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Verfahren für das Anlassen von Verbrennungskraftmaschinen. Einspritzmaschinen
mit Selbstzündung, bei denen der fein verteilte flüssige Brennstoff direkt in den
Verbrennungsraum eingeführt wird, besitzen nur dann sofortige Betriebsbereitschaft,
wenn auch bei kalter Maschine die Vergasung und Zündung des Brennstoffes durch die
Verdichtungswärme allein mit Sicherheit erreicht wird. Hierzu sind aber hohe Verdichtungsdrucke,
erfahrungsgemäß über 3o Alm., erforderlich, was viele Nachteile hat.
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Demgegenüber können Verbrennungskraft-Maschinen, bei denen die Selbstzündung
des eingespritzten flüssigen Brennstoffes durch die Verdichtungswärme nicht allein
bewirkt werden kann, sondern nur durch zusätzliche Wärme von Wandungsteilen des
Verbrennungsraumes, die im normalen Betriebe durch die Verbrennungen selbst erhitzt
bleiben, mit wesentlich geringeren Verdichtungsspannungen - meist zwischen io und
2o Atm. - betrieben werden. Trotzdem bei diesen Maschinen im Gegensatz zu den erstgenannten
durch die Verbrennung meist eine beträchtliche Drucksteigerung eintritt, sind die
bei ihnen auftretenden Höchstdrucke viel geringer als bei jenen. Dafür haben sie
aber den Nachteil, daß das Anlassen nur nach vorherigem Erhitzen der im Betriebe
warm bleibenden Wandungsteile möglich ist.
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Um für dieses Anwärmen äußere Flammen und deren Feuersgefahr zu vermeiden,
ist bereits vorgeschlagen worden, diese Maschinen mit einem ohne Vorwärmung vergasbarem
Hilfsbrennstoff anzulassen, der durch eine elektrische Hilfszündung entflammt wird,
und sie mit diesem so lange zu betreiben, bis die Wandungen für den Betrieb mit
dem normalen schwerer flüchtigen Brennstoff genügend warm geworden sind. Diese leicht
flüchtigen Hilfsbrennstoffe vertragen aber, wenn Frühzündungen beim Anlaßbetriebe
vermieden werden sollen, nur geringere Verdichtungsgrade als bei diesen Verbrennungsmaschinen
meist angewandt werden. Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, den normalen
Verdichtungsraum für den Anlaßbetrieb durch Hinzuschalten eines Hilfsraumes derart
zu vergrößern, daß diese Anlaßbrennstoffe verwendbar sind.
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Durch dieses Anlaßverfahren werden zwar äußere Flammen vermieden,
der leicht vergasbare Hilfsbrennstoff bildet aber eine neue Feuersgefahr und macht
besondere Vorrichtungen erforderlich. Nach der Erfindung soll zum Anlaufen von Maschinen
der zweiten Art sowohl äußere Vorwärmung als auch der Hilfsbetrieb mit dem leicht
vergasbaren Brennstoff vermieden werden, und das Anlassen soll bei verhältnismäßig
niedrigen Drucken erfolgen.
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Zu diesem Zwecke wird beim Anlassen der kalten Maschine der Verdichtungsraum
im Gegensatz zu den bekannten Maschinen verkleinert,
und zwar so
stark, daß er nur etwa noch den fünfzehnten Teil des Volumens zu Beginn der Verdichtung
beträgt. Die nunmehr am Ende der Verdichtung vorhandene Temperatur ist ausreichend,
um den alsdann eingespritzten schwer vergasbaren Brennstoff auch bei kalter Maschine
mit Sicherheit zu zünden. Hierdurch würde aber, allein schon infolge der Verdichtung,
der Druck <<uf etwa 35 Atin. gesteigert und - ganz abgesehen von der durch
die Verbrennung noch darüber hinaus erfolgenden Drucksteigerung - der Vorteil der
verhältnismäßig niedrigen Drucke nicht vorhanden sein.
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Dieses vermeidet die Erfindung dadurch, cfaß gleichzeitig mit der
zum Anlassen erfolgenden Verkleinerung des Verdichtungsraumes zwangläufig ebenfalls
der Druck der Ladung zu Beginnt der Verdichtung gegenüber dem im normalen Betriebe
zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Drucke erheblich verringert wird. Es wird hierbei
von der berannten Tatsache Gebrauch gemacht, daß die durch die Verdichtung erfolgende
Temperatursteigerung bei gleicher Anfangstemperatur nicht von der Höhe des Druckes
selbst, sondern vom Verhältnis der Drucksteigerung abhängt, oder was gleichbedeutend
ist-von dein räumlichen Verdichtungsverhältnis. Die zum sicheren Zünden erforderliche
Endtemperatur der Verdichtung wird also unbeschadet des niedrigen Enddruckes erreicht.
