DE235546C

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Publication number: DE235546C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 235546 KLASSE 46 c. GRUPPE - M 235546 CLASS 46 c. GROUP

Es hat sich bei der Verwendung von Verbrennungskraftmaschinen für Fahrzeugzwecke herausgestellt, daß beim Antrieb der mit dem Fahrzeug direkt gekuppelten Triebmaschine mittels reiner Druckluft die Zeit zur Beschleunigung des Fahrzeugs auf eine normale Geschwindigkeitszone dann eine zu große wird, wenn die Masse des Fahrzeugs erheblich größer ist, als die zu beschleunigende Triebwerksmasse der Maschine, was beispielsweise bei Lokomotiven die Regel ist. Man ist aus dem Grunde dazu übergegangen, die in die Triebmaschine gelangende Druckluft zu verbrennen und dadurch die spezifische Leistung und den Beschleunigungswert des Fahrzeugs zu steigern. Dabei hat sich jedoch die Schwierigkeit ergeben, daß bei den hierzu verwendeten Motoren erst eine bestimmte Umlaufgeschwindigkeit erreicht sein mußte, bevor die Selbstzündung des Brennstoffs in der komprimierten Luft erreicht werden konnte. Es liegt dies daran, daß bei Tourenzahlen von etwa unter 6o i. min. die Verluste durch Undichtigkeiten und Wärmeabgabe während der Kompression das Erreichen des notwendigen Kompressionsenddrucks und ebenso der entsprechenden Kompressionsendtemperatur bei bestimmtem Verdichtungsgrad verhinderten. Aus dem gleichen Grunde hat sich herausgestellt, daß die Unterschreitung einer Minimalumdrehungszahl von etwa 50 Umdrehungen i. min. Veranlassung zum Versagen der Selbstzündung gibt, so daß die mit Selbstzündung des Brennstoffs arbeitenden Verbrennungsmaschinen ohne besondere Hilfsmittel nur eine beschränkte Variierung der Tourenzahl zulassen. ;It has been found in the use of internal combustion engines for vehicle purposes found that when driving the engine directly coupled to the vehicle using pure compressed air, the time to accelerate the vehicle to a normal speed zone then it becomes too large if the mass of the vehicle is considerably greater than the mass of the engine to be accelerated of the machine, which is the rule with locomotives, for example. For the reason one went over to it, that into the driving machine to burn any compressed air and thereby increase the specific power and acceleration value of the vehicle. However, the problem has arisen that in the motors used for this purpose a certain orbital speed had to be reached before self-ignition of the fuel in the compressed air could be achieved. This is due to the fact that with numbers of revolutions of about under 6o i. min. the losses due to leaks and heat dissipation during compression the achievement of the necessary final compression pressure and also the corresponding one Prevented compression end temperature at a certain degree of compression. From the For the same reason it has been found that falling below a minimum number of revolutions of about 50 revolutions i. min. cause the self-ignition to fail, so that the fuel with self-ignition working internal combustion engines without special aids only a limited Allow variation of the number of tours. ;

Es ist bereits eine Lösung bekannt geworden, welche diese Schwierigkeit dadurch umgeht, daß hochverdichtete warme Preßluft während des Kompressionsgangs in den Zylinderraum gelangt, die eine zusätzliche Druckerhöhung und eine zusätzliche Temperatursteigerung bei geringen Tourenzahlen hervorzurufen geeignet erscheint, so daß trotz der Undichtigkeiten und Wärmeverluste die Zündtemperatur für die Selbstzündung erreicht wird. Demgegenüber enthält die vorliegende Erfindung bei Verfolgung des gleichen Zwecks eine grundsätzlich verschiedene Lösung, die einerseits die Gefahr der Preßlufteinführung während des Betriebs, andererseits das unökonomische Arbeiten der Preßluftverdichtung mit Auspuffen in den Kompressionsraum und abermaligem Verdichten vollständig ausschaltet. A solution has already become known which avoids this difficulty by that highly compressed warm compressed air during the compression cycle in the cylinder chamber which causes an additional pressure increase and an additional temperature increase appears suitable to cause at low numbers of revolutions, so that the ignition temperature despite the leaks and heat losses for auto-ignition is achieved. On the other hand, the present invention pursues the same purpose a fundamentally different solution, on the one hand the risk of compressed air introduction during operation, on the other hand, the uneconomical work of the compressed air compression completely switches off with exhaust into the compression chamber and repeated compression.

