Verfahren und Einrichtung zum Betrieb, insbesondere zum Ingangsetzen von Einspritzmotoren. Die vorliegende Erfindung betrifft. ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb, insbesondere zum Ingangsetzen, von Ein spritzmotoren mittelst Druckluft und Brenn" <B>Stoff.</B>
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für Lokomotiven mit mit den Achsen nicht lös bar gekuppeltem Einspritzmotor als An triebsmaschine. Bei diesen handelt es sich darum, aus einer beliebigen, Kurbelstellung heraus mit einem Drehmoment, das etwa das Vierfache des normalen Drehmomentes des Motors beträgt, anzufahren und während der ganzen zur Beschleunigung des Zuges nötigen Zeit ein stark erhöhtes Drehmoment beizu behalten. Die Erfindung ermöglicht auf Motorlokomotiven, mit einem sehr kleinen Luftbehälter und einem sehr kleinen Anlass- luftkompres.sor auszukommen.
Nach dem Verfahren zum Betrieb, ins besondere zum Ingangsetzen solcher Ein- Spritzmotoren gemäss der Erfindung wird während eines ersten Teils des Expansions- hubes gleichzeitig Druckluft zugeführt und Brennstoff ohne Beihülfe von Einblasedruck- luft eingespritzt, und die Mischung an einer im Zylinder vorgesehenen. Zündvorrichtung entzündet.
Auf diese Weise gelingt ein An laufen aus dem kalten: und ruhenden Zu- stande mit sofortiger Einsetzung von Druck luftverbrennungen.
Das Verfahren gestattet bei Lokomo tiven mit von einem Hilfsmotor angetriebe nem Druckluftverdichter im Gegensatz zum Anfahren der Lokomotiven mit Druckluft einen beliebig langen Druckluft-Brennstoff- betrieb. Denn da beim reinen Druckluft betrieb die von der Druckluft im Hauptmotor geleistete Arbeit kleiner ist als die Arbeit des Verdichters., wird nur bei sehr geringen Geschwindigkeiten des Hauptmotors der Hilfsmotor, welcher den Verdichter antreibt, infolge seiner höheren Drehzahl eine grössere Arbeit leisten als der Hauptmotor verzehrt. Bei Erreichung einer bestimmten Geschwin digkeit des Hauptmotors, in der noch lange nicht eine genügende Beschleunigung des Zuges erreicht ist,
kann -der Hilfsmotor die zum Betrieb des Hauptmotors nötige Druck luft nicht mehr beschaffen und man ist ge zwungen, auf Brennstoffbetrieb umzustellen, dessen Diagramm aber auch nur wenig ver grössert werden kann. Der Hauptmotor kann aber beliebig lange im Druckluft-Brennstoff- betrieb gemäss der Erfindung arbeiten, da er mit einem Quantum Druckluft mehr Energie erzeugt, als der Luftverdichter zu seiner Kompression beansprucht. Man kann also schneller beschleunigen, oder bei gleicher Beschleunigung mit einer kleineren Haupt- ma.sehine auskommen.
Das Verfahren ermöglicht natürlich bei solchen Lokomotiven auch beim Auftreten erhöhter Widerstände während der Fahrt durch Zufuhr von Druckluft vor und wäh rend den Verbrennungen das Drehmoment zu erhöhen., ohne dass der mitgenommene Luft vorrat vermindert werden muss, da der Hilfs motor die nötige Luft liefern kann.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Ein blasedieselmaschinen mit Druckluft in Gang zu setzen, indem gleichzeitig mit der Druck luft Brennstoff durch die übliche Zerstäu- bungsvorrichtung einspritzt, der sofort ver brennen sollte.
Dieser Vorschlag konnte aber bis jetzt nicht verwirklicht werden. Infolge der unvermeidlichen Undichtigkeiten des K .olbens; wird bei geringen Drehzahlen der Kompressionsenddruck und damit die Zünd- temperatur nicht erreicht. Ausserdem wird die Kompressionswärme teilweise an die noch kalten; Wandungen abgegeben.
Da die Ma schinen mit Einblaseluft arbeiten, kommt hierzu noch, dass in der Lufteinblasevorrich- tung vor dem Ventil ein Einblasedruck v,)n mindestens 60 Atm. aufrechterhalten werden muss, um nach Abstellung der Druckluft die Einblasung des Treiböls zu sichern, dass diese Luft beim Durchtritt durch .das Einblaseven- til in den Arbeitszylinder mindestens auf 30 Atm. expandieren musste und sich ent sprechend abkühlte.
