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Brennkraftmaschinenanlage.
Es ist bekannt, die Leistung von Brennkraftmaschinen dadurch zu steigern, dass nach oder schon während der Verbrennung oder nach der Verpuffung einer sonst normal arbeitenden Brennkraftmaschine eine zusätzliche Menge Pressluft und Brennstoff unter dem Verbrennungs- oder Verpuffungsdrueke zugeführt wird, so dass eine grössere Füllung und damit eine grössere Diagrammfläehe erreicht wird.
Diese Maschinen können in zwei Gruppen eingeteilt werden :
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Zylinders in einer diesem vorgeschalteten Mischkammer erfolgt.
Die Verfahren der ersten Gruppe sind nur für langsam laufende Maschinen verwendbar, da die Verdampfung, Ölgasbildung und Diffusion des Brennstoffes, die der Verbrennung vorausgehen müssen. eine gewisse Zeit in Anspruch nehmen, die zur Erreichung einer guten Wärmeausnutzung nur einen Bruchteil der Ausdehnungsdauer betragen darf. Ein Betrieb mit zusätzlicher Einführung von verdichtetem.
Gasgemisch liefert überhaupt unbrauchbare Ergebnisse.
Bei den Maschinen der zweiten Gruppe handelt es sich darum, Rückzündungen in der dem Verbrennungszylinder vorgeschalteten Mischkammer zu vermeiden. Es wurden z. B. zwischen Einlassventil und Misehkammer Drahtgitter eingelegt, die durch Wärmeabführung ein Durchschlagen der Flamme verhindern sollten. Dieses Gitter nutzte jedoch nur ganz kurze Zeit, nämlich nur solange als
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dieses Problems für den Gasmasehinenbau sehr wertvoll wären, da bereits in der Mischkammer ein vollkommenhomogenes, gut brennbares Gemisch gebildetwerdenkann, wodurch die Zeit der Verbrennung im Zylinder beliebig herabgesetzt wird, so dass also aus diesem Grunde der Drehzahl weite Grenzen gesetzt sind.
Auch das bei langsam laufenden Dieselmaschinen unvermeidliche Nachbrennen und die damit verbundene schlechte Wärme ausnutzung wird vermieden, da die Mischung in der Misehkammer so gut durchgeführt werden kann, dass jedes einströmende Brennstoffmolekül sofort seinen nötigen Sauerstoff vorfindet.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Verbrennung bei den Maschinen der zweiten Gruppe störungsfrei durchzuführen. Die Erfindung besteht in der Anwendung der bereits in der Feuerungsund Beleuchtungstechnik bekannten Erscheinung, dass nämlich bei einer Gasflamme ein richtiges Brennen nur dann erreicht wird, wenn die Ausströmungsgesehwindigkeit des brennbaren Gemisches aus der Düse, vor der die Flamme entstehen soll, mit der Verbrennungsgeschwindigkeit des Gemisches übereinstimmt. Ist die Ausströmgeschwindigkeit kleiner, so tritt Rückschlagen der Flamme in die Mischkammer ein, ist sie um vieles grösser, so entsteht ein Fortblasen, d. h. ein Auslöschen der Flamme.
Um also das brennbare Gasgemisch in den Verbrennungszylinder zu bekommen, ohne dass die Flamme in die Mischkammer zurückschlägt, muss man dafür Sorge tragen, dass in jedem Zeitteilchen die Ein- trömgeschwindigkeit des Gemisches grösser oder höchstens gleich seiner Verbrennungsgeschwindigkeit ist. Grösser als zum sicheren Betriebe notwendig, darf man die Strömungsgeschwindigkeit aus zwei Gründen nicht machen.
Erstens müsste dazu das Gasgemisch unnötig hoch über den Verbrennungsdruck verdichtet
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erreicht, von denen das letzte, das den unmittelbaren Abschluss gegen den Zylinder bildet, ein selbst- ; ätiges Druekminder-oder Drosselventil ist, das in jedem Augenblicke den zur Erzeugung der richtigen Strömungsgeschwindigkeit nötigen Überdruck des brennbaren Öldampfluft- oder Gasluftgemisches zeigen den Verbrennungsdruck im Zylinder herstellt. Dieses Ventil kann wie jedes selbsttätige Druckminderventil ausgebildet sein, z. B. als selbttätiges federbelastetes Tellerventil, bei dem sich die Federbelastung zwecks genauer Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit verändern lässt.