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;Fig. i bis 3 stellt die Erfindung in Anwendung auf eine Viertakteinspritzmaschine
dar. Fig. i kennzeichnet den Zustand des normalen Betriebes. Fig. z denjenigen des
Anlaßbetriebes, der so lange durchgeführt wird, bis die Wandungen für die Umschaltung
auf normalen Betrieb genügend warm geworden sind. In Fig. 3 bedeutet g das Druckdiagramm
im normalen Betriebe bei Normallast, 1L das Anlaßdiagramm im Anlaßbetriebe. Im Zustande
des normalen Betriebes befindet sich der zum Verkleinern des Verdichtungsraumes
dienende Kolben a in der äußeren Stellung (vgl. Fig. i). Hierbei ist die Größe des
Verdichtungsraumes, z. B. % des gesamten Zylinderraumes V, zu Beginn der Verdichtung,
dementsprechendbeträgtderVerdichtun@senddruck 13 Atm. (Fig. 3). Die Zündung des
durch Düse b eingespritzten Brennstoffes findet durch die Verdichtungswärme zuzüglich
der Wärme heißer Wandungen, insbesondere der ZVandung c, statt, wonach eine weitere
Drucksteigerung auf etwa 26 Atm. eintritt. Die Regulierung erfolgt in bekannter
Weise durch Veränderung der eingespritzten Brennstoffmenge.
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Zum Anlassen der kalten Maschine wird durch Handhebel d der Kolben
a in seine innere Stellung gebracht (vgl. Fig.2) und hierdurch der V erdichtungsraum
auf etwa 115 des Volumens V, zu Beginn der Verdichtung verkleinert (Fig.
3). Gleichzeitig wird aber auch durch den Verschlußschieber e die Einlaß--iffnung
geschlossen. Beim Saughube kann nunmehr Luft nur noch durch die vom Ventil f freigelegte
kleine Üffnung eintreten, so daß . während des ganzen Saughubes eine starke Drosselung
stattfindet, und der Druck der Luft am Ende desselben und zu Beginn des Verdichtungshubes
nur noch z. B. o,5 Atm. abs. beträgt. Infolge der fünfzehnfachen räumlichen Verdichtung
steigt der Druck am Ende der Verdichtung auf i9 Atm., und dementsprechend die Temperatur
der Ladung auf einen solchen Betrag, daß der eingespritzte Brennstoff mit Sicherheit
entzündet wird. Das erste Anwerfen der :Maschine kann dabei in bekannter Weise durch
Druckluft erfolgen. Nach den ersten Umdrehungen wird die Druckluft abgesperrt und
Luft unter starker Drosselung durch Ventil f angesaugt. Sind nach einigen Minuten
des Anlaßbetriebes die Wandungen der iflaschine warm geworden, so wird auf die Stellung
des normalen Betriebes (Fig. i) umgeschaltet.
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Wesentlich ist, daß die zu diesem Anlaßverfahren erforderliche Herabsetzung
des Druckes beim Ansaugen durch Drosselung während der ganzen Ladeperiode erfolgt.
Denn nur so wird vermieden, daß die Druckverminderung auch eine gleichzeitige Verininderung
der Ladungstemperatur zu Beginn der Verdichtung zur Folge hat, die wiederum eine
wesentliche Verminderung der Temperatur zu Ende der Verdichtung verursacht und damit
die Zündsicherheit aufhebt.
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Daß bei Druckverminderung durch Drosseln keine oder nur ganz geringe
Abkühlung eintritt, wird durch die Erfahrungen der Therniodynamik bestätigt (s.
Schule »Technische Thermodynamik« Band I, 3. Aufl., S.236 u. f., Springer 1917).
Diese schädliche Temperaturverminderung wird nicht vermieden, wenn die Druckverminderung
statt durch Drosselung beispielsweise durch Schluß des Einlaßventiles vor beendigtem
Hub erzielt wird, wobei für den ersten Teil des Ladehubes ungedrosseltes Einströmen
stattfindet, alsdann nach plötzlichem Schluß des Einlaßventils die Ladung während
des restlichen Saughubes@expandiert wird. Wenn auf diese Weise der- Druck, z. B.
auf o,5 Atm., herabgesetzt wird (gegenüber o,9 Atm. im Diagramm des normalen Betriebes),
so wird dabei die Ladung um 35° abgekühlt, und die Kompressionsendtemperatur wird
um ein Vielfaches dieses Betrages erniedrigt.