Die geringe Luftwärme im Zylinder infolge der gelingen Kompres sion, die Abkühlung an der Wandung und die kalte Einblaseluft bewirken, dass inner halb eines Drehzahlbereiches von etwa 0 bis 20 % der vollen Geschwindigkeit eine Zün dung auch bei Anwendung von besondern Hilfsmitteln unmöglich ist, so dass das Ver fahren insbesondere für Lokomotivmotoren., die unlösbar mit den Treibachsen gekuppelt. sind, der geringen Anfangsdrehzahlen und des bei Lokomotiven nötigen grossen Dreh momentes wegen. überhaupt nicht in Fragge kommen kann.
Vornehmlich diese Gründe haben dazu geführt, das Ingangsetzen von Einblasedieselmaschinen mit Druckluft unter gleichzeitiger Einblasung von Brennstoff n ac 'h v -ergeblichen Versuchen aufzugeben. ZD Die beiliegende Zeichnung veranschau licht Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäss der Erfindung, anhand derer im fol genden auch das Verfahren beispielsweise er läutert werden soll.
Die Fig. 2 und 2a zeigen Teile von zwei rechtwinklig zueinander stehenden, achsiaten Schnitten durch den Zylinder einer vertika- len Maschine mit unmittelbarer Einspritzung in den Verbrennungsraum.
Jeder Zylinder des Motors besitzt eine von einer eigenen Brennstoffpumpe<I>a</I> gespeiste Einspritzdüse<I>b,</I> welche den Brennstoff ohne Beihülfe von Einblasdruckluft in den Zylinder einführt, ein Einlassventil c, ein Auslassventil d, eine Zündvorrichtung e und ein Druckluftanlass- ventil f.
Zweckmässig besteht die Zündvor richtung aus einem elektrisch beheizten Glüh- zünder aus einer schlecht leitenden, nicht me- tallisehen Substanz, zum Beispiel Siliziuro- Karbid; denn dieser ist genügend unempfind lich, so dass er beim Draufspritzen von flüs sigem Brennstoff oder beim .Anblasen mit kalter Luft nicht unwirksam wird.
In der Druckluftleitung vor dem Druekluftanlass- ventil befindet sich ein Rückschlagventil g. das beim Auftreten eines höheren Verbren nungsdruckes das Eindringen von Verbrer- nungsgasen in den Druckluftbehälter beim Öffnen des Anlassventils f verhindert.
Der Arbeitskolben weist einen nach unten 'ge wölbten Boden auf, damit etwa auf den Ar beitskolben geschleudertes Öl durch den Druckluftstrom aufgewühlt und der Zünd vorrichtung zugeführt wird. h sind Auspuf ( schlitze, hinter welchen eine Rückschlag klappe angebracht ist, welche durch eine Feder belastet ist, so dass sie auch bei Ein führung von Aufladeluft geschlossen bleibt und nur beim Anlassen und beim Druckluft brennstoffbetrieb von den Verbrennungsgasen geöffnet wird.
Vorzugsweise ist die Einrichtung so- aus gebildet, dass das: eingespritzte Öl vom Luft strom sofort erfasst und unter Zerstäub!ing an die Zündvorrichtung geworfen wird. Ein kleiner Teil der Ölladung kann beim Öffnen des Anlassluftventils f bereits im Zylinder an einer solchen Stelle vorgelagert sein, dass sie vom Luftstrom erfasst und zerstäubt wird. Der übrige Teil der einzuführenden Brenn stoffmenge muss dann .gleichzeitig mit der Einführung der Druckluft eingespritzt wer den.
Man kann auf diese Weise ein Dia gramm mit so kleinem Luftverbrauch er zielen, dass auch bei schlechtem Wirkungs grad der Luftpumpe mehr äussere Arbeit ge leistet wird als. gleichzeitig in der Luftpumpe aufgezehrt wird. Auf diese Weise ist es möglich, mit einem ausserordentlich geringer: Druckluftbehälter auszukommen und selbst für eine lange Anfahrzeit in belastetem Zu stande die Luft durch den Kompressor immer wieder zu ersetzen.
Im folgenden .soll anhand der Fig. 1, die ein einer Drehung im Uhrzeigersinne ent sprechendes Kurbeldiagramm darstellt, die Wirkungsweise der oben beschriebenen Ein richtung beispielsweise erläutert werden. Der Winkel a ist der Voreinspritzwinkel und be trägt etwa 20 , der den Beginn der Brenn stoffeinführung in den Zylinder bezeichnet. Der Nacheinspritzwinkel ss beträgt für das Anlassen bis zu 90 . Die Anlassluftsteue- rung lässt die Druckluft beginnend im Tot- punkt ebenfalls bis in die Mitte des Arbeits hubes in den Zylinder einströmen.