Die Federbelastung dient hier nicht zum rechtzeitigen Schliessen des Ventiles, sondern zur Erreichung des nötigen Überdruckes. Um jedoch Beginn und Abschluss der Einströmung des Brenngasgemisches in den Zylinder überhaupt steuern zu können, ist noch ein gesteuertes Einlassventil vorhanden, das dem Drosselventil vorgeschaltet ist. Durch das gesteuerte Einlassventil allein wäre ein gleichbleibender Überdruek und damit die richtige Strömungsgeschwindigkeit nicht erreichbar.
In Fig. l ist die Anwendung des Erfindungsgedankens an einer im Zweitakt arbeitenden Diesel- kraftmaschinenanlage mit Leistungssteigerung durch Einblasen eines zusätzlichen Öldampfluftgemisches am Ende oder während der normalen Verbrennung gezeigt.
In Fig. l bedeuten : D eine Hilfsdieselmaschine, LK einen Verdichter für die Erzeugung der zur Bildung des Öldampfluftgemisches nötigen Pressluft, SP eine Spülpumpe zur Erzeugung der Spülluft ffir die Hauptdieselmaschine, tu einen Überhitzer zur Vorwärmung der Pressluft mit den Abgasen der beiden Brennkraftmaschinen, MI (die Mischkammer, in der durch Brennstoffeinspritzung mittels einer Düse d das Öldampfluftgemiseh erzeugt wird, A die mit Leitungssteigerung arbeitende Hanptdieselmaschine, deren Kolben eine Welle Wantreibt, von der die Leistung abgenommen wird, Vd das Drossel-oder Druckminderventil zur Erzeugung der nötigen Einströmgeschwindigkeit und Ve das gesteuerte,
dem Ventile Vd vorgeschaltete Einlassventil für das Öldampfluftgemisch.
Der Arbeitsvorgang ist nun folgender :
Steht der Kolben der Maschine A in der gezeichneten Stellung, so hat gerade die normale Verbrennung begonnen, indem durch Düse d Brennstoff eingespritzt wird, entsprechend Punkt 2 in Fig. 2.
Von Punkt 2 bis 3 erfolgt normale Verbrennung bei gleichbleibendem Druck wie beim Dieselverfahren, im Punkte 3 hört die Ölzufuhr durch die Düse d auf und es wird das Einlassventil Ve durch die Steuerwelle geöffnet. Das Ventil Vd öffnet sieh aber erst dann, wenn der zur Erreichung der richtigen Einströmgeschwindigkeit nötige Überdruck vor dem Ventil gegenüber dem Gasdruck im Zylinder entstanden ist. Von diesem Momente an erfolgt Einströmen dieses Gemisches aus der Mischkmamer MI", wobei es sich sofort an den heissen Gasen im Zylinder entzündet ; hierauf folgt seine Verbrennung bis zum Punkte 4 des Diagramms in Fig. 2.
Jetzt schliesst das Einlassventil Ve und es beginnt die Ausdehnung, die bis zum Punkte 5 dauert, worauf sich Auslass und Spülung über die Diagrammpunkte 5, 6, 7, 8 in normaler Weise vollziehen. Vom Punkte bis 1 kann noch ein Teil der Ladeluft ausgeschoben werden, um die Verdichtungsarbeit und die Arbeitsfläche, die das reine Dieselverfahren entsprechend der strichlierten Linie im Diagramm ergeben würde, zu verkleinern, die Zusatzleistung aber zu vergrössern.
Dazu ist natürlich zur Erreichung normaler Verdichtung ein entsprechend kleinerer schädlicher Raum zu verwenden.
Die Erfindung ist sinngemäss auch auf eine im Viertakt arbeitende Dieselmaschine oder eine im Zweitakt oder Viertakt arbeitende Gasmaschine mit zusätzlicher Öldampfluft- oder Gaslufteinführung anwendbar.
Man kann auch bei dem in Fig. 1 gezeichneten Zylinder A die Spülschlitze ganz weglassen, also auf eine Spülung und die normale Dieselleistung verzichten, indem man die Abgase durch Auslassventil Va ausschiebt und bloss das Öldampf- oder Gasluftgemisch aus der Mischkammer zur Arbeitsleistung heranzieht. In diesem Falle kann die Zündung durch die hohe Temperatur der entsprechend verdichteten Abgase oder durch ein bekanntes Zündmittel (elektrischer Funke, Glühkopf oder Glührohr usw.) eingeleitet werden. Die Maschine arbeitet dann wie eine mit Pressluft beschickte Druckgaskraftmaschine mit durch die Verbrennung vergrösserter Diagrammfläche.
