DE320027C

DE320027C - Method and device for preventing four-stroke or two-stroke explosion engines from stalling

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Publication number: DE320027C
Application number: DE1912320027D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1912-07-24
Filing date: 1912-07-24
Publication date: 1920-04-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Zweitaktoder Viertaktexplosionsmotoren und im besonderen auf solche, die für Schiffsantrieb, benutzt werden. Wenn ein Schiff auf hoher See ist, so kommt der Propeller öfter außer Wasser, wobei die Maschine durchzugehen sucht. Es ist demzufolge nötig, in solchen Augenblicken die Maschine, d. h. die Brennstoffzufuhr, von Hand oder selbsttätig zuThe invention relates to two-stroke or four-stroke explosion engines and in particular to those used for ship propulsion. When a ship is on high When the sea is at sea, the propeller comes out of water more often, with the engine going through seeks. It is therefore necessary, at such moments, to switch the machine, i. H. the fuel supply, by hand or automatically

ίο drosseln, so daß sich die Arbeitsleistung verringert. Hieraus entsteht aber die Gefahr, daß die Maschine stehen bleibt, wenn der Propeller wieder ins Wasser eintaucht.ίο throttle so that the work performance is reduced. However, this creates the risk that the engine will stop when the propeller dips into the water again.

Zweck der Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, um ein derartiges Stehenbleiben der Maschine zu verhindern.The purpose of the invention is to provide a device to prevent such stalling to prevent the machine.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Verbrennungsmotoren mit einer Druckluftquelle zu versehen, deren Druck etwas niedriger — beispielsweise 14 Atm. — ist als der maximale Explosionsdruck von etwa 25 Atm. im Zylinder, und die zum anfänglichen Anlassen oder zum Wiederanlassen des Motors beim Stehenbleiben nach Fehlzündungen oder anderen Störungen benutzt wird. Zu diesem Zwecke wird ein mechanisch gesteuertes Ventil von Hand eingeschaltet, das zum Anlassen der Druckluft während eines fest bestimmten Teils des Arbeitshubes dient. Dasselbe kannIt has been proposed to use internal combustion engines with a source of compressed air to be provided, the pressure of which is slightly lower - for example 14 atm. - is than the maximum Explosion pressure of about 25 atm. in the cylinder, and those for initial starting or for restarting the engine at Stopping after a misfire or other malfunction. For this purpose a mechanically controlled valve is used switched on manually, which is intended for starting the compressed air during a fixed Part of the working stroke is used. Can do the same

z. B. so ausgebildet sein, daß es als Rückschlagventil bei normalem Explosionsdruck im Zylinder geschlossen bleibt, so daß die Druckluft in den Zylinder nur eintreten kann, solange noch keine Zündung erfolgt ist. Die Nachteile dieser Vorrichtung' sind folgende: Wenn die eingeführte Brennstoffmenge unter der normalen Ladung bleibt, so überwindet der oben mit 14 Atm. angenommene Druck der Luft den Maximaldruck im Zylinder, der bei kleinen Füllungen mit Brennstoff vielfach 10 Atm. nicht übersteigt, und erzwingt sich Einlaß, bevor noch die Verbrennung des ' Brennstoffgemisches im Zylinder vollendet ist. Das Explosionsgemisch wird nämlich durch die eindringende Luft schnell unter die Zündungsgrenze verdünnt und obendrein noch gleichzeitig abgekühlt, so daß die Verbrennung beendet wird, bevor sämtliches Gas verbrannt ist. Wählt man jedoch den Druck der Preßluft etwa nur 9 Atm., d. h. niedriger als den Explosionsdruck im Zylinder bei kleinen Belastungen, so wird sie als Reserveantriebsmittel unzureichend, sobald die Maschine unter volle Belastung kommt,, z. B. bei Wiedereintauchen des Propellers.z. B. be designed so that it is used as a check valve at normal explosion pressure remains closed in the cylinder so that the compressed air can only enter the cylinder as long as no ignition has taken place. The disadvantages of this device are as follows: If the amount of fuel introduced remains below the normal load, so overcome the one above with 14 atm. assumed pressure of the air the maximum pressure in the cylinder, the for small fillings with fuel often 10 atm. does not exceed, and forces itself Inlet before the combustion of the fuel mixture in the cylinder is complete. The explosive mixture is quickly below the ignition limit due to the penetrating air diluted and cooled down at the same time, so that the combustion is stopped before all the gas is burned is. However, if you choose the pressure of the compressed air about only 9 atm., D. H. lower than that Explosion pressure in the cylinder at small loads, it is used as a reserve propellant insufficient as soon as the machine comes under full load, e.g. B. on re-immersion of the propeller.

Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, die Maximalarbeitsleistung von Explosionsmotoren noch dadurch zu erhöhen, daß man im Anschlüsse an die Explosion Druckluft oder Dampf in den Arbeitszylinder direkt einströmen läßt, um nach Art des bei Dampfmaschinen üblichen Verfahrens die Füllung und damit die Diagrammfläche und die Arbeitsleistung zu vergrößern.It has also been proposed to maximize the working power of explosion engines can be increased by the fact that compressed air is connected to the explosion or allows steam to flow directly into the working cylinder, in the manner of steam engines usual procedure the filling and thus the diagram area and the work performance to enlarge.

Von diesen bekannten Einrichtungen unterscheidet sich das vorliegende Verfahren in wesentlichen Punkten: Es handelt sich hier nicht um die Erzielung von Mehrarbeit nochThe present method differs from these known devices in essential points: This is not about the achievement of overtime yet

über die gewöhnliche Maximalarbeit hinaus, sondern um die Herstellung einer Kraftreserve, die jeden Augenblick verfügbar und derart geregelt ist, daß bei schnell wechselnder Belastung ein schnellerer Ausgleich zwischen verlangter und erzeugter Arbeit herbeigeführt wird, als dies durch die gewöhnliche Regelung der Brennstoffzufuhr möglich ist.beyond the usual maximum work, but about the creation of a power reserve, which is available at any moment and is regulated in such a way that the load changes rapidly a faster balance between required and generated work is brought about than this is possible through the usual regulation of the fuel supply.

Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, *° daß in eine Hilfskammer am Arbeitszylinder entsprechend dem betreffenden Arbeitszyklus des Motors periodisch Druckluft als Kraftreserve eingelassen wird, welche bei einer Fehlzündung oder sobald die durch Drosselung der Brennstoffzufuhr verringerte Arbeitsleistung der Maschine einer plötzlichen Belastungszunahme nicht gewachsen ist, in den Zylinder eintritt und hier Arbeit verrichtet, wobei die Einlaßdauer der Druckluft sowie ihr Druck ao — bei Dieselmotoren jedoch nur die Einlaßdauer — der jeweiligen Brennstoffzufuhr entsprechend selbsttätig abgestuft wird.The invention is characterized in that * ° that in an auxiliary chamber on the working cylinder Compressed air periodically as a power reserve in accordance with the relevant working cycle of the motor is admitted, which in the event of a misfire or as soon as the work output reduced by throttling the fuel supply the machine cannot cope with a sudden increase in load into the cylinder enters and does work here, the inlet duration of the compressed air and its pressure ao - in the case of diesel engines, however, only the intake duration - is automatically graduated according to the respective fuel supply.

Gemäß der Erfindung wird die Regelung . der Dauer der Preßluftzufuhr in die Hilfs* kammer durch verschiebbare, konisch gestaltete Nocken bewirkt, deren jeweilige Stellung zwangläufig, nämlich zugleich mit der Brennstoffzufuhr geregelt wird, z. B. durch ein Verbindungsgestänge zwischen der Nockenwelle und dem Brennstoffregler.According to the invention, the scheme. the duration of the compressed air supply in the auxiliary * chamber caused by displaceable, conically shaped cams, their respective position inevitably, namely is regulated at the same time with the fuel supply, z. B. by a connecting rod between the camshaft and the fuel regulator.