Bei nor malem Betrieb, also ohne Druckluft, lässt der Regler eine Brennstoffzufuhr während 20 zu.
Zum Anlassen einer mehrzylindrigen Viertaktmaschine im Druckluft-Brennstoff- betrieb ist das, Anlassventil nach dem Ein schalten der Zündvorrichtung anzustellen.
In denjenigen Zylindern, in denen der Kolben auf der ersten, Hälfte des Arbeitshubes steht, wird dann eine Brennstoffdruckluftverbren- nung stattfinden. In einem andern Zylinder, dessen Kolben beispielsweise einen normalen Verdichtungshub ausführt, wird am Ende des Verdichtungshubes ein wenig Brennstoff Pin- gespritzt, jedoch kommt dieser entweder gar nicht oder so, spät zur Zündung, dass ein Rück drehmoment nicht eintreten kann.
Es ist nicht notwendig, die Brennstoff- pump-ei Anlassen und beim Druckl?if'.- brennstoffbetrieb anders zu steuern als, im normalen Betrieb. Vorteilhaft wird jedoch die Brennstoffpumpe überbemessen.
Beim nor malen Betriebe bewirkt der Regler bei statio nären Maschinen oder der Führerbei Fahr zeugmaschinen durch rechtzeitige Abschnei- dung des wirksamen Pumpenhubes, dass nur der der Belastung der Maschine entsprechende Bruchteil der möglichen Fördermenge einge spritzt wird, während beim Anlassen und beim Druckluftbrennstoffbetrieb der volle Brennstoffpumpenhub eingesetzt werden kann.
Statt dessen kann auch eine in üblieher Weise bemessene Brennstoffpumpe angeord net sein und ihre Förderung für das Anlas sen oder :den Druckluftbrennstoffbetrieb etwa durch Einschaltung eines andern Nockens, entsprechend vergrössert werden. Man hat als dann für das Ingangsetzen im Viertakt das Anlassventil und die Anlass-Brennstoffpum- pensteuerung einzuschalten.
Beim Anlassen und beim Druckluftbrei;n- stoffbetrieb von Viertaktmaschinen im Zwei takt ist im ersten Falle das Anlassventil ein zuschalten, das Auslassventil jeweils am An fang des Auspuff- und des Kompressions hubes zu öffnen und das Einlassventil wäh- rend des Ansaugehubes geschlossen zu hal ten. Im zweiten Falle kommt noch die Um schaltung im Antrieb der Brennstoffpumpe zwecks Vergrösserung ,der Brennstofförderung hinzu.
Endlich kann für das Anlassen und clen Druckluftbrennstoffbetrieb eine besondere Brennstoffpumpe vorgesehen sein, die beim Einschalten desi Druckluftventils selbsttätig in Betrieb gesetzt wird.
In allen Fällen ist bei grosser Öffnungs dauer des Druckluftanlassventils und Förder- dauer -der Brennstoffpumpe der Auslassdruek stark erhöht. Um das Auslassventil nicht zu stark zu belasten, kann statt Tier Auslass- schlitze h ein Hilfsauslassventil von kleinerem Querschnitt angeordnet und beim Anlass eii, sowie beim Druckluftbrennstoffbetrieb betä tigt werden.
Fig. 3 und 4 betreffen Vorkammnr- maschinen, und zwar zeigt Fig. 3 einen senk rechten Längsschnitt einer Ausführungsform, und Fig. 4 -einen Grundschnitt einer andern Ausführungsform.
Gemäss Fig. 3 ist die Zündvorrichtung nicht in der Vorkammer, sondern im Zylin derraum untergebracht. Die Druckluftzu fuhr erfolgt auch in diesem Falle vor teilhaft in der Weise, dass dem ausgespritzte Brennstoff, der in genügender Menge ans der Vorkammer herausträufelt an die Zündvor richtung befördert wiird, sei es, dass er un mittelbar an der Düse oder nach dem Auf treffen auf den Kolben vom Luftstrom, der quer über die Kolbenoberfläche streift, er fasst wird.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungs form ist neben der normalen, in die Vorkam mer mündenden Düse eine Hilfseinspritzdüse x vorgesehen. Die Mündung des Druckluft kanals steht schräg zum Radius des Arbeits zylinders. Dadurch wird ein kreisender Luft strom erzeugt, der die Luft im Zylinder erst zur Hilfseinspritzdüse x, dann zur Zündvor richtung e führt.
