DE1027932B

DE1027932B - Verfahren zum Betrieb von Dieselmotoren und Vorrichtung zur Ausuebung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1027932B
Application number: DESCH19244A
Authority: DE
Inventors: Hermann Schlueter
Original assignee: Schlueter & Co H
Current assignee: Schlueter & Co H
Priority date: 1955-12-15
Filing date: 1955-12-15
Publication date: 1958-04-10

Description

Verfahren zum Betrieb von Dieselmotoren und Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens Es ist bekannt, daß sich beim Verbrennungsprozeß in Dieselmotoren als Folge einer Verkokung eingespritzter Brennstoffteile Koksrückstände bilden, die sich insbesondere an den Auslaßventi.len oder -schlitzen, den Kolbenböden, den Kolbenringen, den Stopfbuchsen doppelt wirkenden- Maschinen sowie an den Zylinderlaufbahnen ablagern. Diese Ablagerungen beeinträchtigen die Leistung der Dieselmotoren, indem sie die Auslaßquerschnitte vermindern und die gleitende Reibung in den Stopfbuchsen und an den Zylinderlaufbahnen erhöhen. Sie führen darüber hinaus leicht zu einem Festsetzen der Kolbenringe und zu einem starken Verschleiß der Laufbuchsen, Kolbenstangen, Kolbenstangendichtungen und Kolbenringe. Die Lebensdauer der Maschine bzw. der angegebenen Maschinenteile wird hierdurch erheblich herabgesetzt. Unter Umständen kann es sogar zu einem Fressen der Kolben und damit zu einer Blockierung des Motors kommen.
Zur Aufrechterhaltung eines einwandfreien Betriebes müssen daher die Koksablagerungen laufend entfernt werden, was durchweg eine Stillsetzung der Dieselmotoren, eine Offenlegung der Verbrennungsräume sowie einen Ausbau der Kolben erforderlich macht. Bei Schiffsanlagen kann hierdurch die Liegezeit in den Häfen nicht unerheblich verlängert werden.
Es ist bekannt, bei Glühkopfmotoren vor Beginn der Kompression und vor sowie nach der Brennstoffzufuhr Wasser in die Glühhaube einzuspritzen, um so die Haube zu kühlen. Durch diese Kühlung soll ein Zersetzen der imBrennstoff enthaltenenKohlenwasserstoffe, damit eine Frühzündung sowie eine unvollkommene Verbrennung und damit schließlich ein Verrußen der Maschine verhindert werden. Weiter ist es bekannt, dem Brennstoff Kohlensäure oder ein kohlensäurehaltiges Gas beizumischen, um unter anderem eine Ruß- und Rauchbildung zu verhindern. Schließlich ist es bekannt, dem Kraftstoff geringe Mengen Alkohol zuzusetzen und mit diesem zusammen einzuspritzen. Dieser Zusatz soll den geräuschvollen Motoreisgang dämpfen und die Motorleistung an der Rauchgrenze verbessern, wobei derAuspuff dann nicht mehr schwärzlich, sondern hellgrau gefärbt sein soll.
Den genannten Maßnahmen liegt der gemeinsame Gedanke zugrunde, in einer Flüssigkeit angereicherten oder normal gebundenen Sauerstoff entweder zusammen mit dem Brennstoff oder getrennt von diesem in die Zündkammer des Motors einzuführen und so an der eigentlichen Verbrennung teilnehmen zu lassen. Derartige Maßnahmen haben aber nicht zu der angestrebten Verbesserung, sondern in der Praxis zu einer Beeinträchtigung des Verbrennungsprozesses geführt. Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang, daß insbesondere bei Schwerölmotoren umfangreiche und kostspielige Anlagen vorgesehen werden, in denen die den Motoren zuzuführenden Brennstoffe einem besonderen Entwässerungsprozeß unterworfen werden. Die bekannten Maßnahmen mit einer Einführung von Sauerstoffzusätzen in die Zündkammer von Dieselmotoren müssen mithin für eine praktische Anwendung von vornherein außer Betracht bleiben.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von Dieselmotoren, bei welchem den Zylindern in einer Flüssigkeit angereicherter oder normal gebundener Sauerstoff zur Verhinderung des Verkokens eines eingespritzten Brennstoffteilchens zugeführt wird. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Sauerstoffflüssigkeit den Zylinderlaufflächen zugeführt wird, und zwar in einer Kolbenstellung und in einer Phase des Arbeitsprozesses, in der die Sauerstoffflüssigkeit nicht mehr an der Hauptverbrennung teilnimmt.
