Verfahren und Einrichtung zurr Anfahren von Diesel-Lokomotiven mit unmittelbarem Antrieb. Das Verfahren zum Anfahren von Dies,--] Lokomotiven mit unmittelbarem Antrieb der Triebaehse, welches zusammen mit einer zu seiner Ausführung dienenden'Einrichtung den Ctegenstand der Erfindung bildet, beruht auf der Einleitung von Druckluftverbrennungen von der ersten Umdrehung der Dieselma schine an.
Die Einleitung von Drnckluftverbrennun- gen beim Anlassen von Diesel-Lokomotiven ist schon vorgeschlagen worden, doch hat man bisher hierfür immer -Selbstzündungen wie beim normalen Dieselbetrieb in Aussicht genommen, was eine vorangehende Hoch druckverdichtung und genügende Erwär mung,des Zylinders voraussetzte, welche Be dingungen erst nach Erreichung einer Kolben geschwindigkeit von etwa 10,8 m/sec, entspre chend zirka 10 km/st Fahrgeschwindigkeit, erfüllt waren.
Bis daher musste man daher immer noch mit Druckluft ohne Verbren- nung fahren, was aber einen praktisch nicht unterzubringenden Vorrat an Druckluft vor aussetzte; oder man musste mit geänderter Übersetzung oder schleifender Kupplung an fahren, was wiederum Betriebsnachteile mit sich brachte.
Nach der vorliegenden Erfindung sollen daher schon von der ersten Umdrehung an Druckluftverbrennungen mit Zuhilfenahme einer künstlichen Zündung bei gegenüber ,dem normalen Betrieb mit maximaler Be lastung erheblich vermindertem Verdich- tungs- und Verbrennungsdruck und während eines erheblich längeren Kurbelweges dauern der Einspritzung und Verbrennung einge leitet werden. Dies ermöglicht eine mög lichst schnelle Beschleunigung, und zwar ohne störende Kraftstösse, mit denen ein Schleudern verbunden sein würde.
Das Ver fahren und die Einrichtung zu seiner Durch- führung :sollen beispielsweise anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert werden.
Fig. 1 stellt ein normales Zugkraftdia- gramm, und Fig. 2 ein Dieseldiagramm dar; Fig. 3 und 4 zeigen die zugehörigen Tangentialdruckdiagramme einer doppelt wirkenden Zweitakt-Zweizylinder- und einer doppeltwirkenden Zweitakt - Dreizylinder dieselmaschine; Fig. 5 und 8 stellen Anfahrdiagramme gemäss der Erfindung dar;
Fig. 6, 7, 9 und 10 sind die zugehörigen Tangential-Druckdiagramme der Zweizylin der- und Dreizylin:dermaschine.
Das bekannte Zugkraftdiagramm der Fig. 1 ist auf der Strecke A-B bestimmt durch die Gleichung Z max =.C. <I>f</I> # <I>G</I> # <I>(1)</I> (wo Z Zugkraft, f Reibungswertziffer, G Reibungsgewicht und C eine Konstante be- -deuten).
Auf der Strecke B, C ist es bestimmt durch die Gleichung
EMI0002.0026
(wo<I>v</I> Zuggeschwindigkeit,<I>N</I> Leistung der Dieselmaschine und C, eine Konstante be deuten).
Die Leistung der Dieselmaschine kann auch geschrieben werden
EMI0002.0029
(wo T die Tangentialkraft an der Kurbel und r den Kurbelradius bedeutet), woraus mit der Gleichung (2)
EMI0002.0031
wo C= eine Konstante ist, da da!s Verhältnis verbundenen Motor unveränderlich ist.
In
EMI0002.0035
bei dem mit den Lokomotivrädern starr Verbindung mit der Gleichung (1) ergibt die Gleichung (3)
EMI0002.0037
Da nun die Beschleunigung der Zugkraft verhältnisgleich ist, so ergibt nach Gleichung (3) die Forderung möglichst schneller Be schleunigung des Zuges auch die Forderung möglichst grosser Tangentialkraft. Anderseits besagt GA:eichung (4), dass die Tangentiallkraft eine durch die Abmessungen der Lokomotive bestimmte Grösse nicht überschreiten darf, wenn kein Schleudern stattfinden soll. Da.
also jede Unterschreitung von<I>T</I> max eine Verminderung der Beschleunigung, jede Überschreitung ein Schleudern bewirkt, so muss also auf der ganzen der Beschleunigung dienenden Strecke die Tangentialkraft eine möglichst gleichbleibende, geringen Schwan kungen unterliegende Grösse sein, um grösste Beschleunigung unter Vermeidung des Schleuderns zu erreichen.
Legt man nun zum Anfahren der Diesel maschine ein D,ruckluftverbrennungsdia- gramm mit der normalen Betriebsverdichtung von etwa 33 at., eine Gleichdruckverbren- nung und 20% Füllung (Diagramm Fig. 2) zu Grunde,
so ergeben sich gemäss Fig. 3 für eine doppeltwirkende Zweizylinder-Zweitakt- maschine die Tangentialdrucklinien T(!i- T34 der Einzelzylinderseiten und die zusammen- gesetzte Tangentialdrucklinie T;
ebenso nach Fig.4 für eine ,doppelt wirkende Dreizylinder Zweitaktmaschnne die einzelnen Tgngential- drucklinien T,i-T"sunddiezusammengesetzte e Tangentialdrucklinie T. Man erkennt also, d:ass durch eine solche Druckluftverbrennung zwar ein sehr volles Diagramm, das an Flä- cheninhialt dem normalen Dieseldiagramm überlegen ist, zu gewinnen ist, dass aber die oben aufgestellte Forderung eines möglichst gleich hohen tangentialen Druckes nicht zu erreichen ist.
