DE443912C - Verfahren zum Betriebe mehrzylindriger, fuer stark veraenderliche Dauerleistungen bestimmter Brennkraft-OElmotoren durch Aussetzen der Einspritzung - Google Patents

Description

Mehrzylindrige Brennkraft-Ölmotoren, d.h. mehrzylindrige Motoren, deren Brennstoff in flüssigem Zustande in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, haben, sofern die Verdichtungsendtemperatur eine genügend hohe ist, einen um das Mehrfache größeren Entzündungsbereich gegenüber Motoren, die Gas-Luft-Gemische verarbeiten, und eignen sich somit in besonderem Maße für stark veränderliche Leistungen.

Die unterste Leistungsgrenze solcher Ölmotoren ist bedingt einerseits durch die Schwierigkeit, sehr kleine flüssige Brennstoffmengen, genau zu regulieren, anderseits durch die Beeinträchtigung der thermischen Wirtschaftlichkeit durch das nach unten zunehmende Mißverhältnis zwischen Brennstoffmenge und Luftladung.

Bei Ölmotoren, die während langer Periao öden bei geringer Leistung arbeiten müssen, wie dies z. B. bei Ölmotor schiff sanlagen. vorkommt, die nebst Höchstleistungen lang andauernde Marschleistungen bei geringer Schiffsgeschwindigkeit auszuführen haben,

as spielen diese Umstände eine besonders nachteilige Rolle. Sie bedingen mitunter sogar eine vorzeitige Begrenzung der Marschgeschwindigkeit nach unten, unter der nicht gefahren werden kann. Bei Kriegsfahrzeugen bedeutet dies eine Beschränkung des Aktionsradius.

Bin weiterer Nachteil genannter Schiffsölmotoren besteht darin, daß trotz der stark verringerten Gesamtleistung sämtliche Lagerflächen des Kurbelgetriebes in der gleichen Häufigkeit, bezogen auf die ausgeführte Zahl der Hube, maximalen Drücken ausgesetzt werden, die annähernd so groß sein können wie bei Vollast. Dies bedingt bei andauernden Marschfahrten eine große Abnutzung der Laufflächen im Verhältnis zu der von ihnen vermittelten Leistung und durch hohe Reibungsverluste die Beeinträchtigung der Wirtschaftlichkeit in besonders ungünstigem Ausmaße.

Vorliegendes Verfahren bezweckt, diese Nachteile zu beheben bzw. zu mildern und damit die untere wirtschaftliche Dauerbelastungsgrenze von Ölmotoren tiefer z-u

5t> setzen, als dies bisher empfehlenswert war.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß beim Sinken des Verhältnisses der eingespritzten Brennstoffmengen zu den Luftladungen unter die wirtschaftlich zweckmäßige, durch obige Nachteile gekennzeichnete Grenze die Brennstoffeinspritzungen der einzelnen Zylinder bzw. deren Verbrennungsräume unabhängig von der Leistungs- bzw. Geschwindigkeitsregelung in wiederkehrender Reihenfolge unterbunden werden.

Die Folgen der Anwendung dieses Verfahrens sind einerseits, daß die ölmenge der einzelnen Einspritzungen entsprechend dem Verhältnis der verbleibenden Arbeitshube zu den unterdrückten erhöht wird, wodurch die Regulierung dieser vergrößerten Mengen, namentlich bei ganz geringen Leistungen, eine zuverlässigere bleibt, anderseits durch das verbesserte Verhältnis zwischen öl- und Luftaengen die Wirtschaftlichkeit der Arbeitsprozesse erhalten bzw. gesteigert wird, und ferner, daß die oben geschilderte Abnutzung der Lagerflächen des Kurbelgetriebes sowie die der Zylinderlaufbüchsen vermindert wird.

Die regelmäßig wiederkehrende Reihenfolge der Aussetzer bei den einzelnen Zylindern sichert gegenüber dem bereits bekannten Dauerausschalten einzelner Verbrennungsräume eine gleichmäßige Verteilung der Abnutzung unter den Lagerflächen und Zylinderlaufbüchsen, eine größere Gleichmäßigkeit des Tangentialdruckdiagrammes sowie einen übereinstimmenden thermischen Beharrungszustand in allen Zylindern. <>

Abb. i, 2 und 3 veranschaulichen die Anwendung des Verfahrens auf einen Zweitakt-Secbszylinder-Schiffsölmotor mit Kurbeln unter 120⁰ zueinander und einfacher Abwechselung von Ein- und Ausschalten der Arbeitshube. Bei Vollast arbeiten die Zylinder τ-6, 2-5 und 3-4 parallel, bei Teillast ist die Zündfolge 1, 2, 3, 6, 5, 4.