Fig. ι zeigt einen Arbeitszylinder des normalen Zweitaktgleichdruckverfahrens mit Arbeitskolben schematisch im Schnitt,Fig. Ι shows a working cylinder of the normal two-stroke equal pressure method with working piston schematically in section,

Zu den Kolbenstellungen sind die Diagramme eingetragen, wie dieselben beim Anlassen (erste Umdrehung) und für die erste Zündung beschrieben werden. Im Arbeitszylinder a arbeitet der Arbeitskolben b. Die Anlaßluft gelangt durch das Ventil d, die Spülluft durch das Ventil e, der Brennstoff durch das Ventil c in den Arbeitszylinder, während die Auspuffschlitze f den Auslaß der Gase bilden. Aus Diagramm »Anlassen« ist ersichtlich, wie bei der ersten Umdrehung der Kompressionsenddruck 2 gegenüber dem Druck 2' im Diagramm »erste Zündung« niedriger zu liegen kommt. Es ist dies sowohl eine Folge der Undichtigkeits-The diagrams for the piston positions are entered as they are described for starting (first rotation) and for the first ignition. Working piston b works in working cylinder a. The starting air passes through the valve d, the scavenging air through the valve e, and the fuel through the valve c into the working cylinder, while the exhaust ports f form the outlet for the gases. The "Starting" diagram shows how the final compression pressure 2 comes to be lower than the pressure 2 'in the "First ignition" diagram during the first revolution. This is both a consequence of the leakage

und Wärmeverluste bei langsamem Kompressionshub des Kolbens, als auch eine Folge davon, daß infolge der gebräuchlichen Konstruktion der Arbeitskolben, die Verdichtung bei kleiner Tourenzahl erst dann beginnt (ebenso das Auspuffen bereits dann), wenn der oberste Kolbenring die Auspuffschlitze völlig • überschliffen hat, während bei größeren Tourenzahlen die Verdichtung bereits (das Auspuffenand heat losses with slow compression stroke of the piston, as well as a consequence from the fact that as a result of the common design of the working piston, the compression in the case of a small number of revolutions only begins (also the exhaust already then) when the the uppermost piston ring has completely ground over the exhaust slots, while at higher speeds the compression already (the exhaust

ίο erst) dann beginnt, wenn die Bodenfläche des Kolbens selbst die Auspuffschlitze überschliffen hat. Der Unterschied in den Verdichtungsgraden bei niedriger ■ und hoher Tourenzahl kann aus dem Grunde allein schon um etwa 5 bis 10 Prozent variieren, so daß also außer den Undichtigkeiten und Wärmeverlusten noch mit einer schädigenden Verkleinerung des Verdichtungsgrades durch die konstruktiv gebräuchliche Ausbildung des Arbeitskolbens bei kleinen Tourenzahlen zu rechnen ist. In den Diagrammen »Anlassen« und »1. Zündung« liegen aus dem Grunde die Punkte 1 bis 4 und 1' bis 4' nicht auf einer Geraden, sondern ι bis 4 kommt über 1' bis 4' zu liegen.ίο only) begins when the bottom surface of the Piston itself has ground the exhaust slots. The difference in the degrees of compaction in the case of low ■ and high number of tours, for this reason alone can be around 5 to 10 percent vary, so that in addition to the leaks and heat losses with a damaging reduction in the degree of compression due to the constructionally common one Training of the working piston with small numbers of revolutions is to be expected. In the "Starting" and "1. Ignition «are therefore points 1 to 4 and 1 'to 4' are not on a straight line, but ι to 4 come to lie over 1 'to 4'.

