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Verfahren zum Betrieb von im Viertakt arbeitenden Brennkraftmaschinen
nebst Einrichtung. Bei im Viertakt arbeitenden Brennkraftmaschinen nach dem Hauptpatent
ist die Höhe des Wiederverdichtungsdruckes der Verbrennungsgase dadurch begrenzt,
daß die Maschine trotz der Wiederverdichtungsarbeit gerade noch im Betriebe erhalten
werden muß. Es sind infolgedessen die Zylinderabmessungen der Brennkraftmaschine
der für die Höchstleistung der Expansionsmaschine bei dem Wiederverdichtungsdruck
entsprechenden Gasmenge entsprechend zu wählen. Das ergibt für große Leistungen
auch große Abmessungen der Brennkraftmascbine. Nun ist man aber wiederum hinsichtlich
dieser Abmessungen und der Gewichte bei Lokomotiven und Schiffen beschränkt. Man
ist gezwungen und bestrebt, für möglichst große Leistungen möglichst kleine Abmessungen
und Gewichte zu erhalten. Dem trägt vorliegende Erfindung dadurch Rechnung, daß
gemäß ihr der Brennkraftmaschine die Ladeluft in bei normal arbeitenden Viertaktmotoren
bekannterweise mit höherem als Atmosphärendruck zugeführt wird, so daß ein Zylinder
bestimmter Abmessung eine entsprechend der größeren Dichte größere Luftmenge aufzunehmen
vermag, die imstande ist, eine entsprechend größere Brennstoffmenge zu verbrennen.
Man erhält also bei hoher Leistung einer an die Verbrauchsleitung angeschlossenenExpansionskraftmaschine
möglichst kleine Abmessungen der Verbren.-nungskraftmaschine. Die Zuführung der
Ladeluft kann dabei durch einen Vorverdichter erfolgen.
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Um nicht die infolge der Wiederverdichtung sehr heißen Abgase in die
Lokomotivzylinder schicken zu müssen und keine Wärmeverluste durch Kühlung der Abgase
mit Kühlmitteln von außen zu haben, wird weiter gemäß der Erfindung der Vorverdichter
größer gewählt, als dem Bedarf an Ladeluft entspricht. Den überschuß liefert der
Vorverdichter an .einen Weiterverdichter, der den LTberschuß auf den Druck der gemäß
dem Hauptpatent wieder verdichteten Abgase in der Verbrauchsleitung bringt, denen
er dann zugesetzt wird. So erhält man ohne Außenkühlung ein Gemisch von günstig
niedriger Temperatur für die Lokomotivzylinder ohne jede j7iTärm-eabgabe der Abgase
an Kühlmittel nach außen. Außerdem hat man es durch Wahl der Weiterverdichtergröße
in der Hand, Druck und Temperatur in der Verbrauchsleitung den jeweiligen Verhältnissen
und Erfordernissen anzupassen, während man beim Verfahren nach dem Hauptpatent an
den in den Motorzylindern erzeugten unveränderlichen Wiederverdichtungsdruck gebunden
ist.
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Ein Teil der weiterverdichteten Ladeluft wird vorteilhaft auf den
Einblaseluftdruck weiterverdichtet und als Einblaseluft verwendet.
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'Wird durch irgendwelche Störungen die Leistung der Brennkraftmaschine
zeitweise vermindert, so kann durch Drosselung der Ladeluft zwischen Vor- und Weiterverdichter
der Kraftverbrauch des Weiterverdichters vorübergehend gemindert werden, so daß
infolge der Drosselung dem Motor mehr Ladeluft zugeführt und damit zugleich dessen
Leistung erhöht wird, bis die Störung wieder ausgeglichen ist. Die Drosselung der
Ladeluft zwischen Vor- und Weiterverdichter kann dabei selbsttätig oder von Hand
geschehen.
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Vor- und Weiterverdichter können ferner, wie es bei Luftverdichtern
von Brennkraftmaschinen an sich bekannt ist, als Kraftmaschinen zum Anlassen des
Motors benutzt werden. Zweckmäßig ist der Vorverdichter doppeltwirkend, und es werden
die kleineren Kolbenflächen zum Anlassen benutzt, während die größeren zur Erzeugung
von Ladeluft dienen.