Abb. 4, 5) 6 und 7 veranschaulichen die Anwendung des Verfahrens auf einen neunzylindrigen Zweitaktmotor mit Kurbeln unter 120°, deren Zylinder Arbeitshube in dreifacher Schaltung ausführen können, und zwar in Parallelschaltung der Gruppen 7-10-13, 8-11-14 und 9-12-13 für die höheren Be-

lastungen, in abwechselnder Parallelschaltung dieser Gruppen untereinander bei mittleren Belastungen und in einfacher Serienschaltung bei kleinen Belastungen.

Das Verfahren kann auch auf die sechs Zylinder 7 bis 12 beschränkt bleiben, wobei die Zylinder 13 bis 15 die volle Zahl der Arbeitshube beibehalten.

Das Verfahren eignet sich in besonderem Maße für Ölmotoren für den Antrieb von Schiffsfahrzeugen, bei denen Marschleistungen verlangt werden, die nur einen kleinen Bruchteil der Maximalleistung betragen.
Abb. 8 veranschaulicht die Verteilung der drei Schaltungsarten gemäß Abb. 4 bis 7 über das Leistungsgebiet eines solchen Schiffsölmotors. Die Abszissen bedeuten Schiffsgeschwindigkeiten, die Ordinatenwerte der Kurven 16 "und 17 Leistung bzw. Drehzahl

ao des Ölmotors. Die oben beschriebenen Schaltungsweisen lösen einander über die Strecken 18, 19 und 20 der Reihe nach ab.

Abb. 9 veranschaulicht die Anwendung- des Verfahrens auf einen dreizylindrigen doppeltwirkenden Zweitaktölmotor mit Kurbeln unter 120⁰. Die Reihenfolge der Arbeitshube

ist 21, 22 25, 26 usw.

Die Ausübung des Verfahrens geschieht vermittels besonderer Organe, die die Brenn-Stoffeinspritzungen der zu unterdrückenden Arbeitshuben unterbinden. Diese Steuerorgane werden entweder für sich von der Kurbelwelle aus angetrieben oder über den Antrieb der Leistung«- und Geschwindigkeitssteuerung.

Die Verdichtung während des einem leeren Arbeitshube vorangehenden Verdichtungshubes kann durch Offenhalten des Auspuffoder des Spülluftventils oder beiden unterdrückt werden, was eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit durch wesentliche -Verminderung der Reibungsverluste bewirkt, oder sie kann belassen werden, da, abgesehen von Reibungsverlusten, die nachfolgende, durch j

die Fläche 27-28-29 (Abb. 10) dargestellte ! Entspannungsarbeit der Luft die aufgewen- | dete Verdichtungsarbeit annähernd ausgleicht. Ihr Belassen sichert bei Zweitaktölmotoren den Vorteil des weichen Ganges vermöge der ; Teilnahme der Luftarbeit an der Beschleuni- _; gung und Verzögerung der hin und her gehenden Massen, zudem fällt bei Motoren mit _; Schlitzauspuff und Schlitzspülung das besondere Ventil für das Unterbinden der Ver- !

dichtung fort.

Die aussetzenden Arbeitshuben vorausgehenden Verdichtungshube können von der vorverdichteten Spül- bzw. Aufladeluft abgesperrt werden, gleichgültig, ob die Vorverdichtung entsprechend -der geringen Belastung des Ölmotors gegenüber Vollast stark vermindert wird oder nicht. Dies wird durch besondere Organe bewirkt, wie z. B. durch mit der Aussetzersteuerung in Verbindung stehende Ventile oder Schieber.