Abweichend von den bekannten Verfahren nimmt also erfindungsgemäß die Sauerstoffflüssigkeit an der Hauptverbrennung nicht mehr teil. Die Sauerstoffflüssi;gkeit bleibt mithin ohne Einfluß auf den eigentlichen Verbrennungsprozeß. Insbesondere wirkt sie weder auf den Ablauf des Zündvorganges und auf das Klopfverhalten des Brennstoffes ein, noch führt sie sonstwie zu einer Beschleunigung od. dgl, der Verbrennung. Dagegen kommt sie in vollem Maße im Sinne einer Verhinderung des Verkokens zur Wirkung. Wie eine praktische Erprobung gezeigt hat, bleiben bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kolbenringe, die Kolben sowie die Laufflächen. frei von Koksablagerungen. Es werden damit ein Festsetzen der Kolbenringe sowie ein starker Verschleiß der Laufbuchsen, Kolbenstangen, Kolbenstangend-ichtungen und schließlich der Kolbenring.. selbst von vornherein unterbunden. Es °ntfällt die Notwendigkeit, die Motoren in den bisher üblichen Zeitabständen stillzusetzen und durch Offenlegung der Kolben die Koksablagerungen zu entfernen. Bei Schiffsanlagen können demzufolge die Liege- und Werftzeiten wesentlich abgekürzt werden, abgesehen von der Ersparnis der Kosten, die mit dem sonst notwendigen turnusmäßigen Ein- und Ausbau der Motoren verbunden sind.
Die Zufuhr der Sauerstoffflüssigkeit zu den Zylinderlaufflächen erfolgt vorzugsweise intermittierend. Die Taktzahl der intermittierenden Zufuhr kann dabei wählbar gemacht werden, indem z. B. die Förderpumpe der Flüssigkeit durch Vorschaltung eines anderen Übersetzungsgetriebes oder sonstwie mit einer anderen Hubzahl betrieben wird. Die Menge der zugeführten Sauerstoffflüssigkeit kann auf diese Weise unterschiedlich groß gewählt und so den benutzten Brennstoffen und/oder Schmiermitteln, und zwar insbesondere der Zähigkeit derselben, angepaßt werden.
Statt dessen oder zusätzlich zu der Mengenregelung kann auch der Sauerstoffanteil der Flüssigkeit erhöht oder erniedrigt und auf diese Weise eine Anpassung an die Brennstoffe und/oder Schmiermittel, insbesondere an deren Zähigkeit, erreicht werden. Je nachdem z. B. Gasöle oder Teeröle zur Verbrennung kommen, werden auch die Art und der Grad des Verkokens andere sein. Man kann diesen Umständen dadurch Rechnung tragen, daß man in dem einen Falle mehr und in dem anderen Falle weniger Sauerstoff zuführt. So könnte bei Verwendung der leichten Gasöle die Zufuhr von. Sauerstoff in normalem Wasser genügen, während bei Verwendung der schweren Teeröle die Zufuhr von Sauerstoff in Form von Wasserstoffsuperoxyd besser geeignet sein würde. Auch die Verwendung eines gasförmigen Sauerstoffträgers, z. B. Kohlendioxyd, kann unter Umständen von Vorteil sein. In sinngemäß gleicher Weise kann es gegebenenfalls zweckmäßig sein, bei Verwendung des einen Schmiermittels die Menge und/oder den Sauerstoffanteil größer zu bemessen als bei Verwendung eines anderen Schmiermittels.
