DE3604891A1 - Verfahren zur sicherung eines gebietes gegen eindringen von fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung eines Gebietes gegen Eindringen von Fahrzeugen mit Dieselmotor.

Die Sicherung eines Gebietes erfolgt im militärischen Bereich in der Regel durch Verlegen eines Minenfeldes. In einem Minenfeld können aber Gassen durch Räumfahrzeuge von Minen geräumt werden, so daß die nachfolgenden Fahrzeuge, z. B. Panzer, das Minenfeld entlang der vorbereiteten Gassen ungehindert passieren können. Bei dem Einsatz von Minen, ebenso wie bei dem Einsatz von Geschützen, ist eine hohe Treffgenauigkeit erforderlich, um die Fahrzeuge zum Stillstand zu bringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das es ermöglicht, Dieselfahrzeuge auf einfache Weise stillzusetzen, so daß diese ggf. anschließend als ruhende Ziele bekämpft werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mindestens eine Verteilvorrichtung installiert wird, die im Auslösefall eine Wolke aus einem Inhibitorgas in der Luft erzeugt, welches die chemischen Reaktionen in einem Dieselmotor derart beeinflußt, daß der Zündzeitpunkt in bezug auf den oberen Totpunkt der Kolbenbewegung so verändert wird, daß der Dieselmotor zum Stillstand kommt.

Die Erfindung geht von folgendem Gedanken aus: Beim Dieselmotor wird Luft verdichtet. Dabei wird das Verdichtungsverhältnis so hoch gewählt, daß die Temperatur der verdichteten Luft ausreicht, um den vor dem oberen Totpunkt eingespritzten Brennstoff möglichst gut mit der Luft zu durchmischen und das Gemisch gleichmäßig im Brennraum zu verteilen und dann zu zünden. Durch die Erfindung wird der Luft ein Inhibitorgas hinzugefügt, das die vor der Zündung ablaufenden komplexen Vorreaktionen derart beeinflußt, daß der Zündzeitpunkt verändert, vorzugsweise zeitlich hinausgeschoben, wird. Durch Verschieben des Zündzeitpunktes um mindestens 40° hinter den oberen Totpunkt der Kolbenbewegung wird erreicht, daß der Kolben zum Zündzeitpunkt schon ziemlich tief nach unten gewandert ist, wodurch das Verbrennungsgemisch bereits eine erhebliche Expansion erfahren hat. Druck und Temperatur des Zylinderinhalts sind in diesem Zustand schon so weit abgesunken, daß keine gute und vollständige Verbrennung mehr möglich ist. Dadurch wird der Dieselmotor zum Stillstand gebracht. Bei Motoren mit langdauernder Verbrennung (Nachbrennen) verlassen unter Umständen noch brennende Gase den Zylinder, so daß das Auslaßventil durch Überhitzung zerstört werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, ein Gebiet wirksam gegen das Eindringen von Fahrzeugen mit Dieselmotor abzuriegeln, indem der Luft, die der Dieselmotor ansaugt, ein Inhibitorgas hinzugefügt wird. Der Motor eines gepanzerten Fahrzeugs benötigt etwa 14 kg Luft, um 1 kg Brennstoff verbrennen zu können. Diese Luft entnimmt der Motor über ein Filtersystem aus der umgebenden Atmosphäre. Das Inhibitorgas gelangt zusammen mit der Luft in den Verbrennungsraum des Motors und verzögert die Zündung, so daß der Motor ausgeht. Das Fahrzeug wird ohne Beschluß stillgesetzt, indem die zum Zündvorgang führenden Vorreaktionen beeinflußt werden.

Die Erfindung ist auf unterschiedliche Arten realisierbar. Beispielsweise können zahlreiche Aufnahmebehälter für Inhibitorgas in einem Gelände verlegt werden, wobei diejenigen Behälter ausgelöst werden, die dem Weg, den das Fahrzeug nimmt, am nächsten sind. Alternativ kann ein Leitungssystem nach Art einer Sprinkler-Anlage installiert sein, aus dem das Inhibitorgas ausströmt; diese Variante eignet sich insbesondere zum Sperren von Straßen, Tunneln und Brücken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Verteilvorrichtungen nach Art von Minen anzuordnen und mit Annäherungsdetektoren zu versehen, die auf Annäherung eines Fahrzeugs ansprechen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Schema der Kolbenbewegung eines Dieselmotors,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des Drucks im Zylinder bei Einwirkung des Inhibitorgases in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel, wobei der Druckverlauf ohne Inhibitorgas gestrichelt dargestellt ist, und

Fig. 3 eine Darstellung einer Minensperre zur Sicherung eines Geländes.

