Verfahren und Einrichtung zum Anfahren von Lokomotiven, welche mittelst einer Einspritzbrennkraftmaschine angetrieben werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Anfahren von Lokomotiven, welche mittelst einer Einspritzbrennkraftmaschine angetrie ben werden, die mit den Triebrädern in nicht ausrückbarer Verbindung steht, mittelst gleichzeitiger Zufuhr von Druckluft und Brennstoff während eines ersten Teils des Arbeitshubes, wobei der Brennstoff eventuell an einer Zündvorrichtung entzündet wird und verbrennt.
Beim Anfahren, wo Brennstoff und Druckluft gleichzeitig eingeführt werden, muss der zugeführte Brennstoff mit mög- lichster Streuung, aber geringer Durch schlagskraft eingespritzt werden. Eine zu starke Durchschlagskraft würde bewirken, dass Brennstoff der geringeren Kolben- geschvindigkeit und, wenn die ersten Ver brennungen mit geringerem als dem nor malen Verdiehfungsdruck ausgeführt werden auch des geringen Luftwiderstandes wegen an die Zylinderwandung geschleudert wird, bevor er zur Verbrennung gelangt, und dann. zum Teil unverbrannt an den Zylinderwan dungen entlang läuft.
Erreicht wird eine solche Einspritzung mit starker Streuung und geringer Durchschlagskraft beispiels weise durch eine Dralldüse, unter Verwen dung geringen Einspritzdruckes. Auch darf der Einspritzdruck nicht zu hoch sein, wenn die Verbindungsleitung von der Pumpe zur Einspritzdüse nach jeder Einspritzung ent lastet wird, um ein Nachtropfen zu verhin dern, und vor jeder Einspritzung von neuem auf den Einspritzdruck gebracht wird, wozu wegen der Kompressibilität des Öls ein umso grösserer Kurbelwinkel gehört; je höher der Einspritzdruck ist.
Auch braucht bei den Druckluft-Verbrennungshüben die Durch schlagskraft nicht so gross zu sein, um den Brennstoff den entfernteren Luftteilchen zu- zuführen, weil die Verbrennungsluft nicht als Vorrat vorhanden, sondern mit dem Brennstoff vorteilhaft in dessen Nähe ein geführt wird.
Bei den normalen Verbren nungen ohne Druckluft muss dagegen die Brennstoffeinspritzung genügend Durch schlagskraft haben, um alle Teile des in diesem Falle nicht stark durchwirbelten Luftraumes zu erfassen zwecks Sicherung günstigster Brennstoffausnutzung und ge ringen Luftüberschusses. Diese hohe Durch schlagskraft erfordert im allgemeinen einen höheren Einspritzdruck, als er aus den oben angeführten Gründen für das Anfahren er wünscht ist.
Gemäss der Erfindung wird der Brenn stoff während des Anfahrens durch eine eigene Einspritzeinrichtung in den Brenn raum eingeführt, welche eine feinere Ver teilung des Brennstoffes bewirkt und ihm eine geringere Durchschlagskraft erteilt als die Einspritzeinrichtung für den normalen Betrieb. Zweckmässig erfolgt die Ein- und Ausschaltung der beiden Brennstoffeinspritz- einrichtungen mittelst eines Hauptsteuer hebels, der den Eintrittswinkel der Druck luft- und Brennstoffzufuhr während des An fahrens bestimmt.
Beim Ingangsetzen der kalten, ruhenden Maschine, bei der die Druckluft- und Brennstoffzufuhr vorteilhaft auf dem grössten Kurbelwinkel - beispiels weise<B>100'</B> - erfolgt, ist zunächst nur die erste Einspritzeinrichtung eingeschaltet;
bei der Weiterbewegung des Hauptsteuerhebels - wir #_ d mit wachsender Geschwindigkeit der Maschine dann sowohl der Zutrittswinkel de Druckluft, als auch der Einspritzwinkel des Brennstoffes vermindert, vorteilhaft bis zu einem gewissen Punkt,
wo nunmehr die zweite Brennstoffeinspritzeinrichtung ein geschaltet wird. Bei weiterer Verminderung des Eintrittswinkels der Druckluft wirken dann beide Einspritzeinrichtungen zusam men, wobei der Einspritzwinkel bezw. die Einspritzmenge der ersten Einspritzeinrich- tung immer weiter vermindert,
die Einspritz- menge der andern Einrichtung dagegen ver grössert wird, bis bei Erreichung von einer gewissen Geschwindigkeit der Lokomotive ab ohne Druckluftzufuhr vielleicht zunächst noch mit Luftaufladung, dann ohne diese gearbeitet werden kann. Es empfiehlt sich, durch die Düse der ersten Brenustoffein- spritzeinrichtung bei jedem Hub noch kleine Brennstoffmengen einzuspritzen, um das Zu setzen (Verstopfen) der Düsen zu verhindern.