In ähnlicher Weise wird auch die Regelung des Druckes der als Kraftreserve in die Hilfskammer eingelassenen Preßluft zwangläufig, nämlich zugleich mit der jeweiligen Brenn- ^! stoffzufuhr bewirkt, z.B. durch ein Verbindungsgestänge zwischen einem Druckreduzier- i ventil und dem Brennstoffregler.In a similar way, the regulation of the pressure of the compressed air let into the auxiliary chamber as a power reserve is inevitable, namely at the same time as the respective combustion ^! The supply of fuel is effected, for example, by a connecting rod between a pressure reducing valve and the fuel regulator.

Die Hilfskammer wird der Erfindung ge- ; maß gegenüber der Druckluftleitung einerseits : und dem Arbeitszylinder andererseits durch , zwei konachsial derart zusammengegliederte j Ventile geschlossen, daß das Druckluftzulaß- ; ventil betätigt werden kann, ohne das Zylin- | derventil zu beeinflussen.The auxiliary chamber is the invention; dimension in relation to the compressed air line on the one hand: and the working cylinder on the other hand, two j Valves closed so that the compressed air admission; valve can be operated without the cylinder | to influence the valve.

Der normale Verlauf des Druckes während ^; des Explosionshubes im Zylinder genügt ge- ■ maß vorliegender Erfindung, um bei allen 1 Belastungen den Eintritt der Druckluft zu | hindern. Tritt durch eine Fehlzündung oder ^; eine sonstige Ursache ein augenblickliches j Stoppen der Maschine ein, etwa infolge Wiedereintauchens der Schiffsschraube und dadurch ι entstehende Überlastung, so ist die Druckluft in der Lage, in den Zylinder einzutreten und j ein Stillstehen der Maschine zu verhüten. ' Die Luft wird während des Explosionshubes j von einem geeigneten Behälter zugeführt. Die Zündung ist so geschaltet, daß sie ein- ; tritt, bevor das Einlaßventil für die Druckluft ' sich öffnet. :The normal course of pressure during ^; of the explosion stroke in the cylinder is sufficient according to the present invention to allow compressed air to enter with all loads prevent. Occurs by a misfire or ^; Another cause is an immediate stop of the machine, for example as a result of the propeller re-submerging and the resulting overload, the compressed air is able to enter the cylinder and prevent the machine from coming to a standstill. The air is supplied from a suitable container during the explosion stroke j. The ignition is switched on; occurs before the inlet valve for the compressed air opens. :

Bei Dieselmotoren, bei denen der Maximal-. druck wenig oder gar nicht schwankt, genügt es lediglich, die Zulaßdauer der Druckluft entsprechend der Belastung zu verändern, während der Druck der Preßluft annähernd konstant gehalten wird, und zwar etwas niedriger als der Kompressionsdruck.In diesel engines where the maximum. pressure fluctuates little or not at all, is sufficient it is only necessary to change the permissible duration of the compressed air according to the load, while the pressure of the compressed air is kept approximately constant, and somewhat lower than the compression pressure.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise I Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes : dargestellt, und zwar ist:The drawing shows an example of an embodiment of the subject matter of the invention : is shown, namely:

j Fig. ι eine schematische Darstellung der l Ventilsteuerung,j Fig. ι a schematic representation of the valve control l,

i Fig. 2 ein Längsschnitt durch ein Einlaß-{ ventil und mit ihm konachsial vereinigtes j mechanisch gesteuertes Ventil,i Fig. 2 is a longitudinal section through an inlet valve {valve and conaxially united with it j mechanically controlled valve,

j Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform, , . Fig. 4 eine Ansicht einer Nockenwelle für j die Bewegung des mechanisch gesteuerten j Ventils.j Fig. 3 shows a modified embodiment,,. Fig. 4 is a view of a camshaft for j the movement of the mechanically controlled j valve.

¹ Fig. 5 zeigt in ausgezogenen vollen Linien ι übereinandergestellt die gewöhnlichen Druck-1 diagramme eines Viertaktmotors bei verschie-' denen Brennstoff zufuhren, in gestrichelten Linien die entsprechenden Druckdiagramme der in die Hilfskammer am Arbeitszylinder periodisch eingelassenen Preßluft. ¹ Fig. 5 shows in solid full lines ι one above the other the usual pressure-1 diagrams of a four-stroke engine with different fuel supply, in dashed lines the corresponding pressure diagrams of the compressed air periodically admitted into the auxiliary chamber on the working cylinder.