Ein selbständiger Schutz wird dabei für die Gegenstände der Ansprüche 9 bis 11 nicht beansprucht.
Die Zufuhr der Sauerstoffflüssigkeit erfolgt bei neuen Dieselmotoren vorteilhaft baulich getrennt von der Schmiermittelzufuhr, da der Sauerstoffflüssigkeit und dem Schmiermittel völlig getrennte Aufgaben zugewiesen sind. Die Zufuhr der Sauerstoffflüssigkeit soll dann vorteilhaft in höher gelegenen Zonen der Zylinderlaufflächen erfolgen als das Schmiermittel, um .eine Beeinträchtigung desselben zu vermeiden.
Soll das erfindungsgemäße Verfahren nachträglich bei bereits fertigen Motoren zur Anwendung kommen. was an sich leicht möglich ist, so kann zur Vermeidung zusätzlicher Anstiche oder sonstiger baulicher Veränderungen im Einführungsstutzen der Schmiermittel ein zusätzlicher Kanal angeordnet werden, wobei die beiden Kanäle entweder parallel zueinander, und zwar vornehmlich konzentrisch oder nach dem Einschraubende in an sich bekannter Weise spitzwinklig zulaufend geführt sind. Zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei bereits fertigen Motoren brauchen dann lediglich die Schmiermittelstutzen umgeändert oder ausgewechselt zu werden.
Nach einem weiteren Erfindungsvorschlag wird die Zufuhr der Sauerstoffflüssigkeit zu den Zylinderlaufflächen einige Zeit, z. B. 1 Stunde, vor dem Abstellen des Dieselmotors ganz oder teilweise abgeschaltet. Dadurch wird vermieden., daß sich beim Erkalten der Motoren Wasser an den Laufbuchsen und den Koll#,en niederschlägt und so bei längeren Stillstandszeiten der Motoren ein Rosten derselben verursacht. Durch ein Rosten kann aber bei Wiederinbetriebnahme der Motoren ein unabsehbarer Schaden entstehen.
Die Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Vorrichtung, wie sie insbesondere für die Anwendung bei bereits vorhandenen Motoren in Frage kommen wird. Es zeigen Fig. 1 bis 3 je einen Längsschnitt eines üblichen Schmiermittel-Einführungsstutzens mit einem zusätzlichen Kanal für die Zufuhr einer Sauerstoffflüssig-],zeit, Fig. 4 einen Schnitt in vergrößerter Darstellung nach IV-IV der Fig.2 zur Wiedergabe der Einfüh-: rungsnuten, Fig. 5 einen Ventilblock mit den Rückschlagventilen und den Anschlüssen für die Druckleitungen und Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Zylinder eines Dieselmotors mit den Einführungsstutzen und den Laufbahnnuten.
In Fig. 1 bis 3 bezeichnen 10 die Wandung des Zylinders eines Dieselmotors, 11 dessen Laufbahn, 12 den Einführungsstutzen und 13 sowie 14 die beiden Kanäle dieses Stutzens für Schmiermittel und Sauerstoffflüssigkeit.