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Erst nachdem mindestens die Hälfte der Motorzylinder beim Anlassen
zum Arbeiten gebracht worden ist, wird vorteilhaft der Vorverdichter voll als Ladeluftpumpe
benutzt,
während nur der Weiterverdichter noch als Kraftmaschine
weiter betrieben wird, bis alle Zylinder arbeiten.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch
dargestellt. ttl, rc', a3 und ccl sind die vier Motorzylinder, b, b1
zwei doppeltwirkende Vorverdichter, c, ci zwei Weiterverdichter. Mit dem
Weiterverdichterc ist die Einblaseluftpumped verbunden. Die beiden Vorverdichter
saugen atmosphärische Luft an und liefern die vorverdichtete Aufladeluft durch Leitung
e in die Zylinder der Brennkraftmaschine. Außerdem zweigt von der Leitung e eine
solche f nach den Weiterverdichtern c, cl ab. g ist die Verbrauchsleitung, die gemäß
dem Hauptpatent die wiederverdichteten Abgase mit vorbestimmtem Druck den Lokomotivzylindernh
liefert. An die Verbrauchsleitung g sind durch Leitungeni die Weiterverdichtere
angeschlossen, um die auf den Druck in der Verbrauchsleitung g weiterverdichtete
Ladeluft in die Verbrauchsleitung g zu führen. Ein Teil der weiterverdichteten Aufladeluft
wird durch eine Verbindungsleitung h der Einblaseluftpumpe d zugeführt, und die
Einblaseluft wird durch Leitung L den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt.
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Infolge der Vorverdichtung der Ladeluft lassen sich große Luftmengen
in verhältnismäßig kleine Zylinder pressen, in denen nun auch dementsprechend mehr
Brennstoff verbrannt werden kann, wodurch die Leistung der Brennkraftmaschine sich
erhöht. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß man, obgleich die. Verbrennung
des Mehrfachen an Brennstoff in einem gegebenen Zylinder durch die größere Luftmenge
gegeben ist, doch nicht das gleiche Mehrfache an Leistung erzielt, weil der Enddruck
der Expansion bedeutend steigt und man diesen erhöhten Enddruck im allgemeinen unbenutzt
ins Freie entweichen lassen müßte. Nun ließe sich wohl der Leistungsüberschuß durch
das Wiederverdichtungsverfahren aufzehren. Man würde dabei aber Wiederverdichtungsdrücke
erhalten, die für die Weiterverwendung in Lokomotivzylindern infolge der hohen Temperatur
der wiederverdichteten Gase unzweckmäßig sein würden. Man darf hierbei erfahrungsgemäß
nicht über t a bis 16 Atln. hinausgehen, um den normalen Heißdampfdrücken etwa entsprechende
Temperaturen zu erhalten, ohne durch weitgehende Kühlung der Abgase Wärmeverluste
zu erleiden. Deshalb wird das Wiederverdichten der Auspuffgase in der Brennkraftmaschin:e
nur bis zu diesen Drücken getrieben, und der verbleibende Leistungsüberschuß der
Bremikraftmaschine wird benutzt, um die vorverdichtete Ladeluft in einem Weiterverdichter
auf den Druck der wiederverdichteten Abgase zu bringen und diese höher verdichtete
Ladeluft den Abgasen in der Verbrauchsleitung zuzusetzen. Die Vorverdichter müssen
dementsprechend größer bemessen werden, um den erforderlichen L'berschuß an Ladeluft
liefern zu können. Durch die Mischung der kühleren, auf den Druck der wiederverdichteten
Abgase verdichteten Ladeluft mit den heißen Abgasen in der Verbrauchsleitung erzielt
man eine Senkung von deren Temperatur auf die gewünschte, der Temperatur des normalen
Heißdampfes etwa entsprechende Temperatur, ohne Kühlmittel von außen anwenden zu
müssen. Es werden demgemäß hierdurch Wärmeverluste durch die Kühlung vermieden.