Abb. 11 veranschaulicht eine Steuerung, die das Unterdrücken der Verdichtung bewirkt. Das offen zu haltende Ventil 30 wird in bekannter Weise von der Nockeßi über den Doppelhebel 32 geöffnet und von der Feder 33 darauf geschlossen. Der Federteller 34 wird als Kolben ausgebildet, der in den als Ölzylinder ausgebildeten Ventilbügel 35 gleitet. Beim Anhub des Ventils 30 wird von Kolben durch die Leitung 36 Öl angesogen und beim Schließen des Ventils vermittels der Kraft der Feder 33 wieder herausgedrückt. Bei dieser Gangart bleibt das Unterdrücken der Verdichtung aus. Beim Ausschalten der Verdichtung bleibt vermittels Sperrung durch den gesteuerten Plunger 37 das angesogene Öl im Zylinder eingeschlossen, bis es vom Plunger freigegeben wird, d. h. so lange, bis der Verdichtungshub vollkommen oder teilweise ausgeschaltet ist.

Die den Plunger 37 betätigende Zusatzsteuerung besteht im vorliegenden Beispiel aus einem von der Steuerwelle über das Räderpaar 38, 39 angetriebenen Exzenter 40, der das eine Ende 41 des Doppelhebels 42 angreift. Das andere Ende 43 des letzteren wird von einem Support 44 gehalten, der vermittels der Einstellvorrichtung 45 achsial verschoben wird. Der Plunger 37 wird vermittels der Feder 46 gegen den Anschlag 47 des Doppelhebels gedrückt. Bleiben alle Arbeitshube des Motors tätig, so wird vermittels der Ein- und Ausschaltvorrichtung 45 der Drehpunkt 43 des Doppelhobels so hoch in die Lage 48 gehoben, daß die Reichweite des Plungers 37 ausgeschaltet wird. Werden Arbeitshube ausgeschaltet, so wird der Drehpunkt 43 in die in der Abbildung angegebene Lage gesenkt und der Plunger vom oberen Exzenterhubteil so lange in der Schlußstellung gehalten, bis die Ausschaltung der Verdichtung vollbracht ist.

Sollen Arbeitshube mit aussetzenden Hüben abwechseln, so beträgt die Drehzahl des Exzenters 40 die Hälfte der der Nocke 31, sollen zu jedem Arbeitshub zwei Aussetzungen stattfinden, ein Drittel usw. An Stelle von Öl können mechanische Mittel, wie von Exzentern oder Nocken angetriebene Ausklinksperrorgane, das Ventil 30 in obigem Sinne steuern.

Werden die Verdichtungen, die den aussetzenden Arbeitshuben vorangehen, belassen, so fallen Zusatzsteuerungen dieser Art weg. iao

Abb. 12 veranschaulicht Organe, um das obenerwähnte Absperren der Spulluft von

Verdichtungshuben zu betätigen, und zwar in Anwendung auf einen Zweitaktölmotor 49 mit am Arbeitshubende von ihrem Kolben abgedeckten Spülluftschlitzen 50. Dabei bleibt die Spülluft über die Zeit der Abdeckung der Schlitze durch den Arbeitskolben von jenen gesperrt.

Dieses abwechselnde Sperren und Freigeben der Spülluft wird durch einen Schieber 51 betätigt, der von einem Exzenter 52 angetrieben wird, dessen Hublage, bezogen auf die Schieberachse, durch den vom Schneckenantrieb S3 einstellbaren Schwingerhebel 54-55, der die Lagerung der Exzenterwelle übernimmt, bestimmt wird. Das Exzenter 52 wird von der Motorwelle 54 über das Stirnräderpaar 56, 57 angetrieben, dessen Übersetzung das Verhältnis zwischen ein- und aussetzenden Arbeitshuben entspricht (im vorliegenden Beispiel 1:1). Dabei ist der Hub des Schiebers so im Verhältnis zu der nützlichen Höhe des Spülluftschlitzes 50 zu wählen, daß die erforderliche Ablösung von Sperrung und Freigabe erreicht wird. Das Wiedereinsetzen der Arbeitshube, wird bewirkt durch Drehung des Schwingerhebels 54-55 um den Punkt 54 in die Lage 54-58, wobei der Schieber 51 aus seinem Einflußbereiche verschoben wird. Das Schneckengetriebe 53 betätigt vorzugsweise gleichzeitig das Ein- und Ausschalten der zugehörigen Brennstoff einspritzungen.