Bei der Ausführung der Fig. 1 liegen die Kanäle 13 und 24 konzentrisch ineinander. Diese Anordnung der beiden Kanäle kann dadurch verwirklicht werden, daß in eine größere Bohrung des Einführungsstutzens 12 ein Rohr eingesetzt wird, wobei das Rohr den Innenkanal 13 und der Ringraum zwischen Rohr und Bohrungswand den Außenkanal 14 bilden. Am linken Ende des Einführungsstutzens 13 münden beide Kanäle 13 und 14 in den Zylinderraum. Am rechten Ende ist der Außenkanal 14 verschlossen. Seine Verbindung mit der Druckleitung erfolgt über die gestrichelt angedeutete Querbohrung 15. welche zu einer Ringnut 16 führt, die von dem schematisch angedeuteten Ventilblock 17 umschlossen wird. Der Ventilblock 17 enthält neben den Rückschlagventilen den Anschluß für Schmiermittel oder Sauerstoffflüssigkeit, je nachdem ob der Außenkanal 14 zur Einführung von Schmiermittel oder Sauerstoffflüssigkeit benutzt werden soll. Die Verbindung des Innenkanals 13 mit der zugehörigen Druckleitung erfolgt über den zentrisch auf das rechte Ende des Einführungsstutzens 12 gesetzten, ebenfalls nur schematisch angedeuteten Ventilblock 18.
Nach Fig. 2 sind die beiden Kanäle 13 und 14 parallel nebeneinander angeordnet. Der Anschluß an die beiden Druckleitungen erfolgt mittels eines gemeinsamen, zentrischen, schematisch angedeuteten Ventilblockes 19, dessen Querschnitt aus Fig.5 ersichtlich ist. 20 und 21 bezeichnen hier die an den Enden angeordneten Anschlußstutzen für die beiden Druckleitungen. Diesen Stutzen 20 und 21 sind je zwei Rückschlagventile 22 bis 25 nachgeschaltet, die die Aufgabe haben, die Druckleitungen in der Druckphase des Verbrennungsprozesses gegen den Zylinder abzusperren. In der Mitte des Ventilblockes 19 ist der Einführungsstutzen 12 senkrecht zur Zeichenebene angeschlossen. Die Verbindung der beiden Kanäle 13 und 14 mit den Kammern der beiden letzten Rückschlägventile 23, 24 erfolgt mittels der aus Fig. 4 ersichtlichen, voneinander getrennten Halbringnuten 26 und 27, die über Querbohrungen 28 und 29 zu-den Kanälen 13 und 14 führen, Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind die Kanäle 13 und 14 des Einführungsstutzens 12 am Einschraubende derart spitzwinklig zulaufend geführt, daß sie getrennt voneinander an der Laufbahnwandung 11 münden und hier in den Zylinder eintreten. Die in diesem Falle getrennten Ventilblöcke sind mit 30 und 31 schematisch angedeutet.
Im Zvlindersehnitt der Fig. 6 bezeichnen wiederum 10 die `Vandung und 11 die Laufbahn. 32 sind die Zylinderanstiche für den Anschluß der Einführungsstutzen 12. Von diesen Anstichen 32 gehen Nuten 33 schräg nach unten, um die eingeführten Mittel möglichst auf den gesamten Bahnquerschnitt zu verteilen. Bei dem Ausführungsbeispiel sind im mittleren Teil der Laufbahn etwa sechs und im unteren Teil derselben etwa vier Einführungen vorgesehen. Wie mit 34 gestrichelt angedeutet ist, können die Zwischenräume zwischen den Nuten 33 gegebenenfalls durch zusätzliche Einführungen überdeckt werden.
Die erläuterten Vorrichtungen kommen vorzugsweise für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei bereits vorhandenen Motoren in Betracht. Für neue Motoren wird man die Zufuhr der Sauerstoffflüssigkeit auch baulich von der des Schmiermittels trennen. Eine Ausführung hierffr ist in Fig. 6 mit den oberen Anstichen 35 mit Nuten 36 angedeutet.