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Die Leistung der Brennkraftmaschine muß mit dem Kraftverbrauch des
Vorverdichters, des Weiterverdichters und der Einblaseluftpumpe sowie dem Kraftaufwand
für die Wiederverdichtung der Verbrennungsgase in den Zylindern der Brennkraftmaschine
so abgestimmt sein, daß die Kraftmaschine sich bei normaler Drehzahl gerade in Bewegung
erhält und bei zeitweiser Brennstotfmehrgabe, die von Hand oder vom Regler aus geschehen
kann, auch kurze L'berlastungsstöße zuläßt.
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Ist der Verbrennungsmotor jedoch wegen irgendwelcher Störungen vorübergehend
nicht in der Lage, seine volle Leistung herzugeben, so kann durch Drosselung der
vorverdichteten Ladeluft zwischen Vorverdichter und Weiterverdichter, was von Hand
oder selbsttätig geschehen kann, der Leistungsverbrauch des Weiterverdichters zeitweise
herabgemindert werden, wodurch gleichzeitig dem Motor mehr Ladeluft zugeführt wird,
so daß er seine volle Drehzahl behält, bis die Störungen beseitigt sind. Zur Drosselung
der vorverdichteten Ladeluft vor den Weiterverdichtern c, cl ist in die Leitung
f ein Drosselventil m ein-
gebaut.
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Wird beispielsweise die Ladeluft durch den Vorverdichter auf .l Atm.
verdichtet, so sind die Verhältnisse so zu wählen, daß in den Zylindern des Motors
eine Weiterverdichtung auf etwa -.8 Atm. abs. stattfindet, wenn es sich um Dieselmotoren
handelt, um die bei den letzteren normalen Verdichtungstemperaturen zu erhalten.
Bei Verpuffungsmotoren kann die Verdichtung in den Motorzylindern entsprechend niedriger
gehalten werden. In beiden Fällen ergeben sich tiefe Verbrennungsräume in den Zylindern,
die beim Dieselmotor etwa 1 g Prozent gegenüber 8 Prozent normal vom Zylinderinhalt
ausmachen. Diese tiefen Verbrennungsräume gewährleisten eine gute und gleichmäßige
Verbrennung. Bei der Expansion fällt nun
der Druck bis etwa to bis
12 Atm. abs. Wird jetzt beispielsweise die Wiederverdichtung auf 16 Atm. abs. getrieben,
so muß auch im Weiterverdichter die Ladeluft auf 16 Atm. abs. gebracht werden. Diese
weiterverdichtete Ladeluft wird dann mit den auf den gleichen Druck wiederverdichteten
Abgasen der Verbrauchsleitung in dieser zugeführt, wodurch ein Gemisch von etwa
35o'- C. und 16 Atm. abs. erhalten wird, welches den Lokomotivzylindern zugeführt
wird. Wärmeabfuhr nach außen ist demnach hierbei unnötig.
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Zum Anlassen dient Preßluft niedriger Spannung als normal. Dabei dienen,
wie schon erwähnt, die Weiterverdichter und die kleineren Kolbenseiten der doppeltwirk
enden Vorverdichter als Kraftmaschine. Die größeren Kolbenseiten der Vorverdichter
bleiben dann zur Erzeugung von Ladeluft frei, um einen Teil, in der Zeichnung zum
Beispiel zwei der Kraftmaschinenzylinder, möglichst rasch zu füllen und zum Arbeiten
zu bringen. Es werden dabei zunächst die anderen Zylinder der Brennkraftmaschine
durch ein in die Ladeluftleitung e zwischen. den Zylinderpaaren eingeschaltetes
Ventil n abgeschaltet. Infolge des Anlassens mit den Weiterverdichtern und Vorverdichtern
bedürfen die Motorzylinder keiner Anlaßventile mehr, wodurch der Deckel und die
Steuerung einfacher werden und die Zylinder beim Anlassen nicht auskühlen.
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Nachdem die erste Hälfte der Zylinder der Brennkraftmaschine zum Arbeiten
gebracht worden ist, werden. die Vorverdichter als Kraftmaschine ausgeschaltet,
so daß nun auch die bisher als Kraftmaschine arbeitenden Kolbenseiten Ladeluft liefern,
um auch die andere Hälfte der Zylinder der Brennkraftmaschirie möglichst rasch auffüllen
und zum Arbeiten bringen zu können. Die Weiterverdichter arbeiten als Kraftmaschine,
bis alle Motorzylinder arbeiten.