Fig. 6 zeigt die Druckdiagramme eines Dieselmotors bei verschiedenen Belastungen und die entsprechenden Preßluftdiagramme.6 shows the pressure diagrams of a diesel engine at different loads and the corresponding compressed air diagrams.

In Fig. 2 und 3 ist α das selbsttätige Einlaßventil Und δ das mechanisch gesteuerte Ventil, welch letzteres zweckmäßig ausbalanciert ist. Die Spindel c des Ventils α ist gleitbar durch die Spindel d des Ventils δ hindurchgeführt, wobei eine schwache Spiralfeder β auf der Spindel c angeordnet ist, die zwischen der Mutter f und der Ventilspindel d (Fig. 2) oder dem Ende des Ventils & (Fig. 3) angeordnet ist und das Ventil α geschlossen hält. Eine stärkere Feder g ist um die Spindel d herum angeordnet und hält das Ventil δ entgegen der Wirkung eines mechanischen Antriebes geschlossen, h ist der Einlaß für die Druckluft, die von irgendeiner geeigneten Quelle zugeführt wird, i ist ein mit Zapfen versehener Hebel, der bei i¹ arigelenkt ist und dessen eines Ende k sich gegen den vorspringenden Teil I der Ventilspindel d (Fig. 2) bzw. gegen das Kolbenende b¹ des Ventils δ selbst (Fig. 3) legt. ■ Das andere Ende m des Hebels ruht auf einem Kolben n, der in dem Gehäuse n¹ gleitet und am andern Ende eine Rolle κ² trägt, die auf der Oberfläche des Nockenzylinders 0 läuft und durch die Nokken o¹, o² dieses Zylinders bewegt wird, wenn der Zylinder in der Längsrichtung verschoben und einer der Nocken an die Rolle »² herangebracht wird. Die Nocken sind konisch, wie aus Fig. 4 ersichtlich, so daß die Druckluftzufuhr abwechselnd geöffnet und abgeschnitten wird, und zwar an geeigneten Stellen des Hubes der Maschine.In Fig. 2 and 3, α is the automatic inlet valve and δ is the mechanically controlled valve, which the latter is expediently balanced. The spindle c of the valve α is slidably passed through the spindle d of the valve δ, a weak spiral spring β being arranged on the spindle c , which is located between the nut f and the valve spindle d (Fig. 2) or the end of the valve & ( Fig. 3) is arranged and the valve α keeps closed. A stronger spring g is located around the spindle d around and holds the valve δ against the action of a mechanical drive closed, h is the inlet for compressed air, which is supplied from any suitable source, i is provided with pin lever in i ^{1 is} articulated and one end k of which lies against the projecting part I of the valve spindle d (FIG. 2) or against the piston end b ^{1 of} the valve δ itself (FIG. 3). The other end m of the lever rests on a piston n which slides in the housing n ¹ and at the other end ^{carries a roller κ 2} that runs on the surface of the cam cylinder 0 and moves it through the cams o ¹ , o ^{2 of this cylinder} when the cylinder is moved in the longitudinal direction and one of the cams is brought up to the roller » ² . The cams are conical, as can be seen in Figure 4, so that the compressed air supply is alternately opened and cut off at suitable points in the stroke of the machine.

Das zusammengesetzte Ventil wirlct folgendermaßen: The assembled valve works as follows:

Wenn die Maschine normal läuft, so ist der Druck im Zylinder genügend, um das Ventil α geschlossen zu halten. Obgleich das Ventil δ geöffnet ist, um die Druckluft bei jedem Hub einzulassen, ist doch der Druck der Luft so geregelt, daß er stets niedriger ist als der im Zylinder vorherrschende DruckWhen the engine is running normally, the pressure in the cylinder is sufficient to keep valve α closed. Although the valve δ is opened in order to let in the compressed air with each stroke, the pressure of the air is so regulated that it is always lower than the pressure prevailing in the cylinder