Fig. 1 zeigt die Bewegung des Kolbens 10 eines Dieselmotors im Zylinder 11. Der Kolben 10 ist gelenkig mit der Kurbelstange 12 verbunden, die ihrerseits gelenkig mit der Verkröpfung 13 der Kurbelwelle 14 verbunden ist. Der obere Totpunkt o. T. der Kolbenbewegung entspricht dem Drehwinkel δ = 0 der Kurbelwelle 14.

Fig. 2 zeigt den Verlauf des Drucks p im Zylinderraum in Abhängigkeit von Kurbelwellenwinkel δ, der zeitabhängig variiert. Die gestrichelte Linie gibt den Druckverlauf bei normalem Betriebsverhalten des Dieselmotors an. Die Temperatur variiert entsprechend dem Druck. Der Einspritzvorgang beginnt zum Zeitpunkt EB (Einspritzbeginn) und erstreckt sich über den schraffiert dargestellten Bereich. Bei normalem Betrieb des Motors erfolgt die Zündung mit einer Zündverzögerung Δt gegenüber dem Einspritzbeginn. Zu dieser Zeit erfolgt eine starke Druckerhöhung.

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Inhibitors wird die starke Druckerhöhung kurz vor dem oberen Totpunkt verhindert. Der Druck wird vielmehr auf den niedrigeren Wert P _D begrenzt, bei dem keine sofortige Zündung erfolgen kann. Die Zündung wird durch den Inhibitor verzögert und erfolgt mit der Verzögerung Δt′ zum Zündzeitpunkt t′ _Z , der deutlich hinter dem oberen Totpunkt liegt. Der Druckverlauf mit Inhibitor ist in Fig. 2 in durchgezogener Linie dargestellt.

Durch den Inhibitor werden die Vorreaktionen, die zur Zündung führen beeinflußt. Die Reaktionsmechanismen bestehen im allgemeinen aus etwa 400 oder mehr Gleichungen, deren Prinzip in Tabelle I angegeben ist.

TABELLE I

Es sei angenommen, daß als Brennstoff n-Heptan (n-C₇H₁₆) benutzt wird. Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird thermisch belastet. Der dabei ablaufende erste Schritt ist grundsätzlich die Pyrolyse. Aufgrund der Pyrolyse bilden sich große Alkylradikale. Für diese Alkylradikale wird im weiteren ein β-Zerfall angenommen. Es entstehen kleinere Alkylradikale wie CH₃, C₂H₅, C₃H₇, und C₄H₉. Neben einer gewissen Menge CH₃ wird eine relativ große Mengen an C₂H₅ gebildet, das aufgrund einer Oxidation in das Radiakl HO₂ übergeht. HO₂ und CH₃, die in großen Mengen vorliegen, bilden die Startpunkte von kettenverzweigenden Reaktionsfolgen bzw. Reaktionen. Die sich dabei quantitativ in noch größeren Mengen bildenden Radikale wie OH, H, O usw., füllen den Radikalpool auf und greifen, immer mehr in der Überzahl vorliegend, in den rückliegenden Mechanismus ein. Entscheidend ist, daß es die kettenverzweigenden Reaktionsfolgen bzw. Reaktionen sind, die für das exponentielle Wachsen des Radikalpools im noch unverbrannten Gasgemisch verantwortlich sind.

Erfindungsgemäß wird die Zündverzögerungszeit verlängert bzw. der Zündvorgang zeitlich hinausgeschoben. Hierzu werden dem Reaktionsmechanismus des Brennstoff- Luft-Gemisches chemische Komponenten aufgeprägt, die inhibitorisch wirken. Die Inhibitoren haben die Aufgabe, die exponentielle Radikalpoolgenerierung zu verhindern oder zu verzögern. Sie stellen eine Radikalfalle oder eine Radikalsenke dar. Damit verschiebt sich der Zündzeitpunkt zeitlich nach hinten.

Motorinhibitoren sollen als alternative Sperrmittel eingesetzt werden.

Bezogen auf den Dieselmotor wird mit den inhibitorisch wirkenden Stoffen (Inhibitoren) die Zündverzugszeit verlängert und damit der Zündvorgang zeitlich hinausgeschoben.

Die Inhibitoren wirken an der Stelle, wo die kettenverzweigenden Reaktionen einsetzen und wo die exponentielle Radikalpoolgenerierung stattfindet.

