DE693957C - Internal combustion engine for powdery fuels with an antechamber - Google Patents

Description

Brennkraftmaschine für pulverförmige Brennstoffe mit einer Vorkammer Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine für pulverförmige Brennstoffe mit einer Vorkammer, in die der Brennstoff während des Verd:ichtungshubeseingeführtwird.Internal combustion engine for powdery fuels with an antechamber The invention relates to an internal combustion engine for pulverulent fuels with an antechamber into which the fuel is introduced during the compression stroke.

Brennkraftmaschinen mit Anordnung einer Vorkammer, eines Luftspeichers sowie eines Wirbelbrenners sind bereits für Verwendung flüssiger Brennstoffe bekanntgeworden. Es ist außerdem bekannt, bei Vorkammermaschinen eine Umkleidung der Vorkammer vorzusehen, durch die die Vorkammertemperatur hochgehalten' wird und der durchströmende Brennstoff hoch erhitzt wird. Es ist dies weiteren bekannt, bei Vorkammermaschinen für flüssige Brennstoffe schraubenförmige Rillen an der Vorkammermündung anzuordnen, um eine kreisende Strömung des in den Arbeitszylinder übertretenden brennenden Gemi:s@ches zu erzielen. Es sind auch Brennkraftmaschinen für pulverförmige Brennstoffe nicht mehr neu, bei denen, der einer Vorkammer zugeführte Brennstoff in dieser vergast und in diesem Zustande dann über eine Drosselmündung in den. Arbeitszylinder geleitet wird. Mit den bekannten Anordnungen läßt sich eine möglichst weitgehende Vergasung pulverförmIgen Brennstoffes für den Betrieb einer Brennkraftmaschine kaum erreichen. Die Erfindung benutzt zu diesem Zweck eine Reihe an sich, und zwar vorwiegend im Brennkraftmaschinenbau für :flüssige Brennstoffe, bekannter Mittel gemeinsam und erreicht mit der bestimmten Kombination dieser Maßnahmen eine weitgehende Aufbereitung und Vergasung des pulverförmigen Brennstoffes in der Vorkammer und gleichzeitig durch die Ausbildung der Strömung des brennenden Gemisches im Arbeitszylinder einen Schutz der Zylinderwaa dungen vor hohen Temperaturen und vor dem Festsetzen von festen Teilchen. Die Erfindung besteht nunmehr darin, daß bei einer Maschine der eingangs erwähnten Art die an der Stirnfläche des Arbeitszylinders angeordnete und gegen Wärmeabgabe isolierte Vorkammer über eine Reihe von Öffnungen mit einem vorzugsweise die Vorkammer ringförmig umgebenden Luftspeicher und über ein zentral in ihr angeordnetes und an seinem Umfange mit schraubenartigen geschlossenen Rillen im Sinne der Erzeugung einer in den Arbeitszylinder eintretenden. kreisenden Strömung des brennenden Gemisches versehenes Mundstück mit dem Arbeitszylinder in Verbindung steht.Internal combustion engines with an arrangement of an antechamber, an air reservoir and a vortex burner have already become known for the use of liquid fuels. It is also known to provide a cladding of the antechamber in antechamber machines, through which the antechamber temperature is kept high and the fuel flowing through is highly heated. This is also known in antechamber machines for liquid Fuels to arrange helical grooves on the antechamber mouth to a circling flow of the burning Gemi: s @ ches overflowing into the working cylinder to achieve. There are also no internal combustion engines for pulverulent fuels more new, for those who gasify the fuel supplied to an antechamber in this and in this state then via a throttle orifice into the. Working cylinder headed will. The most extensive gasification possible can be achieved with the known arrangements powdery fuel for the operation of an internal combustion engine can hardly be achieved. The invention uses a number per se for this purpose, predominantly in the Internal combustion engine construction for: liquid fuels, known means common and achieves extensive processing with the specific combination of these measures and gasification of the powdered fuel in the antechamber and at the same time through the formation of the flow of the burning mixture in the working cylinder Protection of the cylinder walls from high temperatures and from sticking solid particles. The invention now consists in that in a machine type mentioned at the beginning and arranged on the end face of the working cylinder Pre-chamber insulated against heat emission via a series of openings with one preferably the prechamber ring-shaped surrounding air storage and a centrally arranged in it and in its scope with screw-like closed grooves in the sense of generating one entering the working cylinder. circling flow of the burning mixture provided mouthpiece with the working cylinder in connection stands.