Hier setzt die Erfindung ein; gemäss der selben erfolgt,die Druckluftverbrennung bei gegenüber dem Betriebe bei maximaler Be lastung erheblich (zum Beispiel auf etwa, die Hälfte) vermindertem Verdichtungs- und Verbrennungsdruck und während eines erheb- ]ich längeren Kurbelweges, zum Beispiel das drei- bis fünffache, -dauernder Einspritzung und Verbrennung.
Ein solches Niederdruck-Verbrennungs- diagramm ist beispielsweise in Fig. 5 mit einem gleichbleibenden Verbrennungsdruck von 15 at. bei<B>50%</B> Füllung dargestellt.
Das entsprechende Tangentialdruckdiagramm er sieht man in F ig. 6 für eine doppelt wirkende Zweizylinder-Zweitaktmaschine, in Fig. 7 für eine doppelt wirkende Dreizylinder- Zweita.ktmaschine.Während die Ta.ngential- diagramme der Fig. 3 und 4 noch Druck schwankungen von 6 bis 19 at. zeigen, sind sie nunmehr auf 2 bis 21/2 at. herunterge zogen.
Die Verbrennungslinie braucht nicht genau wagrecht zu verlaufen. Wie nämlich die Fig. 9 und 10 zeigen, ergibt ein Dia gramm gemäss Fig. 8 mit einer von 18 auf 14 at. abfallenden Verbrennungsdrucklinie sogar noch einen etwas günstigeren Verlauf der Tangentialdrücke, denn die Schwankun gen des Tangentialdruckes sind nur noch bis 11/2 at.
Dabei ist trotz der starken Verminderung des Verdichtungs- und Verbrennungsdruckes von 33 at. auf etwa die Hälfte der mittlere Tangentialdruck nicht etwa vermindert wor den.
Denn während er beim Diagramm ge mäss Fig. 2 etwa 12 at. bei der Zweizylinder maschine und 18 at. bei der Dreizylinder maschine beträgt, ist er beiden Diagrammen gemäss Fig. 5 und 8 auf 14 bis 141/2 at. bei der Zweizylindermaschine lind auf 20 bis 25 at. bei der Dreizylindermaschine gestiegen.
Auch der Auspuffdruck ist nicht unzu lässig gesteigert worden; denn er hält sich in den beiden Diagrammen nach Fig. 5 und 8 auf etwa 7 at., was einen für die ver hältnismässig kurze Dauer der Anfahrzeit noch erträglichen Verlust an Auspuffenergie darstellt.
Dieses unter so günstigen Umständen verlaufende Anfahren der Lokomotive ohne merkbare Stösse mit istarkern Beschleuni gungsdruck könnte nicht durch eine Verlän gerung der Verbrennungszeit bei Aufrecht erhaltung des hohen Verdichtungsdruckes er= zielt werden, weil das einen zu hohen Aus- puffdi-uck und damit zu hohen Ölverbrauch ergeben würde; es könnte auch nicht durch.
Verminderung des Verdichtungsdruckes bei Aufrechterhaltung einer normalen Einspi-itz- und Verbrennungszeit von 10 bis 20% des Kolbenhubes erzielt werden, weil das einen züi niedrigen Tangentialdruck, also ein zu langsames Anfahren ergeben würde; erst das Zusammenwirken beider Massnahmen: Verminderung des Verdichtungsdruckes und Vergrösserung der Einspritz- und Verbren nungszeit führt zum Ziele.
Das Verfahren gemäss der Erfindung setzt eine künstliche Zündung, die beim spä teren reinen Dieselbetrieb nicht nötig ist, voraus. Es ist jedoch nicht an die Einhal tung enger Grenzen bei der Verminderung des Verdiehtungs- und Verbrennungsdruckes und Vergrösserung der Füllung gebunden; seine Vorteile setzen praktisch schon ein, wenn der Verdichtungsdruck auf etwa des normalen Verdichtungsdruckes ermässigt und die Füllung auf etwa das doppelte der normalen Füllung erhöht wird. Man kann bei den ersten Anfahrhüben gegebenenfalls den ganzen Verdichtungswiderstand aus schalten.
Die Ausführung des Verfahrens kann mit den für den Betrieb von Dieselmaschinen notwendigen Steuerorganen, zu denen eine Zündvorrichtung hinzukommt, ausgeführt werden. Diese Zündvorrichtung muss so be schaffen sein, dass sie durch unmittelbares Anspritzen -des Treiböls und Anblasen von Druckluft in ihrer Wirkung nicht beein trächtigt wird, zum Beispiel eine Glühspirale aus wenigen starken Drähten eines schwer schmelzbaren Metalles, wie Nichrotherm, oder eines keramischen Halbleiters,
wie Karborundum oder Silit. Die Verminderung des Verdichtungsdruckes kann durch zeit weises Offenhalten eines Entlüftungsorganes oder durch ein während des Verdichtungs hubes dauernd geöffnetes Drosselorgan oder durch Vergrösserung des Verdichtungsraumes bewirkt werden.
Die Steuerungen der den Anfahrvorgang beherrschenden Organe werden vorteilhaft verkuppelt, insbesondere das Brennstoffzu- fuhrorgan oder die Brennstoffzufuhrorgane und das Druckluftzufuhrorgan. Um mit wachsender Geschwindigkeit der Lokomotive allmählich auf den normalen Dieselbetrieb übergehen zu können, wird vorteilhaft das Verdichtungs-Verminderungsorgan ebenfalls mit diesen beiden Organen derart verbunden,
dass mit Verminderung der Druckluft- und Brennstoffzufuhr die Verdichtung erhöht wird. bis bei vollständiger Abstellung der Druckluft und Erreichung der vollen Ver dichtung der normale Dieselbetrieb herge stellt ist.