Fig. 2 zeigt den Arbeitszylinder für das im Sinne der Erfindung abgeänderte Zweitaktgleichdruckverfahren nebst Arbeitskolben schematisch im Schnitt. Die Anwendung auf das Viertaktgleichdruck- und andere Verfahren ist dabei eine völlig gleichartige. Analog Fig. 1 sind zu den Kolbenstellungen die Diagramme eingezeichnet, wie dieselben beim Anlassen und bei der ersten Zündung beschrieben werden. Es bezeichnen die Ziffern 1 und 1' Beginn der Kompression, 2 und 2' Ende der Kompression, 3 Ende der Druckluftfüllung bzw. 3' Ende der Verbrennung unter Gleichdruck, 4 und 4' Auspuffen. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Fig. 1. Die Änderung gegenüber dem normalen Verfahren besteht nun darin, daß gegenüber dem normalen Zweitaktmotor zunächst der Kompressionsraum verkleinert ist. Dadurch ist man genötigt, den Beginn der Kompression für den normalen Betrieb und die normale Tourenzahl gegen die Hubmitte hin zu verlegen, um mit dem Kompressionsenddruck nicht über die normale Höhe zu gehen. Man erreicht dies in einfacher Weise dadurch, daß der Schluß des Spülventils e erst im Punkt 1' erfolgt. Andererseits erreicht man jedoch den Vorteil, durch diese Anordnung den Verdichtungsgrad durch eine besondere auf den Gang des Spülventils e wirkende Regelung dadurch erhöhen zu können, daß man bei geringer Tourenzahl, also auch beim Anlassen, den Schluß des Spülventils in noch zu bestimmender Weise früher erfolgen läßt, wie dies im Diagramm »Anlassen« gezeigt ist. Hier findet der Schluß des Spülventils e im Punkt ι gleichzeitig mit dem Überschleifen der Auspuffschlitze statt und man erhält so trotz der Undichtigkeitsverinste, der Wärmeverluste und der Verringerung des Verdichtungsgrades infolge der Kolbenringwirkung den gewünschten Kompressionsenddruck und die , der Selbstzündung entsprechende Verbrennungstemperatur bei beliebig niedriger Tourenzahl.Fig. 2 shows the working cylinder for the two-stroke equal pressure method modified in accordance with the invention, together with the working piston, schematically in section. The application to the four-stroke equalization and other processes is completely the same. Analogously to FIG. 1, the diagrams for the piston positions are drawn in as they are described for starting and for the first ignition. The numbers 1 and 1 'start of compression, 2 and 2' end of compression, 3 end of compressed air filling and 3 'end of combustion under constant pressure, 4 and 4' exhaust. The designations are the same as in FIG. 1. The change compared to the normal method is that the compression space is initially reduced compared to the normal two-stroke engine. This makes it necessary to move the start of compression for normal operation and the normal number of revolutions towards the middle of the stroke so that the final compression pressure does not go above the normal height. This is achieved in a simple manner in that the flush valve e does not close until point 1 '. On the other hand, however, one achieves the advantage of being able to increase the degree of compression through this arrangement through a special regulation acting on the course of the flushing valve e by closing the flushing valve earlier in a manner yet to be determined when the number of revolutions is low, i.e. also when starting as shown in the "Starting" diagram. Here, the flush valve e at point ι closes at the same time as the exhaust ports are looped, and despite the leakage, the heat losses and the reduction in the degree of compression due to the piston ring effect, the desired compression end pressure and the combustion temperature corresponding to self-ignition are obtained at any number of revolutions.

Das dem Erfindungsgedanken zugrunde liegende Regelungsverfahren beruht nun darauf, daß jeder Umdrehungszahl der Triebmaschine bei gleichbleibender Steuerung des Spülventils e ein bestimmter Kompressionsenddruck entspricht, dagegen umgekehrt bei gleichbleibendem Kompressionsenddruck bzw. Kompressionsendtemperatur jeder Tourenzahl ein Kompressionsbeginn zugeteilt ist, dem der Schluß des den Kompressionsbeginn steuernden Organs entsprechen muß. Fig. 3 zeigt den Verlauf der Kompressionsenddrücke bei gleichbleibender Steuerung der Maschine und fallender Tourenzahl.The control method on which the concept of the invention is based is based on the fact that each number of revolutions of the drive unit corresponds to a certain final compression pressure with constant control of the flushing valve e , while conversely, with the final compression pressure or temperature remaining the same, each number of revolutions is assigned a start of compression to which the end of the organ controlling the start of compression corresponds got to. Fig. 3 shows the course of the final compression pressures with constant control of the machine and decreasing number of revolutions.

Das Fallen der Kompressionsenddrücke ist, wie bereits angedeutet, durch drei Faktoren bedingt:As already indicated, the fall in the final compression pressures is due to three factors conditional:

1. Wirkung der Undichtigkeiten,1. Effect of the leaks,

2. Wirkung der Wärmeverluste,2. Effect of heat losses,

3. Wirkung der Kolbenringe infolge Veränderung des Kompressionsbeginns.3. Effect of the piston rings due to a change in the start of compression.