Die an sich bekannte Anordnung schraubenförmiger Rillen am Mundstück der Vorkammer im Zusammenhang mit .dem Luftspeicher ist bei Verwendung pulverförmigen Brennstoffes, wenn es. darauf ankommt, zu verhindern, daß bei der stürmisch verlaufenden Zerstäubung und Vergasung Kohlenstaub direkt in den Hauptbrennraum tritt, sondern unter Wirbelung noch in diesen Rillen Gelegenheit hat zu verbrennen, nur in dem Sinne möglich, daß der Wirbler in jedem Falle durch etwa propellerförmige Anordnung einen geraden Durchtritt des Staubes verhindert. Die geschlossene Form der Rillen, die etwa von den- Wandungen des Mundstückes umschlossen sind, ermöglicht es, daß die Gesamtmenge des aus der Vorkammer ,austretenden Gases von Kohlenstaub durch Verbrennung befreit wird.The per se known arrangement of helical grooves on the mouthpiece the antechamber in connection with the air reservoir is powdery when used Fuel if there is. What matters is to prevent the storm going Atomization and gasification rather than coal dust enters the main combustion chamber directly with eddies still in these grooves has the opportunity to burn, only in that Meaning possible that the vortex in each case by approximately propeller-shaped arrangement prevents the dust from passing straight through. The closed shape of the grooves, which are approximately enclosed by the walls of the mouthpiece, makes it possible that the total amount of coal dust gas escaping from the antechamber Combustion is released.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung wird auch ein Eintreten von Kohlenstaub in den Schmierfilm verhindert. Die Temperaturen werden in der Vorkammerwandung zweckmäßig auf etwa 8oo bis 1200° gehalten, üi diesem Fall entsteht Generatorgas, von dein ein Teil bei der Ausdehnung während der Halbverbrennung in den anschließenden Luftspeicher tritt und, unter Verbrennung in die Vorkammer zurückschlagend, einen brennenden Treibgasstrom durch das Mundstück in :den Hauptbrennraum führt. Dieses Mundstück wird im Sinne einer Wirbelung des Staubes und zugleich einer Verzögerung seines Eintritts ü den Arbeitszylinder durch schraubenförmige geschlossene Rillen begrenzt, im Simne der Entwicklung einer laminar verteilten kreisenden Strömung, und führt von .der Stirnseite des Zylinders zentral oder schräg in den Hauptbrenmraum. In weiterer Ausbildung der Erfindung läßt sich das Gas unter Anordnung eines freien Zwischenraumes um die Schraubenrillen zum kegeligen, sich verjüngenden Außenumfang des Mundstücks; wobei der gebildete Trichterraum in einen Ringkanal zur Achsenabführung ausmündet, von mitgeführtem Aschenstaub dadurch befreien, daß der gebildete Trichter mit einer etwa seifen- oder bohrölhaltigen Flüssigkeit bespült wird und so die Asche, die an 'die Wandungen, tritt, unter Mitwirkung von Seifenbläschen gefangen und durch den Ring- und einen Sammelkanal abgeführt wird.The arrangement according to the invention also prevents occurrence of Prevents coal dust from getting into the lubricating film. The temperatures are in the antechamber wall expediently kept at about 8oo to 1200 °, in this case generator gas is produced, of your part in the expansion during the half-combustion in the subsequent ones Air storage occurs and, with combustion, strikes back into the antechamber burning propellant gas flow through the mouthpiece into: the main combustion chamber. This Mouthpiece is in the sense of a swirl of dust and at the same time a delay its entry ü the working cylinder through helical closed grooves limited, in the simile of the development of a laminar distributed circulating flow, and leads from the end face of the cylinder centrally or at an angle into the main combustion chamber. In a further embodiment of the invention, the gas can be arranged with a free Space around the screw grooves to the conical, tapered outer circumference of the mouthpiece; the funnel space formed in an annular channel for axis discharge empties, free from entrained ash dust by the fact that the funnel formed is rinsed with a liquid containing soap or drilling oil and so the ashes, the one on the walls, trapped with the help of soap bubbles and through the ring and a collecting channel is discharged.

In der Zeichnung ist in Fig. i die Vorkammeranordnung für .einen solchen Koh@enstaubmotor mit Entaschungseinrichtung im Wirbler im Schemaschnitt dargestellt. Fig.2 gibt ein PV=Diagramm für den Arbeitspro.. zeß wieder.In the drawing, FIG. I shows the antechamber arrangement for such a Coal dust motor with ash removal device shown in the swirler in a schematic section. Fig.2 shows a PV = diagram for the work process .. process again.

