der in F i g. 1 dargestellten Stellung in die in F i g. 2 gezeigte Stellung gebracht werden kann. Das Zahnrad 9, das im Aufsatz 6 drehbar gelagert ist, weist eine Außenverzahnung 9" auf und bildet mit einem nicht dargestellten Gegenrad einen hydraulischen Motor.

Durch Variation der diesem Motor zugeführten Menge eines hydraulischen Druckmittels, das vorzugsweise aus Dieselbrennstoff besteht, kann die Drehzahl des Schleuderrades 4 immer genau den jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßt werden, d. h. die Reichweite der Kohlenstaubteilchen im Brennraum zwischen dem Zylinder 1 und dem Arbeitskolben 10 kann dadurch optimal auf den Betrieb abgestimmt werden.

Die Welle 5 des Schleuderrades 4 ist auf ihrer ganzen Länge hohl ausgebildet. Durch den so gebildeten zylindrischen Hohlraum hindurch erstreckt sich ein Rohr 11, das mit seinem unteren Ende in einen Hohlraum 12 des Schleuderrades 4 mündet. Durch das Rohr 11 wird ein Kühlmittel zugeführt, das das in den Brennraum des Zylinders 1 ragende Schleuderrad 4 kühlt und anschließend durch den Ringraum zwischen der Welle 5 und dem Rohr 11 die Welle 5 aufwärts durchströmt und dann über im Bereich des Zahnrades 9 befindliche radiale Bohrungen 13 die Welle 5 verläßt. Über Bohrungen 14 im Zahnrad 9 und eine Bohrung 15 im Aufsatz 6 gelangt dann das Kühlmittel zurück zum v> nicht dargestellten Kühlmittelbehälter. Das Kühlmittel kann ebenfalls Dieselöl sein, was den Vorteil hat, daß bei einer etwaigen Leckage das öl in den Brennraum gelangt und dort verbrennt, ohne daß der Betrieb der Maschine gestört wird. Zugleich dient das Kühlmittel als eo Schmiermittel für die Lagerringe 5' und 5" der Welle 5, die zu diesem Zweck im Bereich dieser Ringe mit radialen Bohrungen versehen ist.

Im Aufsatz 6 ist außer der oberen Lagerung 5" für die Welle 5 ein schräg zu dieser verlaufender Kanal 19 angebracht, der sich im Einsatz 3 fortsetzt und sich in seii...n Durchmesser erweiternd konzentrisch zur Ac" se der Welle 5 verläuft Der Querschnitt des Kanals

19 kann im wesentlichen konstant sein oder sich in Fließrichtung des Kohlenstaubes allmählich erweitern. Das untere Ende des Kanals 19 -endet in einer Ringschulter 18 des Einsatzes 3, die in eine entsprechende Ringnut des Schleuderrades 4 ragt In der in F i g. 1 gezeichneten Stellung des Schleuderrades bildet die äußere Umfangsfläche der Ringschulter 18 mit der dieser Schulter benachbarten Gegenfläche 18' des Schleuderrades eine Dichtung, um ein Auslaufen der im Kanal 19 enthaltenen Kohlenstaubsäule zu verhindern. Von der Fläche 18' des Schleuderrades gehen radial und schräg nach unten gerichtete Kanäle 4' aus, die in der in F i g. 2 gezeichneten Stellung des Schleuderrades 4 vom Kohlenstaub durchflossen sind.

Innerhalb des Aufsatzes 6 ist, den Kanal 19 durchquerend, ein Umschaltschieber 20 vorgesehen, der in Richtung seiner Achse verschiebbar ist und in der in Fig.2 dargestellten Stellung eine mit dem Kanal 19 fluchtende Bohrung 22 aufweist Außerdem weist der Unischaltschieber 20 eine gekrümmte Bohrung 23 auf, die in der in F i g. 3 gezeigten Stellung den oberhalb des Umschaltschiebers befindlichen Abschnitt 19' des Kanals 19 mit einem weiteren, im Aufsatz 6 enthaltenen Kanal 24 verbindet Der Kanal 24 ist über eine am Aufsatz 6 angeschlossene Leitung 25 mit dem Austritt eines nicht dargestellten Kohlenstaubspeichers verbunden. Um das Fließen des Kohlenstaubes in Richtung des Kanalabschnittes 19' zu erleichtern, nehmen die den Kohlenstaub führenden Querschnitte in Fließrichtung ständig zu. Im Kohlenstaubspeicher ist ein federbelasteter Kolben angeordnet der im Takt des Arbeitskolbens 10 den im Speicher enthaltenen Kohlenstaub über die Leitung 25, den Kanal 24 und den Umschaltschieber 20 zum Kanal 19 fördert Oberhalb des Umschaltschiebers

20 ist im Kanalabschnitt 19' ein gesteuerter Kolben 27 angeordnet der dazu dient, die im Kanal 19 befindliche Kohlenstaubsäule im richtigen Zeitraum über das Schleuderrad 4 dem Brennraum des Zylinders 1 zuzuführen.