Statt die Spülluft ganz abzuschalten, kann der Druck derselben beliebig gedrosselt werden durch Wahl von Zwischenstellen des Exzenters zwischen den Punkten 55-58.

Die schematische Abbildung 13 veranschaulicht das Beispiel einer Steuerung für luftlose Einspritzung, die eine von ihr unaibhängig funktionierende Aussetzersteuerung mit antreibt. Der von der auf der Steuerwelle 59 montierten Steuernocke 60 vermittels der Rolle 61 und Gegenfeder 62 angetriebene Plungerkolben 63 saugt durch das Ventil 64 das Brennöl aus dein Zulaufkanal 65 an, um es darauf über die Druckleitung 66 durch die zugehörige Einspritzdüse durchzupressen. Die Regulierung der Leistung geschieht, sei es von Hand oder selbsttätig, durch Einstellung des Winkelhebels 67, der die Lagen des Zapfens 68 und des Schwingers 69 beherrscht. Je nach der Höhenlage des Schwingeranschlages 70 wird das druckauslösende Plun-

. gerventil 71 früher oder später im Verlaufe der Ausführung des Druckhubes des Plungers 63 in an sich bekannter Weise durch öffnen überholt, der Brennstoffzufuhr über die Druckleitung 66 ein Ziel setzend. Von der Steuerwelle 59 wird gleichzeitig eine zweite Welle 72 vermittels des Zahnradpaares 73, 71 angetrieben,, dessen Durchmesserverhältnisse so gewählt sind, daß die Drehzahlen de-r Wellen 72 und 59 sich wie 2 : 1 verhalten, und da, wie weiter unten gezeigt wird, jede Umdrehung der Welle 72 die Aussetzung eines Arbeitshubes bedingen kann, können ein- und ausgeschaltete Arbeitshube miteinander abwechseln. Im vorliegenden Beispiel wird dies dadurch bewerkstelligt, daß mit jeder Umdrehung der Welle 72 der durch die Nocke 75 über eine Rolle γδ betätigte Stößel Tj bei jedem Hub nach oben das Saugventil 64 so rechtzeitig von seinem Sitze hebt und so lange offen hält, daß die ölzufuhr durch den Plungerkolben 63 nach den Brennstoffdüsen vollkommen unterbunden bleibt. Beim Einschalten aller Arbeitshube- des Ölmotors wird die Welle 72, ohne den Zahneingriff zu lösen, achsial verschoben, bis die Nocke 75 und die von ihr betätigte Rolle außer Eingriff stehen. Die Umschaltung kann aber auch durch Schwingen um die Achse der Antriebswelle 59 um den Betrag 78 ausgeführt werden vermittels Eingriffen von geeigneten Steuerorganen oder Handantrieben am äuße-' ren Ende des Hebels 79-80-81.

Statt auf das Saugventil yj einzuwirken, kann die arbeitshubausschaltende Nocke 75, unabhängig von dem Regulieranschlag 70, auch auf den von letzterem beherrschten Stößel einwirken, diesen so rechtzeitig hochhebend und so lange offen haltend, daß die Brennstoffeinspritzung zu dem zu unterdrückenden Arbeitshub ausbleibt. Dazu ist es bei der in Abb. 13 veranschaulichten An-Ordnung lediglich notwendig, den Stößel 71 an Stelle von Stößel yj zu setzen und das von der Einwirkung des letzteren befreite Saugventil 64 an die Stelle von 71. Der die Leistung des Motors regulierende Doppelhebel 69 muß dabei entsprechend verlängert werden.

Das Ausschalten der einem ausgeschalteten Arbeitshub vorangehenden Verdichtung kann in Abhängigkeit von der Umschaltsteuerung gesetzt werden, z. B. durch Verbindung letzterer vermittels des Doppelhebels 82, 83 über die Stange 84 mit dem Einstellglied 45 der Einrichtung, zu diesem Zwecke gemäß Abib. 11.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist ferner besonders geeignet für Diesellokomotiven, die lange Strecken zurückzulegen haben bei stark reduzierter Leistung. - Abb. 14 in Seitenansicht und Abb, 15 in Endansicht veranschaulichen ein dieselelektrisches Aggregat für elektrische Kraftübertragung auf die Lokomotivachsen.