Der Zylinderkopf 3 mit dem Vorkammergehäuse ¢, dem Luftspeicher 5 und der etwa zentralen Vorkammer 6, die von Wänden 7 aus schlecht leitendem, beispielsweise keramischem bzw. gesintertem Werkstoff begrenzt ist, trägt anschließend das zum Hauptbrennraum führende Mundstück 8 mit den schraubenförmigen Rillen g. Vom Luftspeicher 5 führen leicht schräg zur Kammerachse gerichtete Verbindungsöffnungen i o zur Vorkammer 6.. Der Zylinderkopf wird von einem Kühlraum i i umschlossen, ein Glühzünder 12 dient zum Zünden der Ladung beim Anfahren des kalten Motors.The cylinder head 3 with the antechamber housing [, the air reservoir 5 and the approximately central antechamber 6, which is made of poorly conductive walls 7, for example ceramic or sintered material is limited, then contributes to Main combustion chamber leading mouthpiece 8 with the helical grooves g. From the air reservoir 5 lead connection openings i o, which are directed slightly obliquely to the chamber axis, to the antechamber 6 .. The cylinder head is enclosed by a cooling space i i, a glow igniter 12 serves to ignite the charge when starting the cold engine.

Bei der Verbrennung wird der Aschenstaub längs den kegeligen Sammelwänden 13 .durch eine Spülflüssigkeit, die über ein Ventil i q. und Düsen 15 aufgegeben wird, ;gebunden, im Ringkanal 16 gesammelt und durch ein, Ventil 17 abgeführt. Die Kohlenstaubzuführung 18 wird in bekannter Weise mit Schleuse und Luftzuführung ausgebildet.During the combustion, the ash dust along the conical collecting walls 13 .by a rinsing liquid which is fed through a valve i q. and nozzles 15 is abandoned; bound, collected in the annular channel 16 and discharged through a valve 17. The coal dust feed 18 is formed in a known manner with a lock and air feed.

Das Schaubild gemäß Fig.2 veranschaulicht die bei der Kolbenbewegung und Verbrennung sich etwa abspielenden Druck- und Raumveränderungen. Es ist eine Verdichtung von i :7,5 angenommen, eine mittlere Temperatur der Vorkammerwandungen über 8oo°, ein Rauminhalt von 40% der Gesamtluft in der heißen Vorkammer 6, deren Inhalt etwa 7% des Hubraumes, entspricht.The diagram according to FIG. 2 illustrates the movement of the piston and combustion, any changes in pressure and space that are taking place. It is one Assumed compression of i: 7.5, an average temperature of the antechamber walls over 8oo °, a volume of 40% of the total air in the hot antechamber 6, whose Content corresponds to about 7% of the cubic capacity.

Der Kohlenstaub wird etwa i o' vor dem oberen Totpunkt durch Treibgas aufgegeben. Am Ende des Verdichtungshubes ist in der heißen Vorkammer eine hohe Verdichtung vorhanden, so daß sich .das Druckdiagramm dem eines Diesels mit dem Verdichtungsverhältnis i : 16 nähert.The coal dust is about i o 'before top dead center by propellant gas given up. At the end of the compression stroke there is a high in the hot antechamber Compression exists, so that the pressure diagram is that of a diesel with the Compression ratio i: 16 approaches.