In Fig. 3 ist der Erfindungsgedanke auf eine mit einem Gasluftgemisch arbeitende Brennkraftmaschine angewendet. Dabei bedeuten :
D die Hilfsdieselmasehine, LK den Luftverdiehter, LU den Luftüberhitzer, ME die Mischkammer wie in Fig. 1 und A den nach Art eines Dampfzylinders mit verdichtetem Gasluftgemisch beschickten
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Der Arbeitsvorgang ist ähnlich wie in Fig. 1. In der gezeichneten Stellung des Kolbens imZylinderA öffnet das Einlassventil Ve, das Gasluftgemisch strömt aus der Mischkammer durch das gesteuerte Ventil Ve und das Drosselventil Vol (wens der zur Erreichung der richtigen Einströmgeschwindigkeit nötige Überdruck vor dem Ventil gegenüber dem Gasdruck im Zylinder A vorhanden ist), zündet sich an den hochverdichteten Abgasen oder durch eine besondere Zündvorrichtung und verbrennt unter gleichbleibendem Drucke bis zum Schlusse des Einlassventiles Ve ; dann erfolgt normale Ausdehnung und Auslass durch
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Ventil Va usw.
Luft und Gas werden gesondert in den entsprechenden Verdichtern LK und GK verdichtet, in den Überhitzern LÜ und GÜ getrennt überhitzt und strömen dann je über ein Rück-
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eine gute Durchmischung erzielt wird. Die Mischkammer kann bei langsam laufenden Maschinen auch zwischen die Ventile Vd und Ve verlegt werden, in welchem Falle zwei Einströmventile Ve, eines für Luft und eines für Gas zu verwenden sind.
Diese Anlagen sind überall dort, wo auf eine Veränderung des Drehmomentes Wert gelegt werden muss, also insbesondere bei Fördermaschinen, Walzenzugsmaschinen, Lokomotiven, Schiffen, Automobilen usw. verwendbar. Die Steuerung der Maschine muss derart eingerichtet sein, dass sie beim Anfahren mit grossen Füllungen bis ungefähr 80 v. H. arbeiten kann, um ein möglichst gleichbleibendes Anfahrmoment in allen Kurbelstellungen zu sichern. Die Regelung der Füllung erfolgt durch eine entsprechende Steuerung des Einlassventiles Ve, u. zw. bis zu Füllungen von 50 v. H. des Hubes.
Die Hilfsdieselmaschine D, die den Luftverdiehter LK, den Gasverdichter GK und die Spülpumpe SP und gegebenenfalls noch andere Hilfsbetriebe antreibt, läuft dauernd durch. Ihre Energie dient hauptsächlich dazu, den grössten Teil der Verdichtungsarbeit, die andernfalls im Zylinder A geleistet werden müsste, zu übernehmen. Die in dieser Hilfsmasehine aufgewendete Energie kommt also mit einem gewissen Übertragungswirkungsgrad (ungefähr 40 bis 70 v. H.) an der Maschinenwelle W der Hauptmaschine zu nutzbringender Wirkung, während ausserdem die Abgase der Hilfsmaschine D gemeinsam mit den Abgasen der Hauptmaschine in den Überhitzern Ü, LU, GÜ ausgenutzt werden.
Selbstverständlich werden zur Verbesserung der beschriebenen Arbeitsspiele in die Luft-und Gasleitungen entsprechend bemessene Speicherbehälter und fallweise auch Kühler eingebaut.
Die Einspritzung des Öles, das zur ersten Zündung im Verbrennungszylinder A dienen soll, kann nach jedem beliebigen bekannten Verfahren, also sowohl mit Pressluft als auch ohne Pressluftzerstäubung erfolgen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Brennkraftmaschinenanlage mit einer nach dem Gleichdruck-oder Verpuffungsverfahren im Zwei-oder Viertakt arbeitenden Hauptmaschine und einer Hilf8brellnkraftmaschine für den Betrieb von Luftverdichter, Spülpumpe und gegebenenfalls Gasverdichter, bei welcher Anlage im Verbrennungszylinder der Hauptmasehine ein brennbares, hochverdichtetes, ausserhalb dieses Zylinders gebildetes und vorgewärmtes Oldampfluft-oder Gasluftgemisch an den heissen Zylinderwandungen oder an den im Zylinder befindlichen heissen Verbrennungsgasen einer vorhergegangenen, die Verbrennung einleitenden normalen Öleinspritzung entzündet wird, um hierauf während der Verbrennung und Ausdehnung Arbeit zu leisten, dadurch gekennzeichnet,
dass man zur Vermeidung der Rüekzündungen nach der Mischkammer dieses Oldampfluft-oder Gasluftgemisch in jedem Zeitteilehen mit einer Ge- schwindigkeit in den Verbrennungszylinder (A) strömen lässt, die grösser oder gleich der Verbrennungsgeschwindigkeit des Brennstoffluftgemisches ist.