Der Aufsatz 6 ist im Bereich des Kanalabschnittes 19' mit einem Deckel 36 versehen, in dem der Kolben 27 axial verschiebbar geführt ist und der einen durch ein Druckmittel beaufschlagbaren Raum begrenzt (F i g. 2). Zum Betätigen des Umschaltschiebers 20 und des Kolbens 27 sind eine Schieberpumpe bzw. eine Brennstoffzumeßpumpe vorgesehen, die nicht gezeigt und über je einen Nocken angetrieben sind. Von der Schieberpumpe führt eine Leitung 45 über ein Rückschlagventil 45' zum Aufsatz 6 nahe einem Anschlag 20' für das in Fig.2 rechte Ende des Umschaltschiebers 20. Vor dem Rückschlagventil 45' zweigt von der Leitung 45 eine Leitung 49 ab, die in eine Ringnut 49' mündet, die in F i g. 2 links vom Anschlag 20' in der Bohrung für den Umschaltschieber 20 angebracht ist. Auf diese Weise wird die Bewegung des Umschaltschiebers kurz vor Erreichen des Anschlages 20' gedämpft, weil das Druckmittel — nachdem die Stirnfläche des Umschaltschiebers die Ringnut 49' passiert hat — nur noch gedrosselt in die Leitung 49 abströmen kann. Das linke Ende des Umschaltschiebers 20 ist mit einem axialen Schlitz versehen, in den zur Sicherung gegen Verdrehen des Umschaltschiebers ein am Aufsatz 6 befestigter Steg 70 ragt Das geschlitzte Ende des Umschaltschiebers ist außerdem an einer Druckfeder 37 abgestützt, die den Umschaltschieber 20 in die in F i g. 3 gezeichnete Lage verschiebt, wenn das Druckmittel in der Leitung 45 einen bestimmten Druck unterschreitet, der durch ein Überströmventil einge-

stellt wird.

Von der Brennstoffzumeßpumpe führt eine Leitung 55 über ein Rückschlagventil 55' zum Deckel 36 nahe einem Anschlag 27' für den Kolben 27. Ähnlich wie beim Umschaltschieberanschlag 20' zweigt auch hier vor dem Rückschlagventil 55' eine Leitung 72 ab, durch die bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 27 das Druckmittel gedrosselt abströmt, wenn dieser die Kante 71 im Deckel 36 passiert

Es ergeben sich folgende Bewegungsabläufe: Im unteren Totpunkt des Arbeitskolbens 10 befindet sich der Kolben 27 in angehobener Stellung, während der Umschaltschieber 20 die in F i g. 3 dargestellte Füllstellung einnimmt Der Speicher verdrängt einen Teil des in ihm enthaltenen Kohlenstaubes über die Leitung 25, den Kanal 24 und die Bohrung 23 des Umschaltschiebers 20 in den Kanalabschnitt 19', wobei er den Kolben 27 bis zu seinem Anschlag 27' drückt Nach einer gewissen Drehung der nicht dargestellten Kurbelwelle des Arbeitskolbens 10 wird über die Leitung 45 Druck auf den Umschaltschieber 20 ausgeübt so daß dieser gegen den Druck der Feder 37 in die in F i g. 2 dargestellte Arbeitsstellung verschoben wird, in der der Kanal 19 mit der Bohrung 22 im Schieber fluchtet Vor Erreichen des oberen Totpunktes des Arbeitskolbens 10, beginnt bei ⁴A-LaSt das Einbringen von Kohlenstaub aus dem Kanal 19 in den Brennraum des Zylinders, indem über die Leitung 55 Druck auf den Kolben 27 ausgeübt wird, so daß dieser und damit die im Kanalabschnitt 19', in der Bohrung 22 und im Kanal 19 befindliche Kohlenstaubsäule abwärts bewegt wird. Dabei wird gleichzeitig das ständig rotierende Schleuderrad 4 so weit axial abwärts verschoben, daß die Dichtflächen der Ringschulter 18 und die Gegenfläche 18' außer Eingriff kommen und Kohlenstaub aus dem Kanal 19 über die Kanäle 4' des Schleuderrades 4 in den Zylinderraum geschleudert wird. Kurz hinter oder auch kurz vor dem oberen Totpunkt wird das Einbringen des Kohlenstaubes beendet. Infolge des inzwischen im Zylinder 1 durch die Verbrennung des Kohlenstaubes wirksamen Druckes wird der Kolben 27 zusammen mit der Kohlenstaubsäule im Kanal 19 ein kleines Stück aufwärts bewegt, bis das Schleuderrad 4 wieder die obere, in F i g. 1 gezeigte Schließstellung innehat. Bei Absinken des Druckes in der Leitung 45 wird der Umschaltschieber 20 unter dem Einfluß der Druckfeder 37 wieder in die in Fig.3 dargestellte Füllstellung verschoben. Beim anschließenden Füllen gelangt der Kolben 27 wieder in seine oberste Stellung am Anschlag 27', da kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes des Arbeitskolbens 10 der