Zweckmässig wird die Verdichtung der in den Arbeitszylinder angesaugten Luft beim Anfahren anfänglich ganz oder teilweise ausgeschaltet und erst mit steigender Fahr geschwindigkeit immer mehr wieder ein geschaltet. Ferner ist in diesem Fall in die Druckluftzuleitung.vorteilhaft noch ein Luft drosselorgan eingebaut, um einesteils die Zugkraft der Lokomotive der zu beschleuni genden Hasse, Zahl und Gewicht der Wagen anzupassen,
anderseits bei grossem Luftein- trittswinkel erst mit niedrigem Druck an zufahren und erst bei Verminderung des Lufteintrittswinkels mit steigender Lokomo- tivgeschwindigkeit den Druck allmählich auf den vollen Verdichtungsdruck des nor malen Betriebes zu steigern.
Einspritzbrennkraftmaschinen mit meh reren Brennstoffdüsen in einem Verbren- nungsraum. sind an sich bekannt. Hierbei handelt es sich aber um Brennstoffdüsen gleicher Konstruktion und Betriebseigen schaften, die oberhalb einer bestimmten Be lastung gemeinsam und unterhalb dieser Be lastung nur zum Teil betrieben werden.
Die zur Ausübung des Verfahrens gemäss der Erfindung dienende Einrichtung besitzt zwei Brennstoffeinspritzvorrichtungen, von denen die eine mit einer den Brennstoff mit geringer Durchschlagskraft und in feiner Verteilung, die andere mit einer den Brenn stoff mit grösserer Durchschlagskraft und geringer Streuung einspritzenden Düse aus gestattet ist;
ferner ist ein den Eintritts- kurbelwinkel der Druckluft bestimmendes Steuerorgan mit den Einschaltorganen der Brennstoffeinspritzeinrichtungen so verbun den, dass mit fortschreitender Verminderung des Kurbelwinkels für die Drucklufteinfüh- rung die zweite Brennstoffeinspritzeinrzch- tung eingeschaltet und die Brennstoffein spritzung durch die erste Einrichtung min destens eingeschränkt wird.
Beiliegende Zeichnung betrifft ein Aus führungsbeispiel der Einrichtung gemäss der Erfindung. anhand welcher das Verfahren gemäss der Erfindung im folgenden bei spielsweise erläutert wird.
Fig. 1 ist ein Teil eines Schnittes durch einen Einspritzbrennkraftmaschinenzylinder mit den zugehörigen Brennstoffpumpen und Einspritzorganen; Fig. ? ist ein Fahrdiagramm, das die Stellung der verschiedenen Steuerorgane in Abhängigkeit der fortschreitenden Fahr geschwindigkeit veranschaulicht, und Fig. 3 stellt die zu einzelnen Fahr geschwindigkeiten der Fig. ? gehörigen pv- Diagramme dar.
In der Fig. 1 ist der Kolben 3 im Ar beitszylinder 2 in seiner obern Totlage ge zeichnet. Durch den Zylinderkopf 4 ist ein elektrisch beheizter Zündkörper,5 eingeführt. Ferner befinden sich im Kopf das Brenn stoffventil 6 für das Ingangsetzen, das Brennstoffventil 7 für den normalen Be trieb, das Druckluftanlassventil 8 und das Entlastungs- oder Entlüftungsventil 9. Die Nadel 10 des Ventils .6, die durch eine Feder 12 auf ihren ,Sitz 11 gedrückt wird, endigt in einer mit Schraubennuten versehenen Spitze, durch die eine feine Brennstoffver teilung erreicht wird.
Das Ventil öffnet in bekannter Weise. unter dem Druck des Brennstoffes, der durch die Pumpe 14 über die Leitung 15 zugeführt wird. Das Ventil 7 wird von der Pumpe 16 über die Rohr leitung 17 gespeist. Die Belastungsfeder 18 seiner Nadel ist stärker als die des Ventils 6. Beide Brennstoffpumpen und ebenso das Druckluftventil 8 werden durch Schräg nocken 19, 20, 21 betätigt, welche achsial verschiebbar auf der gemeinsamen Welle 18 sitzen. Letztere erhält ihren Antrieb durch Zahnräder 22 und 23 von der nicht dar gestellten Kurbelwelle. Die Welle 1,8 ist mittelst Lagern 24 und 25 auf dem Träger 32 abgestützt.