Bei doppeltwirkenden Motoren kann die Sauerstoffflüssigkeit auch den Stopfbuchsen der Kolbenstangen zugeführt werden, um auch hier ein Verkoken wirksam zu unterbinden. Die Zufuhr kann dabei in sinngemäß gleicher Weise wie bei den Zylinderlaufbahnen erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Betrieb von Dieselmotoren, bei welchem den Zylindern in einer Flüssigkeit angereicherter oder normal gebundener Sauerstoff zur Verhinderung des Verkokens eines eingespritzten Brennstoffteilchens zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffflüssigkeit den Zylinderlaufflächen zugeführt wird, und zwar in einer Kolbenstellung und in einer Phase des Arbeitsprozesses, in der die Sauerstoffflüssigkeit nicht mehr an der Hauptverbrennung teilnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Sauerstoffflüssigkeit intermittierend erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktzahl der intermittierenden Zufuhr wählbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zugeführten Sauerstoffflüssigkeit einstellbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge und/oder der Sauerstoffanteil der Sauerstoffflüssigkeit dem zur Verbrennung kommenden Brennstoff, insbesondere der Zähigkeit desselben, angepaßt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Sauerstoffflüssigkeit und/oder ihr Sauerstoffanteil dem zur Schmierung dienenden Schmiermittel, insbesondere der Zähigkeit desselben, angepaßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffflüssigkeit höher gelegenen Zonen der Zylinderlaufflächen zugeführt wird als das Schmiermittel. B.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Sauerstoffflüssigkeit einige Zeit vor dem Abstellen des Dieselmotors ganz oder teilweise abgeschaltet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zufuhr von Wasser als Mittel zur Verhinderung des Verkokens.
10. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zufuhr von Wasserstoffsuperoxyd als Mittel zur Verhinderung des Verkokens.
11. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zufuhr von Kohlenstoffdioxyd als Mittel zur Verhinderung des Verkokens.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei doppeltwirkenden Motoren die Sauerstoffflüssigkeit auch den Stopfbuchsen der Kolbenstangen zugeführt wird.
13. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem die Zufuhr der Sauerstoffflüssigkeit durch einen zu einem Hauptkanal zusätzlichen Kanal erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Kanal im Einführungsstutzen für das durch den Hauptkanal geführte Schmiermittel angeordnet ist, wobei die beiden Kanäle entweder parallel zueinander, und zwar vornehmlich in an sich bekannter Weise konzentrisch oder nach dem Einschraubende in an sich bekannter Weise spitzwinklig zulaufend, geführt sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei konzentrischer, paralleler Führung der beiden Kanäle in eine große Längsboh rung des Einführstutzens ein Rohr eingesetzt ist, wobei der Ringraum zwischen Bohrwandung und Rohr den einen Kanal und das Rohr selbst den zweiten Kanal bilden: 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Außenkanal am Stutzenende für den Anschluß der Druckleitungen durch Querbohrungen mit einer Ringnut verbunden ist, die von dem die Rückschlagventile sowie den Anschlußstutzen für die Druckleitung des einen Mittels aufweisenden Ventilblock umschlossen wird, während der Innenkanal an den zentrisch aufgesetzten Ventilblock mit den Rückschlagventilen und dem Anschlußstutzen für die Druckleitung des zweiten Mittels angeschlossen ist. 16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei paralleler Nebeneinanderordnung der beiden Kanäle jeder Kanal am Anschlußende des Einführungsstutzens für die Druckleitungen eine Halbringnut aufweist, wobei die Halbringnuten voneinander getrennt sind, durch Querbohrungen mit den Kanälen in Verbindung stehen und von einem zentrisch angeordneten, die Rückschlagventile und die Anschlußstutzen beider Druckleitungen aufweisenden, gemeinsamen Ventilblock umschlossen werden. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußstutzen für die Druckleitungen an den Enden des Ventilblockes liegen, während der Einführungsstutzen mit seinen Halbringnuten an die Mitte des gemeinsamen Ventilblockes angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 881422, 844 986, 391401, 324 294, 288 052, 205 747; schweizerische Patentschriften Nr. 262 069, 136 125; »Motortechn. Zeitschrift«,
15. Jahrgang (1954), S. 34; »Automobyiltechn. Zeitschrift«, 1954, S. 52, 53; 1942, S. 454 bis 457.