Druck der Zurneßpurnpe zurückgeht

Bei Teillast der Maschine sind die Bewegungsabläufe prinzipiell gleich. Bei 'A-Last wird der Beginn des Einbringens zum oberen Totpunkt des Arbeitskolbens 10 hin verschoben, und der wirksame Hub der Brennstoffzumeßpumpe und damit der Hub des Kolbens 27 sind entsprechend kleiner.

Die Mittel zum Zünden des in den Brennraum eingebrachten Kohlenstaubes sind nicht dargestellt und sind konventioneller Art ζ. B. in Form einer Glühkerze, durch Einspritzen einer kleinen Menge öl o. dgl.

Abweichend von der beschriebenen Ausführungsform des Schleuderrades 4 können anstelle der Bohrungen 4' an der dem Kanal 19 zugewendeten Oberseite des Schleuderrades Schaufeln vorgesehen sein.

Wie das Kühlmittel für das Schleuderrad 4 und das den hydraulischen Motor für das Schleuderrad antreibende Druckmittel besteht auch das Druckmittel, das den Umschaltschieber 20 und den Kolben 27 bewegt zweckmäßig aus Dieselbrennstoff.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Einbringen von feinteiligem, festem Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, die einen ersten, mit einem unter Druck stehenden Speicher für diesen Brennstoff verbundenen Kanal, ein am Ende dieses ersten Kanals angeordnetes und mit diesem zusammenwirkendes Sperrorgan, einen zweiten, zum Brennraum "> führenden Kanal und einen den Brennstoff taktweise im Zyklus des jeweiligen Arbeitskolbens der Brennkraftmaschine aus dem zweiten Kanal in den Brennraum drückenden Kolben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung >⁵ ein in dem im Zylinder (1) befindlichen Brennraum angeordnetes, rotierendes Schleuderrad (4) aufweist, das gegen eine ständig wirksame Schließkraft axial verschiebbar gelagert ist und in seiner oberen Stellung zugleich den Verschluß des brennraumseitigen Endes des zweiten Kanals (19) bildet und das durch den auf den zu fördernden Brennstoff vom Kolben (27) eingeleiteten Druck in eine den Brennstoffaustritt in den Brennraum ermöglichende Stellung bei Brennstofförderung bewegt ist, und daß das Sperrorgan (20), ausgebildet als Umschaltschieber, angepaßt an den Zyklus des jeweiligen Arbeitskolbens der Brennkraftmaschine zum einen auf Speisung des zweiten Kanals (19) und zum anderen auf Sperrung der Verbindung vom ersten (24) zum zweiten Kanal (19) schaltet.

2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der vom Speicher bis zum Umschaltschieber (20) erstreckende erste Kanal (24) in Strömungsrichtung des feinteiligen, festen Brenn-Stoffs kontinuierlich erweitert

3. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltschieber (20) sowohl Abschnitte des ersten (24) wie des zweiten Kanals (19) aufweist, die entsprechend der jeweiligen Schaltung mit dem ersten Kanal (24) bzw. dem zweiten Kanal (19) in eine einen kontinuierlichen Wandungsverlauf ergebende Stellung gebracht sind.

4. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleuderrad (4) von einem Kühlmittel durchströmte Hohlräume (12) aufweist.

5. Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel aus Dieselbrennstoff besteht und zugleich das Antriebsmittel für das Schleuderrad (4) und den Umschaltschieber (20) bildet.