ίο im Punkte. des Abschlusses der Luft, und demzufolge kann die Luft zu dem Zylinder keinen Zutritt erhalten. In ähnlicher Weise ist der Abschluß der Druckluft angeordnet, um einen Zufluß der Druckluft zu hindern, wenn der Zylinderdruck infolge der Expansion unter den der Druckluft fällt. Wenn eine Fehlzündung eintritt oder der Druck im Zylinder aus irgendeinem anderen Grunde nicht mehr genügt, um das Ventil α geschlossen zu halten, wenn das Schlußventil δ offen steht, so strömt die Druckluft in den Zylinder und wirkt als Antriebsmittel, um den Hub zu vollenden und den Lauf der Maschine bis zum nächsten Explosionshub zu sichern.ίο in the point. the closure of the air, and consequently the air cannot gain access to the cylinder. Similarly, the shut-off of the compressed air is arranged to prevent an inflow of the compressed air when the cylinder pressure falls below that of the compressed air as a result of the expansion. If a misfire occurs or the pressure in the cylinder for some other reason is no longer sufficient to keep the valve α closed when the shut-off valve δ is open, the compressed air flows into the cylinder and acts as a drive means to complete the stroke and to secure the running of the machine until the next explosion stroke.

Eine geeignete Steuerungsvorrichtung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. In einem geeigneten Gehäuse j> ist eine Nockenwelle r untergebracht, die in geeigneten Lagern sich drehen und gleiten kann und durch ein geeignetes Getriebe bewegt wird. Die Nockenwelle trägt den Nockenzylinder 0. Das Ende der Welle r ist mit einem Arm s gekuppelt, der auf der Welle t befestigt ist, auf der ein weiterer Arm s¹ sitzt, der durch einen- Lenker u mit einem Winkelhebel υ verbunden ist, der seinerseits durch einen Lenker υ¹ auf das Drosselventil w in der Speiseleitung w¹ wirkt. Der ·■ Hebel ν ist ferner an einem ähnlichen Hebel χ ■ angelenkt, der ein Druckreduzierventil y in ', der Druckluftspeiseleitung y Regelt. Die Welle t · kann in geeigneter Weise von Hand, durch : Maschinenkraft oder von einem Regulator hin und her bewegt werden. Ein Bewegungs- : arm ζ ist zu diesem Zweck auf der Welle t befestigt. Auf der Zeichnung ist die Welle in der Ruhelage dargestellt, in der die Brennstoffzufuhr bei w abgedrosselt ist. Auf der Nockenwelle, die je nach der gewünschten Drehrichtung »voraus oder zurück« nach rechts oder links verschiebbar ist, werden die Nokken o¹ oder o² in den Weg der Rolle η gebracht, wie bereits beschrieben, und so wird die Maschine angelassen durch Einlassen von Druckluft in bekannter Weise.A suitable control device is shown schematically in FIG. In a suitable housing j> a camshaft r is accommodated, which can rotate and slide in suitable bearings and is moved by a suitable gear. The camshaft carries the cam cylinder 0. The end of the shaft r is coupled to an arm s, which is attached to the shaft t , on which another arm s ¹ sits, which is connected by a link u with an angle lever υ , the in turn acts through a link υ ¹ on the throttle valve w in the feed line w ^1. The · ■ lever ν is also linked to a similar lever χ ■ which regulates a pressure reducing valve y in ', the compressed air feed line y. The shaft t can be moved back and forth in a suitable manner by hand, by machine power or by a regulator. A movement arm ζ is attached to the shaft t for this purpose. In the drawing, the shaft is shown in the rest position, in which the fuel supply is throttled at w . On the camshaft, which can be shifted to the right or left depending on the desired direction of rotation "forward or backward", the cams o ¹ or o ^{2 are brought} into the path of the roller η , as already described, and so the machine is started by letting it in of compressed air in a known manner.