Die Hilfsdüse x ist. nur solange in Be trieb, als die Druckluft zugeführt wird; wäh rend dieser Zeit kann die Zufuhr zur Haupt- .düse bestehen bleiben oder unterbrochen sein. Die Ein- und Ausschaltung der Hilfsdüse oder die Umschaltung von der Hilfsdüse auf die Hauptdüse kann in Verbindung gebracht werden mit der Einschaltung und Ausschal tung der Druckluftsteuerung.
Method and device for operation, in particular for starting injection engines. The present invention relates to. a method and a device for operating, in particular for starting, injection motors using compressed air and fuel
The invention is particularly advantageous for locomotives with the axles not releasably coupled injection motor as an engine. With these it is a matter of starting from any crank position with a torque that is about four times the normal torque of the motor and maintaining a greatly increased torque during the entire time required to accelerate the train. The invention enables motor locomotives to manage with a very small air tank and a very small starting air compressor.
According to the method of operation, in particular for starting such injection engines according to the invention, compressed air is simultaneously supplied during a first part of the expansion stroke and fuel is injected without the aid of compressed air, and the mixture is mixed in a cylinder provided. Ignition device ignited.
In this way, it is possible to start up from the cold: and resting state with immediate onset of compressed air burns.
In the case of locomotives with a compressed air compressor driven by an auxiliary motor, the method allows compressed air and fuel to be operated for any length of time, as opposed to starting the locomotives with compressed air. Because with pure compressed air operation the work done by the compressed air in the main motor is less than the work of the compressor. Only at very low speeds of the main motor will the auxiliary motor, which drives the compressor, perform a greater work than the main motor due to its higher speed consumed. When the main engine reaches a certain speed at which the train has not yet reached sufficient acceleration,
- the auxiliary engine can no longer obtain the compressed air required to operate the main engine and you are forced to switch to fuel operation, the diagram of which can only be enlarged slightly. The main motor can, however, work for any length of time in the compressed air / fuel mode according to the invention, since it generates more energy with a quantity of compressed air than the air compressor requires for its compression. So you can accelerate faster, or with the same acceleration you can get by with a smaller main machine.
With such locomotives, the method naturally enables the torque to be increased by supplying compressed air before and during the combustion even when there is increased resistance while driving, without the need to reduce the air supply, as the auxiliary motor can supply the necessary air .
It has already been proposed to set a blower diesel machine with compressed air in motion by simultaneously with the compressed air injects fuel through the usual atomization device, which should burn immediately ver.
However, this proposal has not yet been implemented. As a result of the inevitable leaks in the piston; the final compression pressure and thus the ignition temperature is not reached at low speeds. In addition, the compression heat is partly transferred to the cold; Walls delivered.
Since the machines work with air injection, there is also the fact that in the air injection device in front of the valve an injection pressure v,) n of at least 60 atm. must be maintained in order to ensure that the fuel oil is blown in after the compressed air has been switched off, so that this air is at least 30 atm. when passing through the injection valve into the working cylinder. had to expand and cooled down accordingly.
The low air heat in the cylinder as a result of the successful compression, the cooling on the wall and the cold blown air mean that ignition is impossible within a speed range of around 0 to 20% of full speed, even with the use of special aids, so that the Ver drive especially for locomotive engines. That are permanently coupled to the driving axles. because of the low initial speeds and the high torque required for locomotives. cannot come into question at all.
Mainly for these reasons, the starting of injection diesel engines with compressed air with simultaneous injection of fuel n ac 'h v - vain attempts to abandon. ZD The accompanying drawing illustrates exemplary embodiments of the device according to the invention, on the basis of which the method, for example, is to be explained in the following.
FIGS. 2 and 2a show parts of two mutually perpendicular, axial sections through the cylinder of a vertical machine with direct injection into the combustion chamber.
Each cylinder of the engine has an injection nozzle <I> b, </I> fed by its own fuel pump <I> a </I> which introduces the fuel into the cylinder without the aid of compressed air injection, an inlet valve c, an outlet valve d, a Ignition device e and a compressed air inlet valve f.
The ignition device expediently consists of an electrically heated incandescent igniter made of a poorly conductive, non-metallic substance, for example siliconurocarbide; this is because it is sufficiently insensitive that it does not become ineffective when liquid fuel is sprayed on or when cold air is blown on.