Die Inhibitoren bewirken an erstgenannter Stelle (Beginn der kettenverzweigenden Reaktionen) eine Verlangsamung des Einsetzens der kettenverzweigenden Reaktionen durch z. B. Absorption der zu den kettenverzweigenden Reaktionen gehörenden Komponenten.

Die Inhibitoren bewirken an zweitgenannter Stelle (Radikalpoolgenerierung) eine Verlangsamung des experimentellen Wachsens der Radikale dadurch, daß die Inhibitoren Radikale-Fallen darstellen.

Die absorbierten und gefangenen Radikale stehen den zur Zündung notwendigen Vorreaktionen nicht mehr zur Verfügung. Damit verlängert sich die Zündverzugszeit, und der Zündvorgang wird zeitlich hinausgeschoben.

Fig. 3 zeigt ein Minenfeld 15, in dem übliche Minen 16 als ausgefüllte Punkte dargestellt sind. Die Minen 16 können mit gepanzerten Räumfahrzeugen geräumt werden, so daß die so entstehenden Gassen 17 anschließend durchfahren werden können. Um dies zu verhindern, sind im Minenfeld 15 zusätzlich Inhibitor-Verteiler 18 verlegt, die als leere Kreise dargestellt sind. Bei Annäherung eines Fahrzeugs 19 werden ein oder mehrere Inhibitor- Verteiler 18 ausgelöst, so daß sie eine Gaswolke 20 aus Inhibitorgas im Fahrweg erzeugen, bevor das betreffende Fahrzeug den Inhibitor-Verteiler erreicht hat. Ist das Fahrzeug in die Wolke 20 eingedrungen, dann wird sein Dieselmotor in der zuvor beschriebenen Weise zum Stillstand gebracht.

Die Steuerung des Auslösens der Inhibitor-Verteiler erfolgt durch eine Sucheinrichtung 21, z. B. ein Radargerät, die die Positionen der Fahrzeuge 19 feststellt, und durch Extrapolation der Fahrbewegung die zukünftigen Positionen ermittelt. Das dreidimensionale Koordinatensystem der Sucheinrichtung ist in Fig. 3 mit X, Y und Z bezeichnet. Das Steuergerät 22 bewirkt, daß diejenigen Inhibitor-Verteiler 18 ausgelöst werden, die sich in der Nähe der errechneten zukünftigen Position eines Fahrzeugs 19 befinden. Auf diese Weise wird die Gaswolke 20 mit einem gewissen "Vorhalt" erzeugt. Die Inhibitor-Verteiler 18 können daher nicht wirksam geräumt werden, weil das Fahrzeug sich bereits in der Gaswolke befindet, wenn es einen Inhibitor-Verteiler erreicht.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Minen 16 fortzulassen und das Minenfeld ausschließlich mit Inhibitor- Verteilern zu bestücken. Die einzelnen Inhibitor- Verteiler müssen nicht notwendigerweise von einer zentralen Fernsteuerung ausgelöst werden, sondern sie können mit Annäherungssensoren ausgestatten sein, so daß sie die Gaswolke erzeugen, sobald ein Fahrzeug in ihre Nähe kommt.

Die Inhibitor-Verteiler können Druckgasbehälter aufweisen oder auch aus Sprengkörpern bestehen, die im Detonationsfall das Inhibitorgas freisetzen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Sicherung eines Gebietes gegen Eindringen von Fahrzeugen mit Dieselmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verteilvorrichtung installiert wird, die im Auslösefall eine Wolke aus einem Inhibitorgas in der Luft erzeugt, welches die chemischen Reaktionen in einem Dieselmotor derart beeinflußt, daß der Zündzeitpunkt in bezug auf den oberen Totpunkt der Kolbenbewegung so verändert wird, daß der Dieselmotor zum Stillstand kommt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung aus einem Druckgasbehälter besteht, der mit einem gesteuert auslösbaren Verschluß versehen ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung einen Sprengkörper aufweist, der im Detonationsfall das Inhibitorgas freisetzt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung aus einer Sprinkler-Anlage besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Position eines Fahrzeugs (19) feststellende und registrierende Sucheinrichtung (21) vorgesehen ist, und daß ein Steuergerät (22) aus mehreren zeitlich nacheinander ermittelten Positionen durch Extrapolation eine zukünftige Position des Fahrzeugs berechnet und diejenige von mehreren Verteilvorrichtung (18) auslöst, die der zukünftigen Position am nächsten ist.