Der Hub des Kolbens 33 der Brennstoffpumpe 14 ist mit der Höhe des Schrägnockens 19 veränderlich. Der Nocken ist so geformt, dass der Kolben jeweils durch das Druckventil 37 zu fördern beginnt, wenn der Arbeitskolben 3 sich etwa in seinem obern Totpunkt befindet, und dass er seinen Hub umso später beendet, je höher der Nocken ist. Die Feder 34 bewirkt die Rück führung des Pumpenkolbens und die An saugung aus dem Kanal 35 durch das Ven til 36. Die Pumpe 1@6 wirkt in gleicher Weise. Der Kolben 39. wird vom Nocken 20 betätigt, der Saughub geschieht mittelst der Feder 38.
Die Pumpe enthält einen Saug kanal 40, das Saugventil 70 und das Druck ventil 42.
Der Nocken 21 öffnet das Druckluft ventil 8 mittelst der Stange 44 und des Winkelhebels 45 entgegen der ,Spannung einer Feder 43. Dieser Nocken besitzt eine ähnliche Form wie der Nocken 19, das heisst der Zeitpunkt der Öffnung liegt etwa stets bei der gleichen Kurbelstellung. Die Öff nungsdauer und damit der Abschluss des Ventils ist veränderlich. Die Druckluft wird vom Behälter 46 durch das Rohr 47, den Drehschieber 48 und das Rohr 49 dem Ven til 8 zugeleitet.
Der Schieber 48 wird durch den Handhebel 52 bedient und ermöglicht, die Druckluft beim Beginn des Anfahrens zu drosseln und den Druck allmählich wäh rend der Beschleunigung der Maschine frei zugeben, uze es im später erläuterten Dia gramm Fig. 2 durch die Linie 3 angedeutet ist.
Das Entlastungs- oder Entlüftungsventil 9 wird bei geringem Überdruck im Zylinder von der Feder 50 offen gehalten, so dass der Brennraum mit der äussern Atmosphäre über die Bohrung 51 in Verbindung steht. Wenn der Arbeitskolben 3 während des Verdich tungshubes sich nur langsam bewegt, wie bei den allerersten Anfahrhüben, so vermag die ausströmende Luft das Ventil 9 nicht zu schliessen.
Erst die im Totpunkt ein strömende Druckluft erhöht den Druck im Zylinder plötzlich so stark, dass das Ventil sofort geschlossen wird. Wenn die Na- schinengeschwindigkeit zunimmt, wird wäh rend. des Kompressionshubes die ausblasende Luft das Ventil 9 entgegen der Spannung der Feder 50 schliessen. Der Abschluss er folgt umso eher, je höher die Maschinen geschwindigkeit ist, da der Kolben bei zu nehmender Geschwindigkeit immer früher nach seiner untern Totlage die erforderliche Geschwindigkeit erreicht.
Die volle Ver- dichtung wird auf diese Weise entsprechend der Maschinengeschwindigkeit eingestellt. An die Stelle der Feder kann natürlich auch ein Druckluftkolben treten. Am Träger 32 sind zum Verstellen der Nocken 19, 20 und 21 drei Winkelhebel 26, 27 und 28 auf den Zapfen .29, -30 und 31 gelagert.
Die Winkelhebel 26 und 27 sind mittelst Zapfen 68 bezw. -63 mit Stangen 6ss bezw. 64 verbunden, welche an Zapfen 65 bezw. 62 eines zweiarmigen Hebels 5.9, 61 an greifen, der auf der Welle 5i5 mit dem Zahn rad 53 in nicht gezeichneter Weise fest ver bunden ist.
Dieses steht in Eingriff mit einem Zahnsegment 54, das drehbar auf dem Zapfen I56 angeordnet ist und mittelst Hand hebels 57 verstellt wird. Ein Zapfen 58 am Handhebel ist durch eine Stange 6:1 mit einem Zapfen 60 des Winkelhebels 2,8 ver bunden. Je drei Stellungen der Hebel 57 (59, 61) sind strichpunktiert angedeutet und mit gleichen Bezugszeichen: 0,5,0 und 100 versehen. Diese mögen etwa die Fahr geschwindigkeit der Lokomotive bezeichnen.
Die Einrichtung ist in der Stellung für 50 km/st Fahrgeschwindigkeit gezeichnet. Die Stange 44 des Druckluftventils wird ge rade vom Schrägnocken 21 nicht mehr an gehoben. Die Pumpe 14 fördert nur noch sehr wenig Brennstoff, gerade genügend, um ein Verstopfen der Düse 6 zu verhindern. Der Nocken 20 gibt nahezu die grösste Fördermenge. Eine weitere Abwärtsbewe gung des Hebels 57 wird nur noch die För dermenge der Pumpe 1.6 verringern.