There is a non-return valve g in the compressed air line upstream of the air pressure relief valve. which prevents the penetration of combustion gases into the compressed air tank when the starter valve f is opened if a higher combustion pressure occurs.
The working piston has a downwardly arched bottom so that oil thrown onto the working piston is churned up by the compressed air flow and fed to the ignition device. h are exhaust slots, behind which a non-return flap is attached, which is loaded by a spring, so that it remains closed even when charging air is introduced and is only opened by the combustion gases when starting the engine and operating the compressed air fuel.
The device is preferably designed in such a way that the injected oil is immediately picked up by the air flow and thrown onto the ignition device with atomization. When the starting air valve f is opened, a small part of the oil charge can already be upstream in the cylinder at such a point that it is captured and atomized by the air flow. The remaining part of the amount of fuel to be introduced must then be injected simultaneously with the introduction of the compressed air.
In this way, you can achieve a diagram with so little air consumption that even if the air pump is not efficient enough, more external work is done than. is consumed at the same time in the air pump. In this way, it is possible to get by with an extremely low compressed air tank and to replace the air again and again by the compressor even for a long start-up time in a loaded state.
In the following .soll with reference to FIG. 1, which represents a clockwise rotation ent speaking crank diagram, the operation of the device described above will be explained, for example. The angle a is the pre-injection angle and be carries about 20, which denotes the beginning of the fuel introduction into the cylinder. The post-injection angle ss is up to 90 for starting. The starting air control allows the compressed air to flow into the cylinder starting at dead center and up to the middle of the working stroke.
In normal operation, i.e. without compressed air, the regulator allows fuel to be supplied for 20.
To start a multi-cylinder four-stroke machine in compressed air fuel mode, the starter valve must be switched on after the ignition device has been switched on.
Compressed air combustion will then take place in those cylinders in which the piston is on the first half of the working stroke. In another cylinder, whose piston performs a normal compression stroke, for example, a little fuel pin is injected at the end of the compression stroke, but it either does not ignite at all or ignites so late that a reverse torque cannot occur.
It is not necessary to control the fuel pump for starting and for pressurized fuel operation differently than in normal operation. However, the fuel pump is advantageously oversized.
In normal operations, the controller in stationary machines or the driver in vehicle machines, by cutting off the effective pump stroke in good time, ensures that only the fraction of the possible delivery rate corresponding to the load on the machine is injected, while the full fuel pump stroke is injected during start-up and during compressed air fuel operation can be used.
Instead, a conventionally sized fuel pump can be arranged and its delivery for starting or: for operating compressed air fuel, for example, by switching on another cam, can be increased accordingly. You then have to switch on the starter valve and the starter fuel pump control to start the four-stroke cycle.
When starting and operating four-stroke machines with compressed air in two-stroke, the starter valve must be switched on in the first case, the exhaust valve opened at the beginning of the exhaust and compression stroke and the inlet valve kept closed during the intake stroke In the second case, there is also the switchover in the drive of the fuel pump for the purpose of enlarging the fuel delivery.
Finally, a special fuel pump can be provided for starting and operating the compressed air fuel, which is automatically activated when the compressed air valve is switched on.
In all cases, if the compressed air inlet valve is open for a long time and the fuel pump is pumped, the outlet pressure is greatly increased. In order not to overload the outlet valve, an auxiliary outlet valve with a smaller cross-section can be arranged instead of animal outlet slots h and actuated when the event eii, as well as when operating compressed air fuel.
3 and 4 relate to pre-chamber machines, namely, FIG. 3 shows a vertical longitudinal section of an embodiment, and FIG. 4 shows a basic section of another embodiment.
According to Fig. 3, the ignition device is not housed in the antechamber, but derraum in the Zylin. In this case, too, the compressed air supply is advantageously carried out in such a way that the injected fuel, which trickles out of the antechamber in sufficient quantities, is conveyed to the ignition device, be it that it hits the nozzle directly or after it hits the piston is caught by the air stream that brushes across the piston surface.
In the embodiment shown in Fig. 4, an auxiliary injection nozzle x is provided in addition to the normal nozzle opening into the Vordam mer. The mouth of the compressed air channel is inclined to the radius of the working cylinder. This creates a circulating air stream that first leads the air in the cylinder to the auxiliary injection nozzle x and then to the ignition device e.
The auxiliary nozzle x is. in operation only as long as the compressed air is supplied; During this time, the supply to the main nozzle can remain or be interrupted. Switching the auxiliary nozzle on and off or switching from the auxiliary nozzle to the main nozzle can be associated with switching the compressed air control on and off.