-Bei der Anwendung
des die Erfindung bildenden Verfahrens auf Zweitaktmaschinen muß entsprechend verfahren
werden, und auch bei diesen die Verminderung des Ladungsdruckes zu Beginn der Verdichtung
durch Drosselung der eintretenden Luft herbeigeführt werden. ' Es sind nun bereits
Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei denen Veränderung des Verdichtungsraumes
und Drosselung der Ladung angewandt wurde. Hierbei handelt es sich aber um Verbrennungskraftmaschinen,
die meist ein brennbares Gasluftgemisch verdichten, welches durch eine besondere
Zündung entflammt wird. Bei diesen wurde Drosselung und Veränderung des Verdichtungsraumes
im Zusammenhang mit der Leistungsregulierung benutzt, um den bei kleinen Lasten
infolge starker Drosselung sehr niedrigen Verdichtungsdruck zu steigern. Diese Gründe
kommen bei der Maschinengattung, auf die sich die Erfindung bezieht, nicht in Betracht.
Die Erfindung besteht darin, für das Anlassen und Anwärmen von Verbrennungskraftmaschinen,
bei denen im normalen Betriebe die Verdichtungswärme zur Selbstzündung des in den
Verbrennungsraum .eingespritzten flüssigen Brennstoffes nicht genügt, sondern hierzu
außerdem die Wärme von Wandungen des '\Terdichtungsraumes erforderlich ist, mit
einer - so weit gehenden Verkleinerung des normalen Verdichtungsraumes, daß bei
kalter Maschine Selbstzündung erreicht wird, gleichzeitig und zwangläufig eine -
im wesentlichen durch Drosselung und daher ohne merklichen Temperaturabfall bewirkte
- im Vergleich zum normalen derartige' Verminderung des Ladungsdruckes zu Beginn
der Verdichtung zu verbinden, daß beim Anlassen trotz des erhöhten Verdichtungsverhältnisses
die relativ niedrigen Höchstdrucke des Normalbetriebes nicht wesentlich überschritten
werden und der Normalbetrieb ohne äußere Vorwärmung oder Anlaßbetrieb mit Hilfsbrennstoff
erreicht werden kann.
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Die Höchstdrucke beim Anlassen bleiben auch dann noch genügend niedrig,
wenn der Verdichtungsenddruck beim Anlassen größer ist als der im Normalbetriebe
(Fig. 3). Denn infolge der starken Herabsetzung des Ladungsdruckes zu Beginn der
Verdichtung befindet sich beim Anlaßbetriebe im Zylinder eine viel geringere Luftmenge
als im Normalbetriebe, es kann also nur eine kleinere Brennstoffmenge verbrennen
und die Drucksteigerung durch die Verbrennung bleibt entsprechend gering. Der gleichzeitig
hierdurch bedingte Nachteil, daß die Maschine beim Anlaßbetriebe nicht mit der vollen-Leistung
belastet werden kann, wird dadurch verkleinert, daß die beim Anlassen zur Verbrennung
gelangende kleinere Brennstoffmenge infolge .des größeren Verdichtungsverhältnisses
besser ausgenutzt wird.
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Zur vollständigen Sicherheit gegen unzulässige Höchstdrucke ist es
erwünscht, daß die für das Anlassen notwendige Herabsetzung des Druckes der Ladung
zu Beginn der Verdichtung unter allen Umständen erreicht wird. Sie muß also z. B.
unabhängig sein von der in der ersten Anlaßperiode von Null bis auf den Normalwert
ansteigenden Drehzahl. Dies ist z. B. bei einfachem Drosseln der Ansaugöffnung nicht
der Fall. Gemäß der Erfindung soll daher die mit der Vergrößerung der Verdichtung
zwangläufig herbeigeführte Druckverminderung derart bewirkt werden, daß der erforderliche
Kleinstwert stets selbsttätig erreicht wird. Dies kann z. B,, wie in Fig. a, dadurch
geschehen, daß beim Anlassen Luft nur durch das Ventil j einströmen kann, welches
nur nach Erreichung eines bestimmten Unterdruckes im Zylinder sich öffnet.
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Um auch während der kurzen Zeit der Umstellung vom Anlaßbetrieb auf
Normall3etrieb ungewollte Höchstdrucke auszuschließen, soll gemäß der Erfindung
die Druckverminderung erst dann aufgehoben werden, wenn die Verkleinerung des Verdichtungsraumes
ganz oder nahezu ganz aufgehoben ist. Dies kann z. B. nach der in Fig. i und a angedeuteten
Art dadurch geschehen, daß der Luftschieber e erst während des letzten Teiles der
Auswärtsbewegung des Kolbens c geöffnet wird.