Im PV-Diagramm entsprechen den Punkten Bei b' beginnt die schnelle Verbrennung, bei der in der Vorkammer nur etwa i 5 % der Wärmeenergie des Brennstoffes 'unter Gaserzeugung umgesetzt wird. Bei c trifft kurz nach dem 0T eine Druckwelle von der Vorkammer durch Öffnungen io in den Luftspei- a b b' c d e f in der Vorkammer . . . . . . . . 8oo° 90o° Zündung i ioo° - i 500° 1700' im Hauptbrennraüm ...... 40o° 50o° - - 700° i 200° 2000, ' eher, worauf auch dort eine Entspannung einsetzt und das Gas fortschreitend unter Rücktritt der Druckwelle des Luftgasgemisches in die Vorkammer durch das Mundstück 8 in den Hauptbrennraum geführt wird, wobei sowohl das Gas in der dort vorhan-° denen Luft als auch der in der Vorkammer verbleibende Rest des Gases mit dem Rest der Speicherluft bis etwa 4.5° nach dem oberen Totpunkt des Kolbens verbrennt.In the PV diagram, the points at b 'correspond to the rapid combustion, in which only about i 5% of the thermal energy of the fuel is converted in the antechamber to generate gas. At c, shortly after 0T, a pressure wave hits the antechamber through openings io in the air supply fig 'cdef in the antechamber. . . . . . . . 8oo ° 90o ° ignition ioo ° - i 500 ° 1 700 ' in the main combustion chamber ...... 40o ° 50o ° - - 700 ° i 200 ° 2000, 'Rather, whereupon there is also relaxation and the gas is progressively guided into the antechamber through the mouthpiece 8 into the main combustion chamber, with the pressure wave of the air gas mixture withdrawing, with both the gas in the air there and that in the antechamber The remainder of the gas burns with the rest of the storage air up to about 4.5 ° after the top dead center of the piston.

Die Entstaubung des von den: Schraubenrillen g geführten Gases hängt bei denn geringen. Staubgehalt. mit dem Bestreben des Staubes zusammen, sich in der Schwebe gleichmäßig zu verteilen. Wird nun ein, Teil des Staubes an den Wandungen aufgefangen, so drängt der andere nach, wobei die Bläschenbildung der Spülflüssigkeit die Entstaubung sichert.The dedusting of the gas carried by the screw grooves g depends at the small ones. Dust content. with the endeavor of the dust to get in to distribute the levitation evenly. Now becomes part of the dust on the walls caught, the other presses in, with the formation of bubbles in the rinsing liquid the dedusting ensures.

Die .aus dem Mundstück 8 austretenden, schräg nach unten, etwa in Kreisrichtung strömenden Gasflammen bringen den Luftinhalt des Hauptbrennraumes zum Kreisen, wodurch bei guter lammager Flammenverteilung durch Schleuderwirkung kälteres Gas an den Flammenumfang tritt und Iden Schmierfilm schützt, während die heißesten Gase der Mitte des Raumes'wenig Wärmeverluste ergeben.The emerging from the mouthpiece 8, obliquely downwards, approximately in Gas flames flowing in a circular direction bring the air into the main combustion chamber for circling, which results in a good flame distribution due to the centrifugal effect colder gas comes to the circumference of the flame and protects the lubricating film, while the The hottest gases in the middle of the room result in little heat loss.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftmaschine für pulverförmige Brennstoffe mit einer Vorkammer, in die der Brennstoff während des Verdichtungshubes eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die all der Stirnseite .des Arbeltszylindeis angeordnete und gegen Wärmeabgabe isolierte Vorkammer (6) über eine Reihe, von öifnungen (io) mit einem vorzugsweise die Vorkammer ringförmig umgebenden Luftspeicher (5) und über ein zentral in ihr angeordnetes und an seinem Umfange mit schraubenartigen geschlossenen Rillen (9) im Sinne der Erzeugung einer in den Arbeitszylinder eintretenden kreisenden- Strömung des brennenden Gemisches versehenes Mundstück (8) mit dem Arbeitszylinder in Verbindung steht. a. Brennkraftmaschine nach Anspruch i für aschenhaltvgen, pulverförmägen Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (8) in Strömungsrichtung des Gemisches sich kegelig verjüngt und an seinem Außenumfang einen im eirnen Ringkanal (16) zur Aschenabführung ausmündenden freien Zwischenraum besitzt, auf den eine Spülflüssigkeit geleitet und mit der Asche abgeführt wird. PATENT CLAIMS: i. Internal combustion engine for pulverulent fuels with an antechamber into which the fuel is introduced during the compression stroke, characterized in that the antechamber (6) arranged on all the front side of the Arbeltszylindeis and insulated against heat emission has a row of openings (io) with a preferably the prechamber ring-shaped surrounding air reservoir (5) and a centrally located in it and on its circumference with screw-like closed grooves (9) in the sense of generating a circular flow of the burning mixture entering the working cylinder provided with the working cylinder in mouthpiece (8) Connection. a. Internal combustion engine according to claim i for ash-containing, pulverulent fuel, characterized in that the mouthpiece (8) tapers conically in the direction of flow of the mixture and on its outer circumference has a free space opening into an annular channel (16) for ash removal, onto which a rinsing liquid is directed and is carried away with the ashes.