Wenn der Hebel 57 während des Anfahrens aus der Stellung 0 langsam so gesenkt wird, dass die tatsächliche Maschinengeschwindigkeit etwa mit den Zahlen-der Skala .69 des He- bels .übereinstimmt, so werden die Brenn stoffpumpen 14, 1 & und das Druckluftventil 8 etwa in der in Fig. 2 dargestellten Weise betätigt.
In Fig. 2 stellt die Linie 1 die Grösse des in Graden des Kurbelkreises gemessenen Eintrittswinkels der Druckluft dar, begin nend mit<B>100'</B> bei der Anfangsgeschwindig- keit 0 und endigend mit 0 bei Erreichung einer Geschwindigkeit von 50 km/st. Die Linie 2 bedeutet die Einspritzdauer der ersten Brennstoffeinspritzeinrichtung, gleich falls gemessen in Graden des Kurbelkreises.
Sie beträgt bei der Anfangsgeschwindigkeit 0 auch<B>100'</B> und ist bei einer Geschwindig keit von 40 km/st auf ungefähr ,5 gesunken. Der Einspritzwinkel von 5 wird auch bei grösseren Geschwindigkeiten nicht unter- schritten, um. ein Verschmutzen der Düse 13 zu verhindern.
Die Linie 3, zeigt den Zu führungsdruck der Druckluft, der bei der Anfangsgeschwindigkeit 0 etwa 15 at be trägt und bei einer Geschwindigkeit von etwa 50 km/st 40 at erreicht. Ferner zeigt die Linie 4 die Dauer der Brennstoffein spritzung der zweiten Einspritzeinrichtung.
Aus dem Diagramm ist erkennbar, dass die Linien 1 und 2 bei einer Geschwindig- keit von etwa 25 km/st eine Unstetigkeit aufweisen. Die Linie 4 zeigt bei etwa 40 km/st ihren Höhepunkt.
Hier ist die Ein spritzung der ersten Einrichtung auf das Minimum gesunken. Es vollzieht sich von 40 bis 100 km/st der normale Betrieb, der sozusagen nur mit der zweiten Einspritz- einrichtung durchgeführt wird, und zwar von 40, bis 50 km zweckmässig noch mit Luftnachladung, dann ohne diese.
Die Fig. 3 lässt die unter Mitwirkung des Entlüftungsventils zustande kommenden, verschieden geformten Arbeitsdiagramme der Antriebsmaschine, es ist hier eine Zweitakt maschine vorausgesetzt, in Abhängigkeit von der wachsenden Lokomotivgeschwindigkeit erkennen. In. senkrechter Richtung ist der Kolbenhub 5 aufgetragen und quer dazu der Druck im Arbeitszylinder. Über den Teil @6 des Hubes hat-der-Kolben Auslassschlitze des Zylinders geöffnet. Bei der Geschwindig keit 0 ist der Zylinder von der Verdichtung völlig entlastet.
Die Druckluftverbrennung dauert während etwa -j-, des Kolbenhubes an, worauf eine kurze Expansionsperiode und darnach Auspuff und Spülung erfolgen. Bei 10 km/st ist schon eine kleine Verdichtung, einsetzend etwa im letzten Fünftel des Kol benhubes vor Totpunkt, erkennbar. Die Ein strömung der Druckluft erfolgt entsprechend einer grösseren Öffnung des Drosselorganes -18 unter höherem Druck, die Druckluftver- brennung dauert aber nur auf einem kür zeren Kolbenweg (etwa 5,0%) an, worauf eine entsprechend längere Expansion einsetzt.
Bei 80 km/st findet die Verdichtung bereits im letzten Drittel des Kolbenhubes statt. Die Verbrennung erfolgt hier durch Zusam menwirken beider Einspritzeinrichtungen, was aus der Druckspitze am Beginn des Ar beitshubes im Diagramm erkennbar ist. Bei 40 km/st sind nur noch die zweite Einspritz- einrichtung und die Druckluft wirksam. Das Arbeitsdiagramm zeigt dabei volle Verdich tungsspannung und normale Verbrennung. Bei 80 km/st ist ein normales Diagramm ohne Druckluft, jedoch mit geringerer Füllung und dementsprechend mit kleinerem Flächen inhalt zu erkennen.
Die Skala in Fig. 1 zeigt lediglich eine für das Anfahren und eine Beschleunigung unter normalen Verhältnissen günstige Regu lierung an. Beispielsweise kann auf einer Steigung, nachdem bereits die volle Fahr geschwindigkeit erreicht ist, der Hebel<B>57</B> wiedar auf Druckluftverbrennung zurück gestellt werden, so dass eine erhöhte Zug krafi erreicht wird.