Sämtliche Faktoren wachsen in ihrem Einfluß mit abnehmender Tourenzahl, der Kurvenverlauf der Kompressionsenddrücke ist, wie sich aus Versuchen ergeben hat, ein gesetzmäßiger, jedoch für die einzelne Maschinenart je nach der konstruktiven Ausbildung verschieden. Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß es für die Anwendung des Erfmdungsgedankens gleichgültig ist, welcher Art das den Kompressionsbeginn steuernde Ventil ist. Es kann dies im Zweitaktverfahren das Spülventil selbst, aber auch ein besonderes Organ sein, beim Viertakt das Saugventil oder ein besonderes Organ. Wesentlich für den Erfindungsgedanken ist in allen diesen Fällen, daß die Beeinflussung eines den Kompressionsbeginn steuernden Organs in einem durch Versuche bestimmbaren Zusammenhang mit der Tourenzahl stehen muß, wenn der Kompressionsenddruck und damit annähernd die Kompressionsendtemperatur für beliebige Geschwindigkeitsänderungen die gleiche bleiben soll.All factors increase in their influence with decreasing number of tours, the curve course The final compression pressure is, as has been shown by tests, a lawful one, but for the individual type of machine different depending on the constructive training. Let it be at this point notes that for the application of the inventive idea it does not matter what kind is the valve that controls the start of compression. It can do this in the two-stroke process Flushing valve itself, but also a special organ, in the four-stroke the suction valve or a special organ. In all of these cases, it is essential for the concept of the invention, that the influencing of an organ controlling the start of compression in one through experiments definable connection with the number of revolutions must stand when the compression end pressure and thus approximately the final compression temperature for any speed changes should stay the same.

Fig. 4 zeigt den Kompressionsbeginn einer im Zweitakt arbeitenden Druckluftmaschine bei gleichbleibendem Kompressionsenddruck für fallende Tourenzahlen der Maschine in Prozenten des Kolbenwegs nach dem unteren Totpunkt. Man hat es daher in der Hand, die der Reglermuffe der Triebmaschine für die einzelnen Umdrehungszahlen zugeordneten Stellungen dazu zu benutzen, daß man durch geeignete Übertragung mittels Lenker, Leitkur-Fig. 4 shows the start of compression of a two-stroke compressed air machine with constant compression end pressure for decreasing number of revolutions of the machine as a percentage of the piston travel after the lower one Dead center. It is therefore in the hands of the control sleeve of the prime mover for the to use positions assigned to individual revolutions so that one can go through suitable Transmission by means of handlebars, guide

ven usw. den Gang des den Kompressionsbeginn steuernden Organs so beeinflußt, daß sich eine selbsttätige Regulierung der Kompressionsenddrücke für beliebig sich ändernde Tourenzahlen ermöglichen läßt und die Selbstzündung des Brennstoffs bei allen Gangarten des Fahrzeugs mit Sicherheit eintritt. Soll endlich die Beeinflussung des den Kompressionsbeginn steuernden Organs unabhängig vom Regler der Triebmaschine von Hand vorgenommen werden, so bleibt gleichwohl als Kennzeichen des Erfindungsgedankens bestehen, daß die Beeinflussung in bestimmbarem Zusammenhang mit der Umdrehungszahl der Maschine zu erfolgen hat, wobei jedoch die Wirksamkeit der Regelung von der Geschicklichkeit des Führers abhängig ist.ven etc. influences the course of the organ controlling the start of compression in such a way that an automatic regulation of the final compression pressures for any number of revolutions allows and the auto-ignition of the fuel in all gaits of the vehicle certainly occurs. Should finally the influencing of the beginning of the compression controlling organ made by hand independently of the regulator of the prime mover are, however, remains as a characteristic of the inventive concept that the Influence in a determinable connection with the number of revolutions of the machine has to take place, whereby however the effectiveness the regulation depends on the skill of the guide.

Claims

Patent claim:

Control method for internal combustion engines for vehicle purposes Reaching the ignition temperature of the fuel at any number of revolutions of the vehicle, especially when starting, characterized in that the start of compression of the combustion air controlling organs are regulated with the speed of the machine so that by changing the start of compression of the compression end pressure or the The final compression temperature remains constant for each number of revolutions, which corresponds to the auto-ignition of the fuel.

1 sheet of drawings.