Das Brennstoffventil w und das Druckreduktionsventil y werden durch ihre Verbindung mit der Welle ν bewegt. Dies hat zur Folge, daß, wenn die Belastung schwankt, die Brennstoffmenge und der Druck der Druckluft proportional wachsen oder kleiner werden, die Dauer des Lufteintritts verlängert oder verkürzt wird, entsprechend der Stellung der Nocken gegenüber dem Kolben n. In Fig. 5 ist ein Satz von Diagrammen für eine Explosionsmaschine dargestellt, wobei F-L Volllast, T-L zwei Drittel Last, 0-L ein Drittel Last und L-L kleinste Last in ausgezogenen Linien darstellen, während die punktierten Linien f-l, t-l, o-l und t-l die entsprechenden Diagramme für die Druckluft veranschaulichen. In Fig. 6 ist ein Diagrammsatz für Dieselmotoren dargestellt, und zwar F-L Vollast, T-L zwei Drittel Last, O-L ein Drittel Last in vollen Linien für den Brennstoff und entsprechend in punktierten Linien f-l, t-l, o-l für die Druckluft. · In dem Beispiel der Fig. 5 ist ersichtlich, daß der Druck der Druckluft entsprechend den verschiedenen Zylinderdrucken schwankt und die Druckluftzufuhr abgeschnitten wird, bevor der Zylinderdruck auf den Druck der Luft fällt, während in dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel der Druck der Luft unverändert bleibt, da der innere Zylinderdruck annähernd konstant bleibt, wohingegen die Luftzufuhr der Luft abgeschnitten wird, bevor der innere Zylinderdruck auf den Druck der Luft fällt. Hieraus folgt, daß bei normaler Arbeit die Druckluft keinen Zutritt zum Zylinder erhält, ausgenommen die geringe Menge, die bei jedem Hub in dem Spielraum zwischen den Ventilen a, b sich fängt.The fuel valve w and the pressure reducing valve y are moved by being connected to the shaft ν . As a result, when the load fluctuates, the amount of fuel and the pressure of the compressed air increase or decrease proportionally, the duration of the air entry is lengthened or shortened, according to the position of the cams relative to the piston n. In FIG Set of diagrams for an explosion machine shown with FL full load, TL two thirds load, 0-L one third load and LL the smallest load in solid lines, while the dotted lines fl, tl, ol and tl illustrate the corresponding diagrams for the compressed air . 6 shows a set of diagrams for diesel engines, namely FL full load, TL two thirds load, OL one third load in full lines for the fuel and correspondingly in dotted lines fl, tl, ol for the compressed air. In the example of Fig. 5 it can be seen that the pressure of the compressed air fluctuates according to the various cylinder pressures and the supply of compressed air is cut off before the cylinder pressure falls to the pressure of the air, while in the example shown in Fig. 6 the pressure of the air remains unchanged, since the inner cylinder pressure remains almost constant, whereas the air supply of the air is cut off before the inner cylinder pressure falls to the pressure of the air. It follows from this that, during normal work, the compressed air does not gain access to the cylinder, with the exception of the small amount that is caught in the clearance between the valves a, b with each stroke.

Claims

Patent Claims:

1. Method of preventing explosion engines from stalling, thereby characterized in that in an auxiliary chamber on the working cylinder according to the relevant Duty cycle of the engine is periodically admitted compressed air as a power reserve and that from the auxiliary chamber entry to the cylinder is only permitted when the pressure therein is below that the 'compressed air is, in that the task falls to the compressed air, in the event of a misfire, or as soon as the work output reduced by throttling the fuel supply the machine cannot cope with a sudden increase in load, enter the cylinder and do the work to perform, whereby the inlet duration of the compressed air and its pressure - · in diesel engines however, only the inlet duration - is automatically graduated according to the respective fuel supply.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the regulation of the duration of the compressed air supply in the auxiliary chamber by displaceable, conically shaped cams (o ¹ for forward gear, o ² for reverse gear) is effected, their respective position

inevitably, regulated at the same time with the fuel supply, z. B. by a connecting rod (s, t, u, v, v ¹ ) between the camshaft (r) and the fuel regulator (ze).

3. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 and 2, characterized in that the regulation of the pressure of the compressed air admitted as a power reserve into the auxiliary chamber is inevitably effected at the same time with the respective fuel supply, for. B. by a connecting rod (x, v ¹ ) between a pressure reducing valve (y) and the fuel regulator (w).

4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the auxiliary chamber opposite the compressed air line on the one hand and the working cylinder on the other hand by two conaxially linked valves (a, b) is closed that the compressed air admission valve (δ) can be operated without to influence the cylinder valve (a).

1 sheet of drawings.