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Internal combustion engine system.
It is known to increase the performance of internal combustion engines by supplying an additional amount of compressed air and fuel below the combustion or deflagration pressure after or already during combustion or after deflagration of an otherwise normally operating internal combustion engine, so that a greater filling and thus a larger diagram area is achieved.
These machines can be divided into two groups:
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Cylinder takes place in an upstream mixing chamber.
The methods of the first group can only be used for slow-running machines, since the evaporation, oil gas formation and diffusion of the fuel must precede the combustion. take a certain amount of time, which may only be a fraction of the expansion time to achieve good heat utilization. A company with the additional introduction of compressed.
Gas mixture gives useless results at all.
In the case of the machines in the second group, the aim is to avoid backfiring in the mixing chamber upstream of the combustion cylinder. There were z. B. inserted between the inlet valve and the mixing chamber wire mesh, which should prevent the flame from penetrating through heat dissipation. However, this grid was only used for a very short time, namely only as long as
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This problem would be very valuable for gas machine construction, since a completely homogeneous, easily combustible mixture can already be formed in the mixing chamber, whereby the time of combustion in the cylinder is reduced as desired, so that for this reason the speed is set wide limits.
The inevitable afterburning in slow-running diesel engines and the associated poor use of heat are also avoided, as the mixing in the mixing chamber can be carried out so well that every fuel molecule that flows in immediately finds the oxygen it needs.
The present invention makes it possible to carry out the combustion in the machines of the second group without problems. The invention consists in the application of the phenomenon already known in combustion and lighting technology, namely that a gas flame can only burn properly if the outflow speed of the combustible mixture from the nozzle, in front of which the flame is to arise, corresponds to the combustion speed of the mixture matches. If the outflow speed is lower, the flame will flash back into the mixing chamber; if it is much higher, then it will blow away, i.e. H. an extinction of the flame.
In order to get the combustible gas mixture into the combustion cylinder without the flame striking back into the mixing chamber, care must be taken that the inflow velocity of the mixture in each time particle is greater than or at most equal to its combustion velocity. The flow velocity must not be made greater than necessary for safe operation for two reasons.
Firstly, the gas mixture would have to be compressed unnecessarily high above the combustion pressure
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reached, of which the last, which forms the immediate closure against the cylinder, a self-; ätiges pressure reducing valve or throttle valve, which at every moment produces the overpressure of the combustible oil vapor-air or gas-air mixture necessary to generate the correct flow rate, showing the combustion pressure in the cylinder. This valve can be designed like any automatic pressure reducing valve, e.g. B. as an automatic spring-loaded poppet valve, in which the spring loading can be changed for the purpose of more precise adjustment of the flow rate.
The spring load is not used here to close the valve in good time, but to achieve the necessary overpressure. However, in order to be able to control the beginning and end of the flow of the fuel gas mixture into the cylinder at all, there is also a controlled inlet valve which is connected upstream of the throttle valve. A constant overpressure and thus the correct flow velocity would not be achievable by the controlled inlet valve alone.
In FIG. 1, the application of the inventive concept to a two-stroke diesel engine system with an increase in performance by blowing in an additional oil vapor air mixture at the end of or during normal combustion is shown.
In Fig. 1: D an auxiliary diesel engine, LK a compressor for generating the compressed air required to form the oil vapor air mixture, SP a flushing pump for generating the flushing air for the main diesel engine, tu a superheater for preheating the compressed air with the exhaust gases from the two internal combustion engines, MI (the mixing chamber, in which the oil vapor air mixture is generated by fuel injection by means of a nozzle d, A the Hanptdiesel engine working with a line increase, the piston of which drives a shaft from which the power is taken, Vd the throttle or pressure reducing valve to generate the necessary inflow speed and Ve the controlled,
Inlet valve for the oil vapor / air mixture upstream of the valve Vd.
The process is now as follows:
If the piston of engine A is in the position shown, normal combustion has just started by injecting fuel through nozzle d, corresponding to point 2 in FIG. 2.