Jeder der seöhs Zylinder des Diesels ist in diesem Beispiel mit einem Steuerkörper 85 gemäß Abb. 1.3. versehen. Der Plungerkolben 63 wird von einem Exzenter 86 angetrieben,

der gleichzeitig den Druckentlastungsplunger vermittels des Winkelhebels 87 antreibt. Die Lage des Druckentlastungsplungers und somit die Regulierung der einzuspritzenden Ölmenge ist abhängig von der Einstellung des feststellbaren Handsteuerhebels 88. Das Ein- und Ausschalten von Arbeitshuben wird ebenfalls, wie in Abb. 13 veranschaulicht, vermittels eines in bereits beschriebener Weise das Saugventil beeinflussenden Stößels JJ bewirkt. Der Schwingerhebel 89 wird durch den feststellbaren Steuerhebel 90 über das Gestänge 91 betätigt.

Ähnliche Steuerungen wie die oben beschriebenen kommen für das Einspritzen von Öl vermittels komprimierter Luft in Betracht, indem die Aussetzersteuerung neben dem den flüssigen Brennstoff betätigenden Organ auch das die komprimierte Luft betätigende Organ ein- und ausschaltet.

Es wird hervorgehoben, daß es bereits bekannt ist, zwecks Regelung von Leistung und Geschwindigkeit die Gangart eines Motors zu verändern, z. B. von Zwei- in Vier- und Mehrtakt und umgekehrt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betriebe mehrzylindriger, für stark veränderliche Dauerleistungen bestimmter Brennkraft-Ölmotoren durch Aussetzen der Einspritzung bei langanhaltenden, stark verminderten Leistungen, dadurch gekennzeichnet, daß beim Sinken des Verhältnisses der eingespritzten Brennstoffmengen zu den Luftladungen unter die wirtschaftlich zweckmäßige Grenze, unabhängig von der Leistungs- und Geschwindigkeitsregelung, die Brennstoffeinspritzung der einzelnen Zylinder in wiederkehrender oder annähernd wiederkehrender Reihenfolge unterbunden wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, da-♦5 durch gekennzeichnet, daß die ein- und ausschaltende Steuerung unabhängig von der Hauptsteuerurig von Hand oder selbsttätig arbeitet, ohne jedoch sich an der Regelung der Leistungs- oder der Drehzahl des Ölmotors zu beteiligen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einem aussetzenden Arbeitshub vorangehende Verdichtung ausfällt bzw. vermindert wird

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einem aussetzenden Arbeitshub vorangehende Verdichtung behufs Mitwirkens an der Beschleunigung und Verzögerung der hin und her gehenden Massen nicht ausfällt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zutritt der Spül- bzw. Aufladeluft zum Zylinderinnern während des einem aussetzenden Arbeitshub vorangehenden Verdichtungshubes teilweise oder ganz unterbunden wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus-Setzersteuerung auf das Saugventil oder auf den Saugschieber des Motors derart einwirkt, daß dasselbe während des ganzen oder des größten Teiles des zugehörigen Verdichtungshubes eines auszuschaltenden Arbeitshubes von der Steuerung hochgehalten wird, um die Verdichtung ganz oder teilweise mit auszuschalten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussetzersteuerung auf das Saugventil des Plungerkolbens einwirkt, so daß für jeden auszusetzenden Arbeitshub ein Stößel das Saugventil in an sich bekannter Weise so rechtzeitig von seinem Sitze hebt und so lange offen hält, daß die ölzufuhr durch den Plungerkolben nach der Brennstoffdüse unterbunden bleibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch i, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der das Ausschalten der Öleinspritzung bewirkenden Steuerung aus einer mit Nocken versehenen Steuerwelle besteht, die die Hälfte oder ein Drittel der Drehzahl der Hauptsteuerung macht und die achsial oder radial verschiebbar gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus-Setzersteuerung auf das in an sich bekannter Weise vom Geschwindigkeitsregler betätigte Druckauslösventil oder den Stößel unabhängig einwirkt, derart, daß das druckauslösende Ventil so rechtzeitig und so lange von ihr offen gehalten wird, daß der für die Brennstoffeinspritzung benötigte Druck ausbleibt, ohne jedoch die Regelung der Leistung oder der Geschwindigkeit zu beeinflussen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.