From point 2 to 3 normal combustion takes place at the same pressure as in the diesel process, in point 3 the oil supply through nozzle d ceases and the inlet valve Ve is opened by the control shaft. However, the valve Vd only opens when the overpressure required to achieve the correct inflow velocity has arisen upstream of the valve compared to the gas pressure in the cylinder. From this moment on, this mixture flows in from the mixing chamber MI ″, igniting immediately on the hot gases in the cylinder; this is followed by its combustion up to point 4 of the diagram in FIG. 2.
The inlet valve Ve now closes and the expansion begins, which lasts up to point 5, whereupon discharge and flushing take place in the normal way via diagram points 5, 6, 7, 8. From point to 1, part of the charge air can still be pushed out in order to reduce the compression work and the working area that the pure diesel process would result in according to the dashed line in the diagram, but to increase the additional power.
To achieve this, of course, a correspondingly smaller harmful space must be used to achieve normal compression.
The invention can also be applied analogously to a four-stroke diesel engine or a two-stroke or four-stroke gas engine with additional oil vapor air or gas air inlet.
In the cylinder A shown in Fig. 1, the flushing slots can also be completely omitted, i.e. flushing and normal diesel power can be dispensed with by pushing the exhaust gases out through the outlet valve Va and simply using the oil vapor or gas-air mixture from the mixing chamber for work. In this case, the ignition can be initiated by the high temperature of the correspondingly compressed exhaust gases or by a known ignition means (electric spark, glow head or glow tube, etc.). The machine then works like a pressurized gas engine charged with compressed air, with a diagram area enlarged by the combustion.
In Fig. 3 the inventive concept is applied to an internal combustion engine operating with a gas-air mixture. Mean:
D the auxiliary diesel engine, LK the air compressor, LU the air superheater, ME the mixing chamber as in FIG. 1 and A the one charged with a compressed gas-air mixture in the manner of a steam cylinder
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The operation is similar to that in Fig. 1. In the position shown of the piston in cylinder A, the inlet valve Ve opens, the gas-air mixture flows out of the mixing chamber through the controlled valve Ve and the throttle valve Vol compared to the gas pressure in cylinder A), ignites on the highly compressed exhaust gases or by a special ignition device and burns under constant pressure until the end of the inlet valve Ve; then normal expansion and exhaust occurs through
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Valve Va etc.
Air and gas are compressed separately in the corresponding compressors LK and GK, superheated separately in the superheaters LÜ and GÜ and then each flow via a return
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good mixing is achieved. The mixing chamber can also be relocated between the valves Vd and Ve in slow-running machines, in which case two inflow valves Ve, one for air and one for gas, are to be used.
These systems can be used wherever it is important to change the torque, i.e. in particular in hoisting machines, single drum rollers, locomotives, ships, automobiles, etc. The control of the machine must be set up in such a way that, when starting up with large fillings up to approx. H. can work to ensure a starting torque that is as constant as possible in all crank positions. The filling is regulated by a corresponding control of the inlet valve Ve, u. between up to fillings of 50 BC H. of the hub.
The auxiliary diesel engine D, which drives the Luftverdiehter LK, the gas compressor GK and the scavenging pump SP and possibly other auxiliaries, runs continuously. Their energy is mainly used to take over most of the compression work that would otherwise have to be done in cylinder A. The energy expended in this auxiliary machine comes with a certain transfer efficiency (about 40 to 70%) on the machine shaft W of the main machine to a beneficial effect, while the exhaust gases from the auxiliary machine D together with the exhaust gases from the main machine in the superheaters Ü, LU, GÜ are exploited.
Of course, in order to improve the work cycles described, appropriately sized storage containers and, in some cases, coolers are installed in the air and gas lines.
The oil that is to be used for the first ignition in the combustion cylinder A can be injected using any known method, that is to say both with compressed air and without compressed air atomization.
PATENT CLAIMS:
1. Internal combustion engine system with a main engine working according to the constant pressure or deflagration process in two or four stroke cycles and an auxiliary engine for the operation of air compressor, flushing pump and, if necessary, gas compressor, in which system in the combustion cylinder of the main engine a combustible, highly compressed, formed and preheated outside this cylinder Old vapor air or gas air mixture is ignited on the hot cylinder walls or on the hot combustion gases located in the cylinder of a previous normal oil injection that initiates combustion, in order to then perform work during combustion and expansion, characterized in that,
that, in order to avoid reignitions after the mixing chamber, this old-vapor air or gas-air mixture is allowed to flow into the combustion cylinder (A) at a rate that is greater than or equal to the combustion rate of the fuel-air mixture in each time segment.